機(jī)械方法強(qiáng)化技術(shù)在汽車零件上的應(yīng)用

于 洪

(海林農(nóng)場(chǎng)交通科)

1 鑲嵌配套強(qiáng)化

(1)汽缸套。

汽缸套通常有濕式、干式兩類。濕式缸套壁厚一般為5～9mm屬原結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，干式缸套原設(shè)計(jì)上未留壁厚的，只在修理搪缸中配制的，此類缸套的壁厚一般為1.5～3mm、此類缸套為了強(qiáng)化目的盡可能選用優(yōu)質(zhì)鑄鐵或合金鑄鐵、砌鑄鐵缸套，現(xiàn)已普遍采用、其化學(xué)成分常用如表1所示。

表1 汽車缸套化學(xué)成分表

(2)氣門(mén)座圈。

汽缸體或缸蓋上的氣門(mén)座部位工作很辛苦，在承受高溫條件下，每分鐘高達(dá)千余次的敲擊和摩擦的損傷。為了延長(zhǎng)壽命必須鑲嵌特殊要求的座圈。這種座圈通常采用的合金鑄鐵化學(xué)成分為:2.5％～3.5％、1.5％～2.0％Si、2.75％～3.75％Cr、4％～5％Mn、0.5％～0.8％Mn、0.2％以下P、0.1％以下S。硬度HRC53-58。

(3)氣門(mén)導(dǎo)管。

氣門(mén)導(dǎo)管材料大多為灰鑄鐵、球墨鑄鐵、粉末冶金。大修中均可周期更換。

(4)頂置式氣門(mén)的凸輪軸軸承孔可直接用減摩功能材料鑲嵌配套。

(5)可鍛鑄鐵的橋殼軸頸可鑲嵌套管和強(qiáng)化鋼套的油封頂。

(6)凸輪軸的機(jī)油泵傳動(dòng)齒輪損壞在大修中可用鑲嵌法修復(fù)。

諸如類似的镕按法修復(fù)和強(qiáng)化汽車零件部位均可舉—反三的進(jìn)行修復(fù)和強(qiáng)化。

2 表面滾壓強(qiáng)化

滾壓工藝是機(jī)械法強(qiáng)化的重要措施之一、是表面形變強(qiáng)化的一種。工藝簡(jiǎn)單而效果顯著、可明顯提高表面幾何尺寸精度、硬度，降低粗糙度、抗拉強(qiáng)度也有所提高。當(dāng)材料表面經(jīng)過(guò)液壓后使表面金屬受到擠壓，不僅表面產(chǎn)生形變硬化層，并引入高的殘余壓力，獲得強(qiáng)化的表面效果，提高應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂抗力和疲勞斷裂強(qiáng)度，汽車零件經(jīng)過(guò)表面形變強(qiáng)化處理后，工作疲勞壽命提高一倍以上。由于提高幾何尺寸精度、降低粗糙度，從而提高了機(jī)械裝備精度，延長(zhǎng)了使用壽命。

汽車零件采用滾壓工藝的活塞肖孔(鋁合金)其孔徑偏差提高0.001mm，圓度、圓柱度提高0.0005mm，表面硬度提高5～6個(gè)布氏單位、粗糙度Ra由3.04降至0.81、Rz由19.7降至5.92。曲軸軸頸拐根部圓角經(jīng)過(guò)滾壓提高了曲軸強(qiáng)度減少斷裂。

3 噴丸強(qiáng)化

3.1 概況及用途

噴丸形式上將鋼丸以壓縮空氣噴射于金屬表面或以離心式噴丸機(jī)借離心力甩到金屬表面。習(xí)慣上前者叫做噴丸，后者叫做拋丸。在具體噴丸設(shè)備上則有大型的汽車車架噴九設(shè)備，列車車廂外皮拋丸設(shè)備，中小型的則有機(jī)械密封式離心噴丸機(jī)，滾筒式噴丸機(jī)，彈簧專用噴丸機(jī)等。

噴丸的用途可分為兩大類:(1)用于清潔零件表面，即清除零件表面的污物，漆皮、鐵銹以及鍛鑄件毛坯的氧化皮等。(2)強(qiáng)化金屬表面，使零件表面生成0.1～0.4mm深的硬化層，并使表層產(chǎn)生壓應(yīng)力，提高其疲勞強(qiáng)度。還可使零件表面上缺陷，機(jī)加工的切削痕損傷減少，從而降低應(yīng)力集中。

3.2 強(qiáng)化原理及特點(diǎn)

使金屬獲得強(qiáng)化原理是:金屬表面承受劇裂的彈丸沖擊產(chǎn)生形變硬化層，在硬化層內(nèi)產(chǎn)生的變化，即組織上使金屬晶粒細(xì)化，位錯(cuò)密度增高，晶格畸變度加大。宏觀上噴丸過(guò)程在零件表面產(chǎn)生殘余應(yīng)力層，當(dāng)零件受到交變負(fù)荷時(shí)殘余應(yīng)力起到抵消外加應(yīng)力的作用。尤其形成的殘余壓應(yīng)力對(duì)提高零件的疲勞強(qiáng)度發(fā)揮到絕對(duì)作用，而殘余拉伸應(yīng)力則相反。同時(shí)對(duì)切削加工表面的尖銳刀痕圓滑化，從而明顯的提高材料的疲勞性能和應(yīng)力腐蝕性能。

噴丸效果特點(diǎn):材料的強(qiáng)度越高，效果越明顯，鋼的效果高于其他金屬和合金，有缺口零件的效果高于光滑零件，對(duì)于彎曲的板簧凸面上進(jìn)行噴丸可獲得更高的殘余壓應(yīng)力，顯著提高疲勞強(qiáng)度和壽命。

3.3 噴丸的應(yīng)用及實(shí)例

汽車各部彈簧，尤其是發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)彈簧和承載的鋼板彈簧或螺旋狀彈簧，以及扭桿彈簧。這些彈簧零件在汽車運(yùn)行中，負(fù)荷很辛苦，其功能作用重要。

氣門(mén)彈簧雖然零件小，但卻是發(fā)動(dòng)機(jī)中的一個(gè)重要零件，現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不斷提高，比功率也不斷加大，疲勞壽命要求不得低于l07次，因此氣門(mén)彈簧鋼絲要求不僅是抗拉強(qiáng)度，斷面收縮率，扭轉(zhuǎn)性能。還要求疲勞性能，所以，氣門(mén)彈簧要進(jìn)行噴丸處理，噴丸后殘余壓應(yīng)力應(yīng)達(dá)到-500MPa，最好能達(dá)到-600MPa。在修理中氣門(mén)彈簧整形后也必須噴丸處理，具體要求應(yīng)在機(jī)械密封式離心噴丸機(jī)中進(jìn)行，噴丸時(shí)間20min，表面覆蓋率90％。

鋼板彈簧在非對(duì)稱的交變彎曲載荷下工作，疲勞性能直接影響到整個(gè)扳簧總成的質(zhì)量，試驗(yàn)表明，應(yīng)力在640～930MPa之間，硬度在HRC-HRC48，隨硬度增加，疲勞次數(shù)顯著增加，尤其HRC46時(shí)效果明顯，噴丸強(qiáng)化是改善疲勞有效方法。板簧的設(shè)計(jì)壽命一般在5萬(wàn)km以上，汽車運(yùn)行一個(gè)大修間隔里程大多在10萬(wàn)km以上。因此汽車在大修中應(yīng)予整形、熱處理、噴丸恢復(fù)疲勞。值得注意的、在淬火、回火中必須防止脫碳問(wèn)題，脫碳層直接影響疲勞性能。

汽車的彈性元件除鋼板彈簧、螺旋彈簧之外，還有拉桿彈簧。扭桿彈簧與板簧不同之處是利用扭轉(zhuǎn)變形起緩沖減震作用，所以在輕型汽車上采用較多。扭桿彈簧的噴丸強(qiáng)化覆蓋率應(yīng)大于95％。

汽車車架在長(zhǎng)期運(yùn)行中承受著復(fù)雜的交變載荷和不同程度的應(yīng)力腐蝕環(huán)境工作，在一個(gè)大修期中疲勞強(qiáng)度均有一定程度的下降，應(yīng)予噴丸處理，車架噴丸不僅得到強(qiáng)化、改善疲勞，也是大修前的清除污物、鐵銹、漆皮工作。

前軸、俗稱工字梁。它承受載荷來(lái)自垂直載荷、水平縱向載荷和側(cè)向載荷。尤其垂直方向的載荷最大，是引起前軸發(fā)生疲勞破壞的主載荷。

噴丸是改善疲勞性能的有效方法，但在修理中的零件大都是加工面，不同于制造的新件毛坯，故此對(duì)有些加工表面不宜噴丸，以免破壞加工表面。

[1] 鄧漢清.NKR型汽車前橋裝配線的重組與優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].西安理工大學(xué)，2002.

[2] 盧曦，鄭松林.小載荷強(qiáng)化對(duì)汽車零件表面強(qiáng)度的影響[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2008，(5).