CN102756243A

CN102756243A - 一种采用Al-Sn-Mn-Mg-Zn 系铝合金为材料的凸轮轴二次精加工工艺

Info

Publication number: CN102756243A
Application number: CN2012102330670A
Authority: CN
Inventors: 贾绍宽
Original assignee: WUXI DRILLTO TRENCHLESS CO Ltd
Current assignee: WUXI DRILLTO TRENCHLESS CO Ltd
Priority date: 2012-07-05
Filing date: 2012-07-05
Publication date: 2012-10-31

Abstract

本发明公开了一种Al-Sn-Mn-Mg-Zn系高强度铝合金材料的凸轮轴精加工工艺。在发动机活塞缸用凸轮轴工作要求比较高，因此经过粗加工热处理后的凸轮轴采用对比精加工和表面超声波抛光二次精加工来达到凸轮轴的工作要求。与采用一次精加工相比，此精加工获得的凸轮轴的耐磨性更好，寿命更长，心部韧性更好，强度大大提高，弯曲和接触应力更高。

Description

一种采用Al-Sn-Mn-Mg-Zn 系铝合金为材料的凸轮轴二次精加工工艺

技术领域

本发明涉及机械精加工领域，具体涉及一种凸轮轴及其材料，尤其是涉及一种采用Al-Sn-Mn-Mg-Zn系铝合金为材料的凸轮轴二次精加工工艺。

背景技术

通常采用车、铣、磨等粗加工得到的零件，如齿轮、轴类，盘类等表面比较粗糙，为了提高零件的承载能力和使用寿命需要对零件表面进行精加工，以往的精加工多数才采用一次表面切削，零件不是早期磨损就是破裂，还是不能满足现代技术中对机械零件高承载和长寿命的要求，现在世界各大汽车厂均使用冷激铸造方式或FCD 700材质方式制作凸轮。而冷激铸铁的FCD材质在严酷使用条件下轴部容易断裂，FCD 700的材质无法耐高温使用，且都在使用一定期限后会有磨损的状况发生，从而致使发动机动力递减，并产生异音的状况，因此必须更换新品，这样存在消费上的浪费，为此，本发明提供了一种耐磨损可永久使用的凸轮轴以供市场所需。通常，在对给定齿轮的轮齿表面进行精加工前先估计给定齿轮的坯料去除量。目前还没有直接方法来验证在硬齿轮精加工部分上对坯料去除量和坯料划分的假定和计算是否正确。不正确的坯料去除量和坯料划分计算增加了成本并降低了精加工部件的耐用性。控制坯料去除量和坯料划分的能力会影响与渗碳齿轮上的点蚀寿命直接相关的表面硬化层深度的一致性和残余压缩应力。

发明内容

针对以上技术的不足，本发明为了解决上述问题，设计了一种采用Al-Sn-Mn-Mg-Zn系铝合金为材料的凸轮轴二次精加工工艺。

本发明设计的凸轮轴二次精加工工艺，其所用材料包括了下列元素的百分比含量：Zn 10%-21%，Mn 0.1%-0.3%，Mg 0.003%-0.009%，Sn 0.12%-3.9%，Ti 0.17-0.25%，余量为铝及不可避免的杂质，优选Zn 11%-20%，Mn 0.15%-0.25%，Mg 0.04%-0.08%，Sn 0.15%-3.0%，Ti 0.19-0.21%，其特征在于采用了下列的加工工艺：二次精加工工艺，步骤如下：

（1）铸造毛坯：采用热压铸成型法生成铸件，（2）经上述热铸后的毛坯进行均匀化退火，使其加热到1000-1200℃保温4-5h然后随炉缓冷到350℃，再空冷，（3）对凸轮轴采用车削进行粗加工，之后进行失效处理并对回火后的凸轮轴进行表面热处理，采用碳氮共渗法，即把工件置于密封加热炉中通入丙酮、煤油等渗碳剂，将温度加热到910-960℃使工件在此高温下进行渗碳氮共渗,（4）将碳氮共渗后的凸轮轴进行表面磷酸处理，并去除氧化皮或缺陷，（5）表面强化处理，采用喷丸强化，即用高射铁丸对表面进行撞击，从而提高工件的耐疲劳性和使用寿命，（6）生成凸轮轴轮廓精加工轨迹，根据所述零件轮廓精加工轨迹，选取一把加工刀具对零件轮廓进行精加工；测量精加工后的零件轮廓以获得与零件轮廓理论值比较的加工误差；根据所述加工误差生成新的零件加工轨迹，所述新的零件加工轨迹与所述精加工后的零件轮廓相对于零件理论轮廓呈镜像关系；将前一凸轮和后一凸轮形成对比，保证加工精度，（7）对精车后的凸轮轴进行超声波抛光处理，即将凸轮轴放在磨料悬浮液中，然后将工件和悬浮液置于超声波场中，通过超声波的震荡作用，使磨粒在高速下撞击凸轮轴表面，使凸轮轴的微凸起被切削掉，使工件表面磨削抛光。加工精度达0.01-0.02mm，表面粗糙度达到1-0.1μm，超声波在16000-25000Hz范围内。

本发明的优点之一：采用下面的一道精加工，生成凸轮轴轮廓精加工轨迹，根据所述零件轮廓精加工轨迹，选取一把加工刀具对零件轮廓进行精加工；测量精加工后的零件轮廓以获得与零件轮廓理论值比较的加工误差；根据所述加工误差生成新的零件加工轨迹，所述新的零件加工轨迹与所述精加工后的零件轮廓相对于零件理论轮廓呈镜像关系；将前一凸轮和后一凸轮形成对比，保证加工精度，该方法客服了以往的坯料去除量和坯料划分的不准确，从而真正的保证了加工精度。

本发明的优点之二：对一道精车后的凸轮轴进行二次超声波抛光处理，工具对凸轮轴的作用和热影响较小，使凸轮轴不产生变形、烧伤，变质层，而且成本低。而且使凸轮轴的加工精度准确，使的表面光滑，摩擦小，在工作中产生的热量少，因此工作寿命长，避免了断裂现象。

本发明的优点之三：采用碳氮共渗和便面强化，不仅使得表面抗弯曲强，心部的韧性好，而且提高工件的耐疲劳性和使用寿命。

本发明的优点之四：实现了批量生产，凸轮轴生产成本低，材料综合机械性能有所提高，产品性能好，质量稳定，因此能满足产业化生产要求，从而得到广泛的应用，节省了成本。

具体实施方式

实施例一

一种以Al-Sn-Mn-Mg-Zn系铝合金为材料的凸轮轴，其材料主要包括了下列元素的百分含量：Zn 10%，Mn 0.1%，Mg 0.003%，Sn 0.12%，Ti 0.17，余量为铝及不可避免的杂质,其特征在于采用了下列的加工工艺为：铸造毛坯和粗加工采用常规法，精加工工艺采用对比精加工和表面抛光二次精加工，工序如下：（1）铸造毛坯：采用热压铸成型法生成铸件，（2）经上述热铸后的毛坯进行均匀化退火，使其加热到1000℃保温4h然后随炉缓冷到350℃，再空冷，（3）对凸轮轴采用车削进行粗加工，之后进行失效处理并对回火后的凸轮轴进行表面热处理，采用碳氮共渗法，即把工件置于密封加热炉中通入丙酮、煤油等渗碳剂，将温度加热到910℃使工件在此高温下进行渗碳氮共渗,（4）将碳氮共渗后的凸轮轴进行表面磷酸处理，并去除氧化皮或缺陷，（5）表面强化处理，采用喷丸强化，（6）生成凸轮轴轮廓精加工轨迹，根据所述零件轮廓精加工轨迹，选取一把加工刀具对零件轮廓进行精加工；测量精加工后的零件轮廓以获得与零件轮廓理论值比较的加工误差；根据所述加工误差生成新的零件加工轨迹，所述新的零件加工轨迹与所述精加工后的零件轮廓相对于零件理论轮廓呈镜像关系；将前一凸轮和后一凸轮形成对比，保证加工精度，（7）对精车后的凸轮轴进行超声波抛光处理，即将凸轮轴放在磨料悬浮液中，然后将工件和悬浮液置于超声波场中，通过超声波的震荡作用，使磨粒在高速下撞击凸轮轴表面，使凸轮轴的微凸起被切削掉，使工件表面磨削抛光。加工精度达0.01mm，表面粗糙度达到1μm，超声波为16000Hz。

实施例二

一种以Al-Sn-Mn-Mg-Zn系铝合金为材料的凸轮轴，其材料主要包括了下列元素的百分含量：Zn 20%，Mn 0.25%，Mg 0.08%，Sn 3.0%，Ti 0.21%，余量为铝及不可避免的杂质,其特征在于采用了下列的加工工艺为：铸造毛坯和粗加工采用常规法，精加工工艺采用对比精加工和表面抛光二次精加工，工序如下：（1）铸造毛坯：采用热压铸成型法生成铸件，（2）经上述热铸后的毛坯进行均匀化退火，使其加热到1100℃保温3.8h然后随炉缓冷到350℃，再空冷，（3）对凸轮轴采用车削进行粗加工，之后进行失效处理并对回火后的凸轮轴进行表面热处理，采用碳氮共渗法，即把工件置于密封加热炉中通入丙酮、煤油等渗碳剂，将温度加热到950℃使工件在此高温下进行渗碳氮共渗,（4）将碳氮共渗后的凸轮轴进行表面磷酸处理，并去除氧化皮或缺陷，（5）表面强化处理，采用喷丸强化，（6）生成凸轮轴轮廓精加工轨迹，根据所述零件轮廓精加工轨迹，选取一把加工刀具对零件轮廓进行精加工；测量精加工后的零件轮廓以获得与零件轮廓理论值比较的加工误差；根据所述加工误差生成新的零件加工轨迹，所述新的零件加工轨迹与所述精加工后的零件轮廓相对于零件理论轮廓呈镜像关系；将前一凸轮和后一凸轮形成对比，保证加工精度，（7）对精车后的凸轮轴进行超声波抛光处理，即将凸轮轴放在磨料悬浮液中，然后将工件和悬浮液置于超声波场中，通过超声波的震荡作用，使磨粒在高速下撞击凸轮轴表面，使凸轮轴的微凸起被切削掉，使工件表面磨削抛光。加工精度达0.02mm，表面粗糙度达到0.1μm，超声波为25000Hz。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims

1.一种采用Al-Sn-Mn-Mg-Zn系铝合金为材料的凸轮轴二次精加工工艺，所述合金其主要包括了下列元素的百分含量：Zn 10%-21%，Mn 0.1%-0.3%，Mg0.003%-0.009%，Sn 0.12%-3.9%，Ti 0.17-0.25%，余量为铝及不可避免的杂质,其特征在于采用了下列的加工工艺为：铸造毛坯和粗加工采用常规法，精加工工艺采用对比精加工和表面抛光二次精加工，工序如下：

（1）铸造毛坯：采用热压铸成型法生成铸件，

（2）经上述热铸后的毛坯进行均匀化退火，使其加热到1000-1200℃保温4-5h然后随炉缓冷到350℃，再空冷，

（3）对凸轮轴采用车削进行粗加工，之后进行失效处理并对回火后的凸轮轴进行表面热处理，采用碳氮共渗法，即把工件置于密封加热炉中通入丙酮、煤油等渗碳剂，将温度加热到910-960℃使工件在此高温下进行渗碳氮共渗,

（4）将碳氮共渗后的凸轮轴进行表面磷酸处理，并去除氧化皮或缺陷，

（5）表面强化处理，采用喷丸强化，即用高射铁丸对表面进行撞击，

（6）生成凸轮轴轮廓精加工轨迹，根据所述零件轮廓精加工轨迹，选取一把加工刀具对零件轮廓进行精加工；测量精加工后的零件轮廓以获得与零件轮廓理论值比较的加工误差；根据所述加工误差生成新的零件加工轨迹，所述新的零件加工轨迹与所述精加工后的零件轮廓相对于零件理论轮廓呈镜像关系；将前一凸轮和后一凸轮形成对比，保证加工精度，

（7）对精车后的凸轮轴进行超声波抛光处理，即将凸轮轴放在磨料悬浮液中，然后将工件和悬浮液置于超声波场中，通过超声波的震荡作用，使磨粒在高速下撞击凸轮轴表面，使凸轮轴的微凸起被切削掉，使工件表面磨削抛光。加工精度达0.01-0.02mm，表面粗糙度达到1-0.1μm，超声波在16000-25000Hz范围内。

2.根据权利要求书1所述的工艺，其特征在于：Zn 11%-20%，Mn 0.15%-0.25%，Mg 0.04%-0.08%，Sn 0.15%-3.0%，Ti 0.19-0.21%，余量为铝及不可避免的杂质。