一種大功率柴油機活塞銷油孔的漸變式強度結(jié)構(gòu)的加工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及大功率柴油機活塞銷技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種大功率柴油機活塞銷油孔漸變式強度結(jié)構(gòu)的加工方法。
【背景技術(shù)】
[0002]大功率柴油機活塞銷由于其服役工況的高要求，一般具有很高的表面耐磨性、心部組織力學(xué)性能與加工結(jié)構(gòu)、尺寸精度等一系列要求。該重要部件在使用過程中，常出現(xiàn)局部開裂等嚴重失效問題，其外圓部位油孔相貫線容易造成應(yīng)力集中而成為裂紋源。
[0003]常規(guī)方法一般采用改進選材、加大油孔相貫線倒角或倒圓角等結(jié)構(gòu)，或采用滲碳淬火獲得局部強化，強化結(jié)構(gòu)和強度韌度效果如圖1、2所示。這些方法尤其弊端:在材料性能極限與加工成本限制下，倒角僅能消除部分應(yīng)力集中，極大限制了柴油機的許用功率；淬硬層沿油孔表面延續(xù)延續(xù)，不可避免增加脆性、降低韌性與塑性，在大功率交變載荷應(yīng)力集中條件下，極易產(chǎn)生淬硬層裂紋。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服現(xiàn)有的技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種大功率柴油機活塞銷油孔漸變式強度結(jié)構(gòu)的加工方法。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種大功率柴油機活塞銷油孔漸變式強度結(jié)構(gòu)的加工方法:
步驟1:對在滲碳前的油孔先進行預(yù)精加工，留出活塞銷外圓強化層余量；
步驟2:對活塞銷進行全面滲碳，全表面滲碳后，滲碳層沿油孔所有外表面均勻分布，此時對外表面的滲碳層的深度進行控制，使?jié)B碳層深度達到活塞銷滲層深度技術(shù)要求；同時進行擴散階段的控制，擴散階段主要是滲碳后期的降溫，將900°C以上的滲碳溫度降低至750-880°C的出爐溫度，時間不少于30min，進行滲碳后期降溫；對油孔周邊倒圓角輪廓的滲碳層則進行下列程序；
步驟3:機加工:對油孔的內(nèi)徑進行擴大，使加工后油孔形成孔口圓滑過渡相貫面，這樣的相貫面能預(yù)留出一定的殘余滲層，其深度與外圓表面的滲層深度保持一定的比例；步驟4:淬火:在預(yù)定位置形成油孔外表面延續(xù)的淬硬層，保持活塞銷外圓與油孔相貫處的圓角R處起得到沿圓角R倒圓角輪廓向內(nèi)部強度漸變的有效淬硬層；高強度區(qū)保持一定尺度后，強韌比例向韌性主導(dǎo)過度。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，進一步包括，所述相貫面滲層深度為外圓表面滲層深度的0.4-0.8倍。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，進一步包括，所述油孔預(yù)精加工深度為圖紙技術(shù)要求規(guī)定滲層深度的1.5-4.5倍。
[0008]本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明采用冷熱協(xié)同加工的工藝流程，使油孔結(jié)構(gòu)獲得漸變強度層，在活塞銷外圓保持高強度、高耐磨性的同時，油孔向內(nèi)部延伸方向得到沿倒圓角輪廓漸變的、強度與韌性逐變的淬硬層，可有效解決上述問題。
【附圖說明】
[0009]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
[0010]圖1是活塞銷油孔普通強化結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0011]圖2是油孔普通強化結(jié)構(gòu)從表面到心部的強度和韌性變化圖。
[0012]圖3是本發(fā)明漸變式強度結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0013]圖4是本發(fā)明漸變式強度結(jié)構(gòu)從表面到心部的強度和韌性變化圖。
[0014]圖中1、油孔，2、應(yīng)力集中(失效)點，3、交變應(yīng)力區(qū)，4、淬硬層，R、圓角，a、強度，b、韌性。
【具體實施方式】
[0015]在滲碳前的油孔機加工完整流程主要如下:
a)粗車:車外圓及兩端面Φ110-125X200-219，設(shè)備:C630車床，普通車刀；
b)精車:車外圓及兩端面Φ105-123X200-215，倒圓角R1，設(shè)備:CK7525數(shù)控車床，普通車刀，工裝:R規(guī)(R0.5—8);鏜中心通孔Φ34-38，普通鏜刀，孔口倒角，工裝:Φ 35止通規(guī)(GE84-JE8-01)。
[0016]c)鉆孔:加工外圓孔(其最后成型參見圖3，即本實發(fā)明所指的具有漸變式強度結(jié)構(gòu)的活塞銷油孔):外圓上鉆12 - Φ8-10孔，普通鉆頭，孔口銑圓角R2-4.5，專用成型銑刀，HSV1150立式加工中心，橫向孔工裝GE84-JE71-21，Φ8-11止通規(guī)GE84-JE8-03 R規(guī)(R0.5--8)0
[0017]機加工僅需在常溫條件下(室內(nèi)，0-40°C)即可進行，時間周期無特別要求(按正常工步完成即可)。上述以GE84-JE系列為例，其它類似工裝圖號和設(shè)備型號和上述加工方法相同，在此不再贅述。
[0018]本發(fā)明采用冷熱協(xié)同加工的工藝流程，使油孔結(jié)構(gòu)獲得漸變強度層，在活塞銷外圓保持高強度、高耐磨的同時，孔向內(nèi)部延伸方向得到沿倒圓角輪廓漸變的、強度與韌性逐變的淬硬層。
[0019]為獲得淬硬層本發(fā)明的一種加工方法如下:
(I)在滲碳前，對油孔進行預(yù)精加工，如上文提到的機加工方法。
[0020](2)對活塞銷全表面進行滲碳。完成預(yù)精加工后，將工件進行全表面滲碳:滲碳溫度900-920°C，滲碳周期12-18h，碳勢1.0-1.3，設(shè)備:普通帶有碳勢控制的井式或箱式滲碳爐。
[0021]全表面滲碳，滲碳層沿油孔所有外表面均勻分布，此時對外表面的滲碳層的深度進行控制，使?jié)B碳層深度達到活塞銷滲層深度技術(shù)要求；同時進行擴散階段的控制:將900°C以上的滲碳溫度降低至750-880°C的出爐溫度，時間不少于30min，然后進行滲碳后期降溫、出爐。
[0022](3)全面滲碳后控制油孔周邊倒圓角R輪廓的滲碳層，通過后續(xù)機加工一擴邊和沿活塞銷徑向的對油孔深度的加工，改變滲碳層的殘留。
[0023]擴邊工藝:設(shè)備:HSV1150加工中心，鉆12 — Φ 8.5-12孔，普通鉆頭，孔口銑圓角R2-3，成型銑刀，橫向孔工裝 GE84-JE71-23，Φ8.5-12 止通規(guī) GE84-JE8-05。
[0024]在通過機加工對油孔的內(nèi)徑進行擴大時，控制油孔口圓滑過渡相貫面預(yù)留滲層深度比例，滲層深度比例是漸變的，控制漸變的比例范圍為:油孔預(yù)精加工深度為圖紙技術(shù)要求規(guī)定滲層深度的1.5-4.5倍，隨滲碳后續(xù)油孔的擴孔與深度加工，孔側(cè)壁的殘余滲碳層在一定尺寸(預(yù)留油孔預(yù)精加工深度內(nèi))保持、并隨后逐漸減少至消除。加工后形成孔口圓滑過渡相貫面，這樣的相貫面能預(yù)留出一定的殘余滲層，其深度與外圓表面的滲層深度保持一定的比例，為外圓表面滲層深度的0.4-0.8倍。
[0025](4)進行淬火工序。采用普通箱式爐或井式爐進行整體加熱，800-820°C保溫
2.5-3.5h，采用油冷淬火(整體淬冷)，隨后150-250°C保溫2.5_4h回火。
[0026]在圖紙規(guī)定要求淬硬的活塞銷外圓表面形成外表面的淬硬層，保持倒圓角R處得到沿倒圓角R輪廓向內(nèi)部強度漸變的有效淬硬層。淬火后淬硬部位得到高強度區(qū)，如圖3所示。高強度區(qū)保持一定尺度(指有效淬硬層深度的1.5-4.5倍)后，強韌比例向韌性主導(dǎo)過度，如圖4所示。
[0027]本發(fā)明在機加工前對油孔進行預(yù)精加工，預(yù)留出外圓強化層的余量。而常規(guī)加工方法油孔在滲碳前部加工，或只保留定位凹坑，尺寸不限且沒有深度要求。本發(fā)明油孔周邊倒圓角輪廓滲碳層通過后續(xù)的加工改變滲碳層的殘留，這樣，會得到油孔周邊沿倒圓角輪廓漸變的滲碳層，淬火后得到漸變的淬硬層。本發(fā)明可有效解決大功率交變載荷條件下活塞銷易于出現(xiàn)的油孔倒角局部開裂等嚴重失效問題。
【主權(quán)項】
1.一種大功率柴油機活塞銷油孔漸變式強度結(jié)構(gòu)的加工方法，其特征是: 步驟1:對在滲碳前的油孔先進行預(yù)精加工，留出活塞銷外圓強化層余量； 步驟2:對活塞銷進行全面滲碳，全表面滲碳后，滲碳層沿油孔所有外表面均勻分布，此時對外表面的滲碳層的深度進行控制，使?jié)B碳層深度達到活塞銷滲層深度技術(shù)要求；同時進行擴散階段的控制:將900°C以上的滲碳溫度降低至750-880°C的出爐溫度，時間不少于30min，進行滲碳后期降溫；對油孔周邊倒圓角輪廓的滲碳層則進行下列程序； 步驟3:機加工:對油孔的內(nèi)徑進行擴大，使加工后油孔形成孔口圓滑過渡相貫面，這樣的相貫面能預(yù)留出一定的殘余滲層，其深度與外圓表面的滲層深度保持一定的比例；步驟4:淬火:在預(yù)定位置形成油孔外表面延續(xù)的淬硬層，保持活塞銷外圓與油孔相貫處的圓角R處起得到沿圓角R倒圓角輪廓向內(nèi)部強度漸變的有效淬硬層；高強度區(qū)保持一定尺度后，強韌比例向韌性主導(dǎo)過度。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率柴油機活塞銷油孔漸變式強度結(jié)構(gòu)的加工方法，其特征是，所述相貫面滲層深度為外圓表面滲層深度的0.4-0.8倍。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率柴油機活塞銷油孔漸變式強度結(jié)構(gòu)的加工方法，其特征是，所述一定尺度是指圖紙技術(shù)要求規(guī)定滲層深度的1.5-4.5倍。
【專利摘要】本發(fā)明涉及大功率柴油機活塞銷技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種大功率柴油機活塞銷油孔漸變式強度結(jié)構(gòu)的加工方法。步驟1：對在滲碳前的油孔先進行預(yù)精加工，留出活塞銷外圓強化層余量。步驟2：活塞銷進行全面滲碳，控制外表面的滲碳層的深度；并控制擴散階段。步驟3：機加工：擴油孔，控制孔口圓滑過渡相貫面，預(yù)留滲層深度比例。步驟4：淬火：在預(yù)定位置形成油孔外表面延續(xù)的淬硬層，保持圓角R處起得到沿圓角R倒圓角輪廓向內(nèi)部強度漸變的有效淬硬層；高強度區(qū)保持一定尺度后，強韌比例向韌性主導(dǎo)過度。本發(fā)明使油孔結(jié)構(gòu)獲得漸變強度層，在活塞銷外圓保持高強度、高耐磨性的同時，油孔向內(nèi)部延伸方向得到沿倒圓角輪廓漸變的、強度與韌性逐變的淬硬層。
【IPC分類】B23P15/00
【公開號】CN105081692
【申請?zhí)枴緾N201510469795
【發(fā)明人】潘曉松, 劉修艷, 劉桂娟
【申請人】南車戚墅堰機車有限公司
【公開日】2015年11月25日
【申請日】2015年8月4日