專利名稱：發(fā)動(dòng)機(jī)球墨鑄鐵曲軸的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸，特別是涉及球墨鑄鐵曲軸。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代的重卡發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸，特別是WD 615系列曲軸多用鍛鋼，如45號(hào)優(yōu)質(zhì)碳素鋼或42CrMo合金鋼制成。鍛鋼雖然具有優(yōu)良的抗疲勞、抗彎曲的性能，但鍛鋼曲軸的加工工藝較為復(fù)雜，生產(chǎn)效率低，成本高。因此，本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員一直期望使用綜合機(jī)械性能較好的球墨鑄鐵來替代鍛鋼生產(chǎn)曲軸，特別是WD 615系列曲軸。盡管在本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)公知球墨鑄鐵具有良好的綜合機(jī)械性能，但它的抗疲勞、抗彎曲的能力遜于鍛鋼，所以簡(jiǎn)單地直接用球墨鑄鐵代替鍛鋼生產(chǎn)曲軸，而對(duì)曲軸本身的結(jié)構(gòu)不作相應(yīng)的調(diào)整或改變，這樣生產(chǎn)出來的球墨鑄鐵曲軸是不能滿足用戶的技術(shù)要求的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種適于用球墨鑄鐵制造的、具有特定結(jié)構(gòu)的曲軸。
本發(fā)明提供一種新型曲軸，其特征在于該曲軸用球墨鑄鐵制成；與同型號(hào)的鍛鋼曲軸相比，其自由端的前端軸徑頸的直徑增大7％-12％、其里端軸徑的直徑增大4％-8％。
上述球墨鑄鐵曲軸的曲柄臂為對(duì)稱地向左右外伸的雙凸耳形，與同型號(hào)的鍛鋼曲軸相應(yīng)部位相比，其最寬處的寬度增大20％-24％。
上述球墨鑄鐵曲軸的自由端與主軸頸連接處的過渡圓角半徑，與同型號(hào)的鍛鋼曲軸相比，增大40％-60％，而且該圓角處最好經(jīng)滾壓處理。
本發(fā)明中所述的同型號(hào)曲軸系指符合同一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的曲軸，所述的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)包括國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等所有的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。
具體地說，本發(fā)明的新型結(jié)構(gòu)的WD615系列曲軸的特征在于，該曲軸用球墨鑄鐵制成，與同型號(hào)的鍛鋼WD615系列曲軸相比，其自由端前端軸徑的直徑和里端軸徑的直徑分別增大2-5mm。
該WD615系列球墨鑄鐵曲軸的特征還在于，其曲柄臂為對(duì)稱地向左右外伸的雙凸耳形，該曲柄臂的雙凸耳處的最大寬度與同型號(hào)的鍛鋼WD615系列曲軸的相應(yīng)部位的最大寬度相比，增大了25-35mm。
該WD615系列球墨鑄鐵曲軸的特征還在于，與同型號(hào)的鍛鋼WD615系列曲軸相比，其自由端與主軸頸連接處的過渡圓角半徑增大2-5mm，且主軸頸及連桿頸處的過渡圓角處也經(jīng)過滾壓處理。
本發(fā)明的新型曲軸采用球墨鑄鐵制造的理由在于，球墨鑄鐵具有良好的機(jī)械性能，尤其是有良好的耐磨性，其本身所含的石墨就具有良好的潤(rùn)滑性。當(dāng)石墨從鑄件的基體上脫落下來后，它留下的空穴還儲(chǔ)存潤(rùn)滑油。但與鍛鋼相比，其抗彎曲疲勞的能力略差。因此，為保證球墨鑄鐵曲軸具有與鍛鋼曲軸相同的力學(xué)性能，則必須針對(duì)其結(jié)構(gòu)的薄弱處作如下改進(jìn)1.曲軸的自由端承受沖擊和交變負(fù)荷，同時(shí)它還是懸臂結(jié)構(gòu)。為增強(qiáng)其抗御彎曲疲勞的能力，本發(fā)明人將該球墨鑄鐵曲軸自由端的前端軸徑的直徑比與同型號(hào)的鍛鋼曲軸的該直徑增大7％-12％，將該球墨鑄鐵曲軸自由端的里端軸徑的直徑比與同型號(hào)的鍛鋼曲軸的該直徑增大4％-8％。
2.將本發(fā)明的新型球墨鑄鐵曲軸的自由端與主軸頸處的過渡圓角半徑，較同型號(hào)的鍛鋼曲軸的該處的過渡圓角半徑增大40％-60％，以減小該處的應(yīng)力集中敏感度，進(jìn)而增強(qiáng)該處的抗彎曲疲勞的能力。為進(jìn)一步增強(qiáng)該過渡圓角處及主軸頸、連桿頸過渡圓角處的抗彎曲疲勞的能力，還可對(duì)該處作超過曲軸材料屈服極限的滾壓處理，使該部位的金屬由表層至深層產(chǎn)生殘余壓縮應(yīng)力，以在深處產(chǎn)生低值的補(bǔ)償應(yīng)力，從而可部分地抵消曲軸工作時(shí)所受到的拉應(yīng)力，進(jìn)一步提高曲軸該處的疲勞強(qiáng)度。
3.將本發(fā)明球墨鑄鐵曲軸的曲柄臂部位設(shè)計(jì)成對(duì)稱地左右外伸的雙凸耳形，以使該雙凸耳部位的最大寬度比同型號(hào)的鍛鋼曲軸的相應(yīng)部位的最大寬度增大20％-24％。通過加大這一尺寸，可使曲軸該處的抗彎截面模量在一定范圍內(nèi)相應(yīng)加大，結(jié)果使其抗彎強(qiáng)度也在一定范圍內(nèi)加大，使該部位的抗彎能力增強(qiáng)。
本發(fā)明的球墨鑄鐵曲軸因上述結(jié)構(gòu)和尺寸上的改進(jìn)，使得該曲軸的薄弱部位得以加強(qiáng)，使其性能可與同型號(hào)的鍛鋼曲軸相媲美。
另外，還可對(duì)該球墨鑄鐵曲軸的表面作離子氮化處理，使其表面形成一層由氮化鐵及碳化鐵組成的耐磨、耐蝕層，以進(jìn)一步提高該球墨鑄鐵曲軸的綜合機(jī)械性能?？捎糜谥圃烨S的常規(guī)球墨鑄鐵均適于制造本發(fā)明的新型曲軸。本發(fā)明人推薦采用化學(xué)成分如下的球墨鑄鐵
C3.8％-3.99％、Si2.0％-2.4％、Mn0.4％-0.5％、P小于或等于0.07％、S小于或等于0.035％、Cu0.5-0.6％。
上述成分的球墨鑄鐵用ReMg＞1稀土鎂進(jìn)行球化處理；對(duì)鑄件作分階段正火，即可達(dá)到高于QT800-3球墨鑄鐵的性能。


圖1是本發(fā)明的球墨鑄鐵曲軸結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是圖1的A-A向的放大截面示意圖。
圖3是圖1中的自由端的局部放大示意圖。
下面通過實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1用感應(yīng)爐熔煉鑄鐵，該鑄鐵經(jīng)ReMg＞1的稀土鎂球化處理后化學(xué)成分如下C3.91％、Si2.3％、Mn0.48％、P0.03％、S2％、Cu0.55％。
將經(jīng)上述處理的球墨鑄鐵鑄成WD615曲軸毛坯，其球化級(jí)別為2級(jí)、球徑6級(jí)、珠光體含量為91％。
上述毛坯經(jīng)機(jī)加工后進(jìn)行分階段正火910-920℃保溫30分鐘；爐冷至820℃，保溫1小時(shí)；出爐后風(fēng)冷。
機(jī)加工后曲軸的尺寸，其自由端1的前端軸頸11的直徑d1和里端軸頸12的直徑d2分別為52.4mm和53mm，與同型號(hào)的鍛鋼曲軸相比，前端軸頸11的直徑增大9.2％，里端軸頸12的直徑增大6％；其曲柄臂4具有對(duì)稱地向左右外伸的雙凸耳部41，曲柄臂4的雙凸耳部41的最大寬度L為159mm，該雙凸耳間的最大寬度L較同型號(hào)的鍛鋼曲軸曲柄臂相應(yīng)部位的最大寬度增大22％；經(jīng)滾壓處理的自由端1與主軸頸2連接處的過渡圓角半徑為6mm，與同型號(hào)的鍛鋼曲軸相比，增大50％；其余尺寸與WD615系列鍛鋼曲軸的尺寸相同。
最后可對(duì)該曲軸表面作氮離子輝光處理。
本發(fā)明的球墨鑄鐵曲軸由于改進(jìn)了結(jié)構(gòu)及尺寸，增強(qiáng)了薄弱部位，使其抗彎曲疲勞的能力得以提高，從而全面滿足了用戶的技術(shù)要求。實(shí)踐表明本發(fā)明的球墨鑄鐵曲軸的工作壽命與同型號(hào)的45#鋼或42CrMo鋼鍛鋼曲軸的工作壽命相同或比其略高。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸，其特征在于該曲軸用球墨鑄鐵制成，與同型號(hào)的鍛鋼曲軸相比，其自由端的前端軸頸的直徑增大7％-12％；其里端軸頸的直徑增大4-8％；其曲柄臂為對(duì)稱地向左右外伸的雙凸耳形，且該雙凸耳間的最大寬度較同型號(hào)的鍛鋼曲軸曲柄臂相應(yīng)部位的最大寬度增大20-24％。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸，其特征在于該曲軸的自由端與主軸頸連接處的過渡圓角半徑與同型號(hào)的鍛鋼曲軸相比，增大40％-60％。
3.如權(quán)利要求1或2所述的發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸，其特征在于該曲軸表面經(jīng)氮化處理；所述的自由端與主軸頸連接處及主軸頸、連桿頸處的過渡圓角處經(jīng)滾壓處理。
全文摘要
本發(fā)明提供一種球墨鑄鐵的發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸，用以替代同型號(hào)的鍛鋼曲軸。與同型號(hào)的鍛鋼曲軸相比，本發(fā)明球墨鑄鐵的發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的自由端的前端軸頸的直徑增大7－12％，里端軸頸的直徑增大4－8％；自由端與主軸頸連接處的過渡圓角半徑增大40－60％；該球墨鑄鐵曲軸的曲柄臂為對(duì)稱地左右向外伸出的雙凸耳形，該雙凸耳形處的最大寬度比同型號(hào)的鍛鋼曲軸相應(yīng)部位的最大寬度增大20－40％。本發(fā)明的球墨鑄鐵曲軸表面經(jīng)輝光離子氮化處理；所述增大的過渡圓角處及主軸頸、連桿頸圓角處經(jīng)滾壓處理。本發(fā)明的球墨鑄鐵曲軸的工作壽命與同型號(hào)的鍛鋼曲軸的工作壽命相同或比其略高。
文檔編號(hào)F16C3/08GK101054994SQ20071011084
公開日2007年10月17日 申請(qǐng)日期2007年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月12日
發(fā)明者王傳杰, 侯波, 慈惟紅 申請(qǐng)人:天潤(rùn)曲軸有限公司