曲轴圆角滚压形变工艺研究

曲轴圆角滚压强化工艺是提高曲轴疲劳强度最有效的手段之一，是实现曲轴“以铁代钢”的关键工艺。经圆角滚压后的曲轴产品，由于内部应力的重新分布，必然存在较大的物理变形，工艺过程参数如不加以优化，很容易造成批量的不合格品。因此，解决形变问题是发挥曲轴圆角滚压工艺优势的关键。

曲轴是发动机中的主要零件之一，也是发动机五大件中最难保证加工质量的零件。曲轴服役工况条件恶劣，其失效形式一般是轴颈磨损和疲劳断裂。疲劳断裂往往是破坏性的，涉及安全方面，必须高度重视。提高曲轴疲劳强度常见的强化工艺大致有5种。

曲轴强化工艺

1．氮化

曲轴氮化包括气体软氮化、离子氮化和盐浴氮化等。氮化能将曲轴疲劳强度提高20％～60％，适用于各类曲轴。

2．喷丸

曲轴经喷丸处理后能将疲劳强度提高20％～40％，但因喷丸时须保护轴颈表面，故采用较少。

3．圆角与轴颈同时感应淬火

该强化方式应用于球铁曲轴时，能将疲劳强度提高20％，而应用于钢轴时，则能提高100％以上，故在钢轴中应用比较普遍。

4．圆角滚压

由于国内只有少数厂家实现了曲轴圆角滚压强化工艺，且大多数采用的相关工艺设备是国外引进的，故无具体数据。根据统计资料：球铁曲轴经圆角滚压后寿命可提高80％～200％，钢轴经圆角滚压后寿命可提高70％～150％。

5．复合强化

该工艺就是应用多种强化工艺对曲轴进行强化处理，例如曲轴轴颈氮化加圆角滚压工艺等。

由以上可知，圆角滚压对提高曲轴疲劳强度有显著作用。目前汽车曲轴以及工程机械用发动机曲轴越来越多地采用圆角滚压强化工艺，国外轿车发动机曲轴几乎全部采用圆角滚压工艺。由于圆角滚压可大幅度提高疲劳强度，因此它成为曲轴“以铁代钢”的关键工艺。就目前而言，曲轴圆角滚压强化工艺已成为提高产品竞争力的重要手段。

曲轴圆角滚压强化机理

1．曲轴疲劳断裂的原因

曲轴在发动机中工作时承受很大的弯曲应力和扭转应力（见图1），曲拐顶部受压力P时，曲拐两内侧圆角过渡处表现为拉应力，主轴圆角过渡处则为压应力。另外，曲轴还承受惯性力矩、输出扭矩和扭振力矩，受力情况十分复杂。

图1 曲轴受压力P时的应力分布

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