船用發(fā)動機球墨鑄鐵曲軸的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種船用發(fā)動機球墨鑄鐵曲軸。該船用發(fā)動機球墨鑄鐵曲軸，包括：主軸頸，安裝在缸體上；連桿頸，其與連桿大頭孔連接；平衡塊，主軸頸及連桿頸與平衡塊的軸頸過渡圓角處分別沉割出滾壓圓角。該船用發(fā)動機球墨鑄鐵曲軸結構簡單合理，采用圓角滾化強化曲軸，提高了疲勞強度，且由于滾壓強化后不需再精磨加工圓角且能確保跳動變形合格，故加工工藝性比氮化曲軸好，而且成本低廉。
【專利說明】船用發(fā)動機球墨鑄鐵曲軸
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及發(fā)動機領域，特別涉及一種船用發(fā)動機球墨鑄鐵曲軸。
【背景技術】
[0002]曲軸是柴油機的主要旋轉機件，它的旋轉是發(fā)動機的動力源，也是整個機械系統的源動力。曲軸工作時要承受巨大的彎曲及扭轉復合負荷，因此要求曲軸具有高的疲勞強度及可靠性，曲軸常用材料有鍛鋼及球墨鑄鐵兩種。現6000噸以上船用柴油機所使用的曲軸絕大多數為鍛鋼曲軸，也有少部份球鐵曲軸。為了提高大型曲軸的疲勞強度，鋼曲軸通常要進行調質處理，強度要求更高的鍛鋼曲軸還要進行軸頸表面+圓角淬火強化處理，鋼曲軸的雖強度高，可靠性好，但其價格昂貴，已占到整機成本的20-30%。而大型船用球鐵曲軸目前都是采用正火或表面氮化強化處理，但這種球鐵曲軸的疲勞強度遠比鍛鋼曲軸低，只能達到鋼曲軸強度的60%，存在可靠性差問題；同時已到成品尺寸的曲軸經最后高溫氮化處理后容易產生彎曲變形使跳動超差，如長2000mm的某型號船用球鐵曲軸，采用表面氮化強化處理，技術要求氮化后曲軸變形跳動量要不大于0.15mm,但實際有超過20%的曲軸氮化變形跳動量大于0.25mm而面臨報廢。故目前的大型船用球鐵曲軸制造成本雖然比鍛鋼曲軸低40%?50%,但由于存在使用安全系數低、可靠性差及產品加工合格率低等質量問題，嚴重限制其代替鋼曲軸大規(guī)模使用及在更大功率的船機及發(fā)電機上應用。另外目前大型船用的曲軸，根據強化工藝需要，曲軸均采用大圓角結構，這種結構由于要同時磨削軸頸表面及圓角，使磨削加工困難,因此生產效率也低。
實用新型內容
[0003]本實用新型是為了克服上述現有技術中缺陷，提供了一種結構合理，疲勞強度高，可靠性好，加工工藝簡單的船用發(fā)動機球墨鑄鐵曲軸。
[0004]為達到上述目的，根據本實用新型提供了一種船用發(fā)動機球墨鑄鐵曲軸，包括:
[0005]主軸頸，安裝在缸體上；
[0006]連桿頸，其與連桿大頭孔連接；
[0007]平衡塊，主軸頸及連桿頸與平衡塊的軸頸過渡圓角處分別沉割出滾壓圓角。
[0008]上述技術方案中，滾壓圓角的半徑為曲軸軸頸直徑的(0.025?0.035)倍。
[0009]上述技術方案中，船用發(fā)動機球墨鑄鐵曲軸的毛坯采用鐵模覆砂工藝以整體成型鑄造出來后，并進行正火處理。
[0010]上述技術方案中，滾壓圓角滾壓前對所述主軸頸及連桿頸的軸頸表面進行淬火及回火處理，其淬硬層的兩端與滾壓圓角的距離約為(I?3) mm。
[0011]上述技術方案中，淬硬層深度(1.3?3.0) mm，回火硬度要求為(45?52) HRC。
[0012]上述技術方案中，該船用發(fā)動機球墨鑄鐵曲軸在曲軸滾壓機上用半徑小于所述滾壓圓角(0.2?0.3) mm的滾輪對其進行圓角深度滾壓強化處理。
[0013]與現有技術相比，本實用新型具有如下有益效果:該船用發(fā)動機球墨鑄鐵曲軸結構簡單合理，采用圓角滾化強化曲軸，提高了疲勞強度，且由于滾壓強化后不需再精磨加工圓角且能確保跳動變形合格，故加工工藝性比氮化曲軸好，而且成本低廉。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本實用新型的船用發(fā)動機球墨鑄鐵曲軸的結構示意圖；
[0015]圖2為本實用新型的船用發(fā)動機球墨鑄鐵曲軸的圓角深度滾壓強化處理示意圖；
[0016]附圖標記說明:
[0017]1-船用發(fā)動機球墨鑄鐵曲軸，11-主軸頸，12-連桿頸，13-平衡塊，14-滾壓圓角，15-淬硬層，16-滾輪。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖，對本實用新型的一個【具體實施方式】進行詳細描述，但應當理解本實用新型的保護范圍并不受【具體實施方式】的限制。需要理解的是，本實用新型的以下實施方式中所提及的“上”、“下”、“左”、“右”、“正面”和“反面”均以各圖所示的方向為基準，這些用來限制方向的詞語僅僅是為了便于說明，并不代表對本實用新型具體技術方案的限制。
[0019]本實用新型的船用發(fā)動機球墨鑄鐵曲軸結構合理，采用圓角滾化強化曲軸，提高了疲勞強度，且由于滾壓強化后不需再精磨加工圓角且能確保跳動變形合格，故加工工藝性比氮化曲軸好,而且成本低廉。
[0020]如圖1所示，該船用發(fā)動機球墨鑄鐵曲軸是發(fā)動機的主要旋轉機件，裝上連桿后，可承接連桿的上下(往復)運動變成循環(huán)(旋轉)運動。是發(fā)動機上的一個重要的機件，其材料是由球墨鑄鐵制成的，具體結構包括:主軸頸11和連桿頸12，以及平衡塊13，其中，主軸頸被安裝在缸體上，連桿頸與連桿大頭孔連接，這樣，連桿小頭孔與汽缸活塞連接，以將活塞的上下(往復)運動變成該船用發(fā)動機球墨鑄鐵曲軸的循環(huán)(旋轉)運動。
[0021]該船用發(fā)動機球墨鑄鐵曲軸I的毛坯采用鐵模覆砂工藝以整體成型鑄造出來后，為了提高曲軸基體強度，要對曲軸毛坯進行正火處理。然后再流轉機加工，在半精加工曲軸主軸頸11及連桿頸12工序時，要留有1.5mm左右的余量給后續(xù)磨削加工，并在各個主軸頸11及連桿頸12與平衡塊13的軸頸過渡圓角處分別沉割數控車出一個滾壓圓角14(如圖1示)，滾壓圓角14的半徑R可取值(0.025?0.035) D ( D為軸頸的直徑)。沉割后軸頸圓角半徑減小，有利于形成滾壓殘余壓應力集中，能夠產生更大的殘余壓應力，不但有效地補償了沉割引起的結構強度下降，而且使曲軸的疲勞強度提高了 90?110%。同時這種圓角結構由于不需再磨削圓角，非常有利后續(xù)的軸頸精磨加工。
[0022]滾壓前對曲軸進行主軸頸11及連桿頸12的軸頸表面進行淬火及回火處理，以提高曲軸的耐磨性，淬硬層15的兩端與滾壓圓角14的距離約為I?3mm，以防止淬火應力影響降低曲軸滾壓強化效果，成品淬硬層深度1.3?3.0mm,曲軸的回火硬度要求為45?52HRC。
[0023]如圖2所示，曲軸回火后流轉到滾壓工序，在大型的曲軸滾壓機上用半徑略小于沉割圓角0.2?0.3mm的滾輪16對主軸頸、連桿頸的滾壓圓角14進行圓角深度滾壓強化處理。最后還要精磨軸頸表面，這樣前面加工工序引起曲軸的彎曲變形，會在磨削工序能得以消除，從而確保了這種大型球鐵曲軸的變形跳動量能100%滿足技術要求。[0024]該船用發(fā)動機球墨鑄鐵曲軸I用圓角滾化強化球鐵曲軸，由于滾壓強化后不需再精磨加工圓角且能確保跳動變形合格，故加工工藝性比氮化曲軸好，而且成本低廉，更重要是這種球鐵曲軸的強度已接近鋼軸的強度水平，且球鐵曲軸缺口敏感性比鋼軸好，因此完全可以代替鋼曲軸軸拓展應用到高爆壓、大負荷的船機上。
[0025]下表為同型號三種不同技術狀態(tài)某大型船用曲軸的強度比較:
[0026]
【權利要求】
1.一種船用發(fā)動機球墨鑄鐵曲軸，其特征在于，包括: 主軸頸，安裝在缸體上； 連桿頸，其與連桿大頭孔連接； 平衡塊，所述主軸頸及連桿頸與平衡塊的軸頸過渡圓角處分別沉割出滾壓圓角。
2.根據權利要求1所述的船用發(fā)動機球墨鑄鐵曲軸，其特征在于:所述滾壓圓角的半徑為曲軸軸頸直徑的0.025至0.035倍。
3.根據權利要求1所述的船用發(fā)動機球墨鑄鐵曲軸，其特征在于:所述船用發(fā)動機球墨鑄鐵曲軸的毛坯采用鐵模覆砂工藝以整體成型鑄造出來后，并進行正火處理。
4.根據權利要求1所述的船用發(fā)動機球墨鑄鐵曲軸，其特征在于:所述滾壓圓角滾壓前對所述主軸頸及連桿頸的軸頸表面進行淬火及回火處理，其淬硬層的兩端與滾壓圓角的距離約為I至3_。
5.根據權利要求4所述的船用發(fā)動機球墨鑄鐵曲軸，其特征在于:所述淬硬層深度1.3至3.0mm,回火硬度要求為45至52HRC。
【文檔編號】F16C3/20GK203500267SQ201320398568
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年7月5日 優(yōu)先權日:2013年7月5日
【發(fā)明者】李勇強, 于筍, 廖繼光, 蔚興建, 韋文學, 陶前昭 申請人:廣西玉柴機器股份有限公司