胡明傑

（揚州大學機械工程學院，江蘇揚州225009）

摘要：介紹了軸（zhóu）杆件在壓力機上的應用及其作用，並結合實例，對（duì）壓力機曲軸（zhóu）和（hé）立柱斷裂失效進行了分析，在此（cǐ）基礎上（shàng）分析了在壓力機生命周期（qī）內導致壓（yā）力機軸杆件斷裂失效的原因（yīn），並提出了相應的預防措施。

關鍵詞：壓（yā）力機；軸（zhóu）杆件；斷（duàn）裂失效；預防措（cuò）施中圖分類號：TG3巧（qiǎo）文獻標誌碼：A文章編號（hào）：1001一3881（20巧）1一201一4

Analysis and Prevention Of Fracture Failure Of Axostyle Of Press HU Mingjie

（College of Mechanical Engineering，Yangzhou University，Yangzhou Jiangsu 225009，China）

Abstract: The application and function axostyle for press were introduced. By combined with examples，the fracture failure of the crankshafts and the columns of press were analyzed. On the basis of this，the causes of the axostyle ' s fracture failure for the press ' s life cycle were analyzed. The corresponding preventive measures are proposed.

Keywords：Press；Axostyle；Fracture failure；Prevention 0前言

壓力機作為壓力成形裝備廣泛應用於國民經濟的各個（gè）領（lǐng）域，是裝備製造業的重要組成部分。壓（yā）力機的性能已（yǐ）經成為衡量一個國家科技水平、國際競爭（zhēng）力和綜合（hé）國力的重要標誌。

壓力機根據執行機構的驅動方（fāng）式不同，分為機械式傳動（如機械壓力機（jī））和液壓式傳動（如液壓機）。

不論機械（xiè）壓力機還是液壓機，都是通過軸（zhóu）杆件（jiàn）的（de）旋轉或往（wǎng）複（fù）直線運動進行機械能或液（yè）壓能（néng）的傳遞，同時為執行機構（如液壓機滑塊）提供運動導向（xiàng）。

軸杆件是壓力機的重要組成部（bù）分（fèn）和核（hé）心（xīn）功能部件。

軸（zhóu）杆件的斷裂失效，輕則造成壓力機無法（fǎ）使用，影響生產；重則導致壓力機損毀甚至（zhì）釀成安全事故。

壓力機軸（zhóu）杆件斷裂失效（xiào）分析

隨著現代科學技（jì）術的飛躍發展（zhǎn），失效分析已經成為一（yī）門綜合性的邊（biān）緣學科，在工（gōng）程領（lǐng）域得到（dào）了日益廣泛地應用。

為了提高設（shè）備的質量和對其壽（shòu）命進行評估，國內外對失效現象進行了大量的分（fèn）析與研（yán）究，積累了豐富的經驗，日益完善了失效（xiào）分析技術及其（qí）理論。

應用失效分析技術，可以指（zhǐ）導設備規劃（huá）、設計、選材、加工（gōng）、製（zhì）造、壽命評估、檢驗及質量管理等方麵的工作，同時失效分析技術又是製定技術規（guī）範、科技（jì）發展規劃、法律仲（zhòng）裁和對外索賠等（děng）的重要依據。

根據金（jīn）屬材料斷裂前所產生的宏觀塑性變形（xíng）的大小可將斷裂分為韌性斷（duàn）裂和脆性斷裂。

韌性斷裂（liè）是指（zhǐ）金屬材料（liào）或機（jī）械構件斷裂時出現較大的或明顯的塑性變形（xíng），通常指金屬材（cái）料（liào）產生的宏觀（guān）塑性形（xíng）變量大於 10％的斷裂。

用肉眼或放大鏡觀察時，斷口表麵（miàn）呈現纖維狀或絲光狀，灰色或暗灰色等宏觀形貌特征（zhēng）；脆性斷裂是指金屬（shǔ）材料或機（jī）械構件斷裂時不發生或發生較小的宏觀塑性（xìng）變形，通（tōng）常指金屬材料產生的宏觀塑性形變（biàn）量小於（yú）2％的（de）斷裂。

斷口表麵形（xíng）貌較平整，在光（guāng）照下具有發亮特性。

用肉眼或放大（dà）鏡觀察不到（dào）宏觀變形，但在電子顯微鏡下可觀察到局部（bù）的（de）塑性形變，即出現韌窩花樣形貌特征。

脆性斷裂是一種突然發生的斷裂，裂紋的傳播速度（dù）較（jiào）快，沒有明顯的征兆，因而危害性很大，常常導致機械構件的災難性失效。

對壓力機軸杆（gǎn）件而言，斷裂失效的形式主要是脆性斷裂。

曲軸斷裂失效分析

曲軸的作用及要求

在機械壓力機中（zhōng），曲軸的作用是將電機的旋轉運動通過曲軸的旋轉運動轉化（huà）為滑塊的上下往複直線運動（dòng），同時將電（diàn）機的電能轉化為滑塊的機械能。

曲軸的受力情況複雜，除受彎矩作用外，還（hái）受（shòu）扭矩和剪切力的作用，因而其製造工藝要求高。

曲軸一般選用45#鋼，經過鍛打製成曲軸鍛坯（pī），然後進行加工（gōng）和熱處理（lǐ）。

其主要工藝過程為：粗加工乛調質熱處理乛精加工乛（wān）中頻淬火熱處理乛磨削加工。

其中熱處理工藝（yì）要求為：曲軸基體進行調質（zhì）處理；運動偶合麵（支承頸、曲（qǔ）柄頸）進行中頻淬火處理（lǐ）。

通過宏觀觀察，斷裂源位於立柱退刀槽根部過渡圓角處，裂紋擴展呈規則（zé）的月牙形。

其（qí）中疲勞起源區、疲勞裂紋擴展（zhǎn）區組織較細，形貌較為平坦、光滑，疲勞裂紋擴展區內分布（bù）有弧（hú）形跡線一一（yī）一貝（bèi）紋線（疲勞裂紋擴展過程中留下的痕跡）；瞬間斷裂區為結晶狀，形貌和組織較為粗糙。

以上特征，顯示立（lì）柱的斷裂失效（xiào）屬於疲勞引起的脆性斷裂。

立柱斷裂失效原因分析

四柱式液壓機（jī）立柱工作時主要承受拉伸載荷，當偏心載荷時滑（huá）塊將會發生傾斜，傾斜的滑塊會給立柱施加一個水平分力。水平分力是（shì）導致液壓機機架產生（shēng）

扭曲和（hé）立柱彎曲（qǔ）應力急增的主要力學因素。特別是當（dāng）液壓機卸壓時能量的（de）突然（rán）釋放，會（huì）引（yǐn）起機架的劇烈振動和搖晃，此（cǐ）時液壓機立柱受力狀況（kuàng）最為惡劣。

立柱退刀槽處由於外形突變（溝槽、過渡圓角（jiǎo））、過渡圓角加工粗糙、溝槽表麵的（de）加工劃痕等多方麵（miàn）因素產生應（yīng）力集中現象。

隨著液壓機循環交變應力的（de）作用，致使立柱反（fǎn）複變形，應力（lì）集中部位一一退刀槽（cáo）處（chù）極易引起微觀裂紋，微觀裂紋逐漸擴展為宏觀裂紋，最終導致了立柱的斷裂。

壓力機軸杆件斷裂失效預防

致使壓力機軸杆（gǎn）件斷裂失效的（de）因（yīn）素多種（zhǒng）多樣，有的是（shì）單一因素造成（chéng），有的是兩個或多個因素共同作用（yòng）所致（zhì），並且貫穿於壓力機的整個生（shēng）命周期（qī），包括設計、製造和使用（維護）等各個（gè）主要環節（jiē）。

設計環節

設計是預防斷裂失效的先天之本，設計環節的質量決定了壓力（lì）機的性能。

在設計前應充分了解壓力機的工藝過程和使用工（gōng）況，然（rán）後（hòu）進行力學（應力）分析，確定最優結構形式，以（yǐ）保證軸杆件的強度、剛度和疲（pí）勞（láo）壽命等。

在設計（jì）過程中需注意以下幾點：

過渡圓角設計對斷（duàn）裂失效的影響

曲（qǔ）軸曲柄頸和立柱退刀槽根部過渡圓角為應力（lì）集中區域，直接影響曲軸和立柱的疲勞強度和使用壽命，過渡圓（yuán）角半徑越小、光滑程度（粗糙度）越差，應力集中現象越（yuè）嚴重。

在條件允許的情況下，可在曲軸曲柄頸和立柱退刀槽根部過渡圓角處采（cǎi）用輥子輾壓強化。

熱處理工藝設計對斷（duàn）裂失效（xiào）的影響

壓力機軸杆件的受力（lì）情況複雜，使用工況惡劣，

因此軸杆件應具有優良的綜合力學性能。

對壓力機軸杆（gǎn）件而言，首先（xiān）應對毛坯進行鍛製處理，然後對鍛製毛坯基體進行調（diào）質理（lǐ），以改善其綜合力學性能（néng）；然後（hòu）對承載麵（支承頸、曲（qǔ）柄（bǐng）頸）和導向（xiàng）麵進行表麵（miàn）中頻淬火處理，以提高其表麵硬度。

在中頻淬火時注意控製淬（cuì）硬帶寬度，邊緣距過渡圓角太近，會在過渡（dù）圓角（jiǎo）處產（chǎn）生殘餘拉應力，降低軸杆件的疲勞強度。

安全係數選取對斷裂失效的（de）影（yǐng）響

壓（yā）力（lì）機軸（zhóu）杆件設計時有的隻考慮了影（yǐng）響安全係數的常規因素和主要因（yīn）素，有時往往忽略了非常規因（yīn）素和次要因素（sù），致使安全係數不足，給軸杆（gǎn）件（jiàn）的（de）斷裂失效留（liú）下了隱患。

實際上，壓（yā）力機軸杆件的受力情況複雜，承受（shòu）的力包括：拉（壓）力，彎扭力矩、橫向側（cè）推力和剪切力及其他附加載荷產生的應力。

製造環節

製造是預防斷裂失效的關鍵，牽涉到材質選擇（zé）、鍛造、熱處理、機加工、檢驗、裝配等（děng）諸多（duō）環節，製造過程的質量決定了壓力機的最終（zhōng）使用性能。

據相關文獻報到，70％的壓（yā）力機軸杆件斷裂失效與製造環節相關。

因此，加強製造環節的（de）質量控（kòng）製，對實現壓力機的（de）工作性能和延長壓（yā）力機的使用壽命（mìng）有著非常重要的意義。在製造過程中需注意以下幾點：

鍛坯（pī）質量對斷裂失效（xiào）的影響

化學元素對（duì）斷裂失效的（de）影響

軸杆件鍛坯中主要有害元（yuán）素（sù）有硫、磷、氧等，因此應注意控製其含量，否則會直接影（yǐng）響軸杆件的力學性能。

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