CN103438088A - 船用发动机球墨铸铁曲轴 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种船用发动机球墨铸铁曲轴。该船用发动机球墨铸铁曲轴，包括：主轴颈，安装在缸体上；连杆颈，其与连杆大头孔连接；平衡块，主轴颈及连杆颈与平衡块的轴颈过渡圆角处分别沉割出滚压圆角。该船用发动机球墨铸铁曲轴结构简单合理，采用圆角滚化强化曲轴，提高了疲劳强度，且由于滚压强化后不需再精磨加工圆角且能确保跳动变形合格，故加工工艺性比氮化曲轴好，而且成本低廉。

Description

船用发动机球墨铸铁曲轴
技术领域
本发明涉及发动机领域，特别涉及一种船用发动机球墨铸铁曲轴。 
背景技术
曲轴是柴油机的主要旋转机件，它的旋转是发动机的动力源，也是整个机械系统的源动力。曲轴工作时要承受巨大的弯曲及扭转复合负荷，因此要求曲轴具有高的疲劳强度及可靠性，曲轴常用材料有锻钢及球墨铸铁两种。现6000吨以上船用柴油机所使用的曲轴绝大多数为锻钢曲轴，也有少部份球铁曲轴。为了提高大型曲轴的疲劳强度，钢曲轴通常要进行调质处理，强度要求更高的锻钢曲轴还要进行轴颈表面＋圆角淬火强化处理，钢曲轴的虽强度高，可靠性好，但其价格昂贵，已占到整机成本的20-30%。而大型船用球铁曲轴目前都是采用正火或表面氮化强化处理,但这种球铁曲轴的疲劳强度远比锻钢曲轴低，只能达到钢曲轴强度的60%,存在可靠性差问题；同时已到成品尺寸的曲轴经最后高温氮化处理后容易产生弯曲变形使跳动超差，如长2000mm的某型号船用球铁曲轴，采用表面氮化强化处理，技术要求氮化后曲轴变形跳动量要不大于0.15mm,但实际有超过20%的曲轴氮化变形跳动量大于0.25mm而面临报废。故目前的大型船用球铁曲轴制造成本虽然比锻钢曲轴低40%～50%，但由于存在使用安全系数低、可靠性差及产品加工合格率低等质量问题，严重限制其代替钢曲轴大规模使用及在更大功率的船机及发电机上应用。另外目前大型船用的曲轴，根据强化工艺需要，曲轴均采用大圆角结构，这种结构由于要同时磨削轴颈表面及圆角，使磨削加工困难，因此生产效率也低。 
发明内容
本发明是为了克服上述现有技术中缺陷，提供了一种结构合理，疲劳强 度高，可靠性好，加工工艺简单的船用发动机球墨铸铁曲轴。 
为达到上述目的，根据本发明提供了一种船用发动机球墨铸铁曲轴，包括： 
主轴颈，安装在缸体上； 
连杆颈，其与连杆大头孔连接； 
平衡块，主轴颈及连杆颈与平衡块的轴颈过渡圆角处分别沉割出滚压圆角。 
上述技术方案中，滚压圆角的半径为曲轴轴颈直径的（0.025～0.035)倍。 
上述技术方案中，船用发动机球墨铸铁曲轴的毛坯采用铁模覆砂工艺以整体成型铸造出来后，并进行正火处理。 
上述技术方案中，滚压圆角滚压前对所述主轴颈及连杆颈的轴颈表面进行淬火及回火处理，其淬硬层的两端与滚压圆角的距离约为（1～3）mm。 
上述技术方案中，淬硬层深度（1.3～3.0）mm,回火硬度要求为（45～52）HRC。 
上述技术方案中，该船用发动机球墨铸铁曲轴在曲轴滚压机上用半径小于所述滚压圆角（0.2～0.3）mm的滚轮对其进行圆角深度滚压强化处理。 
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：该船用发动机球墨铸铁曲轴结构简单合理，采用圆角滚化强化曲轴，提高了疲劳强度，且由于滚压强化后不需再精磨加工圆角且能确保跳动变形合格，故加工工艺性比氮化曲轴好，而且成本低廉。 
附图说明
图1为本发明的船用发动机球墨铸铁曲轴的结构示意图； 
图2为本发明的船用发动机球墨铸铁曲轴的滚压示意图； 
附图标记说明： 
1-船用发动机球墨铸铁曲轴，11-主轴颈，12-连杆颈，13-平衡块，14-滚压圆角，15-淬硬层，16-滚轮。 
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。需要理解的是，本发明的以下实施方式中所提及的“上”、“下”、“左”、“右”、“正面”和“反面”均以各图所示的方向为基准，这些用来限制方向的词语仅仅是为了便于说明，并不代表对本发明具体技术方案的限制。 
本发明的船用发动机球墨铸铁曲轴结构合理，采用圆角滚化强化曲轴，提高了疲劳强度，且由于滚压强化后不需再精磨加工圆角且能确保跳动变形合格，故加工工艺性比氮化曲轴好，而且成本低廉。 
如图1所示，该船用发动机球墨铸铁曲轴是发动机的主要旋转机件，装上连杆后，可承接连杆的上下（往复）运动变成循环（旋转）运动。是发动机上的一个重要的机件，其材料是由球墨铸铁制成的，具体结构包括：主轴颈11和连杆颈12，以及平衡块13，其中，主轴颈被安装在缸体上，连杆颈与连杆大头孔连接，这样，连杆小头孔与汽缸活塞连接，以将活塞的上下（往复）运动变成该船用发动机球墨铸铁曲轴的循环（旋转）运动。 
该船用发动机球墨铸铁曲轴1的毛坯采用铁模覆砂工艺以整体成型铸造出来后，为了提高曲轴基体强度，要对曲轴毛坯进行正火处理。然后再流转机加工，在半精加工曲轴主轴颈11及连杆颈12工序时，要留有1.5mm左右的余量给后续磨削加工，并在各个主轴颈11及连杆颈12与平衡块13的轴颈过渡圆角处分别沉割数控车出一个滚压圆角14（如图1示），滚压圆角14的半径R可取值（0.025～0.035)Ｄ(Ｄ为轴颈的直径）。沉割后轴颈圆角半径减小，有利于形成滚压残余压应力集中，能够产生更大的残余压应力，不但有效地补偿了沉割引起的结构强度下降，而且使曲轴的疲劳强度提高了90～110%。同时这种圆角结构由于不需再磨削圆角，非常有利后续的轴颈精磨加工。 
滚压前对曲轴进行主轴颈11及连杆颈12的轴颈表面进行淬火及回火处理，以提高曲轴的耐磨性，淬硬层15的两端与滚压圆角14的距离约为1～3mm，以防止淬火应力影响降低曲轴滚压强化效果，成品淬硬层深度1.3～3.0mm,曲轴的回火硬度要求为45～52HRC。 
如图2所示，曲轴回火后流转到滚压工序，在大型的曲轴滚压机上用半径略小于沉割圆角0.2～0.3mm的滚轮16对主轴颈、连杆颈的滚压圆角14进行圆角深度滚压强化处理。最后还要精磨轴颈表面，这样前面加工工序引起曲轴的弯曲变形，会在磨削工序能得以消除，从而确保了这种大型球铁曲轴的变形跳动量能100%满足技术要求。 
该船用发动机球墨铸铁曲轴1用圆角滚化强化球铁曲轴，由于滚压强化后不需再精磨加工圆角且能确保跳动变形合格，故加工工艺性比氮化曲轴好，而且成本低廉，更重要是这种球铁曲轴的强度已接近钢轴的强度水平，且球铁曲轴缺口敏感性比钢轴好，因此完全可以代替钢曲轴轴拓展应用到高爆压、大负荷的船机上。 
下表为同型号三种不同技术状态某大型船用曲轴的强度比较： 
技术状态 弯曲疲劳强度（Nm） 使用安全系数(n)
球铁曲轴表面氮化 11000 1.12
球铁曲轴圆角滚压 17600 1.81
锻钢曲轴圆角淬火 19500 1.98
综上，该船用发动机球墨铸铁曲轴结构简单合理，采用圆角滚化强化曲轴，提高了疲劳强度，且由于滚压强化后不需再精磨加工圆角且能确保跳动变形合格，故加工工艺性比氮化曲轴好，而且成本低廉。 
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。 

Claims (6)

1.一种船用发动机球墨铸铁曲轴，其特征在于，包括：
主轴颈，安装在缸体上；
连杆颈，其与连杆大头孔连接；
平衡块，所述主轴颈及连杆颈与平衡块的轴颈过渡圆角处分别沉割出滚压圆角。
2.根据权利要求1所述的船用发动机球墨铸铁曲轴，其特征在于：所述滚压圆角的半径为曲轴轴颈直径的0.025至0.035倍。
3.根据权利要求1所述的船用发动机球墨铸铁曲轴，其特征在于：所述船用发动机球墨铸铁曲轴的毛坯采用铁模覆砂工艺以整体成型铸造出来后，并进行正火处理。
4.根据权利要求1所述的船用发动机球墨铸铁曲轴，其特征在于：所述滚压圆角滚压前对所述主轴颈及连杆颈的轴颈表面进行淬火及回火处理，其淬硬层的两端与滚压圆角的距离约为1至3mm。
5.根据权利要求4所述的船用发动机球墨铸铁曲轴，其特征在于：所述淬硬层深度1.3至3.0mm,回火硬度要求为45至52HRC。
6.根据权利要求5所述的船用发动机球墨铸铁曲轴，其特征在于：该船用发动机球墨铸铁曲轴在曲轴滚压机上用半径小于所述滚压圆角0.2至0.3mm的滚轮对其进行圆角深度滚压强化处理。
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