CN106761995B - 复合凸轮片制作方法及凸轮片 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复合凸轮片制作方法及凸轮片，准备内层物料，所述内层按重量份数计由以下组份组成：1‑13份C，0‑80份Cu，0‑30份Mo，0‑200份Cr，0‑50份Ni，0‑10份Si，1617‑1999份Fe；该内层物料的颗粒度为0.1～200μm。本发明可解决如何具有高耐磨、高耐蚀性能同时与芯轴独立式安装后避免芯轴产生热裂纹、涨裂等缺陷的技术问题。

Description

复合凸轮片制作方法及凸轮片
技术领域
本发明涉及一种制作复合凸轮片的方法，该双层凸轮片为应用在发动机上的由两种粉末冶金材质复合形成，其主分类号为F16H53/00(2006.01)I。本发明还涉及使用上述制作方法制作的凸轮片。
背景技术
凸轮轴是发动机内配气机构的重要零部件，装配式凸轮轴一般包括多个凸轮片和一个芯轴；发动机工作时对凸轮片要求有高耐磨、高耐蚀、耐冲击等性能，同时要求芯轴具备很好的刚度和抗弯、抗扭性能。
目前中、重型发动机还基本采用整体式凸轮轴，其材质有的采用经渗碳处理的低碳钢、有的采用经中高频淬火处理的中高碳低合金锻钢，有的采用冷激球墨铸铁，而小批量的主要采用棒料加工。整体式凸轮轴加工工艺包括粗加工、半精加工和精加工。生产中采用自动线多工位机床，设备投资较大，生产线占地面积多，存在生产成本较高，油烟及皂化液污染环境等问题。且传统的整体式凸轮轴已经不能满足发动机日益提高的性能要求，装配式凸轮轴应运而生。装配式凸轮轴的凸轮一般采用焊接、烧结或机械式连接方式实现凸轮片与芯轴装配连接。芯轴材质一般采用无缝冷拔钢管，与高碳钢材质的凸轮片在进行焊接或机械扩管法装配时，容易产生热裂纹、涨裂等缺陷，严重影响装配式凸轮轴的整体强度及可靠性，存在装配效率低下，成品合格率低等缺陷。
发明内容
本发明的目的是提供一种上述复合凸轮片制作方法，解决如何制作满足上述要求的凸轮片的技术问题。
本发明的另一个目的是提供一种使用上述制作方法制作的凸轮片。
复合凸轮片制作方法：所述复合凸轮片包括内层和外层；具体包括如下步骤：
a、准备内层物料，所述内层按重量份数计由以下组份组成：1-13份C，0-80份Cu，0-30份Mo，0-200份Cr，0-50份Ni，0-10份Si，1617-1999份Fe；该内层物料的颗粒度为0.1～200μm；
b、在500～1200MPa压力下将内层物料压制成与凸轮片形状对应的内层毛坯；
c、内层毛坯真空烧结，在烧结炉内烧结温度为800-1250℃，时间30-120分钟；
d、准备外层物料，所述外层按重量份数计由以下组份组成：2-5份C，0-5份Cu，0-2份Mo，0-16份Cr，0-4份Ni，0-1份Si，167-198份Fe；对外层物料的准备时间与准备内层物料的时间及步骤不冲突，该外层物料的颗粒度为0.1～200μm；
e、将上述烧结好的内层毛坯放入外层成型模具内，该外层成型模具形状与凸轮片形状对应；将上述外层物料填充上述外层成型模具内，在500～1200MPa压力下将外层物料压制成与凸轮片形状对应的外层毛坯从而使外层和内层压制成具有内外双层结构的凸轮片毛坯；
f、凸轮片毛坯真空烧结，在烧结炉内烧结温度为700-1050℃，时间30-90分钟；
g、待烧结炉温度降至500-850度，取出并进行密压得到密度7-8.9g/cm3的致密件；
h、将步骤g中的密压后的凸轮片放入真空炉淬火炉加热到790-890℃，进行真空淬火；
j、再加热到175～250℃保温0.5～1h，进行去应力，最后得到凸轮片。
所述内层由以下组份组成：1份C，1999份Fe；外层由以下组份组成：2份C，167-198份Fe。
所述内层由以下组份组成：13份C，80份Cu，30份Mo，200份Cr，50份Ni，10份Si，1999份Fe；外层由以下组份组成：5份C，5份Cu，2份Mo，16份Cr，4份Ni，1份Si，198份Fe。
所述内层由以下组份组成：2-10份C，10-60份Cu，5-26份Mo，8-160份Cr，6-30份Ni，2-8份Si，1620-1999份Fe；外层由以下组份组成：3-4份C，1-3份Cu，0.3-1.8份Mo，2-15份Cr，2-3份Ni，0.3-0.8份Si，168-196份Fe。
所述内层由以下组份组成：3-9份C，12-58份Cu，6-25份Mo，10-130份Cr，7-25份Ni，3-7份Si，1630-1900份Fe；外层由以下组份组成：3-4份C，2-3份Cu，0.5-1.6份Mo，3-12份Cr，2-3份Ni，0.4-0.7份Si，170-190份Fe。
所述内层由以下组份组成：5份C，20份Cu，10份Mo，50份Cr，10份Ni，5份Si，1700份Fe；外层由以下组份组成：3份C，2份Cu，1份Mo，4份Cr，2份Ni，0.5份Si，180份Fe。
所述内层由以下组份组成：7份C，29份Cu，21份Mo，120份Cr，15份Ni，6份Si，1800份Fe；外层由以下组份组成：3份C，3份Cu，1.2份Mo，8份Cr，3份Ni，0.6份Si，176份Fe。
所述内层由以下组份组成：8份C，50份Cu，19份Mo，70份Cr，20份Ni，4份Si，1750份Fe；外层由以下组份组成：4份C，2份Cu，1.6份Mo，10份Cr，2份Ni，0.7份Si，170份Fe。
所述真空淬火的淬火介质为淬火液；所述去应力后还依次包括有磨两端面、基圆定位磨内孔、内孔定位磨孔口倒角。
凸轮片，该凸轮片经过上述制作方法制成。
本发明的有益效果是：本发明将原先单一结构的凸轮片制作成具有内外双层复合结构，其中内层是中、低碳材质，具备较好的韧性与强度，致密度高、使凸轮片适合通过该内层采用扩管与焊接等方式与芯轴进行装配结合，使得芯轴与内层靠液相紧密焊接在一起，这样保护外层不易涨裂；外层是高碳材质，具备高耐磨、高耐蚀、耐冲击性等优点，适合发动机工作时对凸轮的性能要求，经过检测，其致密度、韧性、强度可比现有凸轮片提高10-15%。
附图说明
图1是复合凸轮片的主视图；
图2是复合凸轮片的剖视图；
图3是复合凸轮片腐蚀后的示意图；
图4是外层和内层结合的金相图；
图5是外层和内层结合的金相图；
图中10.凸轮片、11.内层、12. 外层。
具体实施方式
请参考图1至图5，图中的复合凸轮片具有内外两层结构，这两层结构均采用粉末冶金材质制成，目前冶金材质众多，具体选用哪种粉末冶金材质可视情况而定，只要其满足工作强度要求同时其内层能与芯轴焊接在一起。
该复合凸轮片10看上去可能结构较为简单，但相对现有的凸轮片10相比具有多个创新点。相对单一材质的凸轮片10，其可减少凸轮片10的整体成本及增加整体强度；相对一根普通圆管加上在圆管上增加的冶金材质的凸轮片，其强度较高也较容易与芯轴配合，配合强度也远高于普通圆管。上述复合凸轮片10包括内层11和外层12；按重量份数计，内层由以下组份组成：1-13份C，0-80份Cu，0-30份Mo，0-200份Cr，0-50份Ni，0-10份Si，1617-1999份Fe；外层由以下组份组成：2-5份C，0-5份Cu，0-2份Mo，0-16份Cr，0-4份Ni，0-1份Si，167-198份Fe。内层11的形状不在实施例进行具体限定，只要其能与芯轴配合驱动外层工作即可。
实施例1
复合凸轮片，包括内层和外层；按重量份数计，内层由以下组份组成：1份C，1999份Fe；外层由以下组份组成：2份C，198份Fe。
该实施例的复合凸轮片制作方法：具体包括如下步骤：
a、准备内层物料，所述内层按重量份数计由以下组份组成：1份C，1999份Fe；该内层物料的颗粒度为100μm；
b、在600MPa压力下将内层物料压制成与凸轮片形状对应的内层毛坯；
c、内层毛坯真空烧结，在烧结炉内烧结温度为900℃，时间50分钟；
d、准备外层物料，所述外层按重量份数计由以下组份组成：2份C，198份Fe；对外层物料的准备时间与准备内层物料的时间及步骤不冲突，该外层物料的颗粒度为0.1～200μm；
e、将上述烧结好的内层毛坯放入外层成型模具内，该外层成型模具形状与凸轮片形状对应；将上述外层物料填充上述外层成型模具内，在600MPa压力下将外层物料压制成与凸轮片形状对应的外层毛坯从而使外层和内层压制成具有内外双层结构的凸轮片毛坯；
f、凸轮片毛坯真空烧结，在烧结炉内烧结温度为900℃，时间60分钟；
g、待烧结炉温度降至600度，取出并进行密压得到密度7g/cm3的致密件；
h、将步骤g中的密压后的凸轮片放入真空炉淬火炉加热到800℃，进行真空淬火；
j、再加热到190℃保温0.5h，进行去应力，最后得到凸轮片。
实施例2
复合凸轮片，包括内层和外层；按重量份数计，内层由以下组份组成：13份C，80份Cu，30份Mo，200份Cr，50份Ni，10份Si，1999份Fe；外层由以下组份组成：5份C，5份Cu，2份Mo，16份Cr，4份Ni，1份Si，198份Fe。
该实施例的复合凸轮片的制作方法：具体包括如下步骤：
a、准备上述内层物料：该内层物料的颗粒度为150μm；
b、在700MPa压力下将内层物料压制成与凸轮片形状对应的内层毛坯；
c、内层毛坯真空烧结，在烧结炉内烧结温度为950℃，时间70分钟；
d、准备上述外层物料，对外层物料的准备时间与准备内层物料的时间及步骤不冲突，该外层物料的颗粒度为140μm；
e、将上述烧结好的内层毛坯放入外层成型模具内，该外层成型模具形状与凸轮片形状对应；将上述外层物料填充上述外层成型模具内，在600MPa压力下将外层物料压制成与凸轮片形状对应的外层毛坯从而使外层和内层压制成具有内外双层结构的凸轮片毛坯；
f、凸轮片毛坯真空烧结，在烧结炉内烧结温度为1000℃，时间40分钟；
g、待烧结炉温度降至650度，取出并进行密压得到密度8.2g/cm3的致密件；
h、将步骤g中的密压后的凸轮片放入真空炉淬火炉加热到820℃，进行真空淬火；
j、再加热到180℃保温0.7h，进行去应力，最后得到凸轮片。
实施例3
复合凸轮片，包括内层和外层；按重量份数计，内层由以下组份组成：5份C，20份Cu，10份Mo，50份Cr，10份Ni，5份Si，1700份Fe；外层由以下组份组成：3份C，2份Cu，1份Mo，4份Cr，2份Ni，0.5份Si，180份Fe。
该实施例的复合凸轮片的制作方法：具体包括如下步骤：
a、准备内层物料，所述内层按重量份数计由以下组份组成：该内层物料的颗粒度为130μm；
b、在780MPa压力下将内层物料压制成与凸轮片形状对应的内层毛坯；
c、内层毛坯真空烧结，在烧结炉内烧结温度为1000℃，时间75分钟；
d、准备外层物料，对外层物料的准备时间与准备内层物料的时间及步骤不冲突，该外层物料的颗粒度为10μm；
e、将上述烧结好的内层毛坯放入外层成型模具内，该外层成型模具形状与凸轮片形状对应；将上述外层物料填充上述外层成型模具内，在1100MPa压力下将外层物料压制成与凸轮片形状对应的外层毛坯从而使外层和内层压制成具有内外双层结构的凸轮片毛坯；
f、凸轮片毛坯真空烧结，在烧结炉内烧结温度为810℃，时间55分钟；
g、待烧结炉温度降至720度，取出并进行密压得到密度8.6g/cm3的致密件；
h、将步骤g中的密压后的凸轮片放入真空炉淬火炉加热到830℃，进行真空淬火；
j、再加热到220℃保温0.8h，进行去应力，最后得到凸轮片。
实施例4
复合凸轮片，包括内层和外层；按重量份数计，内层由以下组份组成：7份C，29份Cu，21份Mo，120份Cr，15份Ni，6份Si，1800份Fe；外层由以下组份组成：3份C，3份Cu，1.2份Mo，8份Cr，3份Ni，0.6份Si，176份Fe。
该实施例的复合凸轮片的制作方法：具体包括如下步骤：
a、准备内层物料，所述内层按重量份数计由以下组份组成：该内层物料的颗粒度为152μm；
b、在620MPa压力下将内层物料压制成与凸轮片形状对应的内层毛坯；
c、内层毛坯真空烧结，在烧结炉内烧结温度为910℃，时间83分钟；
d、准备外层物料，对外层物料的准备时间与准备内层物料的时间及步骤不冲突，该外层物料的颗粒度为172μm；
e、将上述烧结好的内层毛坯放入外层成型模具内，该外层成型模具形状与凸轮片形状对应；将上述外层物料填充上述外层成型模具内，在620MPa压力下将外层物料压制成与凸轮片形状对应的外层毛坯从而使外层和内层压制成具有内外双层结构的凸轮片毛坯；
f、凸轮片毛坯真空烧结，在烧结炉内烧结温度为850℃，时间60分钟；
g、待烧结炉温度降至770度，取出并进行密压得到密度8.6g/cm3的致密件；
h、将步骤g中的密压后的凸轮片放入真空炉淬火炉加热到850℃，进行真空淬火；
j、再加热到190℃保温0.9h，进行去应力，最后得到凸轮片。
实施例5
复合凸轮片，包括内层和外层；按重量份数计，内层由以下组份组成：8份C，50份Cu，19份Mo，70份Cr，20份Ni，4份Si，1750份Fe；外层由以下组份组成：4份C，2份Cu，1.6份Mo，10份Cr，2份Ni，0.7份Si，170份Fe。
该实施例的复合凸轮片的制作方法：具体包括如下步骤：
a、准备内层物料，所述内层按重量份数计由以下组份组成：该内层物料的颗粒度为50μm；
b、在900MPa压力下将内层物料压制成与凸轮片形状对应的内层毛坯；
c、内层毛坯真空烧结，在烧结炉内烧结温度为900℃，时间80分钟；
d、准备外层物料，对外层物料的准备时间与准备内层物料的时间及步骤不冲突，该外层物料的颗粒度为50μm；
e、将上述烧结好的内层毛坯放入外层成型模具内，该外层成型模具形状与凸轮片形状对应；将上述外层物料填充上述外层成型模具内，在900MPa压力下将外层物料压制成与凸轮片形状对应的外层毛坯从而使外层和内层压制成具有内外双层结构的凸轮片毛坯；
f、凸轮片毛坯真空烧结，在烧结炉内烧结温度为800℃，时间55分钟；
g、待烧结炉温度降至720度，取出并进行密压得到密度79g/cm3的致密件；
h、将步骤g中的密压后的凸轮片放入真空炉淬火炉加热到830℃，进行真空淬火；
j、再加热到230℃保温0.5～1h，进行去应力，最后得到凸轮片。
实施例6
复合凸轮片，包括内层和外层；按重量份数计，内层由以下组份组成：6份C，36份Cu，13份Mo，20份Cr，8份Ni，7份Si，1650份Fe；外层由以下组份组成：3.5份C，2.5份Cu，0.9份Mo，6份Cr，2.8份Ni，0.65份Si，173份Fe。
该实施例的复合凸轮片的制作方法：复合凸轮片制作方法：具体包括如下步骤：
a、准备内层物料，所述内层按重量份数计由以下组份组成：该内层物料的颗粒度为150μm；
b、在700MPa压力下将内层物料压制成与凸轮片形状对应的内层毛坯；
c、内层毛坯真空烧结，在烧结炉内烧结温度为1200℃，时间110分钟；
d、准备外层物料，对外层物料的准备时间与准备内层物料的时间及步骤不冲突，该外层物料的颗粒度为150μm；
e、将上述烧结好的内层毛坯放入外层成型模具内，该外层成型模具形状与凸轮片形状对应；将上述外层物料填充上述外层成型模具内，在600MPa压力下将外层物料压制成与凸轮片形状对应的外层毛坯从而使外层和内层压制成具有内外双层结构的凸轮片毛坯；
f、凸轮片毛坯真空烧结，在烧结炉内烧结温度为800℃，时间60分钟；
g、待烧结炉温度降至750度，取出并进行密压得到密度7.2g/cm3的致密件；
h、将步骤g中的密压后的凸轮片放入真空炉淬火炉加热到810℃，进行真空淬火；
j、再加热到220℃保温0.8h，进行去应力，最后得到凸轮片。
在实际应用中，内层11和外层12的配方可根据需要进行调整，只要外层12具有高性能与发动机活塞配合，内层11便于与芯轴、外层12配合。

Claims (10)

1.复合凸轮片制作方法：所述复合凸轮片包括内层和外层；具体包括如下步骤：其特征在于：
a、准备内层物料，所述内层按重量份数计由以下组份组成：1-13份C，0-80份Cu，0-30份Mo，0-200份Cr，0-50份Ni，0-10份Si，1617-1999份Fe；该内层物料的颗粒度为0.1～200μm；
b、在500～1200MPa压力下将内层物料压制成与凸轮片形状对应的内层毛坯；
c、内层毛坯真空烧结，在烧结炉内烧结温度为800-1250℃，时间30-120分钟；
d、准备外层物料，所述外层按重量份数计由以下组份组成：2-5份C，0-5份Cu，0-2份Mo，0-16份Cr，0-4份Ni，0-1份Si，167-198份Fe；对外层物料的准备时间与准备内层物料的时间及步骤不冲突，该外层物料的颗粒度为0.1～200μm；
e、将上述烧结好的内层毛坯放入外层成型模具内，该外层成型模具形状与凸轮片形状对应；将上述外层物料填充上述外层成型模具内，在500～1200MPa压力下将外层物料压制成与凸轮片形状对应的外层毛坯从而使外层和内层压制成具有内外双层结构的凸轮片毛坯；
f、凸轮片毛坯真空烧结，在烧结炉内烧结温度为700-1050℃，时间30-90分钟；
g、待烧结炉温度降至500-850度，取出并进行密压得到密度7-8.9g/cm3的致密件；
h、将步骤g中的密压后的凸轮片放入真空炉淬火炉加热到790-890℃，进行真空淬火；
j、再加热到175～250℃保温0.5～1h，进行去应力，最后得到凸轮片。
2.依据权利要求1中所述的复合凸轮片制作方法：其特征在于：所述内层由以下组份组成：1份C，1999份Fe；外层由以下组份组成：2份C，167-198份Fe。
3.依据权利要求1中所述的复合凸轮片制作方法：其特征在于：所述内层由以下组份组成：13份C，80份Cu，30份Mo，200份Cr，50份Ni，10份Si，1999份Fe；外层由以下组份组成：5份C，5份Cu，2份Mo，16份Cr，4份Ni，1份Si，198份Fe。
4.依据权利要求1中所述的复合凸轮片制作方法：其特征在于：所述内层由以下组份组成：2-10份C，10-60份Cu，5-26份Mo，8-160份Cr，6-30份Ni，2-8份Si，1620-1999份Fe；外层由以下组份组成：3-4份C，1-3份Cu，0.3-1.8份Mo，2-15份Cr，2-3份Ni，0.3-0.8份Si，168-196份Fe。
5.依据权利要求4中所述的复合凸轮片制作方法：其特征在于：所述内层由以下组份组成：3-9份C，12-58份Cu，6-25份Mo，10-130份Cr，7-25份Ni，3-7份Si，1630-1900份Fe；外层由以下组份组成：3-4份C，2-3份Cu，0.5-1.6份Mo，3-12份Cr，2-3份Ni，0.4-0.7份Si，170-190份Fe。
6.依据权利要求4中所述的复合凸轮片制作方法：其特征在于：所述内层由以下组份组成：5份C，20份Cu，10份Mo，50份Cr，10份Ni，5份Si，1700份Fe；外层由以下组份组成：3份C，2份Cu，1份Mo，4份Cr，2份Ni，0.5份Si，180份Fe。
7.依据权利要求4中所述的复合凸轮片制作方法：其特征在于：所述内层由以下组份组成：7份C，29份Cu，21份Mo，120份Cr，15份Ni，6份Si，1800份Fe；外层由以下组份组成：3份C，3份Cu，1.2份Mo，8份Cr，3份Ni，0.6份Si，176份Fe。
8.依据权利要求4中所述的复合凸轮片制作方法：其特征在于：所述内层由以下组份组成：8份C，50份Cu，19份Mo，70份Cr，20份Ni，4份Si，1750份Fe；外层由以下组份组成：4份C，2份Cu，1.6份Mo，10份Cr，2份Ni，0.7份Si，170份Fe。
9.依据权利要求1中所述的复合凸轮片制作方法：其特征在于：所述真空淬火的淬火介质为淬火液；所述去应力后还依次包括有磨两端面、基圆定位磨内孔、内孔定位磨孔口倒角。
10.一种凸轮片，其特征在于：该凸轮片通过权利要求1中所述的制作方法制作。
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