機械方法強化技術在汽車零件上的應用

于 洪

(海林農場交通科)

1 鑲嵌配套強化

(1)汽缸套。

汽缸套通常有濕式、干式兩類。濕式缸套壁厚一般為5～9mm屬原結構設計，干式缸套原設計上未留壁厚的，只在修理搪缸中配制的，此類缸套的壁厚一般為1.5～3mm、此類缸套為了強化目的盡可能選用優質鑄鐵或合金鑄鐵、砌鑄鐵缸套，現已普遍采用、其化學成分常用如表1所示。

表1 汽車缸套化學成分表

(2)氣門座圈。

汽缸體或缸蓋上的氣門座部位工作很辛苦，在承受高溫條件下，每分鐘高達千余次的敲擊和摩擦的損傷。為了延長壽命必須鑲嵌特殊要求的座圈。這種座圈通常采用的合金鑄鐵化學成分為:2.5％～3.5％、1.5％～2.0％Si、2.75％～3.75％Cr、4％～5％Mn、0.5％～0.8％Mn、0.2％以下P、0.1％以下S。硬度HRC53-58。

(3)氣門導管。

氣門導管材料大多為灰鑄鐵、球墨鑄鐵、粉末冶金。大修中均可周期更換。

(4)頂置式氣門的凸輪軸軸承孔可直接用減摩功能材料鑲嵌配套。

(5)可鍛鑄鐵的橋殼軸頸可鑲嵌套管和強化鋼套的油封頂。

(6)凸輪軸的機油泵傳動齒輪損壞在大修中可用鑲嵌法修復。

諸如類似的镕按法修復和強化汽車零件部位均可舉—反三的進行修復和強化。

2 表面滾壓強化

滾壓工藝是機械法強化的重要措施之一、是表面形變強化的一種。工藝簡單而效果顯著、可明顯提高表面幾何尺寸精度、硬度，降低粗糙度、抗拉強度也有所提高。當材料表面經過液壓后使表面金屬受到擠壓，不僅表面產生形變硬化層，并引入高的殘余壓力，獲得強化的表面效果，提高應力腐蝕開裂抗力和疲勞斷裂強度，汽車零件經過表面形變強化處理后，工作疲勞壽命提高一倍以上。由于提高幾何尺寸精度、降低粗糙度，從而提高了機械裝備精度，延長了使用壽命。

汽車零件采用滾壓工藝的活塞肖孔(鋁合金)其孔徑偏差提高0.001mm，圓度、圓柱度提高0.0005mm，表面硬度提高5～6個布氏單位、粗糙度Ra由3.04降至0.81、Rz由19.7降至5.92。曲軸軸頸拐根部圓角經過滾壓提高了曲軸強度減少斷裂。

3 噴丸強化

3.1 概況及用途

噴丸形式上將鋼丸以壓縮空氣噴射于金屬表面或以離心式噴丸機借離心力甩到金屬表面。習慣上前者叫做噴丸，后者叫做拋丸。在具體噴丸設備上則有大型的汽車車架噴九設備，列車車廂外皮拋丸設備，中小型的則有機械密封式離心噴丸機，滾筒式噴丸機，彈簧專用噴丸機等。

噴丸的用途可分為兩大類:(1)用于清潔零件表面，即清除零件表面的污物，漆皮、鐵銹以及鍛鑄件毛坯的氧化皮等。(2)強化金屬表面，使零件表面生成0.1～0.4mm深的硬化層，并使表層產生壓應力，提高其疲勞強度。還可使零件表面上缺陷，機加工的切削痕損傷減少，從而降低應力集中。

3.2 強化原理及特點

使金屬獲得強化原理是:金屬表面承受劇裂的彈丸沖擊產生形變硬化層，在硬化層內產生的變化，即組織上使金屬晶粒細化，位錯密度增高，晶格畸變度加大。宏觀上噴丸過程在零件表面產生殘余應力層，當零件受到交變負荷時殘余應力起到抵消外加應力的作用。尤其形成的殘余壓應力對提高零件的疲勞強度發揮到絕對作用，而殘余拉伸應力則相反。同時對切削加工表面的尖銳刀痕圓滑化，從而明顯的提高材料的疲勞性能和應力腐蝕性能。

噴丸效果特點:材料的強度越高，效果越明顯，鋼的效果高于其他金屬和合金，有缺口零件的效果高于光滑零件，對于彎曲的板簧凸面上進行噴丸可獲得更高的殘余壓應力，顯著提高疲勞強度和壽命。

3.3 噴丸的應用及實例

汽車各部彈簧，尤其是發動機氣門彈簧和承載的鋼板彈簧或螺旋狀彈簧，以及扭桿彈簧。這些彈簧零件在汽車運行中，負荷很辛苦，其功能作用重要。

氣門彈簧雖然零件小，但卻是發動機中的一個重要零件，現代發動機的轉速不斷提高，比功率也不斷加大，疲勞壽命要求不得低于l07次，因此氣門彈簧鋼絲要求不僅是抗拉強度，斷面收縮率，扭轉性能。還要求疲勞性能，所以，氣門彈簧要進行噴丸處理，噴丸后殘余壓應力應達到-500MPa，最好能達到-600MPa。在修理中氣門彈簧整形后也必須噴丸處理，具體要求應在機械密封式離心噴丸機中進行，噴丸時間20min，表面覆蓋率90％。

鋼板彈簧在非對稱的交變彎曲載荷下工作，疲勞性能直接影響到整個扳簧總成的質量，試驗表明，應力在640～930MPa之間，硬度在HRC-HRC48，隨硬度增加，疲勞次數顯著增加，尤其HRC46時效果明顯，噴丸強化是改善疲勞有效方法。板簧的設計壽命一般在5萬km以上，汽車運行一個大修間隔里程大多在10萬km以上。因此汽車在大修中應予整形、熱處理、噴丸恢復疲勞。值得注意的、在淬火、回火中必須防止脫碳問題，脫碳層直接影響疲勞性能。

汽車的彈性元件除鋼板彈簧、螺旋彈簧之外，還有拉桿彈簧。扭桿彈簧與板簧不同之處是利用扭轉變形起緩沖減震作用，所以在輕型汽車上采用較多。扭桿彈簧的噴丸強化覆蓋率應大于95％。

汽車車架在長期運行中承受著復雜的交變載荷和不同程度的應力腐蝕環境工作，在一個大修期中疲勞強度均有一定程度的下降，應予噴丸處理，車架噴丸不僅得到強化、改善疲勞，也是大修前的清除污物、鐵銹、漆皮工作。

前軸、俗稱工字梁。它承受載荷來自垂直載荷、水平縱向載荷和側向載荷。尤其垂直方向的載荷最大，是引起前軸發生疲勞破壞的主載荷。

噴丸是改善疲勞性能的有效方法，但在修理中的零件大都是加工面，不同于制造的新件毛坯，故此對有些加工表面不宜噴丸，以免破壞加工表面。

[1] 鄧漢清.NKR型汽車前橋裝配線的重組與優化設計[J].西安理工大學，2002.

[2] 盧曦，鄭松林.小載荷強化對汽車零件表面強度的影響[J].農業機械學報，2008，(5).