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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)代社會中，汽車是交通工具之一，發(fā)動機是汽車的核心部件，曲軸是發(fā)動機的鑰匙。發(fā)動機的動力不斷增加，曲軸必然承受較大的交變載荷，球墨鑄件對材料的強度、韌性、可靠性的要求越來越高，普通曲軸和一般高強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)的動力，并傳遞到機架的驅(qū)動機構(gòu)。此外，還可以驅(qū)動配氣機構(gòu)及風(fēng)機、水泵、發(fā)電機等其他輔助設(shè)備。
曲軸在工作時承受氣體壓力，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，曲軸是高速轉(zhuǎn)動的部件，要求曲軸有足夠的剛度和強度，有較好的抗沖擊載荷、耐磨潤滑。
內(nèi)燃機是內(nèi)燃機的重要零件，它的使用性能直接影響機車的運轉(zhuǎn)。內(nèi)燃機曲軸受力復(fù)雜，受交變載荷的影響，常常會出現(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化處理，使其抗疲勞強度、硬度及耐磨性得到很好的改變。
二、機械球墨鑄鐵件在凝固過程
機械球墨鑄鐵件在凝固過程中的共晶石墨析出會產(chǎn)生膨脹力，又因為糊狀凝固特性導(dǎo)致機械球墨鑄鐵件在凝固初期難以形成堅硬外殼，此時凝固產(chǎn)生的膨脹壓力便會作用于鑄型，當(dāng)鑄型強度不夠好時，會產(chǎn)生脹型，使機械球墨鑄鐵件收縮增大，當(dāng)鑄型強度比較好時，膨脹壓力作用于大型球墨鑄鐵件本身實現(xiàn)自補縮，收縮量減小，因此機械球墨鑄鐵件的冒口設(shè)計不同于鑄鋼件，需要綜合考慮鑄型強度、機械球墨鑄鐵件結(jié)構(gòu)等多種復(fù)雜因素;并且目前機械球墨鑄鐵件結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，機械球墨鑄鐵件熱節(jié)分析比較困難，冒口的位置難以確定，因此設(shè)計復(fù)雜機械球墨鑄鐵件的冒口比較困難。
目前應(yīng)用于機械球墨鑄鐵件的冒口設(shè)計方法主要有收縮模數(shù)法、實用冒口法和通用冒口法。基于幾何的冒口優(yōu)化方法。雖然能對冒口大小設(shè)計進行優(yōu)化，但沒有考慮合金材質(zhì)，對機械球墨鑄鐵件不一定適用。
收縮模數(shù)法設(shè)計冒口的原理是均衡凝固技術(shù)，將機械球墨鑄鐵件作為一個整體，由于每個部分的凝固速度都不一樣，發(fā)生收縮和體積膨脹的時間也不相同，通過將所有單元在同一個時刻的收縮和體積膨脹疊加，可以得到整個機械球墨鑄鐵件體積隨時間的變化規(guī)律，將收縮和膨脹動態(tài)疊加和為零時，對應(yīng)的時間為收縮時間，該時間對應(yīng)的模數(shù)稱為機械球墨鑄鐵件收縮模數(shù)，在此時間之后，收縮和膨脹動態(tài)疊加和大于零，因此，冒口設(shè)計充分利用自補縮效果，僅提供收縮時間之前的液態(tài)收縮量。機械球墨鑄鐵件整個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、二次收縮三個部分。在鑄型強度比較好時，冒口頸如果在體積膨脹階段凝固，機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，從而實現(xiàn)自補縮效果，而在鑄型強度比較差時，需要冒口釋放一定的膨脹壓力，冒口頸凝固稍晚。模數(shù)法計算冒口時只考慮機械球墨鑄鐵件模數(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械球墨鑄鐵件的自補縮作用，對于鑄型強度條件好的機械球墨鑄鐵件，采用這種方法設(shè)計的冒口偏大，會造成材料浪費，導(dǎo)致工藝出品率低。為此，本文提出了一種考慮鑄型強度的機械球墨鑄鐵件冒口計算方法，并應(yīng)用于實際機械球墨鑄鐵件的冒口設(shè)計。
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