專利名稱：凸輪軸的熱處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種凸輪軸的熱處理方法，具體地講，是凸輪軸的感應(yīng)加熱淬火熱處
理方法。
背景技術(shù)：
凸輪軸是柴油機(jī)心臟的關(guān)鍵運(yùn)動(dòng)件之一，在工作過程中，它承受擠壓、摩擦、沖擊、彎曲等復(fù)雜應(yīng)力的作用。為了保證柴油機(jī)在使用過程中安全可靠，可通過熱處理使凸輪軸的凸輪部分具有足夠高的強(qiáng)度、塑性和韌性，使凸輪型面有很高的硬度、耐磨性及疲勞強(qiáng)度，這樣才能保證凸輪軸的使用壽命。為了使中速柴油機(jī)凸輪軸具有上述性能，根據(jù)制造材料的不同，有兩種方法可以 實(shí)現(xiàn)一種方法是化學(xué)熱處理，另一種方法是調(diào)質(zhì)處理后表面感應(yīng)淬火，如2007年4月4日中國專利公開的“柴油機(jī)凸輪軸熱處理工藝”(CN1940095)。感應(yīng)淬火的基本原理是在感應(yīng)圈上通入交變電流后，其周圍空間將產(chǎn)生交變磁場，處于交變磁場中的工件就產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，因工件是具有電阻的導(dǎo)體，在感應(yīng)電流通過凸輪的表面層時(shí)，就會(huì)發(fā)熱。但是，除基圓以外，凸輪型面的形狀和尺寸是變化的，每處的曲率半徑都不相同，根據(jù)感應(yīng)電流的特點(diǎn)，在型面的軸向和周向分布的電流密度都是不均勻的，邊緣處的尖角效應(yīng)更是明顯，且每處的傳熱速度也不一致，導(dǎo)致基圓邊緣處的加熱速度快，傳熱速度更快，而升程處的邊緣傳熱速度要比基圓慢，但加熱速度比基圓還快，這就造成了凸輪基圓處和升程處的溫度及溫度梯度相差很大，使得淬火硬度、淬硬層深度很不均勻，達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，而且金相組織也經(jīng)常超差，有時(shí)還出現(xiàn)淬火裂紋，這將直接導(dǎo)致產(chǎn)品的耐磨性、疲勞強(qiáng)度和使用壽命達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，產(chǎn)品報(bào)廢率高，顯著提高了生產(chǎn)成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于使凸輪軸凸輪型面上的加熱溫度及溫度梯度均勻，以實(shí)現(xiàn)無淬火裂紋，降低生產(chǎn)成本，提高凸輪軸的耐磨性、疲勞強(qiáng)度和使用壽命。為了解決上述問題，本發(fā)明的技術(shù)方案為一種凸輪軸的熱處理方法，包括對(duì)凸輪軸的凸輪進(jìn)行感應(yīng)加熱淬火和回火兩個(gè)步驟，感應(yīng)加熱淬火按照如下步驟進(jìn)行a.預(yù)熱，將超音頻感應(yīng)加熱裝置的感應(yīng)圈套裝在凸輪的外部，并在凸輪升程部分與感應(yīng)圈之間放置屏蔽板，然后在電壓340 480V、電流160 230A的條件下，預(yù)熱33 45s ；b.預(yù)熱完成后停止加熱，再拆出屏蔽板，停止加熱5 8s后，在電壓410 500V、電流200 250A的條件下，繼續(xù)加熱8 14s ;c.冷卻，用淬火介質(zhì)對(duì)凸輪進(jìn)行冷卻。為了使凸輪型面上的實(shí)際溫度及溫度梯度符合設(shè)計(jì)要求，本發(fā)明在感應(yīng)加熱時(shí)，在凸輪升程處與感應(yīng)圈之間安放一塊屏蔽板，使升程處所獲得的實(shí)際加熱功率減小，從而達(dá)到型面上的加熱溫度及溫度梯度更均勻，以實(shí)現(xiàn)無淬火裂紋，產(chǎn)品的硬度均勻。CN 102925655 A書明說2/3頁
作為上述方案的優(yōu)選例，在步驟(a)中，所述屏蔽板為Q235鋼材料。
作為上述方案的另一優(yōu)選例，在步驟(C)中，淬火介質(zhì)的噴射壓力從O. 15 O. 2Mpa逐漸降低到O. 05Mpa，噴射淬火介質(zhì)的時(shí)間為120 180s，淬火介質(zhì)的噴射壓力優(yōu)選為先快后慢逐漸降低，本發(fā)明再通過控制淬火介質(zhì)的壓力，來使凸輪各處的冷卻速度一致， 以實(shí)現(xiàn)淬火硬度、金相組織及淬硬層深合理，不產(chǎn)生淬火裂紋。
作為上述方案的另一優(yōu)選例，所述淬火介質(zhì)為質(zhì)量濃度為I 2%的聚乙稀醇水溶液。
作為上述方案的另一優(yōu)選例，回火時(shí)，將淬火后的凸輪軸放入已升溫至150 170°C的熱風(fēng)循環(huán)爐中，回火4 6h。
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明生產(chǎn)的凸輪軸的淬火硬度范圍比常規(guī)的表面淬火縮小了 3. 5HRC，淬硬層深度范圍縮小了 3. 7mm，金相組織明顯改善，避免了淬火裂紋；此外，由于凸輪型面的淬火硬度、淬硬層深度及金相組織更加均勻合理，使得凸輪軸的耐磨性、疲勞強(qiáng)度及使用壽命得到了顯著提高，從而達(dá)到了產(chǎn)品圖的設(shè)計(jì)要求，而且無廢品，生產(chǎn)成本也明顯下降。


圖I為本發(fā)明淬火時(shí)感應(yīng)圈3、屏蔽板I和凸輪2的位置關(guān)系圖。
具體實(shí)施方式
下面實(shí)施例進(jìn)一步對(duì)本發(fā)明加以說明，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。
以下實(shí)例中，所用設(shè)備主要為超音頻感應(yīng)加熱電源(160KW、36千赫茲)、行車、立式淬火機(jī)床，凸輪軸的材料是50CrMo4V。
實(shí)施例I
(I)超音頻感應(yīng)加熱淬火
將凸輪軸4安裝在淬火機(jī)床上，將超音頻感應(yīng)加熱裝置的感應(yīng)圈3套裝在凸輪2 的外部，并在凸輪升程部分與感應(yīng)圈3之間放置屏蔽板I (材料Q235鋼)后，用上述超音頻作為加熱電源，然后按以下順序進(jìn)行加熱淬火操作
a.預(yù)熱，在電壓360V、電流175A的條件下，預(yù)熱35s ；
b.預(yù)熱完成后停止加熱，再拆出屏蔽板1，停止加熱6s后，在電壓415V、電流210A 的條件下，繼續(xù)加熱9s ；
c.冷卻，用質(zhì)量濃度為I. 2%的聚乙稀醇水溶液做淬火介質(zhì)，噴射壓力從O. 15Mpa 逐漸降低到O. 05Mpa，用伺服液壓閥控制，噴冷壓力連續(xù)可調(diào)，先快后慢，噴射淬火介質(zhì)的時(shí)間為135s。
(2)回火
將淬火后的凸輪軸4放入已升溫至155°C的熱風(fēng)循環(huán)爐中，回火4. 5h。
將實(shí)施例I熱處理后的凸輪軸用里氏硬度計(jì)測(cè)硬度，凸輪型面硬度是60 62HRC， 用硬度法測(cè)淬硬層深度，為3. 7mm,馬氏體4級(jí)，著色探傷無裂紋。
實(shí)施例24
(I)超音頻感應(yīng)加熱淬火按照實(shí)施例I將將凸輪軸4安裝在淬火機(jī)床上，然后按以下順序進(jìn)行加熱淬火操作a.預(yù)熱，在電壓460V、電流220A的條件下，預(yù)熱42s ；b.預(yù)熱完成后停止加熱，再拆出屏蔽板1，停止加熱7s后，在電壓480V、電流235A的條件下，繼續(xù)加熱12s ；c.冷卻，用質(zhì)量濃度為I. 8%的聚乙稀醇水溶液做淬火介質(zhì)，噴射壓力從O. 2Mpa逐漸降低到O. 05Mpa，用伺服液壓閥控制，噴冷壓力連續(xù)可調(diào)，先快后慢，噴射淬火介質(zhì)的時(shí)間為170s。(2)回火
將淬火后的凸輪軸4放入已升溫至160°C的熱風(fēng)循環(huán)爐中，回火5. 5h。將實(shí)施例2熱處理后的凸輪軸用里氏硬度計(jì)測(cè)硬度，凸輪型面硬度是59. 5 62HRC，用硬度法測(cè)淬硬層深度，為4. 6mm,馬氏體5級(jí)，著色探傷無裂紋。本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員熟知的技術(shù)未詳細(xì)說明，如淬火介質(zhì)除了用聚乙稀醇水溶液外，還可以采用水及其它淬火介質(zhì)，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實(shí)施方式
及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處。
權(quán)利要求
1.一種凸輪軸的熱處理方法，包括對(duì)凸輪軸⑷的凸輪⑵進(jìn)行感應(yīng)加熱淬火和回火兩個(gè)步驟，其特征在于所述感應(yīng)加熱淬火按照如下步驟進(jìn)行 a.預(yù)熱，將超音頻感應(yīng)加熱裝置的感應(yīng)圈(3)套裝在凸輪(2)的外部，并在凸輪升程部分與感應(yīng)圈(3)之間放置屏蔽板(I)，然后在電壓340 480V、電流160 230A的條件下，預(yù)熱33 45s ； b.預(yù)熱完成后停止加熱，再拆出屏蔽板(I)，停止加熱5 8s后，在電壓410 500V、電流200 250A的條件下，繼續(xù)加熱8 14s ; c.冷卻，用淬火介質(zhì)對(duì)凸輪(2)進(jìn)行冷卻。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的凸輪軸的熱處理方法，其特征在于在步驟(a)中，所述屏蔽板(I)為Q235鋼材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的凸輪軸的熱處理方法，其特征在于在步驟(c)中，淬火介質(zhì)的噴射壓力從O. 15 O. 2Mpa逐漸降低到O. 05Mpa,噴射淬火介質(zhì)的時(shí)間為120 180s。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的凸輪軸的熱處理方法，其特征在于淬火介質(zhì)的噴射壓力先快后慢逐漸降低。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或3或4所述的凸輪軸的熱處理方法，其特征在于所述淬火介質(zhì)為質(zhì)量濃度為I 2%的聚乙稀醇水溶液。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的凸輪軸的熱處理方法，其特征在于回火時(shí)，將淬火后的凸輪軸⑷放入已升溫至150 170°C的熱風(fēng)循環(huán)爐中，回火4 6h。
全文摘要
一種凸輪軸的熱處理方法，解決凸輪型面上的加熱溫度及溫度梯度不均勻的問題，淬火按照如下步驟進(jìn)行a.預(yù)熱，將感應(yīng)加熱裝置的感應(yīng)圈套裝在凸輪的外部，并在凸輪升程部分與感應(yīng)圈之間放置屏蔽板，然后在電壓340～480V、電流160～230A的條件下，預(yù)熱33～45s；b.停止加熱，拆出屏蔽板，5～8s后，在電壓410～500V、電流200～250A的條件下，繼續(xù)加熱8～14s；c.冷卻，用淬火介質(zhì)對(duì)凸輪進(jìn)行冷卻。本發(fā)明生產(chǎn)的凸輪軸的淬火硬度范圍比常規(guī)的表面淬火縮小了3.5HRC，淬硬層深度范圍縮小了3.7mm，金相組織明顯改善，避免了淬火裂紋；此外，凸輪軸的耐磨性、疲勞強(qiáng)度及使用壽命得到了顯著提高。
文檔編號(hào)C21D9/30GK102925655SQ20121042558
公開日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月30日
發(fā)明者張先智, 明國建, 何利平, 張文華 申請(qǐng)人:重慶躍進(jìn)機(jī)械廠有限公司