CN102925655A

CN102925655A - 凸轮轴的热处理方法

Info

Publication number: CN102925655A
Application number: CN2012104255829A
Authority: CN
Inventors: 张先智; 明国建; 何利平; 张文华
Original assignee: CHONGQING YUEJIN MACHINERY Co Ltd
Current assignee: CHONGQING YUEJIN MACHINERY Co Ltd
Priority date: 2012-10-30
Filing date: 2012-10-30
Publication date: 2013-02-13
Anticipated expiration: 2032-10-30
Also published as: CN102925655B

Abstract

一种凸轮轴的热处理方法，解决凸轮型面上的加热温度及温度梯度不均匀的问题，淬火按照如下步骤进行：a.预热，将感应加热装置的感应圈套装在凸轮的外部，并在凸轮升程部分与感应圈之间放置屏蔽板，然后在电压340～480V、电流160～230A的条件下，预热33～45s；b.停止加热，拆出屏蔽板，5～8s后，在电压410～500V、电流200～250A的条件下，继续加热8～14s；c.冷却，用淬火介质对凸轮进行冷却。本发明生产的凸轮轴的淬火硬度范围比常规的表面淬火缩小了3.5HRC，淬硬层深度范围缩小了3.7mm，金相组织明显改善，避免了淬火裂纹；此外，凸轮轴的耐磨性、疲劳强度及使用寿命得到了显著提高。

Description

凸轮轴的热处理方法

技术领域

本发明涉及一种凸轮轴的热处理方法，具体地讲，是凸轮轴的感应加热淬火热处理方法。

背景技术

凸轮轴是柴油机心脏的关键运动件之一，在工作过程中，它承受挤压、摩擦、冲击、弯曲等复杂应力的作用。为了保证柴油机在使用过程中安全可靠，可通过热处理使凸轮轴的凸轮部分具有足够高的强度、塑性和韧性，使凸轮型面有很高的硬度、耐磨性及疲劳强度，这样才能保证凸轮轴的使用寿命。

为了使中速柴油机凸轮轴具有上述性能，根据制造材料的不同，有两种方法可以实现：一种方法是化学热处理，另一种方法是调质处理后表面感应淬火，如2007年4月4日中国专利公开的“柴油机凸轮轴热处理工艺”(CN1940095)。

感应淬火的基本原理是：在感应圈上通入交变电流后，其周围空间将产生交变磁场，处于交变磁场中的工件就产生感应电动势，因工件是具有电阻的导体，在感应电流通过凸轮的表面层时，就会发热。但是，除基圆以外，凸轮型面的形状和尺寸是变化的，每处的曲率半径都不相同，根据感应电流的特点，在型面的轴向和周向分布的电流密度都是不均匀的，边缘处的尖角效应更是明显，且每处的传热速度也不一致，导致基圆边缘处的加热速度快，传热速度更快，而升程处的边缘传热速度要比基圆慢，但加热速度比基圆还快，这就造成了凸轮基圆处和升程处的温度及温度梯度相差很大，使得淬火硬度、淬硬层深度很不均匀，达不到设计要求，而且金相组织也经常超差，有时还出现淬火裂纹，这将直接导致产品的耐磨性、疲劳强度和使用寿命达不到设计要求，产品报废率高，显著提高了生产成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于使凸轮轴凸轮型面上的加热温度及温度梯度均匀，以实现无淬火裂纹，降低生产成本，提高凸轮轴的耐磨性、疲劳强度和使用寿命。

为了解决上述问题，本发明的技术方案为：一种凸轮轴的热处理方法，包括对凸轮轴的凸轮进行感应加热淬火和回火两个步骤，感应加热淬火按照如下步骤进行：

a.预热，将超音频感应加热装置的感应圈套装在凸轮的外部，并在凸轮升程部分与感应圈之间放置屏蔽板，然后在电压340～480V、电流160～230A的条件下，预热33～45s；

b.预热完成后停止加热，再拆出屏蔽板，停止加热5～8s后，在电压410～500V、电流200～250A的条件下，继续加热8～14s；

c.冷却，用淬火介质对凸轮进行冷却。

为了使凸轮型面上的实际温度及温度梯度符合设计要求，本发明在感应加热时，在凸轮升程处与感应圈之间安放一块屏蔽板，使升程处所获得的实际加热功率减小，从而达到型面上的加热温度及温度梯度更均匀，以实现无淬火裂纹，产品的硬度均匀。

作为上述方案的优选例，在步骤(a)中，所述屏蔽板为Q235钢材料。

作为上述方案的另一优选例，在步骤(c)中，淬火介质的喷射压力从0.15～0.2Mpa逐渐降低到0.05Mpa，喷射淬火介质的时间为120～180s，淬火介质的喷射压力优选为先快后慢逐渐降低，本发明再通过控制淬火介质的压力，来使凸轮各处的冷却速度一致，以实现淬火硬度、金相组织及淬硬层深合理，不产生淬火裂纹。

作为上述方案的另一优选例，所述淬火介质为质量浓度为1～2％的聚乙稀醇水溶液。

作为上述方案的另一优选例，回火时，将淬火后的凸轮轴放入已升温至150～170℃的热风循环炉中，回火4～6h。

本发明的有益效果是：本发明生产的凸轮轴的淬火硬度范围比常规的表面淬火缩小了3.5HRC，淬硬层深度范围缩小了3.7mm，金相组织明显改善，避免了淬火裂纹；此外，由于凸轮型面的淬火硬度、淬硬层深度及金相组织更加均匀合理，使得凸轮轴的耐磨性、疲劳强度及使用寿命得到了显著提高，从而达到了产品图的设计要求，而且无废品，生产成本也明显下降。

附图说明

图1为本发明淬火时感应圈3、屏蔽板1和凸轮2的位置关系图。

具体实施方式

下面实施例进一步对本发明加以说明，这些实施例仅用于说明本发明而不应理解为对本发明保护范围的限制。

以下实例中，所用设备主要为超音频感应加热电源(160KW、36千赫兹)、行车、立式淬火机床，凸轮轴的材料是50CrMo4V。

实施例1

(1)超音频感应加热淬火

将凸轮轴4安装在淬火机床上，将超音频感应加热装置的感应圈3套装在凸轮2的外部，并在凸轮升程部分与感应圈3之间放置屏蔽板1(材料Q235钢)后，用上述超音频作为加热电源，然后按以下顺序进行加热淬火操作：

a.预热，在电压360V、电流175A的条件下，预热35s；

b.预热完成后停止加热，再拆出屏蔽板1，停止加热6s后，在电压415V、电流210A的条件下，继续加热9s；

c.冷却，用质量浓度为1.2％的聚乙稀醇水溶液做淬火介质，喷射压力从0.15Mpa逐渐降低到0.05Mpa，用伺服液压阀控制，喷冷压力连续可调，先快后慢，喷射淬火介质的时间为135s。

(2)回火

将淬火后的凸轮轴4放入已升温至155℃的热风循环炉中，回火4.5h。

将实施例1热处理后的凸轮轴用里氏硬度计测硬度，凸轮型面硬度是60～62HRC，用硬度法测淬硬层深度，为3.7mm，马氏体4级，着色探伤无裂纹。

实施例2

(1)超音频感应加热淬火

按照实施例1将将凸轮轴4安装在淬火机床上，然后按以下顺序进行加热淬火操作：

a.预热，在电压460V、电流220A的条件下，预热42s；

b.预热完成后停止加热，再拆出屏蔽板1，停止加热7s后，在电压480V、电流235A的条件下，继续加热12s；

c.冷却，用质量浓度为1.8％的聚乙稀醇水溶液做淬火介质，喷射压力从0.2Mpa逐渐降低到0.05Mpa，用伺服液压阀控制，喷冷压力连续可调，先快后慢，喷射淬火介质的时间为170s。

(2)回火

将淬火后的凸轮轴4放入已升温至160℃的热风循环炉中，回火5.5h。

将实施例2热处理后的凸轮轴用里氏硬度计测硬度，凸轮型面硬度是59.5～62HRC，用硬度法测淬硬层深度，为4.6mm，马氏体5级，着色探伤无裂纹。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，对于本领域的一般技术人员熟知的技术未详细说明，如淬火介质除了用聚乙稀醇水溶液外，还可以采用水及其它淬火介质，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。

Claims

1.一种凸轮轴的热处理方法，包括对凸轮轴(4)的凸轮(2)进行感应加热淬火和回火两个步骤，其特征在于所述感应加热淬火按照如下步骤进行：

a.预热，将超音频感应加热装置的感应圈(3)套装在凸轮(2)的外部，并在凸轮升程部分与感应圈(3)之间放置屏蔽板(1)，然后在电压340～480V、电流160～230A的条件下，预热33～45s；

b.预热完成后停止加热，再拆出屏蔽板(1)，停止加热5～8s后，在电压410～500V、电流200～250A的条件下，继续加热8～14s；

c.冷却，用淬火介质对凸轮(2)进行冷却。

2.根据权利要求1所述的凸轮轴的热处理方法，其特征在于：在步骤(a)中，所述屏蔽板(1)为Q235钢材料。

3.根据权利要求1所述的凸轮轴的热处理方法，其特征在于：在步骤(c)中，淬火介质的喷射压力从0.15～0.2Mpa逐渐降低到0.05Mpa，喷射淬火介质的时间为120～180s。

4.根据权利要求3所述的凸轮轴的热处理方法，其特征在于：淬火介质的喷射压力先快后慢逐渐降低。

5.根据权利要求1或3或4所述的凸轮轴的热处理方法，其特征在于：所述淬火介质为质量浓度为1～2％的聚乙稀醇水溶液。

6.根据权利要求1所述的凸轮轴的热处理方法，其特征在于：回火时，将淬火后的凸轮轴(4)放入已升温至150～170℃的热风循环炉中，回火4～6h。