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球墨铸件在曲轴上的应用跟凝固过程一、球墨铸铁件在曲轴上的应用
在现代社会中，汽车是交通工具之一，发动机是汽车的核心部件，曲轴是发动机的钥匙。发动机的动力不断增加，曲轴必然承受较大的交变载荷，球墨铸件对材料的强度、韧性、可靠性的要求越来越高，普通曲轴和一般高强度曲轴很难满足要求。
一般由主轴颈、连杆颈、曲柄、平衡块、前、后端等组成。曲轴和连接的配合，使活塞所受的气压转化为旋转的动力，并传递到机架的驱动机构。此外，还可以驱动配气机构及风机、水泵、发电机等其他辅助设备。
曲轴在工作时承受气体压力，惯性力和惯性矩的作用，作用力大，受力复杂，在交变载荷作用下。与此同时，曲轴是高速转动的部件，要求曲轴有足够的刚度和强度，有较好的抗冲击载荷、耐磨润滑。
内燃机是内燃机的重要零件，它的使用性能直接影响机车的运转。内燃机曲轴受力复杂，受交变载荷的影响，常常会出现弯曲、扭曲、剪切变形等变形问题，而疲劳断裂占曲轴80%以上。
形变和热处理工艺、处理效果有直接关系。目前曲轴材料主要为球铁和钢，由于球墨铸铁件具有良好的切削性能，并可通过各种热处理及表面强化处理，使其抗疲劳强度、硬度及耐磨性得到很好的改变。
二、机械球墨铸铁件在凝固过程
机械球墨铸铁件在凝固过程中的共晶石墨析出会产生膨胀力，又因为糊状凝固特性导致机械球墨铸铁件在凝固初期难以形成坚硬外壳，此时凝固产生的膨胀压力便会作用于铸型，当铸型强度不够好时，会产生胀型，使机械球墨铸铁件收缩增大，当铸型强度比较好时，膨胀压力作用于大型球墨铸铁件本身实现自补缩，收缩量减小，因此机械球墨铸铁件的冒口设计不同于铸钢件，需要综合考虑铸型强度、机械球墨铸铁件结构等多种复杂因素;并且目前机械球墨铸铁件结构越来越复杂，机械球墨铸铁件热节分析比较困难，冒口的位置难以确定，因此设计复杂机械球墨铸铁件的冒口比较困难。
目前应用于机械球墨铸铁件的冒口设计方法主要有收缩模数法、实用冒口法和通用冒口法。基于几何的冒口优化方法。虽然能对冒口大小设计进行优化，但没有考虑合金材质，对机械球墨铸铁件不一定适用。
收缩模数法设计冒口的原理是均衡凝固技术，将机械球墨铸铁件作为一个整体，由于每个部分的凝固速度都不一样，发生收缩和体积膨胀的时间也不相同，通过将所有单元在同一个时刻的收缩和体积膨胀叠加，可以得到整个机械球墨铸铁件体积随时间的变化规律，将收缩和膨胀动态叠加和为零时，对应的时间为收缩时间，该时间对应的模数称为机械球墨铸铁件收缩模数，在此时间之后，收缩和膨胀动态叠加和大于零，因此，冒口设计充分利用自补缩效果，仅提供收缩时间之前的液态收缩量。机械球墨铸铁件整个凝固过程中体积随温度变化可以分为液态收缩、体积膨胀、二次收缩三个部分。在铸型强度比较好时，冒口颈如果在体积膨胀阶段凝固，机械球墨铸铁件便可以利用自身的体积膨胀来抵消后期的二次收缩，充分利用石墨析出产生的膨胀压力，从而实现自补缩效果，而在铸型强度比较差时，需要冒口释放一定的膨胀压力，冒口颈凝固稍晚。模数法计算冒口时只考虑机械球墨铸铁件模数，这种方法可以应用于铸钢件、铸铁件等，但这种方法没有考虑机械球墨铸铁件的自补缩作用，对于铸型强度条件好的机械球墨铸铁件，采用这种方法设计的冒口偏大，会造成材料浪费，导致工艺出品率低。为此，本文提出了一种考虑铸型强度的机械球墨铸铁件冒口计算方法，并应用于实际机械球墨铸铁件的冒口设计。
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