發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸圓角滾壓強(qiáng)化方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸圓角滾壓強(qiáng)化方法，使用滾壓頭進(jìn)行曲軸圓角的滾壓強(qiáng)化加工，包括以下步驟：（1）在計(jì)算機(jī)上建立發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸模型；（2）在計(jì)算機(jī)上模擬曲軸工作狀態(tài)，通過(guò)計(jì)算，確定曲軸圓角滾壓力；（3）確定滾壓頭滾壓圓角、滾壓頭夾角和滾壓圈數(shù)；對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸圓角進(jìn)行滾壓強(qiáng)化加工；（4）對(duì)滾壓強(qiáng)化產(chǎn)品進(jìn)行疲勞試驗(yàn)；（5）根據(jù)疲勞試驗(yàn)結(jié)果，選擇強(qiáng)化程度符合設(shè)定值的滾壓力和滾壓圈數(shù)值，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸圓角進(jìn)行滾壓；本發(fā)明對(duì)應(yīng)力集中較容易斷裂的曲軸圓角位置進(jìn)行滾壓強(qiáng)化，能有效緩和應(yīng)力集中現(xiàn)象，強(qiáng)化應(yīng)力集中部位，曲軸圓角強(qiáng)化程度能提高60%～100%。
【專利說(shuō)明】發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸圓角滾壓強(qiáng)化方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸，具體涉及發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸圓角滾壓強(qiáng)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002]曲軸在工作中承受彎曲載荷和扭轉(zhuǎn)載荷，對(duì)內(nèi)不平衡的發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸還承受內(nèi)彎矩和剪力；未采取扭轉(zhuǎn)振動(dòng)減振措施的曲軸，還可能存在幅值較大的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)彈性力矩。這些載荷都是交變的，可能引起曲軸疲勞失效。實(shí)踐表明，彎曲載荷具有決定性作用，彎曲疲勞失效是主要破壞形式。因此，曲軸結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的研究重點(diǎn)是彎曲疲勞強(qiáng)度。
[0003]曲軸形狀復(fù)雜，應(yīng)力集中現(xiàn)象相當(dāng)嚴(yán)重，特別在連桿軸頸與曲柄臂的過(guò)度圓角處，和潤(rùn)滑油孔出口附近的應(yīng)力集中尤為突出。通常的曲軸斷裂，疲勞裂紋都始于圓角邊緣處，端口大致與軸心線成45°。對(duì)于小排量汽車而言，空間緊湊，同時(shí)為滿足動(dòng)力性能，車輛設(shè)計(jì)必須最大限度的輕量化；發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸強(qiáng)度設(shè)計(jì)受到一定程度限制，曲軸斷裂現(xiàn)象不可避免。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供能夠提高曲軸強(qiáng)度，防止曲軸斷裂的發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸圓角滾壓強(qiáng)化方法。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0006]該發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸圓角滾壓強(qiáng)化方法，使用滾壓頭進(jìn)行曲軸圓角的滾壓強(qiáng)化加工，包括以下步驟；
[0007]( I)在計(jì)算機(jī)上建立發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸模型；
[0008](2)在計(jì)算機(jī)上模擬曲軸工作狀態(tài)，通過(guò)計(jì)算，確定曲軸圓角滾壓力；
[0009](3)確定滾壓頭滾壓圓角、滾壓頭夾角和滾壓圈數(shù)；對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸圓角進(jìn)行滾壓強(qiáng)化加工；
[0010](4)對(duì)滾壓強(qiáng)化產(chǎn)品進(jìn)行疲勞試驗(yàn)；
[0011](5)根據(jù)疲勞試驗(yàn)結(jié)果，選擇強(qiáng)化程度符合設(shè)定值的滾壓力和滾壓圈數(shù)值，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸圓角進(jìn)行滾壓。
[0012]所述曲軸圓角分別為主軸頸圓角和連桿頸圓角。
[0013]所述步驟(2)中通過(guò)CAE建立發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸模型，模擬曲軸工作狀態(tài)，計(jì)算出曲軸圓角的應(yīng)力分布，得到曲軸圓角滾壓力，確定曲軸圓角滾壓力數(shù)值范圍。
[0014]所述步驟(3)中根據(jù)曲軸的主軸頸圓角和連桿頸圓角確定滾壓頭滾壓圓角。
[0015]所述步驟(3)中根據(jù)曲軸圓角位置確定滾壓頭的夾角。
[0016]所述步驟(3)中采用多組滾壓圈數(shù)值。
[0017]所述滾壓頭連接有動(dòng)力源。
[0018]滾壓曲軸主軸頸圓角的滾壓頭夾角和曲軸主軸頸圓角圓心連線夾角相等，滾壓曲軸連桿頸圓角滾壓頭夾角和曲軸連桿頸圓角圓心連線夾角相等。[0019]滾壓曲軸主軸頸圓角的滾壓頭圓角小于曲軸主軸頸圓角，滾壓曲軸連桿頸圓角的滾壓頭圓角小于曲軸連桿頸圓角。
[0020]所述步驟(5)中強(qiáng)化程度設(shè)定值為曲軸圓角強(qiáng)化程度提高60%?100%。
[0021]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:該發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸圓角滾壓強(qiáng)化方法，通過(guò)CAE輔助手段，結(jié)合疲勞試驗(yàn)，進(jìn)行滾壓參數(shù)優(yōu)化；得到最佳滾壓參數(shù)后，采用滾壓頭對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸圓角滾壓強(qiáng)化。該發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸圓角滾壓強(qiáng)化方法，對(duì)應(yīng)力集中較容易斷裂的曲軸圓角位置進(jìn)行滾壓強(qiáng)化，能有效緩和應(yīng)力集中現(xiàn)象，強(qiáng)化應(yīng)力集中部位，曲軸圓角強(qiáng)化程度能提高60%?100%。且發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸圓角滾壓工藝在參數(shù)確定好后，后期加工簡(jiǎn)單，強(qiáng)化程度高，不僅能增強(qiáng)零件的強(qiáng)度，也能簡(jiǎn)化生產(chǎn)加工，大大提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的強(qiáng)度和經(jīng)濟(jì)型。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]下面對(duì)本發(fā)明說(shuō)明書各幅附圖表達(dá)的內(nèi)容及圖中的標(biāo)記作簡(jiǎn)要說(shuō)明:
[0023]圖1為本發(fā)明發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸圓角滾壓強(qiáng)化方法的發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸圓角的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖2為本發(fā)明發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸圓角滾壓強(qiáng)化方法的示意圖。
[0025]圖3為本發(fā)明發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸圓角滾壓強(qiáng)化方法的滾壓力和滾壓圈數(shù)的關(guān)系圖。
[0026]上述圖中的標(biāo)記均為:
[0027]1-連桿軸頸，2-連桿軸頸圓角，3-主軸頸圓角，4-主軸頸，5-滾壓力，6_滾壓角度，7-滾壓頭。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面對(duì)照附圖，通過(guò)對(duì)最優(yōu)實(shí)施例的描述，對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0029]如圖1和圖2所示，曲軸斷裂現(xiàn)象容易發(fā)生的曲軸圓角，分別為連桿軸頸I處的連桿軸頸圓角2和主軸頸4處的主軸頸圓角3。
[0030]該發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸圓角滾壓強(qiáng)化方法，使用滾壓頭7進(jìn)行曲軸圓角的滾壓強(qiáng)化加工，滾壓頭7連接有動(dòng)力源，包括以下步驟；
[0031](I)在計(jì)算機(jī)上建立發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸模型；具體為:發(fā)動(dòng)機(jī)規(guī)格不同，發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸不同；根據(jù)具體的發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸，使用計(jì)算機(jī)建模軟件，在建模軟件內(nèi)輸入發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸各段長(zhǎng)、寬、高和軸頸圓角等參數(shù)，繪制出發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸模型；建模軟件為包括PROE和CATIA在內(nèi)的多種三維繪圖軟件；
[0032](2)將步驟(I)得到的發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸模型輸入到CAE中，在CAE中輸入發(fā)動(dòng)機(jī)各性能參數(shù)，模擬發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的工作狀態(tài)，計(jì)算得出曲軸圓角的應(yīng)力分布，得出曲軸圓角滾壓力，確定曲軸圓角滾壓力數(shù)值范圍；
[0033](3)確定滾壓頭滾壓圓角、滾壓頭夾角和滾壓圈數(shù)；對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸圓角進(jìn)行滾壓強(qiáng)化加工；
[0034]滾壓曲軸主軸頸圓角3的滾壓頭夾角和曲軸主軸頸3圓角圓心連線夾角相等，滾壓曲軸連桿頸圓角2的滾壓頭夾角和曲軸連桿頸2圓角圓心連線夾角相等；
[0035]滾壓曲軸主軸頸圓角3的滾壓頭圓角小于曲軸主軸頸圓角3，滾壓曲軸連桿頸圓角2的滾壓頭圓角小于曲軸連桿頸圓角2 ；[0036]滾壓圈數(shù)值根據(jù)試驗(yàn)選擇為多組；
[0037](4)對(duì)滾壓強(qiáng)化產(chǎn)品進(jìn)行疲勞試驗(yàn)；
[0038](5)根據(jù)疲勞試驗(yàn)結(jié)果，選擇強(qiáng)化程度符合設(shè)定值的滾壓力和滾壓圈數(shù)值，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸圓角進(jìn)行滾壓。
[0039]優(yōu)選強(qiáng)化程度設(shè)定值為曲軸圓角強(qiáng)化程度提高60%?100%。
[0040]上述步驟(3)得到的曲軸圓角強(qiáng)化程度為提高60%?100%。
[0041]該發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸圓角滾壓強(qiáng)化方法，曲軸圓角滾壓需要滿足四要素:滾壓頭7圓角，滾壓頭7滾壓角度(通過(guò)滾壓頭7的夾角確定)，滾壓力，滾壓圈數(shù)。
[0042]根據(jù)軸頸圓角來(lái)選擇滾壓頭7的圓角，一般滾壓頭7圓角不應(yīng)該大于軸頸圓角，如果滾壓頭7圓角大于軸頸圓角將會(huì)在軸頸表面形成點(diǎn)接觸，這樣不僅不能使軸頸強(qiáng)度增力口，反而會(huì)引起軸頸的開裂，故優(yōu)選滾壓頭7圓角比軸頸圓角小。
[0043]然后根據(jù)主軸頸圓角3和連桿頸圓角2的圓心連線角度來(lái)確定滾壓頭夾角6，確保滾壓位置正確。
[0044]一般借助CAE分析手段獲得一個(gè)初始的滾壓力5，確定滾壓力5的數(shù)值范圍，再根據(jù)試驗(yàn)來(lái)確定滾壓的圈數(shù)和力的關(guān)系圖，這些滾壓基本參數(shù)確定下來(lái)之后再進(jìn)行加工制造。
[0045]由于這些參數(shù)都是借助CAE分析手段或者是試驗(yàn)得來(lái)，因此一般都會(huì)將滾壓力上浮或者下浮設(shè)定一個(gè)數(shù)值范圍，滾壓圈數(shù)選擇多組，進(jìn)行加工制造；然后將加工制造的曲軸的曲拐進(jìn)行疲勞試驗(yàn)，根據(jù)疲勞試驗(yàn)的結(jié)果最終確定生產(chǎn)使用何種滾壓參數(shù)。
[0046]根據(jù)試驗(yàn)驗(yàn)證，我們的曲軸在經(jīng)過(guò)滾壓工藝處理之后，強(qiáng)化程度能提高60%?100%，這個(gè)強(qiáng)化程度能滿足現(xiàn)行高速大負(fù)荷發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的強(qiáng)度要求。
[0047]以排量1.6-2.2T的四沖程柴油機(jī)作為優(yōu)選實(shí)施例，發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸圓角滾壓強(qiáng)化方法，包括以下步驟；
[0048](I)在計(jì)算機(jī)上通過(guò)PROE建模軟件分別建立1.6T、1.8T、2.0T和2.2Τ的四沖程柴油機(jī)曲軸模型；
[0049](2)將步驟(I)得到的曲軸模型分別輸入到CAE中，在CAE中分別輸入1.6Τ、1.8Τ、
2.0T和2.2Τ的四沖程柴油機(jī)性能參數(shù)，模擬曲軸工作狀態(tài)；CAE計(jì)算，得出曲軸圓角滾壓力為7-9KN，確定滾壓力為6-1IKN ；
[0050]1.6-2.2T的四沖程柴油機(jī)曲軸，滾壓曲軸主軸頸圓角3的滾壓頭夾角和曲軸主軸頸圓角3圓心連線夾角相等；
[0051]滾壓曲軸連桿頸圓角2的滾壓頭夾角和曲軸連桿頸圓角2圓心連線夾角相等；
[0052]滾壓曲軸主軸頸圓角3的滾壓頭圓角比曲軸主軸頸圓角3小0.8?Imm ;滾壓曲軸連桿頸圓角2滾壓頭圓角比曲軸連桿頸圓角2小0.8?Imm ;
[0053]滾壓圈數(shù)需根據(jù)試驗(yàn)值確定為多組，優(yōu)選三組，分別為2-4圈，4-6圈，6_8圈；
[0054]采用以上滾壓參數(shù)，對(duì)1.6-2.2T的四沖程柴油機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸圓角進(jìn)行滾壓強(qiáng)化加工；
[0055]對(duì)滾壓強(qiáng)化后的四沖程柴油機(jī)曲軸進(jìn)行疲勞試驗(yàn)，根據(jù)疲勞試驗(yàn)結(jié)果選擇得到強(qiáng)化程度符合設(shè)定值要求的滾壓力和滾壓圈數(shù)值，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸圓角進(jìn)行滾壓。
[0056]如圖3所示，以得到的符合要求的滾壓力和滾壓圈數(shù)值對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸圓角滾壓過(guò)程為:初始滾壓力為4KN逐漸升到8?12KN滾壓2?6圈后，滾壓力降低至4KN再滾壓2?4圈。根據(jù)疲勞試驗(yàn)驗(yàn)證，采用以上滾壓力和滾壓圈數(shù)，曲軸圓角強(qiáng)化程度能提高60%?
100% ο
[0057]顯然本發(fā)明具體實(shí)現(xiàn)并不受上述方式的限制，只要采用了本發(fā)明的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進(jìn)行的各種非實(shí)質(zhì)性的改進(jìn)，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸圓角滾壓強(qiáng)化方法，其特征在于:使用滾壓頭進(jìn)行曲軸圓角的滾壓強(qiáng)化加工，包括以下步驟； (1)在計(jì)算機(jī)上建立發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸模型； (2)在計(jì)算機(jī)上模擬曲軸工作狀態(tài)，通過(guò)計(jì)算，確定曲軸圓角滾壓力； (3)確定滾壓頭滾壓圓角、滾壓頭夾角和滾壓圈數(shù)；對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸圓角進(jìn)行滾壓強(qiáng)化加工； (4)對(duì)滾壓強(qiáng)化產(chǎn)品進(jìn)行疲勞試驗(yàn)； (5)根據(jù)疲勞試驗(yàn)結(jié)果，選擇強(qiáng)化程度符合設(shè)定值的滾壓力和滾壓圈數(shù)值，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸圓角進(jìn)行滾壓。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸圓角滾壓強(qiáng)化方法，其特征在于:所述曲軸圓角分別為主軸頸圓角和連桿頸圓角。
3.如權(quán)利要求1或2所述的發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸圓角滾壓強(qiáng)化方法，其特征在于:所述步驟(2)中通過(guò)CAE模擬發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸工作狀態(tài)，計(jì)算出曲軸圓角的應(yīng)力分布，得到曲軸圓角滾壓力，確定曲軸圓角滾壓力數(shù)值范圍。
4.如權(quán)利要求3所述的發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸圓角滾壓強(qiáng)化方法，其特征在于:所述步驟(3)中根據(jù)曲軸的主軸頸圓角和連桿頸圓角確定滾壓頭滾壓圓角。
5.如權(quán)利要求4所述的發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸圓角滾壓強(qiáng)化方法，其特征在于:所述步驟(3)中根據(jù)曲軸圓角位置確定滾壓頭的夾角。
6.如權(quán)利要求5所述的發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸圓角滾壓強(qiáng)化方法，其特征在于:所述步驟(3)中采用多組滾壓圈數(shù)值。
7.如權(quán)利要求6所述的發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸圓角滾壓強(qiáng)化方法，其特征在于:所述滾壓頭連接有動(dòng)力源。
8.如權(quán)利要求7所述的發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸圓角滾壓強(qiáng)化方法，其特征在于:滾壓曲軸主軸頸圓角的滾壓頭夾角和曲軸主軸頸圓角圓心連線夾角相等，滾壓曲軸連桿頸圓角滾壓頭夾角和曲軸連桿頸圓角圓心連線夾角相等。
9.如權(quán)利要求8所述的發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸圓角滾壓強(qiáng)化方法，其特征在于:滾壓曲軸主軸頸圓角的滾壓頭圓角小于曲軸主軸頸圓角，滾壓曲軸連桿頸圓角的滾壓頭圓角小于曲軸連桿頸圓角。
10.如權(quán)利要求9所述的發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸圓角滾壓強(qiáng)化方法，其特征在于:所述步驟(5)中強(qiáng)化程度設(shè)定值為曲軸圓角強(qiáng)化程度提高60%?100%。
【文檔編號(hào)】B23P9/02GK103481014SQ201310426237
【公開日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2013年9月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月17日
【發(fā)明者】鄧炯炯, 李玲娟 申請(qǐng)人:奇瑞汽車股份有限公司