傅東興

(黑龍江省農(nóng)業(yè)機械工程科學研究院,哈爾濱 150581)

1 研究方案

1.1 總目標

完成最終成品樣件的生產(chǎn)，保證樣件的機械性能與進口原廠件一致或相當，形成國產(chǎn)化的可行性生產(chǎn)制造方案。

1.2 創(chuàng)新點

以美國凱斯210拖拉機動力輸出軸為研究對象，分析進口件的材質，選擇適合的國產(chǎn)化替代材料，研究進口件的熱處理工藝、機械加工工藝，再通過機上扭力對比試驗和疲勞極限試驗，最終形成凱斯拖拉機動力輸出軸的國產(chǎn)化替代技術方案，完成研制樣品的國產(chǎn)化生產(chǎn)制造，通過實際上機試驗，測試國產(chǎn)樣件的使用效果和項目研制的可靠性。

1.3 技術路線

(1)深入了解美國凱斯拖拉機的作業(yè)環(huán)境和作業(yè)方式，分析其動力輸出軸的失效型式。

(2)對原廠件的結構尺寸、材質、晶相組織、機械強度、疲勞強度等進行深入測量、檢測、計算、分析、試驗等，為形成可行性替代方案提供數(shù)據(jù)支持。

(3)優(yōu)化國產(chǎn)化替代技術方案，進行樣件試制。

(4)對樣件的試制過程進行全程跟蹤，從樣件測繪、圖紙設計、機械加工、熱處理工藝等進行精確記錄和管控，確保各試制環(huán)節(jié)的準確度，二次完成樣件的生產(chǎn)制造。

(5)二次試制的樣件與原廠件進行實驗室性質的對比檢測，主要從加工精度、表面硬度、淬火層與調質層深度、抗扭強度、疲勞強度、抗磨性能、失效形式等多方面進行測試，確定樣件是否達標。

(6)確定是否需要再次進行方案優(yōu)化，是否進行三次試制樣件，完成達標樣件的試制生產(chǎn)。

(7)再次進行試驗對比，實時跟蹤觀察、檢測、分析，實時做好對比記錄，反復驗證和評估試制樣件的性能指標，最終形成國產(chǎn)化替代技術方案。

1.4 技術難點

(1)國產(chǎn)化替代，樣件材料的選擇問題；(2)動力輸出軸樣件密牙花鍵的加工工藝問題；(3)動力輸出軸樣件的精密熱處理工藝問題；(4)動力輸出軸的疲勞強度試驗成本過高問題。

2 重點研制內容

2.1 樣件的選材

將原件進行材質分析檢驗，其材質的化學成分見表1。根據(jù)動力輸出軸原件的化學成分分析表，試制樣件的材料選用高強度42CrMo合金結構鋼進行替代，其材質的化學成分見表2，選用高強度42CrMo合金結構鋼進行國產(chǎn)化材料替代較為合理。

表1 動力輸出軸原件的化學成分分析表

表2 42CrMo合金結構鋼的化學成分

2.2 加工工藝及熱處理工藝

經(jīng)過反復試驗，試制的動力輸出軸樣件的加工工藝及熱處理工藝如下：(1)原材料選用φ65～70 mm的超高強度42CrMo合金結構鋼棒料；(2)粗車加工，預留好精車加工用的加工余量；(3)精車加工，除軸體頭部的密牙花鍵部分外其余全部加工成形；(4)軸體頭部的密牙花鍵部分采用成型的模具擠壓成形；(5)樣件機械加工完成后，進行整體調質處理，淬火加熱時間為1.5 h，淬火溫度為850 ℃，之后進行油冷至230 ℃，再進行高溫回火處理，溫度為560 ℃，時間為2.5～3 h，高溫回火后，進行常溫油冷至室溫，使得軸體表面硬度達到HB370～390(HRC40～42)；(6)熱處理完成后的輸出軸樣件進行表面發(fā)黑防腐處理；(7)試制的動力輸出軸樣件加工完成。

2.3 樣件與原件的表面硬度及淬硬層深度對比

試制樣件與原件的表面硬度及淬硬層深度的情況對比見表3。

表3 表面硬度與淬硬層深度對比

2.4 樣件與原件的扭斷抗力對比試驗報告

試制的動力輸出軸樣件與原件的扭斷抗力情況對比見表4。

表4 扭斷抗力情況對比

2.5 樣件與原件的抗疲勞強度對比試驗

試制的動力輸出軸樣件與原件的抗疲勞強度情況對比見表5。

表5 抗疲勞強度情況對比

3 研究結論

通過試驗可見，凱斯210拖拉機動力輸出軸國產(chǎn)化樣件的表面硬度、抗疲勞強度接近于原廠件，國產(chǎn)化樣件試制成功，可以用于國產(chǎn)化。