性能要求高、服役环境差的曲轴和凸轮轴等零件可以利用激光喷丸工艺提高产品性能。

性能要求高、服役环境差的曲轴和凸轮轴等零件可以利用激光喷丸工艺提高产品性能。若才产品设计阶段就引入激光喷丸（激光冲击强化）工艺，可节约大量的成本，如减轻重量或选用低规格便宜的材料。激光冲击强化处理后的残余应力强化层、强化幅值均优于其他表面应变强化工艺，所以它对疲劳寿命的强化效果是其他工艺无法替代的。

零件失效故障造成的损失

在考虑零件失效故障造成的损失时，不应只考虑零件本身的更换成本。一些成本可以用金钱来衡量，但对品牌形象、用户信赖度等方面的影响将会带来更大的损失。因此需要综合考虑：

• 更换的零件成本

• 工时成本

• 时间成本

• 质量信誉损失、客户不满意度对未来销售的损害

• 造成的人身伤害及相应的经济补偿等

曲轴和凸轮轴可能被应用在上万种发动机中，在上百万种工况下服役，但是他们的工作原理是相同的。曲轴负责将燃烧力传递到飞轮或其他发动机输出装置。对于普通的四冲程发动机，燃烧过程发生在气缸的顶部并推动活塞返回气缸。能量从活塞头传递到活塞杆，在曲轴处转化为扭矩（旋转力）。然后曲轴驱动其他多个次级传动部件可用于为许多不同的次级部件提供动力。此时，曲轴会在主轴颈和连杆轴颈上承受弯曲载荷，并且通常在配重和轴颈之间的圆角半径处最为严重。当负载施加到曲轴的输出端时，还有扭力会拉紧部件。最终结果是曲轴容易开裂和失效。

凸轮轴负责在燃烧发生时打开和关闭气门，将空气和燃料混合物进入燃烧室（另有直接喷射），并将燃烧产生的废气从气缸中排放出来。大多数凸轮轴故障是由凸轮凸角剥落或磨损造成的。凸轮轴故障在具有刚性气门弹簧的高性能应用中或在曲轴上实现重弯曲载荷的应用中也很常见。

解决方案

激光喷丸已被证明可将钢部件的弯曲疲劳寿命提高 10 倍以上，同时提高疲劳强度30%以上。这使得可以使用更少的材料进行设计以减轻重量的更持久的组件成为可能。因此， 激光喷丸可提高发动机效率、可靠性和性能，为您和您的客户带来双赢。

激光喷丸产生的残余压应力将提高材料抑制表面滚动接触疲劳裂纹的萌生和扩展。同时，大层深的残余压应力分布分布还增加了零件抗碎屑污染和磨损的性能。激光喷丸带来的价值

轻量化设计

零件的安全应力水平通常是施加到零件上的负载的函数。激光喷丸增加的疲劳应力阈值允许使用更少的材料设计部件，且不会影响部件的强度和安全性。更少的材料意味着更轻的重量、更少的加工呆料以及更高的效率和功率。

选用低规格经济型材料

激光喷丸改性后的材料具备了比它更高级别材料才具备的抗疲劳性能，因此在产品设计时就可以选用较低级别、价格相对便宜的材料（比如用铸件代替锻件），而不会降低零件的整体性能。有研究表明，选用合适的激光喷丸工艺处理后的铸铁材料，其性能达到或超过了高强度钢。激光喷丸其强大的材料改性能力，将会彻底改变零件的设计。

延长现有零件的使用寿命

每个部件都有预期的使用寿命，但有很多零件不能满足这些使用寿命的要求，这就需要提前更换这类零件。但一些关键零件则是要求其使用寿命要大于整体部件的设计使用寿命。这时，激光喷丸强化就提供了一种高效、经济的解决方案来延长这些零部件的使用寿命，从而为客户、为用户带来更多的使用价值。尤其是对那些维修、维护成本很高的行业，激光喷丸这项技术格外重要。

上图描绘了激光喷丸凸轮轴凸角和凸角之间的轴承轴颈的有限元分析。激光冲击强化后表面上的残余压应力接近材料的屈服强度，并延伸到叶瓣深处约1.3mm处，这些高强度、深的残余应力有助于防止轴颈表面剥落并延长凸轮轴寿命。

山东迈特莱斯金属表面科技有限公司面向广大制造业提供金属零部件激光冲击强化技术服务。

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