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球墨鑄件在曲軸上的應(yīng)用跟凝固過程一、球墨鑄鐵件在曲軸上的應(yīng)用
在現(xiàn)代社會(huì)中，汽車是交通工具之一，發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車的核心部件，曲軸是發(fā)動(dòng)機(jī)的鑰匙。發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力不斷增加，曲軸必然承受較大的交變載荷，球墨鑄件對材料的強(qiáng)度、韌性、可靠性的要求越來越高，普通曲軸和一般高強(qiáng)度曲軸很難滿足要求。
一般由主軸頸、連桿頸、曲柄、平衡塊、前、后端等組成。曲軸和連接的配合，使活塞所受的氣壓轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)的動(dòng)力，并傳遞到機(jī)架的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。此外，還可以驅(qū)動(dòng)配氣機(jī)構(gòu)及風(fēng)機(jī)、水泵、發(fā)電機(jī)等其他輔助設(shè)備。
曲軸在工作時(shí)承受氣體壓力，慣性力和慣性矩的作用，作用力大，受力復(fù)雜，在交變載荷作用下。與此同時(shí)，曲軸是高速轉(zhuǎn)動(dòng)的部件，要求曲軸有足夠的剛度和強(qiáng)度，有較好的抗沖擊載荷、耐磨潤滑。
內(nèi)燃機(jī)是內(nèi)燃機(jī)的重要零件，它的使用性能直接影響機(jī)車的運(yùn)轉(zhuǎn)。內(nèi)燃機(jī)曲軸受力復(fù)雜，受交變載荷的影響，常常會(huì)出現(xiàn)彎曲、扭曲、剪切變形等變形問題，而疲勞斷裂占曲軸80%以上。
形變和熱處理工藝、處理效果有直接關(guān)系。目前曲軸材料主要為球鐵和鋼，由于球墨鑄鐵件具有良好的切削性能，并可通過各種熱處理及表面強(qiáng)化處理，使其抗疲勞強(qiáng)度、硬度及耐磨性得到很好的改變。
二、機(jī)械球墨鑄鐵件在凝固過程
機(jī)械球墨鑄鐵件在凝固過程中的共晶石墨析出會(huì)產(chǎn)生膨脹力，又因?yàn)楹隣钅烫匦詫?dǎo)致機(jī)械球墨鑄鐵件在凝固初期難以形成堅(jiān)硬外殼，此時(shí)凝固產(chǎn)生的膨脹壓力便會(huì)作用于鑄型，當(dāng)鑄型強(qiáng)度不夠好時(shí)，會(huì)產(chǎn)生脹型，使機(jī)械球墨鑄鐵件收縮增大，當(dāng)鑄型強(qiáng)度比較好時(shí)，膨脹壓力作用于大型球墨鑄鐵件本身實(shí)現(xiàn)自補(bǔ)縮，收縮量減小，因此機(jī)械球墨鑄鐵件的冒口設(shè)計(jì)不同于鑄鋼件，需要綜合考慮鑄型強(qiáng)度、機(jī)械球墨鑄鐵件結(jié)構(gòu)等多種復(fù)雜因素;并且目前機(jī)械球墨鑄鐵件結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，機(jī)械球墨鑄鐵件熱節(jié)分析比較困難，冒口的位置難以確定，因此設(shè)計(jì)復(fù)雜機(jī)械球墨鑄鐵件的冒口比較困難。
目前應(yīng)用于機(jī)械球墨鑄鐵件的冒口設(shè)計(jì)方法主要有收縮模數(shù)法、實(shí)用冒口法和通用冒口法?；趲缀蔚拿翱趦?yōu)化方法。雖然能對冒口大小設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，但沒有考慮合金材質(zhì)，對機(jī)械球墨鑄鐵件不一定適用。
收縮模數(shù)法設(shè)計(jì)冒口的原理是均衡凝固技術(shù)，將機(jī)械球墨鑄鐵件作為一個(gè)整體，由于每個(gè)部分的凝固速度都不一樣，發(fā)生收縮和體積膨脹的時(shí)間也不相同，通過將所有單元在同一個(gè)時(shí)刻的收縮和體積膨脹疊加，可以得到整個(gè)機(jī)械球墨鑄鐵件體積隨時(shí)間的變化規(guī)律，將收縮和膨脹動(dòng)態(tài)疊加和為零時(shí)，對應(yīng)的時(shí)間為收縮時(shí)間，該時(shí)間對應(yīng)的模數(shù)稱為機(jī)械球墨鑄鐵件收縮模數(shù)，在此時(shí)間之后，收縮和膨脹動(dòng)態(tài)疊加和大于零，因此，冒口設(shè)計(jì)充分利用自補(bǔ)縮效果，僅提供收縮時(shí)間之前的液態(tài)收縮量。機(jī)械球墨鑄鐵件整個(gè)凝固過程中體積隨溫度變化可以分為液態(tài)收縮、體積膨脹、二次收縮三個(gè)部分。在鑄型強(qiáng)度比較好時(shí)，冒口頸如果在體積膨脹階段凝固，機(jī)械球墨鑄鐵件便可以利用自身的體積膨脹來抵消后期的二次收縮，充分利用石墨析出產(chǎn)生的膨脹壓力，從而實(shí)現(xiàn)自補(bǔ)縮效果，而在鑄型強(qiáng)度比較差時(shí)，需要冒口釋放一定的膨脹壓力，冒口頸凝固稍晚。模數(shù)法計(jì)算冒口時(shí)只考慮機(jī)械球墨鑄鐵件模數(shù)，這種方法可以應(yīng)用于鑄鋼件、鑄鐵件等，但這種方法沒有考慮機(jī)械球墨鑄鐵件的自補(bǔ)縮作用，對于鑄型強(qiáng)度條件好的機(jī)械球墨鑄鐵件，采用這種方法設(shè)計(jì)的冒口偏大，會(huì)造成材料浪費(fèi)，導(dǎo)致工藝出品率低。為此，本文提出了一種考慮鑄型強(qiáng)度的機(jī)械球墨鑄鐵件冒口計(jì)算方法，并應(yīng)用于實(shí)際機(jī)械球墨鑄鐵件的冒口設(shè)計(jì)。
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