冲床曲轴断裂分析

该冲床运行转速约为54r/min，服役约半年后曲轴发生断裂。断裂发生在曲拐的轴颈处，该处直径为130mm。

该断口表现较典型的疲劳断口形貌。即有三个区域：箭头所指的疲劳源区、呈现海滩波纹(贝纹)状的疲劳裂纹扩展区以及粗糙的瞬时终破断区。

疲劳源区为一个以疲劳核心为焦点的非常光滑、细密、海滩花样不明显的狭小区域。这是裂纹在该区扩展速度很慢而且反复张开、闭合使断面磨光的缘故。

疲劳裂纹扩展区有贝纹线。这种花样的推进线标志着部件在交变应力下断口上留下的痕迹。断口表面由于多次反复挤压、摩擦，使该区域变得较光滑，有的甚至像细瓷状。贝纹线一般从裂纹源开始，向四周推进呈弧形，它垂直于疲劳裂纹扩展方向。

瞬时断裂区是疲劳达到临界尺寸发生快速破断区域。它相似于静载拉伸断口中放射区和剪切唇区，十分粗糙。对于脆性材料，该区为结晶状脆性断口。由于该区是后断裂区，因此可推断部件断裂前的受载应力大小，即该区占比例小时，载荷相对也小，此时轴瞬断区面积较小。

进一步分析可看到：疲劳源区与瞬时断裂区相对而且偏转一个角度，且均处于边缘，这些均表明为旋转弯曲疲劳断口。

再从断面与轴线的关系考察。断口的疲劳源区，一部分疲劳扩展区(约断口的3/5)均与轴线垂直，而另一部分扩展区以及瞬断区与轴线约成45°。这后一部分又表现出扭转疲劳断口形态，而且是正断型。

综合以上分析可知，该曲轴是疲劳断裂，开始主要为旋转弯曲疲劳开裂，发展到后期表现出带扭转的复合疲劳断裂。

下面来介绍下关于曲轴的氮化规定

一、 头表面及测量平台应清洁，曲轴应稳固地放置于测量平台上， 在测量过程中不得发生位移和变形。

a、加载力应均匀平稳地施加，不得有冲击与振动。加载力作用方向应与作用平 面垂直。 b、加载力的保持时间一般约为 10s。 c、在一般情况下，每个曲轴至少测三点。 d、根据压痕对角线平均长度值用《负荷 5kg 》 ，算得硬度值;因为仪器的 原因，所以添加修正系数。其中修正系数目前是 1.025。 (修正系数=标准样块 (458HV5)硬度值/维氏硬度计测得的硬度值。 )

曲轴氮化硬度要求：(HV5(维氏硬度计测得的硬度值)x 修正系数)在 380HV~430HV 范围内。 (维氏硬度计测得的硬度值) 修正系数)

二、曲轴氮化外观异常处理：异常处理 1、曲轴氮化后表面有锈斑或者颜色不正常时，各金加工车间抛光操作者请勿拖 回车间抛光。 2、 热处理车间操作者将有锈斑或者颜色不正常的曲轴告诉主任兼检验员王洪军， 让其按安排重新氮化， 若遇特殊情况不重新氮化要流下去需向全质办申请办理相 关手续同意，但通知各车间抛光操作者用旧砂带抛光。

曲柄臂与活塞连杆大端连接,称为曲柄臂;而曲轴主轴承则在曲轴之旋转中心轴处支撑曲轴。曲轴於各个曲柄臂旁都有类似半圆形状的曲轴配重,使得偏心运转的曲柄臂之质量中心能落於旋转中心上,以消除偏心运转所带来之震动。

曲轴曲柄臂的外形可分为三种：椭圆形，圆形和矩形。

2圆形的特点是结构简单，有利于曲轴平衡。加工制造方便。材料利用率次于椭圆曲柄。成型方式是锻造或棒料车削，适用于小批量曲轴，特别是多支承曲轴。

3矩形的特点是材料利用率差，质量及转动惯量较大。但加工制造方便。成型方式是一般为铸造成形，主要用于低转速和小批量曲轴。