美國(guó)凱斯拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸國(guó)產(chǎn)化可行性研究

傅東興

(黑龍江省農(nóng)業(yè)機(jī)械工程科學(xué)研究院,哈爾濱 150581)

1 研究方案

1.1 總目標(biāo)

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

1.2 創(chuàng)新點(diǎn)

以美國(guó)凱斯210拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸為研究對(duì)象，分析進(jìn)口件的材質(zhì)，選擇適合的國(guó)產(chǎn)化替代材料，研究進(jìn)口件的熱處理工藝、機(jī)械加工工藝，再通過(guò)機(jī)上扭力對(duì)比試驗(yàn)和疲勞極限試驗(yàn)，最終形成凱斯拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸的國(guó)產(chǎn)化替代技術(shù)方案，完成研制樣品的國(guó)產(chǎn)化生產(chǎn)制造，通過(guò)實(shí)際上機(jī)試驗(yàn)，測(cè)試國(guó)產(chǎn)樣件的使用效果和項(xiàng)目研制的可靠性。

1.3 技術(shù)路線

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

(2)對(duì)原廠件的結(jié)構(gòu)尺寸、材質(zhì)、晶相組織、機(jī)械強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度等進(jìn)行深入測(cè)量、檢測(cè)、計(jì)算、分析、試驗(yàn)等，為形成可行性替代方案提供數(shù)據(jù)支持。

(3)優(yōu)化國(guó)產(chǎn)化替代技術(shù)方案，進(jìn)行樣件試制。

(4)對(duì)樣件的試制過(guò)程進(jìn)行全程跟蹤，從樣件測(cè)繪、圖紙?jiān)O(shè)計(jì)、機(jī)械加工、熱處理工藝等進(jìn)行精確記錄和管控，確保各試制環(huán)節(jié)的準(zhǔn)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(jìn)行實(shí)驗(yàn)室性質(zhì)的對(duì)比檢測(cè)，主要從加工精度、表面硬度、淬火層與調(diào)質(zhì)層深度、抗扭強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、抗磨性能、失效形式等多方面進(jìn)行測(cè)試，確定樣件是否達(dá)標(biāo)。

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

(7)再次進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)比，實(shí)時(shí)跟蹤觀察、檢測(cè)、分析，實(shí)時(shí)做好對(duì)比記錄，反復(fù)驗(yàn)證和評(píng)估試制樣件的性能指標(biāo)，最終形成國(guó)產(chǎn)化替代技術(shù)方案。

1.4 技術(shù)難點(diǎn)

(1)國(guó)產(chǎn)化替代，樣件材料的選擇問題；(2)動(dòng)力輸出軸樣件密牙花鍵的加工工藝問題；(3)動(dòng)力輸出軸樣件的精密熱處理工藝問題；(4)動(dòng)力輸出軸的疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)成本過(guò)高問題。

2 重點(diǎn)研制內(nèi)容

2.1 樣件的選材

將原件進(jìn)行材質(zhì)分析檢驗(yàn)，其材質(zhì)的化學(xué)成分見表1。根據(jù)動(dòng)力輸出軸原件的化學(xué)成分分析表，試制樣件的材料選用高強(qiáng)度42CrMo合金結(jié)構(gòu)鋼進(jìn)行替代，其材質(zhì)的化學(xué)成分見表2，選用高強(qiáng)度42CrMo合金結(jié)構(gòu)鋼進(jìn)行國(guó)產(chǎn)化材料替代較為合理。

表1 動(dòng)力輸出軸原件的化學(xué)成分分析表

表2 42CrMo合金結(jié)構(gòu)鋼的化學(xué)成分

2.2 加工工藝及熱處理工藝

經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，試制的動(dòng)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(qiáng)度42CrMo合金結(jié)構(gòu)鋼棒料；(2)粗車加工，預(yù)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(jī)械加工完成后，進(jìn)行整體調(diào)質(zhì)處理，淬火加熱時(shí)間為1.5 h，淬火溫度為850 ℃，之后進(jìn)行油冷至230 ℃，再進(jìn)行高溫回火處理，溫度為560 ℃，時(shí)間為2.5～3 h，高溫回火后，進(jìn)行常溫油冷至室溫，使得軸體表面硬度達(dá)到HB370～390(HRC40～42)；(6)熱處理完成后的輸出軸樣件進(jìn)行表面發(fā)黑防腐處理；(7)試制的動(dòng)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(duì)比

試制樣件與原件的表面硬度及淬硬層深度的情況對(duì)比見表3。

表3 表面硬度與淬硬層深度對(duì)比

2.4 樣件與原件的扭斷抗力對(duì)比試驗(yàn)報(bào)告

試制的動(dòng)力輸出軸樣件與原件的扭斷抗力情況對(duì)比見表4。

表4 扭斷抗力情況對(duì)比

2.5 樣件與原件的抗疲勞強(qiáng)度對(duì)比試驗(yàn)

試制的動(dòng)力輸出軸樣件與原件的抗疲勞強(qiáng)度情況對(duì)比見表5。

表5 抗疲勞強(qiáng)度情況對(duì)比

3 研究結(jié)論

通過(guò)試驗(yàn)可見，凱斯210拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸國(guó)產(chǎn)化樣件的表面硬度、抗疲勞強(qiáng)度接近于原廠件，國(guó)產(chǎn)化樣件試制成功，可以用于國(guó)產(chǎn)化。