曲轴深滚压技术的优点 滚齿凸轮四轴的缺点

使用深滚压技术，滚压轮在接触压力下沿着沟槽圆周方向移动，根据金属变形理论：零件表面在外力作用下，被滚压金属的原子间距离会暂时减小或晶粒间产生滑动，当外力达到一定数值时，被加工表面金属除产生弹性变形外，还形成塑性变形。由于塑性变形的产生，使零件被加工表面的形状、组织结构和物理性能都发生了变化，使金属被滚压层的组织变得紧密、晶粒变细、晶粒形状也沿着变形方向延伸，在被滚压金属表层内产生一定残余压应力，使金属表面得到强化，提高了零件表层冷作硬化硬度，压平了微观不平度，降低了零件的表面粗糙度，被滚压金属表面的强度极限、屈服极限和疲劳极限都有提高。

深滚压加工特点主要有：圆角表面粗糙度低;曲轴整体疲劳强度得到很大程度的提高;成本低，生产率高，滚压过程中设备对曲轴滚压力进行监控，确保工件只有经过正确的深滚压后才被传送到下一工位，使设备开动率大于97%;磨削工序不用磨侧面和过渡圆角;边滚压边对曲轴进行校直(见图1)，确保主轴颈跳动小于0.12mm，连杆轴颈的对称度满足磨削能力的要求。

曲轴圆角滚压工艺是目前为理想的强化工艺之一，它不仅能够显著提高曲轴的疲劳寿命(圆角滚压的曲轴疲劳强度约增加60%以上)，而且还可获得较好的表面加工质量，经滚压加工后的圆角不必精磨，就可以满足表面质量要求，从而有利于提高生产率和降低加工成本。

曲轴曲折时，按它的曲折量巨细分级校对。

曲轴曲折量在0.05-0.10 mm时，联系轴颈圆度、圆柱度超差的状况与其光磨修补一起处理。

关于曲折量在0.10~0.25 mm的曲轴，选用外表敲击法校直，这种办法是用手锤或气锤敲击曲柄臂的外表，因为冷作作用发生剩余应力，使曲柄臂变形，曲轴轴线发生位移，然后到达校直曲轴的意图。因其变形发生在曲柄臂上，所以轴颈圆角处无剩余应力，这样校对的精度较高。敲击的程度和方向依据曲轴曲折量巨细和方向而定。第一次敲击的作用，重复地在同一部位敲击，会使冷作程度添加，且校直作用不明显，所以对每一处的敲击次数以3-4次为宜。用外表敲击法校对曲轴时，先将曲轴支承在V形铁上(轴颈与V形铁之间可垫上旧轴瓦)，当曲轴曲折的方向与曲柄平面重合时(这种状况常见)，可按图1箭头所指方向敲击各曲柄;假如曲轴曲折方向不与曲柄平面重合，可别离敲击两对曲柄，使变形向量之和等于弯度(如图2所示， 表明曲轴轴线曲折向量; 表明在连杆轴颈3,4的曲轴柄平面内所要消除的曲折; 表明在连杆轴颈2,5的曲柄平面内所要消除的曲折;1、2、3、4、5、6表明连杆轴颈的次序编号)。

曲轴曲折量超越0.25 mm时，用人工时效和天然时效消除。人工时效是将曲轴加热到300~400℃，保温0.5-1 h;天然时效是在温室条件下，将曲轴放置3d以上。

断裂的压缩机曲轴材料为45钢，经锻造、正火、粗加工、调质、精加工、轴颈处高频淬火等制造工序。压缩机运行时转速为408r/min，装机后工作半年发生曲轴断裂。

从断裂曲轴的断口上可观察到明显的贝纹线，说明断裂属疲劳断裂。疲劳源产生于表面，如图中箭头A所示处，根据贝纹线的扩展特征可看出两侧扩展较快，中间扩展较慢，说明疲劳源处有缺口应力集中现象。又根据断口瞬断区面积相对较小这一特征可判断，曲轴断裂属低载荷下由缺口应力集中而产生的疲劳断裂。另外还可观察到断口与曲轴轴向呈一角度，说明断裂时同时受正应力和剪切应力作用。

对裂源附近的转角观察，可看到有粗糙的车削刀痕。对转角圆弧半径实测结果为3mm，而设计要求为5mm，说明转角圆弧半径偏小，会导致应力集中现象增大。转角处的粗糙刀痕使轴颈处形成许多凹槽和尖角，在该处形成严重的应力集中现象，于是在该处形成疲劳源。

用透射电镜二次复型技术观察断口疲劳区和瞬断区的形貌。在疲劳区具有疲劳辉纹特征，从微观形貌上证实曲轴属疲劳断裂。断口瞬断区形貌为韧窝，该区是疲劳裂纹扩展至后阶段时形成的快速断裂区，说明曲轴材料韧度较好。

在裂源处取样作金相分析，可见其显微组织为索氏体和网状铁素体，说明热处理工艺控制不当，裂源处组织未淬透。铁素体组织比正常的回火索氏体组织的疲劳强度低，使曲轴的疲劳强度下降。

分析结论：曲轴断裂为疲劳断裂，引起疲劳断裂的主要原因有两方面，一是转角半径较小和加工刀痕，形成严重应力集中现象;另一方面是热处理工艺控制不当，使曲轴颈处疲劳强度下降。