專利名稱：一種曲軸校直方法
技術領域：
本發(fā)明涉及機械加工技術領域，特別是在發(fā)動機曲軸加工過程中，用于曲軸的校直的一種方法。
背景技術：
發(fā)動機作為當代交通運輸?shù)膭恿碓?，其運行的可靠性和壽命歷來就是人們關注的重要指標。曲軸作為發(fā)動機心臟部件，長期承受著強烈的彎曲、沖擊、扭轉交變負荷，其可靠性和壽命同樣歷來就被人們重視。然而，因曲軸自身結構和工藝的復雜性，仍然存在某些一直未完滿解決的工藝問矛盾，曲軸的強化和彎曲變形就是最突出的矛盾。為提高曲軸的負載能力和使用壽命，必需對曲軸進行強化處理，而強化處理必然引起曲軸彎曲變形，為此，必須對曲軸進行校直。而傳統(tǒng)的校直方法又給曲軸帶來潛在的斷軸隱患，對發(fā)動機的可靠性和使用壽命產生嚴重威脅。目前曲軸的校直分為傳統(tǒng)的壓形校直和近幾年少量滾壓工藝中的滾壓校直。傳統(tǒng)的壓形校直是通過支撐曲軸兩端，在曲軸彎曲的方向施加強大的壓力，以“矯枉過正”的方式達到校直的目的。壓形校直又可細分為常溫壓形校直、熱壓形校直(300° C以下)。不論是常溫校直還是熱校直，都存在以下問題壓形校直產生的塑性變形最終發(fā)生在曲軸上最薄弱的剖面上，即連接臂上主頸和連頸圓角的連線上，損傷了曲軸的疲勞強度，校直后經磁粉探傷發(fā)現(xiàn)有的在圓角處產生了裂紋，個別的在壓形過程中已經斷為兩截；壓形量在實際操作中很難控制；另外，壓形校直存在回彈問題，即校直時檢測合格，但在曲軸受一個很小的回復力作用后再檢測，其跳動值又朝原跳動方向變回去，造成校直質量難以保證；壓形校直讓人難以接受的是對曲軸造成的損害無法識別，壓形校直后不留痕跡，曲軸出廠后，不知道該曲軸的損傷程度，給發(fā)動機的安全帶來未知的隱患。為此，現(xiàn)有的發(fā)動機廠家原則上都禁止這種校直。實際生產中有大部分仍在進行這種校直，少數(shù)廠家則直接報廢，嚴重的廢品率高達8%。近年來，有人提昌利用圓角滾壓設備作為曲軸校直的一種新方法，但是，該方法有其無法突破的3大障礙圓角滾壓校直屬于圓角過度滾壓，過度滾壓將失去滾壓的最佳強化效果，另外還將引起曲軸伸長、檔寬增寬、圓角起臺線等問題；圓角滾壓校直存在嚴重的工藝局限性對于圓角淬火曲軸無法進行滾壓校直，淬火圓角為馬氏體組織，因此不能滾壓，對未開沉角槽的曲軸滾壓后起臺線嚴重，也不適合滾壓，滾壓校直僅適應開有沉角槽的曲軸校直；滾壓設備復雜、滾壓換型困難，一套滾壓工裝只適用于一個產品的滾壓。因此，該方法近幾年雖然在宣傳，但根本難以推廣應用。到目前為止，國內外還沒有找到一種既不損害曲軸強度又能有效矯正曲軸彎曲的 校直方法。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是通過采用一種新的校直方式實現(xiàn)既可以校直曲軸，又不損害曲軸疲勞強度的校直方法。為實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明采用的技術方案為一種曲軸校直方法，其特征在于通過在曲軸特定的連接臂上的特定區(qū)域的表面施加一定深度的壓應力，使得該連接臂以該區(qū)域為分界線產生微小的彎折變形，從而抵消曲軸校直前的彎曲量，達到校直目的；所述特定的連接臂是指與曲軸主軸頸跳動最大的軸頸位置接近、并且該連接臂的方向與跳動最大值方向夾角不超過±45°或180±45°范圍的一個或多個連接臂；所述特定區(qū)域為該連接臂上距主頸或連頸一側臺面邊緣4-8毫米、形狀為“一”字形的區(qū)域，其長度貫通該連接臂，方向與彎曲跳動最高點方向夾角在90± 15°范圍內。進一步，所述特定區(qū)域“一”字的方向與該拐主連頸中心線平面夾角在90±30°范圍內。所述特定區(qū)域的寬度為3-20毫米。壓應力的施加通過振動設備的球形錘頭在所述特定區(qū)域按一定的沖擊力度、一定 的沖擊點密度產生壓應力，或通過對所述特定區(qū)域進行平面滾壓產生壓應力。本發(fā)明校直方法的原理是通過在曲軸連接臂上低應力的特定區(qū)域塑性變形產生連接臂單側殘余壓應力，單側特定區(qū)域殘余壓應力弓I起連接臂彎折變形。本發(fā)明的目的是通過采用一種新的校直方式實現(xiàn)既可以校直曲軸，又不損害曲軸疲勞強度的校直方法。為實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明采用的技術方案為一種曲軸校直方法，其特征在于通過在曲軸特定的連接臂上的特定區(qū)域的表面施加一定深度的壓應力，使得該連接臂以該區(qū)域為分界線產生微小的彎折變形，從而抵消曲軸校直前的彎曲量，達到校直目的；所述特定的連接臂是指與曲軸主軸頸跳動最大的軸頸位置接近、并且該連接臂的方向與跳動最大值方向夾角不超過±45°或180±45°范圍的一個或多個連接臂；所述特定區(qū)域為該連接臂上距主頸或連頸一側臺面邊緣4-8毫米、形狀為“一”字形的區(qū)域，其長度貫通該連接臂，方向與彎曲跳動最高點方向夾角在90± 15°范圍內。進一步，所述特定區(qū)域“一”字的方向與該拐主連頸中心線平面夾角在90±30°范圍內。所述特定區(qū)域的寬度為3-20毫米。壓應力的施加通過振動設備的球形錘頭在所述特定區(qū)域按一定的沖擊力度、一定的沖擊點密度產生壓應力，或通過對所述特定區(qū)域進行平面滾壓產生壓應力。曲軸的彎曲疲勞強度，取決于曲軸上最薄弱部位(或稱高危應力部位)的疲勞強度，曲軸最薄弱部位為主連頸圓角附近。傳統(tǒng)校直均是在此截面上產生塑性變形，傷害了曲軸的疲勞強度。本發(fā)明校直方法的原理是通過在曲軸連接臂上低應力的特定區(qū)域塑性變形產生連接臂單側殘余壓應力，單側特定區(qū)域殘余壓應力弓I起連接臂彎折變形。本發(fā)明校直方法中所施加壓應力的特定區(qū)域避開了高危應力區(qū)，處于低應力區(qū)，通過對曲拐上各點進行應變片靜標定測試發(fā)現(xiàn)，曲拐在受彎矩作用時，本發(fā)明中“一”字形的區(qū)域的最大應力值為連頸圓角危險點處應力值的20%以下。本發(fā)明的優(yōu)點在于
I.該校直方法避開了曲軸圓角高危應力區(qū)，而將作用區(qū)轉移至連接臂上的低應力區(qū)，曲軸上最薄弱的圓角部位未受到任何影響，因而該校直方法完整地保留了曲軸各拐原本一致的疲勞強度；
2.該校直方法未觸及曲軸任何精加工表面，因此，不會產生精加工表面幾何精度變化，如起臺線、檔寬增寬、表面拉毛、壓傷等問題；
3.該校直方法因處在低應力區(qū)，因而不會產生大幅值的交變應力松馳所引發(fā)校直回彈的問題；
4.該校直方法適應于粗加工以后的所有工序的校直，包括各種工藝過程中的校直及成品的校直，因該應力施加區(qū)域在粗加工后不再加工，也不進行強化，因此，該校直方法適用性廣泛；
5.該校直方法簡單，應用成本低，對操作者、維修無特別技術要求。
綜上所述，本發(fā)明的曲軸校直方法成功地解決了曲軸制造過程中傳統(tǒng)校直與疲勞強度受損的固有矛盾，消除了圓角滾壓校直對精加工表面的負面影響，是國內外曲軸校直工藝的一大突破，對消除發(fā)動機斷軸隱患、提高曲軸疲勞壽命的一致性具有重要意義。


圖I是壓應力施加的“一”字區(qū)域在連接臂上距主頸一側臺面的位置示意圖。圖2是圖I中A-A視圖。圖3是壓應力施加的“一”字區(qū)域在連接臂上距連頸一側臺面的位置示意圖。圖4是圖3中B-B視圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。本發(fā)明的一種曲軸校直方法，通過在曲軸特定的連接臂上的特定區(qū)域的表面施加一定深度的壓應力，使得該連接臂以該區(qū)域為分界線向未施加壓應力面的方向產生微小的彎折變形，從而抵消曲軸校直前的彎曲量，達到校直目的。本方法中特定的連接臂和連接臂上施加壓應力的特定區(qū)域的確定是依據(jù)曲軸彎曲的最高點方向確定的。為了簡化名稱，以下對本方法中施加壓應力的特定區(qū)域簡稱為“一”字區(qū)域。如圖所示，“一”字區(qū)域5在連接臂2上距主頸I或連頸4 一側臺面3邊緣距離d為5毫米，其形狀為“一”字形，長度貫通該連接臂，方向與彎曲跳動最高點方向K夾角在90±15°范圍內。“一”字區(qū)域5的寬度m為3-20毫米。曲軸上有多個主軸頸，一般總有一個跳動值最大的軸頸，選擇校直連接臂時應盡量靠近該主軸頸的連接臂(左右邊均可)，以獲得最佳校直效果。每個連接臂有兩個面，一個面向主頸，另一個面向連頸，校直時連接臂的彎折方向為向未施加壓應力面的方向彎折，“一”字區(qū)域為彎折的分界線。因此，選擇一字區(qū)位于連接臂主側或連側時，必須以校直彎折抵消校直前彎曲為原則，不能校反方向。見圖I、圖2，當所選連接臂2的方向與跳動最大值方向K夾角a在180±45°范圍內時，“一”字區(qū)域5位于所選連接臂2上距主頸I 一側臺面3邊緣5毫米的區(qū)域。見圖3、圖4，當所選連接臂2的方向與跳動最大值方向K夾角a在±45°范圍內時，一”字區(qū)域5位于所選連接臂2上距連頸4 一側臺面3邊緣5毫米的區(qū)域?！耙弧弊謪^(qū)域的方向與跳動最大值方向的夾角在90±15°范圍內；同時一字”與該主頸和連頸中心線平面的夾角不宜超出90±30°范圍，否則，校直作用不明顯或不能校直。因此，對于單個連接臂而言，存在著校直前跳動方向的可校直范圍和不可校直范圍，可校直范圍一般為跳動最高點方向與主連頸中心線平面夾角為±45°和180±45°，不可校直范圍為90±45°和270±45°。但曲軸的變形基本都發(fā)生在可校直范圍，這是因連接臂截面長寬比約為5的形狀決定的，實際加工當中不可校直情況(異常彎曲)極少發(fā)生。即使遇上該連接臂不可校直的情況，可以選擇在其它方位不同的連接臂上進行校直。壓應力的施加可以通過振動設備的球形錘頭在“一”字區(qū)域按一定的沖擊力度(0. 5-2焦耳)、一定的沖擊點密度，產生壓應力，壓應力大小與沖擊力度和沖擊密度有關；也通過對“一”字區(qū)域進行平面滾壓產生壓應力，壓應力大小與滾壓力大小和滾壓次數(shù)有關。壓應力的深度根據(jù)連接臂的厚度和校直量大小而定，一般曲軸在I. 5-2. 5毫米左右。 校直偏轉角P (見圖I、圖3)大小一般在±5 '以內。實施例中以兩個六缸發(fā)動機6BT曲軸為例，跳動方向的標記方法，自曲軸小頭看，第一拐為0度，逆時鐘方向為正。I號軸最大跳動在中間軸頸，為0. 18X30° ;2號軸的跳動方向剛好在第3、4拐的正對面，為0.2X60°。壓應力施加的方法為通過振動設備的球形錘頭在“一”字區(qū)域按一定的沖擊力度、一定的沖擊點密度產生壓應力。實施例I
對I號軸進行首次校直。I號軸最大跳動在中間軸頸，為0. 18X30°，因此連接臂應選擇在與中間軸頸靠近的第6和第7連接臂最合適，但必須再看該跳動方向是否處在第3、4拐可校直范圍，可校直范圍為跳動方向在連頸方向240±45° (“一”字區(qū)域在連頸偵彳)和連頸對面60±45° (“一”字區(qū)域在主頸側)，顯然0. 18X30°位于60±45°內，因此可以在第6、7連接臂主頸側進行校直。并且“一”字區(qū)域的方向垂直于跳動最高點0.18X30°方向，為90+30° =120°方向。實驗中I號軸的一字區(qū)選擇在第6連接臂主頸側，一般只有當跳動量較大時才考慮選擇兩個以上的連接臂。具體數(shù)據(jù)見表I。實施例2
對2號軸進行首次校直。2號軸的跳動方向剛好在第3、4拐的正對面，除一字方向改為90+60° =150°外，其余與I號軸相同。具體數(shù)據(jù)見表I。實施例3和實施例4作為對比實施例，分別對I號軸和2號軸進行第二次校直，通過再次增加“一”字區(qū)域壓應力后觀察校直彎折的大小和方向變化情況。具體數(shù)據(jù)見表I。表I :
實I第4主頸原跳動量I第4主頸校后跳動量I所產生的跳動變化量I兩次校直跳動變I校直偏轉角3 I對中心距S、檔寬|“一”字區(qū)域I校直強度(單擊能量/球徑施CmmX方位)CmmX方位)(mmX方位)化總量(分)B/b影響部位/沖擊次數(shù))
m_________
~W 0. 18X30°0.04X230°0.203X214°I. 16’無變化第 6 連接臂當量 1J/C 10mm/2 條軌跡
施主頸側 /180次
例I________
~W 0.2X60°0.06X230°0.26X228°1.49’無變化第 6 連接臂當量 IJ/C 10mm/2 條軌跡
施主頸側 /180次
例2________
實 0.04X230°0.31X240°0.27X241°0.475X229° 1.55’無變化第 6 連接臂當量 I. 5J/C 10mm/2 條軌
施主頸側跡/180次
例3________
實 0.06X230° 0.32X240° 0.262X242° 0.52X240° 1.5’ 無變化第 6 連接臂當量 I. 5J/C 10mm/2 條軌施主頸側跡/180次例 4 丨_I_I_I_I_I_I_I_6BT圖紙要求跳動值小于0. 15毫米，首次校直后兩根曲軸的跳動分別為0. 04和0. 06，完全達到圖紙要求。從首次和第二次校直跳動量的矢量變化可知施加壓應力的大小與所產生校直變形量是存在著一個相對穩(wěn)定的對應關系。這樣在實際校直時可以根據(jù)經驗數(shù)據(jù)對校直量進行控制。分別為I號軸經校直的第三拐(A試樣)與未經校直的第一拐(B試樣)，2號軸經校直的第三拐(C試樣)與未經校直的第6拐(D試樣)，兩組校直和未校直的曲拐進行彎曲疲勞強度對比實驗，實驗設備為roc-2電動諧振疲勞試驗裝置，比較結果見表2。表2
權利要求
1.一種曲軸校直方法，其特征在于通過在曲軸特定的連接臂上的特定區(qū)域的表面施加一定深度的壓應力，使得該連接臂以該區(qū)域為分界線向未施加壓應力面的方向產生微小的彎折變形，從而抵消曲軸校直前的彎曲量，達到校直目的；所述特定的連接臂是指與曲軸主軸頸跳動最大的軸頸位置接近、并且該連接臂的方向與跳動最大值方向夾角不超過±45°或180±45°范圍的一個或多個連接臂；所述特定區(qū)域為該連接臂上距主頸或連頸一側臺面邊緣4-8毫米、形狀為“一”字形的區(qū)域，其長度貫通該連接臂，方向與彎曲跳動最高點方向夾角在90±15°范圍內。
2.根據(jù)權利要求I所述的一種曲軸校直方法，其特征在于所述特定區(qū)域“一”字方向與該拐主連頸中心線平面夾角在90±30°范圍內。
3.根據(jù)權利要求I或2所述的一種曲軸校直方法，其特征在于所述特定區(qū)域的寬度為3-20暈米。
4.根據(jù)權利要求I所述的一種曲軸校直方法，其特征在于通過振動設備的球形錘頭在所述特定區(qū)域按一定的沖擊力度、一定的沖擊點密度產生壓應力。
5.根據(jù)權利要求I所述的一種曲軸校直方法，其特征在于通過對所述特定區(qū)域進行平面滾壓產生壓應力。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種曲軸校直方法，其通過在曲軸特定的連接臂上的特定區(qū)域的表面施加一定深度的壓應力，使得該連接臂以該區(qū)域為分界線向未施加壓應力面的方向產生微小的彎折變形，從而抵消曲軸校直前的彎曲量，達到校直目的；所述特定的連接臂是指與曲軸主軸頸跳動最大的軸頸位置接近、并且該連接臂的方向與跳動最大值方向夾角不超過±45°或180±45°范圍的一個或多個連接臂；所述特定區(qū)域為該連接臂上距主頸或連頸一側臺面邊緣4-8毫米、形狀為“一”字形的區(qū)域，其長度貫通該連接臂，方向與彎曲跳動最高點方向夾角在90±15°范圍內。校直方法簡單，應用成本低，適用廣泛，校直過程中不損害曲軸疲勞強度。
文檔編號B21D3/16GK102699154SQ201210207440
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月22日 優(yōu)先權日2012年6月22日
發(fā)明者陳立新 申請人:陳立新