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曲轴感应淬火变形超差原因分析
作者: 发布日期:2018/09/29 关注次数:802

 

曲轴感应淬火变形超差原因分析

曲轴感应热处理强化在整个曲轴加工线上有着特殊的地位,一旦变形超差或热处理质量不合格,热处理加工环节就会成为整个生产环节的“瓶颈工艺”;曲轴感应淬火(如图1所示)引起的变形是生产中的常见问题,其变形量的控制对曲轴的加工及使用性能有深远的影响;因热处理过程的影响因素较多,导致其变形量不易受控,而是在一个合理的范围内波动,热处理变形量的大小严重影响后续的精加工量,热处理变形量过大会致曲轴精加工量大,增加机械加工成本,降低加工效率;热处理变形量过大可能使曲轴出现偏磨或黑皮现象,直接导致曲轴性能降低或最终报废。本文通过对影响曲轴感应淬火变形相关因素的分析,找到了曲轴感应淬火变形超差的原因,提出了相应的解决措施。

一、问题现状

某发动机厂为保证后续的精加工及磨削工序的效率与经济性,在无需校直条件下对某曲轴感应热处理变形量控制在0.35mm以内(淬火变形量如果>0.35mm,就会出现磨偏量大,淬硬层不均匀,曲轴性能下降或者直接导致整根曲轴报废)。

 

很长一段时间内,某曲轴的变形量均>0.4mm(测量结果见图3),必须经过校直后才能进入机加工环节,曲轴变形量超差已经严重影响生产节拍,因此我们将曲轴感应淬火变形原因分析作为现生产质量改善项目进行研究。

 

二、影响曲轴感应淬火变形的因素

1.内因

我们认为主要是感应热处理过程因组织发生变化产生的组织应力


(1)曲轴毛坯锻件质量的影响

毛坯化学成分通过影响钢的淬透性、组织的比体积和残留奥氏体量等影响工件的变形;原始组织如碳化物的形态、大小、数量及分布,合金元素的偏析,应力状态,以及锻造质量和轧制形成纤维的方向等均对曲轴的变形产生影响。


(2)结构的影响

曲轴是典型的不对称复杂零件,淬火区域不规则,受热不均匀,极易发生变形。曲轴最易引发变形的部位为连杆曲柄与轴颈连接处,如图4所示; 

 

曲轴圆角淬火强化时因金相组织转变而产生应力,当组织应力大于材料的弹性极限的时候曲轴会发生塑性变形;在淬硬层深度满足技术要求的前提下,淬硬层深度越大,曲轴的变形量越大。


2.外因

我们认为主要是感应热处理过程中曲轴自身所承载的外力。

曲轴感应淬火在曲轴专用上进行,曲轴的固定采用以三角卡盘夹住大头端,小头端为辅助定位套筒的方式,如图5所示。

 

淬火过程中曲轴主要受到4个外力的共同作用来完成这一工序,其分别是自身重力、径向压力、端部的轴向夹紧压力以及曲轴承受的弯矩(见图5b)。


(1)   曲轴自身重力  在实际生产中可忽略不计。


(2)   径向压力  由变压器及感应器浮动机构施加,在曲轴的感应淬火过程中是随时变化的。


(3)轴向夹紧力  专用淬火机床的床头及床尾夹持曲轴时产生;由于实际生产中设备采用专用套筒床尾,消除了轴向的夹紧力,因此可忽略不计。


(4)弯矩  头架液压卡盘与尾架套筒因同轴度等因素导致的弯矩。

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