发动机球墨铸铁曲轴
阅读：74发布：2020-05-12
专利汇可以提供发动机球墨铸铁曲轴专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供一种球墨 铸 铁 的 发动机 曲轴 ，用以替代同型号的锻 钢 曲轴。与同型号的锻钢曲轴相比，本发明球墨 铸铁 的发动机曲轴的自由端的前端轴颈的直径增大7-12%，里端轴颈的直径增大4-8%；自由端与 主轴 颈连接处的过渡圆 角 半径增大40-60%；该球墨铸铁曲轴的 曲柄 臂为对称地左右向外伸出的双凸 耳 形，该双凸耳形处的最大宽度比同型号的锻钢曲轴相应部位的最大宽度增大20-24%。本发明的球墨铸铁曲轴表面经辉光离子氮化处理；所述增大的过渡圆角处及 主轴颈 、 连杆 颈圆角处经滚压处理。本发明的球墨铸铁曲轴的工作寿命与同型号的锻钢曲轴的工作寿命相同或比其略高。，下面是发动机球墨铸铁曲轴专利的具体信息内容。
发动机球墨铸铁曲轴
技术领域
本发明涉及发动机曲轴，特别是涉及球墨铸铁曲轴。 背景技术
现代的重卡发动机曲轴，特别是WD615系列曲轴多用锻钢，如45号优质碳素 钢或42CrMo合金钢制成。锻钢虽然具有优良的抗疲劳、抗弯曲的性能，但锻钢曲 轴的加工工艺较为复杂，生产效率低，成本高。因此，本技术领域的技术人员一直 期望使用综合机械性能较好的球墨铸铁来替代锻钢生产曲轴，特别是WD 615系列 曲轴。尽管在本技术领域内公知球墨铸铁具有良好的综合机械性能，但它的抗疲劳、 抗弯曲的能力逊于锻钢，所以简单地直接用球墨铸铁代替锻钢生产曲轴，而对曲轴 本身的结构不作相应的调整或改变，这样生产出来的球墨铸铁曲轴是不能满足用户 的技术要求的。 发明内容
本发明的目的在于提供一种适于用球墨铸铁制造的、具有特定结构的曲轴。 本发明提供一种新型曲轴，其特征在于该曲轴用球墨铸铁制成；与同型号的锻
钢曲轴相比，其自由端的前端轴径颈的直径增大7%—12%、其里端轴径的直径增大
4%—8%。
上述球墨铸铁曲轴的曲柄臂为对称地向左右外伸的双凸耳形，与同型号的锻钢 曲轴相应部位相比，其最宽处的宽度增大20%—24%。
上述球墨铸铁曲轴的自由端与主轴颈连接处的过渡圆角半径，与同型号的锻钢 曲轴相比，增大40%—60%，而且该圆角处最好经滚压处理。
本发明中所述的同型号曲轴系指符合同一技术标准的曲轴，所述的技术标准包 括国家标准、行业标准及企业标准等所有的技术标准。
具体地说，本发明的新型结构的WD615系列曲轴的特征在于，该曲轴用球墨铸 铁制成，与同型号的锻钢WD615系列曲轴相比，其自由端前端轴径的直径和里端轴 径的直径分别增大2—5mm。
该WD615系列球墨铸铁曲轴的特征还在于，其曲柄臂为对称地向左右外伸的双 凸耳形，该曲柄臂的双凸耳处的最大宽度与同型号的锻钢WD615系列曲轴的相应部位的最大宽度相比，增大了 25—35mm。
该WD615系列球墨铸铁曲轴的特征还在于，与同型号的锻钢WD615系列曲轴相 比，其自由端与主轴颈连接处的过渡圆角半径增大2—5mra,且主轴颈及连杆颈处的 过渡圆角处也经过滚压处理。
本发明的新型曲轴采用球墨铸铁制造的理由在于，球墨铸铁具有良好的机械性 能，尤其是有良好的耐磨性，其本身所含的石墨就具有良好的润滑性。当石墨从铸 件的基体上脱落下来后，它留下的空穴还储存润滑油。但与锻钢相比，其抗弯曲疲 劳的能力略差。因此，为保证球墨铸铁曲轴具有与锻钢曲轴相同的力学性能，则必 须针对其结构的薄弱处作如下改进-
1. 曲轴的自由端承受冲击和交变负荷，同时它还是悬臂结构。为增强其抗御 弯曲疲劳的能力，本发明人将该球墨铸铁曲轴自由端的前端轴径的直径比与同型号 的锻钢曲轴的该直径增大7%—12%,将该球墨铸铁曲轴自由端的里端轴径的直径比 与同型号的锻钢曲轴的该直径增大4%—8%。
2. 将本发明的新型球墨铸铁曲轴的自由端与主轴颈处 的过渡圆角半径，较同型号的锻钢曲轴的该处的过渡圆角半径增大40%—60%,以减 小该处的应力集中敏感度，进而增强该处的抗弯曲疲劳的能力。为进一步增强该过 渡圆角处及主轴颈、连杆颈过渡圆角处的抗弯曲疲劳的能力，还可对该处作超过曲 轴材料屈服极限的滚压处理，使该部位的金属由表层至深层产生残余压缩应力，以 在深处产生低值的补偿应力，从而可部分地抵消曲轴工作时所受到的拉应力，进一 步提高曲轴该处的疲劳强度。
3. 将本发明球墨铸铁曲轴的曲柄臂部位设计成对称地左右外伸 的双凸耳形，以使该双凸耳部位的最大宽度比同型号的锻钢曲轴的相应部位的最大 宽度增大20%—24%。通过加大这一尺寸，可使曲轴该处的抗弯截面模量在一定范围 内相应加大，结果使其抗弯强度也在一定范围内加大，使该部位的抗弯能力增强。
本发明的球墨铸铁曲轴因上述结构和尺寸上的改进，使得该曲轴的薄弱部位得 以加强，使其性能可与同型号的锻钢曲轴相媲美。
另外，还可对该球墨铸铁曲轴的表面作离子氮化处理，使其表面形成一层由氮 化铁及碳化铁组成的耐磨、耐蚀层，以进一步提高该球墨铸铁曲轴的综合机械性能。 可用于制造曲轴的常规球墨铸铁均适于制造本发明的新型曲轴。本发明人推荐采 用化学成分如下的球墨铸铁：C: 3,8%—3.99%、 Si- 2.00/0—2.40/0、 Mm 0.4%—0.5%、 P:小于或等于0.07%、 S:小于或等于：0.035%、 Cu: 0.5~0.6%。
上述成分的球墨铸铁用Re: Mg>l稀土镁进行球化处理；对铸件作分阶段正火， 即可达到高于QT800—3球墨铸铁的性能。 附图说明
图1是本发明的球墨铸铁曲轴结构示意图。 图2是图1的A--A向的放大截面示意图。 图3是图1中的自由端的局部放大示意图。 下面通过实施例进一步说明本发明。 具体实施方式 实施例1
用感应炉熔炼铸铁，该铸铁经Re: Mg〉l的稀土镁球化处理后化学成分如下-
C: 3.91%、 Si: 2.3%、 Mn: 0.48%、 P: 0.03%、 S: 2%、 Cu: 0,55%。 将经上述处理的球墨铸铁铸成WD615曲轴毛坯，其球化级别为2级、球径6级、 珠光体含量为91%。
上述毛坯经机加工后进行分阶段正火：910—920° C保温30分钟；炉冷至820 ° C，保温1小时；出炉后风冷。
机加工后曲轴的尺寸，其自由端1的前端轴颈11的直径dl和里端轴颈12的 直径d2分别为52. 4mm和53咖，与同型号的锻钢曲轴相比，前端轴颈11的直径增 大9.2%，里端轴颈12的直径增大6%;其曲柄臂4具有对称地向左右外伸的双凸耳 部41，曲柄臂4的双凸耳部41的最大宽度L为159mra，该双凸耳间的最大宽度L 较同型号的锻钢曲轴曲柄臂相应部位的最大宽度增大22%;经滚压处理的自由端1 与主轴颈2连接处的过渡圆角半径为6咖，与同型号的锻钢曲轴相比，增大50%; 其余尺寸与WD615系列锻钢曲轴的尺寸相同。
最后可对该曲轴表面作氮离子辉光处理。
本发明的球墨铸铁曲轴由于改进了结构及尺寸，增强了薄弱部位，使其抗弯曲 疲劳的能力得以提高，从而全面满足了用户的技术要求。实践表明本发明的球墨铸 铁曲轴的工作寿命与同型号的45 #钢或42CrMo钢锻钢曲轴的工作寿命相同或比其 略高。
现代的重卡发动机曲轴，特别是WD615系列曲轴多用锻钢，如45号优质碳素 钢或42CrMo合金钢制成。锻钢虽然具有优良的抗疲劳、抗弯曲的性能，但锻钢曲 轴的加工工艺较为复杂，生产效率低，成本高。因此，本技术领域的技术人员一直 期望使用综合机械性能较好的球墨铸铁来替代锻钢生产曲轴，特别是WD 615系列 曲轴。尽管在本技术领域内公知球墨铸铁具有良好的综合机械性能，但它的抗疲劳、 抗弯曲的能力逊于锻钢，所以简单地直接用球墨铸铁代替锻钢生产曲轴，而对曲轴 本身的结构不作相应的调整或改变，这样生产出来的球墨铸铁曲轴是不能满足用户 的技术要求的。 发明内容
本发明的目的在于提供一种适于用球墨铸铁制造的、具有特定结构的曲轴。 本发明提供一种新型曲轴，其特征在于该曲轴用球墨铸铁制成；与同型号的锻
钢曲轴相比，其自由端的前端轴径颈的直径增大7%—12%、其里端轴径的直径增大
4%—8%。
上述球墨铸铁曲轴的曲柄臂为对称地向左右外伸的双凸耳形，与同型号的锻钢 曲轴相应部位相比，其最宽处的宽度增大20%—24%。
上述球墨铸铁曲轴的自由端与主轴颈连接处的过渡圆角半径，与同型号的锻钢 曲轴相比，增大40%—60%，而且该圆角处最好经滚压处理。
本发明中所述的同型号曲轴系指符合同一技术标准的曲轴，所述的技术标准包 括国家标准、行业标准及企业标准等所有的技术标准。
具体地说，本发明的新型结构的WD615系列曲轴的特征在于，该曲轴用球墨铸 铁制成，与同型号的锻钢WD615系列曲轴相比，其自由端前端轴径的直径和里端轴 径的直径分别增大2—5mm。
该WD615系列球墨铸铁曲轴的特征还在于，其曲柄臂为对称地向左右外伸的双 凸耳形，该曲柄臂的双凸耳处的最大宽度与同型号的锻钢WD615系列曲轴的相应部位的最大宽度相比，增大了 25—35mm。
该WD615系列球墨铸铁曲轴的特征还在于，与同型号的锻钢WD615系列曲轴相 比，其自由端与主轴颈连接处的过渡圆角半径增大2—5mra,且主轴颈及连杆颈处的 过渡圆角处也经过滚压处理。
本发明的新型曲轴采用球墨铸铁制造的理由在于，球墨铸铁具有良好的机械性 能，尤其是有良好的耐磨性，其本身所含的石墨就具有良好的润滑性。当石墨从铸 件的基体上脱落下来后，它留下的空穴还储存润滑油。但与锻钢相比，其抗弯曲疲 劳的能力略差。因此，为保证球墨铸铁曲轴具有与锻钢曲轴相同的力学性能，则必 须针对其结构的薄弱处作如下改进-
1. 曲轴的自由端承受冲击和交变负荷，同时它还是悬臂结构。为增强其抗御 弯曲疲劳的能力，本发明人将该球墨铸铁曲轴自由端的前端轴径的直径比与同型号 的锻钢曲轴的该直径增大7%—12%,将该球墨铸铁曲轴自由端的里端轴径的直径比 与同型号的锻钢曲轴的该直径增大4%—8%。
2. 将本发明的新型球墨铸铁曲轴的自由端与主轴颈处 的过渡圆角半径，较同型号的锻钢曲轴的该处的过渡圆角半径增大40%—60%,以减 小该处的应力集中敏感度，进而增强该处的抗弯曲疲劳的能力。为进一步增强该过 渡圆角处及主轴颈、连杆颈过渡圆角处的抗弯曲疲劳的能力，还可对该处作超过曲 轴材料屈服极限的滚压处理，使该部位的金属由表层至深层产生残余压缩应力，以 在深处产生低值的补偿应力，从而可部分地抵消曲轴工作时所受到的拉应力，进一 步提高曲轴该处的疲劳强度。
3. 将本发明球墨铸铁曲轴的曲柄臂部位设计成对称地左右外伸 的双凸耳形，以使该双凸耳部位的最大宽度比同型号的锻钢曲轴的相应部位的最大 宽度增大20%—24%。通过加大这一尺寸，可使曲轴该处的抗弯截面模量在一定范围 内相应加大，结果使其抗弯强度也在一定范围内加大，使该部位的抗弯能力增强。
本发明的球墨铸铁曲轴因上述结构和尺寸上的改进，使得该曲轴的薄弱部位得 以加强，使其性能可与同型号的锻钢曲轴相媲美。
另外，还可对该球墨铸铁曲轴的表面作离子氮化处理，使其表面形成一层由氮 化铁及碳化铁组成的耐磨、耐蚀层，以进一步提高该球墨铸铁曲轴的综合机械性能。 可用于制造曲轴的常规球墨铸铁均适于制造本发明的新型曲轴。本发明人推荐采 用化学成分如下的球墨铸铁：C: 3,8%—3.99%、 Si- 2.00/0—2.40/0、 Mm 0.4%—0.5%、 P:小于或等于0.07%、 S:小于或等于：0.035%、 Cu: 0.5~0.6%。
上述成分的球墨铸铁用Re: Mg>l稀土镁进行球化处理；对铸件作分阶段正火， 即可达到高于QT800—3球墨铸铁的性能。 附图说明
图1是本发明的球墨铸铁曲轴结构示意图。 图2是图1的A--A向的放大截面示意图。 图3是图1中的自由端的局部放大示意图。 下面通过实施例进一步说明本发明。 具体实施方式 实施例1
用感应炉熔炼铸铁，该铸铁经Re: Mg〉l的稀土镁球化处理后化学成分如下-
C: 3.91%、 Si: 2.3%、 Mn: 0.48%、 P: 0.03%、 S: 2%、 Cu: 0,55%。 将经上述处理的球墨铸铁铸成WD615曲轴毛坯，其球化级别为2级、球径6级、 珠光体含量为91%。
上述毛坯经机加工后进行分阶段正火：910—920° C保温30分钟；炉冷至820 ° C，保温1小时；出炉后风冷。
机加工后曲轴的尺寸，其自由端1的前端轴颈11的直径dl和里端轴颈12的 直径d2分别为52. 4mm和53咖，与同型号的锻钢曲轴相比，前端轴颈11的直径增 大9.2%，里端轴颈12的直径增大6%;其曲柄臂4具有对称地向左右外伸的双凸耳 部41，曲柄臂4的双凸耳部41的最大宽度L为159mra，该双凸耳间的最大宽度L 较同型号的锻钢曲轴曲柄臂相应部位的最大宽度增大22%;经滚压处理的自由端1 与主轴颈2连接处的过渡圆角半径为6咖，与同型号的锻钢曲轴相比，增大50%; 其余尺寸与WD615系列锻钢曲轴的尺寸相同。
最后可对该曲轴表面作氮离子辉光处理。
本发明的球墨铸铁曲轴由于改进了结构及尺寸，增强了薄弱部位，使其抗弯曲 疲劳的能力得以提高，从而全面满足了用户的技术要求。实践表明本发明的球墨铸 铁曲轴的工作寿命与同型号的45 #钢或42CrMo钢锻钢曲轴的工作寿命相同或比其 略高。
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