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残余应力在典型汽车零件中的应用 目 录1、概述2、残余应力在典型汽车零件中的应用3、汽车零件制造过程中有害残余应力的消除4、结束语 作用在汽车零件上的载荷1、概述在服役条件下，大多数汽车零件承受的是变动的复合载荷。? 以弯曲/扭转复合载荷为主的零件－发动机曲轴、凸轮轴、扭力杆、大 梁、钢板弹簧等? 以轴向/弯曲复合载荷为主的零件－发动机连杆、气阀弹簧、悬架弹簧、 拉杆等? 以振动负荷为主的零件－车身零部件、发动机齿轮室、飞轮壳等壳体类 零部件? 以热/机械负荷为主的零件－发动机活塞、缸盖、排气歧管等 汽车零件的主要失效形式1、概述统计表明，80%以上 汽车零件的失效属于疲 劳失效 提高汽车零件疲劳强度的途径失效总是发生在零件中工作应力/材料强度比值最高的部位（称为危险部 位），因此提高零部件疲劳强度的途径有二：降低零件危险部位工作应力；提 高危险部位材料疲劳强度。1、概述减小应力集中 降低工作应力提高整体材料强度结构优化设计化高强度材料应用改变局部或整体组织强化工艺应用表层引入残余压应力结构强度提高危险部位材料强度提高危险部位材料强度提高降低外载的拉应力 零件表层残余压应力提高疲劳强度机理1、概述弯曲载荷下表层残余压应力作用简图 汽车零件表层残余应力引入的工艺方法1、概述在汽车生产中，普遍利用各种强化工艺引入有利的残余压应力，以提高 零件的疲劳强度。? 以引入残余应力为主的工艺－主要有喷丸、滚压等冷变形 强化工艺? 以组织变化为主的工艺－如表面感应淬火、渗碳、渗氮等 热处理工艺 2、残余应力在典型汽车零件中的应用2.1 发动机曲轴作用在曲轴上的载荷曲轴受力简图? 燃气爆发压力Fg? 惯性力Fi? 离心力Fe? 振动载荷? 装配引起的附加载荷综合简化为：弯（平面弯曲）扭复合疲劳载荷 4缸机以下，以弯曲为主6缸及以上，扭转可能大于弯曲 2、残余应力在典型汽车零件中的应用2.1 发动机曲轴曲轴的结构强度特点结构特点。 典型的非均衡结构轴类零件。 扭转强度远大于弯曲强度。 平面弯曲强度最低危险部位。 平面弯曲—连杆轴颈圆角、曲柄臂。 扭转载荷—连杆轴颈油孔、连杆轴颈圆角 2、残余应力在典型汽车零件中的应用2.1 发动机曲轴曲轴强度问题的着眼点? 主要是提高零件的弯曲承载能力? 重点围绕提高轴颈圆角的疲劳强度进行实用的强化工艺? 圆角滚压? 圆角感应淬火? 氮化 2、残余应力在典型汽车零件中的应用2.1 发动机曲轴曲轴表层残余应力的引入工艺—圆角滚压圆角滚压 2、残余应力在典型汽车零件中的应用2.1 发动机曲轴滚压在曲轴圆角处形成的残余应力场—应力场的形成圆角处材料在滚轮的高接触应力作用下发生强烈的塑性变形并试图向外流 动，由于受到周围未发生塑性变形材料的约束而处于受挤压状态，当外力撤除 后，就会在圆角表层塑性变形区域形成一残余压应力场圆角滚压 2、残余应力在典型汽车零件中的应用2.1 发动机曲轴滚压在曲轴圆角处形成的残余应力场—分布特征圆角滚压Wei ren 2、残余应力在典型汽车零件中的应用2.1 发动机曲轴滚压在曲轴圆角处形成的残余应力场—影响因素残余压应力峰值、层深的影响因素 材料性能-屈服强度、加工硬化指数 结构尺寸-圆角半径 工艺参数-滚压力圆角滚压 2、残余应力在典型汽车零件中的应用2.1 发动机曲轴圆角滚压对曲轴弯曲疲劳强度的影响圆角滚压强化效果 2、残余应力在典型汽车零件中的应用2.1 发动机曲轴圆角滚压对曲轴弯曲疲劳强度的影响圆角滚压圆角半径大小的影响 2、残余应力在典型汽车零件中的应用2.2 发动机连杆作用在连杆上的载荷连杆受力简图? 燃气爆发压力P? 活塞组件惯性力Q? 往复惯性力R1、R2? 摆动离心力S1、S2? 装配、预紧载荷综合简化为：以拉压为主的拉压－弯曲复合疲劳载荷 2、残余应力在典型汽车零件中的应用2.2 发动机连杆连杆的结构强度特点结构特点。 杆身不加工（锻造后酸洗表面）。 大头端存在各种过渡圆角和孔洞。 斜切口连杆大头端短径上的载荷要 比长径上的载荷大危险部位。 杆身、小头孔。 螺栓窝座圆弧、大头短径上的螺孔、大头圆弧 2、残余应力在典型汽车零件中的应用2.2 发动机连杆连杆表层残余应力的引入工艺—强化喷（抛）丸 2、残余应力在典型汽车零件中的应用2.2 发动机连杆喷丸强化在金属材料表层形成的残余应力场—应力场的形成零件表层材料在大量的高速弹丸持续撞击下发生强烈的塑性变形，在表面 形成了密集的凹坑，使零件表面产生了一定厚度的塑性变形层（表面强化 层）。该层材料由于受到周围未发生塑性变形材料的约束而处于受挤压状态， 从而在零件表层形成一残余压应力场。 2、残余应力在典型汽车零件中的应用2.2 发动机连杆喷丸强化在金属材料表层形成的残余应力场—影响因素弹丸参数：弹