一種用Zn-Al-Ti-Mg系合金鋼為材料的凸輪曲軸加工制造工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]該發(fā)明屬于機(jī)加工鍛造熱處理綜合技術(shù)領(lǐng)域，涉及凸輪曲軸其合金鋼。尤其是一種用Zn-Al-T1-Mg系合金鋼為材料的凸輪曲軸加工制造工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，用Zn-Al-T1-Mg系合金鋼為材料的凸輪曲軸工藝包含鍛壓成型、正火、調(diào)質(zhì)、消應(yīng)力、淬火及回火熱處理工藝，表面硬化硬度只能達(dá)到HRC50左右，耐磨性很差。如果采用傳統(tǒng)的熱處理方法提高硬度值往往會造成表面淬火裂紋的產(chǎn)生而報廢或是在用戶運(yùn)行過程中斷裂，給用戶造成巨大的直接或間接的經(jīng)濟(jì)損失。Zn-Al-T1-Mg系合金鋼為材料的凸輪曲軸頻淬火表面硬化其耐酸鹽腐蝕性很差，特別是在沿海地區(qū)大氣中酸鹽性很嚴(yán)重，在Zn-Al-T1-Mg系合金鋼為材料的單凸輪曲軸面形成點(diǎn)蝕或是裂紋而報廢。凸輪曲軸通用機(jī)械類發(fā)動機(jī)中的關(guān)鍵承載零件，對內(nèi)在質(zhì)量要求較高。以往傳統(tǒng)方法對采用鍛造毛坯，該鍛件為典型的長軸類鍛件，并且在軸向長度方向上材料分布嚴(yán)重不均，曲拐偏離中心距離較大，對于鍛造工藝來講，屬于復(fù)雜類鍛件。現(xiàn)有技術(shù)中的鍛造工藝一般為空氣錘自由鍛制坯，摩擦壓力機(jī)鍛造成形，然后采用沖床切邊。具體的工藝流程為，將加熱后的圓棒料采用空氣錘通過胎模進(jìn)行多次鍛打，將兩端的桿部拔長，中間留出原始直徑的坯料，再在摩擦壓力機(jī)上進(jìn)行模鍛，最后切邊，該方法生產(chǎn)效率低，制坯精度低，廢品率高，生產(chǎn)過程噪聲大，震動大，工人勞動條件惡劣，不符合綠色鍛造的發(fā)展方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明為了解決上述問題，設(shè)計了一種用Zn-Al-T1-Mg系合金鋼為材料的凸輪曲軸加工制造工藝。
[0004]—種用Zn-Al-T1-Mg系合金鋼為材料的凸輪曲軸加工制造工藝，其材料主要包括了下列元素的百分比含量:Al 2.45% -5.21%, Zn 2.34% -5.38% ,Ni 0.23% -0.56%,Ti 0.35 % -0.46 %, Cr 0.25 % -0.61 % , Mg 0.15 % -0.29 %，Si 1.35 % -2.07 %，Pb<0.003, S<0.0025 %，其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)，優(yōu)選Al 2.79 % -4.61 %，Zn
2.78 % -4.68 % , Ni 0.29 % -0.46 %，Ti 0.39 % -0.42 %，Cr 0.32 % -0.54 % , Mg0.19% -0.23%, Si 1.65% -1.87%, Pb〈0.003，S〈0.0025%，其加工工藝包括如下步驟:
(I)首先進(jìn)行拔長模膛，并進(jìn)行上下翻轉(zhuǎn)，然后對其進(jìn)行滾壓，進(jìn)行毛坯翻轉(zhuǎn)，切斷模膛，本工藝采用多鏜模鍛，即在一副鍛模上具有多個模膛，此處選5個模膛。采用熱鍛造，胎膜鍛:開式鍛模，下模和上模均以0.05mm/s-0.26mm/s速度運(yùn)動，使得上下模閉合，保持20-40分鐘后取出凸輪曲軸后去飛邊，始鍛溫度為1000-1200°C，終鍛溫度為730-820°C，鍛造率為21% -32%，壓力控制在20-25Mpa，經(jīng)熱鍛造后的材料的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度都得到了很好的改善，(2)經(jīng)模鍛后的凸輪曲軸，進(jìn)行失效去應(yīng)力處理，即將凸輪曲軸放入高溫頻爐中加熱到680-720°C，保溫6-9h，使零件完全奧氏體化和均勻化，取出隨空氣緩慢冷卻，(3)對凸輪曲軸進(jìn)行機(jī)加工，人工輸入加工程序，使得數(shù)控機(jī)床自動加工，在加工過程中引入一種綠色無污染的切削液，以霧化形式噴于零件盒刀頭之間的切削區(qū)，帶走切削過程中產(chǎn)生的熱量，同時可以防止機(jī)械瘤的形成，加工精度為IT 6-7，表面粗糙度為Ra = 4.9-3.5 μπι，
[4]對經(jīng)過機(jī)加工凸輪曲軸進(jìn)行等溫淬火和中溫回火，將其加熱到貝氏體化變相溫度后淬入鹽水浴中，加熱溫度為630-690°C，保溫時間為8-10h，從而保證了凸輪曲軸變形小，再中溫回火處理，將齒輪加熱到320-380 °C，保溫3-4h，緩慢冷卻到室溫，使得凸輪曲軸的強(qiáng)度、塑性、韌性等綜合性能得到提高，(5)滲碳共處理，首先進(jìn)行預(yù)氧化，加熱溫度為300-3500C，再通入氨氣，保溫后6-8小時后溫度達(dá)到600-700°C，保溫7_8h，將C離子滲到工件表面，滲氮深度為1.2-1.4mm，從而使得凸輪曲軸有高的疲勞強(qiáng)度、耐磨性和抗咬合性，再將凸輪曲軸放入沉積高溫爐中處理，加熱到720-770°C，以氮?dú)鉃檩d體將CH4帶入反應(yīng)器，將TiC沉積在凸輪曲軸表面，(6)對凸輪曲軸進(jìn)行復(fù)合磁場電解精加工，電極進(jìn)給速度0.9-1.2mm/min，加工電壓為28-32V，電解液為質(zhì)量濃度為15-20%的KaOH水溶液，電解液的溫度為28-35°C，電解液的液壓為8.5-9.4Mpa，電解液的電流為400-500A，陽極接凸輪曲軸，陰極是工具電極，兩級之間間隙為0.06-0.3mm，隨著工件表面金素材料的不斷溶解，工件表面逐漸被加工成接近于工具電極的型面，直到將工具電極型面復(fù)印到凸輪曲軸上獲得所需型面。將磁鐵布置在陰陽級之間，使得電解加工流場得到改善，提高了電解加工的精度，(7)對經(jīng)過電解加工的凸輪曲軸進(jìn)行超聲波檢驗(yàn)，看是否符合要求，否則返回步驟(4)。
[0005]發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明采用鍛造，解決了鑄造成型的生產(chǎn)效率低，制坯精度低，廢品率高，生產(chǎn)過程噪聲大，震動大等問題；對精加工后的定位凸輪曲軸進(jìn)行熱處理，即采用等溫淬火和中溫回火，從而保證了凸輪曲軸形小不開裂，使得凸輪曲軸強(qiáng)度、塑性、韌性等綜合性能提高。通過滲氮共處理，采用中溫氣體法，從而使得凸輪曲軸有高的疲強(qiáng)度、耐磨性和抗咬合性。等離子化學(xué)氣相沉積處理使得凸輪曲軸表面硬度，抗彎強(qiáng)度、耐磨性等進(jìn)一步提高，而且心部的柔韌性得到改善；對凸輪曲軸進(jìn)行復(fù)合磁場電解精加工，不僅提高了凸輪曲軸的表面質(zhì)量而且還提高了凸輪曲軸尺寸精度和形狀精度；對工件進(jìn)行防銹處理不僅大大提高凸輪曲軸壽命，而且使得其摩擦減小，可靠性提高。
【具體實(shí)施方式】
[0006]實(shí)施例一
[0007]設(shè)計了一種凸輪曲軸加工制造工藝，其所用材料為Zn-Al-T1-Mg系合金鋼，主要包括了下列元素的百分比含量:Al 2.45%, Zn 2.34 % , Ni 0.23%, Ti 0.35%, Cr0.25% ,Mg 0.15%, Si 1.35%，Pb〈0.003，S〈0.0025%，其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)，其加工工藝關(guān)鍵技術(shù)如下:(I)首先進(jìn)行拔長模膛，并進(jìn)行上下翻轉(zhuǎn)，然后對其進(jìn)行滾壓，進(jìn)行毛坯翻轉(zhuǎn)，切斷模膛，本工藝采用多鏜模鍛，即在一副鍛模上具有多個模膛，此處選5個模膛。采用熱鍛造，胎膜鍛:開式鍛模，下模和上模均以0.05mm/s速度運(yùn)動，使得上下模閉合，保持20分鐘后取出凸輪曲軸后去飛邊，始鍛溫度為1000°C，終鍛溫度為730°C，鍛造率為21%，壓力控制在20pa，(2)經(jīng)模鍛后的凸輪曲軸，進(jìn)行失效去應(yīng)力處理，即將凸輪曲軸放入高溫頻爐中加熱到680°C，保溫6h，使零件完全奧氏體化和均勻化，取出隨空氣緩慢冷卻，(3)對凸輪曲軸進(jìn)行機(jī)加工，在加工過程中引入一種綠色無污染的切削液，以霧化形式噴于零件盒刀頭之間的切削區(qū)，帶走切削過程中產(chǎn)生的熱量，加工精度為IT 6，表面粗糙度為Ra = 4.9ym，(4)對經(jīng)過機(jī)加工凸輪曲軸進(jìn)行等溫淬火和中溫回火，將其加熱到貝氏體化變相溫度后淬入鹽水浴中，加熱溫度為630°C，保溫時間為8h，再中溫回火處理，將齒輪加熱到320°C，保溫3h，(5)滲碳共處理，首先進(jìn)行預(yù)氧化，加熱溫度為30(TC，再通入氨氣，保溫后6小時后溫度達(dá)到600°C，保溫7h，將C離子滲到工件表面，滲氮深度為1.2mm,從而使得凸輪曲軸有高的疲勞強(qiáng)度、耐磨性和抗咬合性，再將凸輪曲軸放入沉積高溫爐中處理，加熱到720°C，以氮?dú)鉃檩d體將CH4帶入反應(yīng)器，將TiC沉積在凸輪曲軸表面，(