一种大功率柴油机活塞销油孔的渐变式强度结构的加工方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及大功率柴油机活塞销技术领域，尤其是一种大功率柴油机活塞销油孔渐变式强度结构的加工方法。
【背景技术】
[0002]大功率柴油机活塞销由于其服役工况的高要求，一般具有很高的表面耐磨性、心部组织力学性能与加工结构、尺寸精度等一系列要求。该重要部件在使用过程中，常出现局部开裂等严重失效问题，其外圆部位油孔相贯线容易造成应力集中而成为裂纹源。
[0003]常规方法一般采用改进选材、加大油孔相贯线倒角或倒圆角等结构，或采用渗碳淬火获得局部强化，强化结构和强度韧度效果如图1、2所示。这些方法尤其弊端:在材料性能极限与加工成本限制下，倒角仅能消除部分应力集中，极大限制了柴油机的许用功率；淬硬层沿油孔表面延续延续，不可避免增加脆性、降低韧性与塑性，在大功率交变载荷应力集中条件下，极易产生淬硬层裂纹。
【发明内容】
[0004]为了克服现有的技术的不足，本发明提供了一种大功率柴油机活塞销油孔渐变式强度结构的加工方法。
[0005]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种大功率柴油机活塞销油孔渐变式强度结构的加工方法:
步骤1:对在渗碳前的油孔先进行预精加工，留出活塞销外圆强化层余量；
步骤2:对活塞销进行全面渗碳，全表面渗碳后，渗碳层沿油孔所有外表面均匀分布，此时对外表面的渗碳层的深度进行控制，使渗碳层深度达到活塞销渗层深度技术要求；同时进行扩散阶段的控制，扩散阶段主要是渗碳后期的降温，将900°C以上的渗碳温度降低至750-880°C的出炉温度，时间不少于30min，进行渗碳后期降温；对油孔周边倒圆角轮廓的渗碳层则进行下列程序；
步骤3:机加工:对油孔的内径进行扩大，使加工后油孔形成孔口圆滑过渡相贯面，这样的相贯面能预留出一定的残余渗层，其深度与外圆表面的渗层深度保持一定的比例；步骤4:淬火:在预定位置形成油孔外表面延续的淬硬层，保持活塞销外圆与油孔相贯处的圆角R处起得到沿圆角R倒圆角轮廓向内部强度渐变的有效淬硬层；高强度区保持一定尺度后，强韧比例向韧性主导过度。
[0006]根据本发明的另一个实施例，进一步包括，所述相贯面渗层深度为外圆表面渗层深度的0.4-0.8倍。
[0007]根据本发明的另一个实施例，进一步包括，所述油孔预精加工深度为图纸技术要求规定渗层深度的1.5-4.5倍。
[0008]本发明的有益效果是，本发明采用冷热协同加工的工艺流程，使油孔结构获得渐变强度层，在活塞销外圆保持高强度、高耐磨性的同时，油孔向内部延伸方向得到沿倒圆角轮廓渐变的、强度与韧性逐变的淬硬层，可有效解决上述问题。
【附图说明】
[0009]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0010]图1是活塞销油孔普通强化结构的示意图。
[0011]图2是油孔普通强化结构从表面到心部的强度和韧性变化图。
[0012]图3是本发明渐变式强度结构的示意图。
[0013]图4是本发明渐变式强度结构从表面到心部的强度和韧性变化图。
[0014]图中1、油孔，2、应力集中(失效)点，3、交变应力区，4、淬硬层，R、圆角，a、强度，b、韧性。
【具体实施方式】
[0015]在渗碳前的油孔机加工完整流程主要如下:
a)粗车:车外圆及两端面Φ110-125X200-219，设备:C630车床，普通车刀；
b)精车:车外圆及两端面Φ105-123X200-215，倒圆角R1，设备:CK7525数控车床，普通车刀，工装:R规(R0.5—8);镗中心通孔Φ34-38，普通镗刀，孔口倒角，工装:Φ 35止通规(GE84-JE8-01)。
[0016]c)钻孔:加工外圆孔(其最后成型参见图3，即本实发明所指的具有渐变式强度结构的活塞销油孔):外圆上钻12 - Φ8-10孔，普通钻头，孔口铣圆角R2-4.5，专用成型铣刀，HSV1150立式加工中心，横向孔工装GE84-JE71-21，Φ8-11止通规GE84-JE8-03 R规(R0.5--8)0
[0017]机加工仅需在常温条件下(室内，0-40°C)即可进行，时间周期无特别要求(按正常工步完成即可)。上述以GE84-JE系列为例，其它类似工装图号和设备型号和上述加工方法相同，在此不再赘述。
[0018]本发明采用冷热协同加工的工艺流程，使油孔结构获得渐变强度层，在活塞销外圆保持高强度、高耐磨的同时，孔向内部延伸方向得到沿倒圆角轮廓渐变的、强度与韧性逐变的淬硬层。
[0019]为获得淬硬层本发明的一种加工方法如下:
(I)在渗碳前，对油孔进行预精加工，如上文提到的机加工方法。
[0020](2)对活塞销全表面进行渗碳。完成预精加工后，将工件进行全表面渗碳:渗碳温度900-920°C，渗碳周期12-18h，碳势1.0-1.3，设备:普通带有碳势控制的井式或箱式渗碳炉。
[0021]全表面渗碳，渗碳层沿油孔所有外表面均匀分布，此时对外表面的渗碳层的深度进行控制，使渗碳层深度达到活塞销渗层深度技术要求；同时进行扩散阶段的控制:将900°C以上的渗碳温度降低至750-880°C的出炉温度，时间不少于30min，然后进行渗碳后期降温、出炉。
[0022](3)全面渗碳后控制油孔周边倒圆角R轮廓的渗碳层，通过后续机加工一扩边和沿活塞销径向的对油孔深度的加工，改变渗碳层的残留。
[0023]扩边工艺:设备:HSV1150加工中心，钻12 — Φ 8.5-12孔，普通钻头，孔口铣圆角R2-3，成型铣刀，横向孔工装 GE84-JE71-23，Φ8.5-12 止通规 GE84-JE8-05。
[0024]在通过机加工对油孔的内径进行扩大时，控制油孔口圆滑过渡相贯面预留渗层深度比例，渗层深度比例是渐变的，控制渐变的比例范围为:油孔预精加工深度为图纸技术要求规定渗层深度的1.5-4.5倍，随渗碳后续油孔的扩孔与深度加工，孔侧壁的残余渗碳层在一定尺寸(预留油孔预精加工深度内)保持、并随后逐渐减少至消除。加工后形成孔口圆滑过渡相贯面，这样的相贯面能预留出一定的残余渗层，其深度与外圆表面的渗层深度保持一定的比例，为外圆表面渗层深度的0.4-0.8倍。
[0025](4)进行淬火工序。采用普通箱式炉或井式炉进行整体加热，800-820°C保温
2.5-3.5h，采用油冷淬火(整体淬冷)，随后150-250°C保温2.5_4h回火。
[0026]在图纸规定要求淬硬的活塞销外圆表面形成外表面的淬硬层，保持倒圆角R处得到沿倒圆角R轮廓向内部强度渐变的有效淬硬层。淬火后淬硬部位得到高强度区，如图3所示。高强度区保持一定尺度(指有效淬硬层深度的1.5-4.5倍)后，强韧比例向韧性主导过度，如图4所示。
[0027]本发明在机加工前对油孔进行预精加工，预留出外圆强化层的余量。而常规加工方法油孔在渗碳前部加工，或只保留定位凹坑，尺寸不限且没有深度要求。本发明油孔周边倒圆角轮廓渗碳层通过后续的加工改变渗碳层的残留，这样，会得到油孔周边沿倒圆角轮廓渐变的渗碳层，淬火后得到渐变的淬硬层。本发明可有效解决大功率交变载荷条件下活塞销易于出现的油孔倒角局部开裂等严重失效问题。
【主权项】
1.一种大功率柴油机活塞销油孔渐变式强度结构的加工方法，其特征是: 步骤1:对在渗碳前的油孔先进行预精加工，留出活塞销外圆强化层余量； 步骤2:对活塞销进行全面渗碳，全表面渗碳后，渗碳层沿油孔所有外表面均匀分布，此时对外表面的渗碳层的深度进行控制，使渗碳层深度达到活塞销渗层深度技术要求；同时进行扩散阶段的控制:将900°C以上的渗碳温度降低至750-880°C的出炉温度，时间不少于30min，进行渗碳后期降温；对油孔周边倒圆角轮廓的渗碳层则进行下列程序； 步骤3:机加工:对油孔的内径进行扩大，使加工后油孔形成孔口圆滑过渡相贯面，这样的相贯面能预留出一定的残余渗层，其深度与外圆表面的渗层深度保持一定的比例；步骤4:淬火:在预定位置形成油孔外表面延续的淬硬层，保持活塞销外圆与油孔相贯处的圆角R处起得到沿圆角R倒圆角轮廓向内部强度渐变的有效淬硬层；高强度区保持一定尺度后，强韧比例向韧性主导过度。2.根据权利要求1所述的大功率柴油机活塞销油孔渐变式强度结构的加工方法，其特征是，所述相贯面渗层深度为外圆表面渗层深度的0.4-0.8倍。3.根据权利要求1所述的大功率柴油机活塞销油孔渐变式强度结构的加工方法，其特征是，所述一定尺度是指图纸技术要求规定渗层深度的1.5-4.5倍。
【专利摘要】本发明涉及大功率柴油机活塞销技术领域，尤其是一种大功率柴油机活塞销油孔渐变式强度结构的加工方法。步骤1：对在渗碳前的油孔先进行预精加工，留出活塞销外圆强化层余量。步骤2：活塞销进行全面渗碳，控制外表面的渗碳层的深度；并控制扩散阶段。步骤3：机加工：扩油孔，控制孔口圆滑过渡相贯面，预留渗层深度比例。步骤4：淬火：在预定位置形成油孔外表面延续的淬硬层，保持圆角R处起得到沿圆角R倒圆角轮廓向内部强度渐变的有效淬硬层；高强度区保持一定尺度后，强韧比例向韧性主导过度。本发明使油孔结构获得渐变强度层，在活塞销外圆保持高强度、高耐磨性的同时，油孔向内部延伸方向得到沿倒圆角轮廓渐变的、强度与韧性逐变的淬硬层。
【IPC分类】B23P15/00
【公开号】CN105081692
【申请号】CN201510469795
【发明人】潘晓松, 刘修艳, 刘桂娟
【申请人】南车戚墅堰机车有限公司
【公开日】2015年11月25日
【申请日】2015年8月4日