車用曲軸圓角強化工藝改進研究

摘 要 某車用三缸曲軸原來采用整體鹽浴氮化工藝，經氮化處理的曲軸具有優異的耐磨性、耐疲勞性。但近期為了執行國家環保要求，要我公司用圓角淬火成品曲軸全面替代氮化成品曲軸。由于該曲軸的結構很單薄，英國原設計采用鹽浴氮化對曲軸進行整體強化，現在要求切換成圓角淬火曲軸，疲勞試驗安全系數≥1.3，有許多關鍵指標需要控制。

關鍵詞 曲軸；圓角；工藝改進

1 原材料的選用

選定一種合適的原材料，要滿足疲勞試驗安全系數要求，同時具有優良的性價比。根據以往圓角淬火曲軸使用材料，選定 42CrMoA材料。

2 鍛造過程

確定合適的料段加熱后出爐溫度，保證鍛打過程材料在型腔內填充飽滿。

3 毛坯熱處理過程

本次疲勞試驗結果：按1700N.m加載，2件通過，2件未通過，通過率50%。解剖1件未通過的試樣，其抗拉強度931MPa；屈服強度772MPa，斷后伸長率16.5%，斷面收縮率65，性能指標均合格。

但疲勞試驗未能穩定通過1700N.m。經分析，原因是抗拉強度與屈服強度較低，故判斷在下次試驗時抗拉強度應控制在940MPa以上，屈服強度應控制在780MPa以上（采用本鋼模鑄42CrMoA 材料）。

疲勞試驗總結：以上共做完23塊疲勞試樣。

按1700N.m加載4個，全部通過，通過率100%

按1750N.m加載9個，7過2斷，通過率78%

按1800N.m加載6個，5過1斷，通過率83%

按1850N.m加載2個，1過1斷，通過率50%

按1900N.m加載1個，全部通過，通過率100%

按1950N.m加載1個，全部斷裂，通過率0%

可以看出：該曲軸按1700—1800N.m加載，其通過率是較為穩定的 （該曲軸疲勞極限1715N.m）。加載到1850N.m及以上，通過率就較低了。

舍棄無效及異常數據，可得50%存活率的疲勞極限為

M-1（50%）=[（1800+1850）/2+（1800+1850）/2+（1800+1850）/2+（1800+1850）/2+（1800+1850）/2+ （1750+1800）/2]/6=1816.7N·m

子樣標準差Sn-1==20.4

變異系數μ=Sn-1/M-1（50%）=20.4/1800=0.0112

存活率為50%時的安全系數為

n= M-1（50%）/ M-1=1816.7/1319=1.38

存活率99.9%時的曲軸疲勞極限

M-1（99.9%）=M-1（50%）-α×K×Sn-1 1816.7-3.09×1.051×20.4=1750.4N·m

由標準中附表可知，置信度95%、相對誤差限度5%時為了估計99.9%存活率所需的最少子樣為6時，變異系數最大值為0.0476，而該次試驗μ=0.0112 <0.0476，故精度滿足要求。

存活率為99.9%時的安全系數為

n= M-1（99.9%）/ M-1= 1750.4/1319 = 1.33

7 結束語

安全系數1.33，變異系數0.0112，符合該曲軸疲勞試驗標準要求，滿足了雷沃動力三缸曲軸安全系數≥1.30的要求。

作者簡介

王姝（1986-），女，遼寧丹東；畢業院校：遼寧石油化工大學，專業：機械設計制造及其自動化，學歷：本科學歷，現就職單位：遼寧五一八內燃機配件有限公司，研究方向：機械加工方向。