CN106761996A - 凸轮轴 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种凸轮轴。凸轮轴，包括复合凸轮片、芯轴；复合凸轮片，包括内层和外层，该外层与内层成液相连接成一体；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；复合凸轮片内部中空，复合凸轮片通过内部中空套在芯轴上，内层与芯轴贴合。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

凸轮轴
技术领域
本发明涉及一种凸轮轴，其采用凸轮片与芯轴配合在一起；上述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。
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凸轮轴，解决如何使凸轮轴成分体式装配同时避免产生缺陷的技术问题。
凸轮轴，包括复合凸轮片、芯轴；复合凸轮片，包括内层和外层，该外层与内层成液相连接成一体；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；复合凸轮片内部中空，复合凸轮片通过内部中空套在芯轴上，内层与芯轴贴合。
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。
所述芯轴为中空的光轴或者中空的带有轴承挡的芯轴。
所述内层通过单侧焊接或者双侧焊接连接方式与芯轴成一体。
本发明的有益效果是：
1、本发明将原先单一结构的凸轮片设计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，外层与内层靠液相紧密焊接在一起，该液相为液相烧结，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%。
2、本发明将原先整体式的凸轮轴设计成凸轮片与芯轴成独立式装配结构，这样制作简单，产品质量可减轻30％～45％，提高制造柔性，减少生产周期，对环境影响较小。
3、本发明创新的采用扩管加激光焊接的复合方法使凸轮片与芯轴装配在一起，其中与芯轴配合的凸轮片的内层由中、低碳材质，具备较好的韧性与强度材质的粉末合金构成，内层的中、低碳材质在与芯轴焊接时，具备更好的焊接性能和强度，这样便于内层与芯轴靠液相紧密焊接在一起，目前传统的将凸轮片与芯轴配合的方法一般是直接将单一材质具有高硬度的凸轮片焊接在芯轴上，不具有本发明在两者直接增加一道过渡层结构的技术要点。
4.本发明创造将扩管与焊接结合在一起将凸轮片与芯轴配合在一起,相对传统的将凸轮片通过焊接方式直接固定在芯轴上强度更高。
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是第一种凸轮轴配合状态示意图；
图4是第一种凸轮轴配合后的示意图；
图5是第二种凸轮轴配合状态示意图；
图6是第二种凸轮轴配合后的示意图；
图7是复合凸轮片腐蚀后的示意图；
图8是外层和内层结合的金相图；
图9是外层和内层结合的金相图；
图中1 .进气凸轮片、2.排气凸轮片、3.制动凸轮片、4.轴承挡、5.驱动端、6.尾端、7.上置式凸轮轴、8. 下或中置式凸轮轴、91. 上置式芯轴、92. 下或中置式芯轴、10.凸轮片、11.内层、12. 外层。
具体实施方式
请参考图1至图9，凸轮轴，主要包括复合凸轮片、芯轴；复合凸轮片，包括内层和外层，该外层与内层成液相连接成一体；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；复合凸轮片内部中空，复合凸轮片通过内部中空套在芯轴上，内层与芯轴贴合。复合凸轮片10内部中空，复合凸轮片10通过内部中空套在芯轴上，内层12单侧或者双侧与芯轴通过激光焊焊接贴合。上述凸轮片10分为进气凸轮片1、排气凸轮片2、制动凸轮片3等；在实际应用中，还可在进气凸轮片1和排气凸轮2片之间增加轴承挡4，轴承档4的制备方法与凸轮片10相同，轴承档4外层形状为圆环形。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。
凸轮轴具有两种，一种是上置式凸轮轴7，一种是下或中置式凸轮轴8；两者区别是其中上置式凸轮轴7中的上置式芯轴91的外壁通过机加工成形得到轴承档形状，下或中置式凸轮轴8中的下或中置式芯轴92及轴承挡4是分体式结构。
实施例1
请参考图3及图4，一种上置式凸轮轴7的制备方法，包括如下步骤：
1、准备内层11物料，内层由以下组份组成：1份C，1999份Fe；该物料的颗粒度为0.1μm，通过混料设备进行混料，将经过精密称重的混料倒入专用模具内整平；
2、在500MPa压力下将内层11物料压制成与凸轮片形状对应的内层毛坯即内层环状毛坯；
3、将内层毛坯在真空炉内进行真空烧结，在烧结炉内烧结温度为800℃，时间30分钟，随真空炉冷却后内层毛坯烧结成形；
4、准备外层12物料，外层由以下组份组成：2份C，198份Fe，对外层12物料的准备时间与准备内层11物料的时间及步骤不冲突，该物料的颗粒度为0.1μm，经过混料设备混料后备用；
5、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12物料填充上述外层成型模具内，在500MPa压力下将外层12物料压制成与凸轮片10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；
6、凸轮片毛坯真空烧结，在烧结炉内烧结温度为700℃，时间30分钟；
7、待烧结炉温度降至500度，取出并进行密压得到密度7g/cm3的致密件；
8、将步骤7中的密压后凸轮片放入真空炉淬火炉加热到790℃，进行真空淬火，再加热到175℃保温0.5h，进行去应力，对去应力后后的凸轮片10进行磨两端面、基圆定位磨内孔、内孔定位磨孔口倒角等机加工，完成高密度双层复合材料凸轮片成品的制作；
9、将进气凸轮片1，排气凸轮片2和制动凸轮片3按要求的位置和角度安装在上置式芯轴91相应的位置上，上置式芯轴91材质为45号钢，上置式芯轴91外壁经过车削形成轴承档的形状。凸轮片10内壁与上置式芯轴91外径采用过盈配合或者过渡配合的方式，每安装完一个凸轮片10后，使用拉涨头或推涨头对芯轴内径进行扩管，使得该凸轮片10能被牢固的结合在上置式芯轴91上，其涨紧力达到可以抵抗100牛米以上的扭矩，这样重复操作，直至完成所有凸轮片10的安装，使用液氮作为驱动使驱动端5和尾端6收缩，随后其与上置式芯轴91对应的两端配合安装，使用激光对各个凸轮片10两侧或单侧与上置式芯轴91的接触部位进行焊接，如图3-4所示，确保各个凸轮片10与上置式芯轴91的结合力。完成激光焊接后的凸轮轴，再经过铣键槽，精磨外圆，精磨凸轮片，最终完成如图3和图4所示的上置式凸轮轴成品的制作。
请参考图5至图6，一种下或中置式凸轮轴8的制备方法，包括如下步骤：
1、准备上述内层11物料，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；该物料的颗粒度为0.1μm，通过混料设备进行混料，将经过精密称重的混料倒入专用模具内整平；
2、在500MPa压力下将内层11物料压制成与凸轮片形状对应的内层毛坯即内层环状毛坯；
3、将内层毛坯在真空炉内进行真空烧结，在烧结炉内烧结温度为800℃，时间30分钟，随真空炉冷却后内层毛坯烧结成形；
4、准备上述外层12物料，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，对外层12物料的准备时间与准备内层物料的时间及步骤不冲突，该物料的颗粒度为0.1μm，经过混料设备混料后备用；
5、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500MPa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；
6、凸轮片毛坯真空烧结，在烧结炉内烧结温度为700℃，时间30分钟；
7、待烧结炉温度降至500度，取出并进行密压得到密度7g/cm3的致密件；
8、将步骤7中的密压后凸轮片放入真空炉淬火炉加热到790℃，进行真空淬火，再加热到175℃保温0.5h，进行去应力，对去应力后后的凸轮片10进行磨两端面、基圆定位磨内孔、内孔定位磨孔口倒角等机加工，完成高密度双层复合材料凸轮片成品的制作；
9、将进气凸轮片1，排气凸轮片2、轴承档4按要求的位置和角度安装在下或中置式芯轴92相应的位置上，下或中置式芯轴92材质为高碳合金钢，各凸轮片10或轴承档4内壁与下或中置式芯轴92外径采用过盈配合或者过渡配合的方式，每安装完一个凸轮片10或轴承档4后，使用拉涨头或推涨头对下或中置式芯轴92内径进行扩管，使得该凸轮片10或轴承档4能被牢固的结合在下或中置式芯轴92上，其涨紧力达到可以抵抗100牛米以上的扭矩，这样重复操作，直至完成所有凸轮片10和轴承档4的安装，使用液氮使驱动端5和尾端6收缩，随后其与下或中置式芯轴92对应的两端配合安装，使用激光对各个凸轮片10、轴承挡4两侧或单侧与下或中置式芯轴92的接触部位进行焊接，如图5-6所示，确保各个凸轮片10、轴承挡4与下或中置式芯轴92的结合力。完成激光焊接后的凸轮轴，再经过铣键槽，精磨外圆，精磨凸轮片，最终完成如图5和图6所示的下或中置式凸轮轴成品的制备。
实施例2
请参考图3至图4，一种上置式凸轮轴7的制备方法：包括如下步骤：
1、准备上述内层11物料，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，该物料的颗粒度为200μm，通过混料设备进行混料，将经过精密称重的混料倒入专用模具内整平；
2、在1200MPa压力下将内层11物料压制成与凸轮片形状对应的内层毛坯即内层环状毛坯；
3、将内层毛坯在真空炉内进行真空烧结，在烧结炉内烧结温度为1250℃，时间120分钟，随真空炉冷却后内层毛坯烧结成形；
4、准备上述外层12物料，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，对外层12物料的准备时间与准备内层物料的时间及步骤不冲突，该物料的颗粒度为200μm，经过混料设备混料后备用；
5、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；
6、凸轮片毛坯真空烧结，在烧结炉内烧结温度为1050℃，时间90分钟；
7、待烧结炉温度降至850度，取出并进行密压得到密度8.9g/cm3的致密件；
8、将步骤7中的密压后凸轮片放入真空炉淬火炉加热到890℃，进行真空淬火，再加热到250℃保温1h，进行去应力，对去应力后后的凸轮片10进行磨两端面、基圆定位磨内孔、内孔定位磨孔口倒角等机加工，完成高密度双层复合材料凸轮片成品的制作；
9、将进气凸轮片1，排气凸轮片2和制动凸轮片3按要求的位置和角度安装在上置式芯轴91相应的位置上，上置式芯轴91材质为45号钢，上置式芯轴91外壁经过车削形成轴承档的形状。凸轮片10内壁与上置式芯轴91外径采用过盈配合或者过渡配合的方式，每安装完一个凸轮片10后，使用拉涨头或推涨头对芯轴内径进行扩管，使得该凸轮片10能被牢固的结合在上置式芯轴91上，其涨紧力达到可以抵抗100牛米以上的扭矩，这样重复操作，直至完成所有凸轮片10的安装，使用液氮作为驱动使驱动端5和尾端6收缩，随后其与上置式芯轴91对应的两端配合安装，使用激光对各个凸轮片10两侧或单侧与上置式芯轴91的接触部位进行焊接，如图3-4所示，确保各个凸轮片10与上置式芯轴91的结合力。完成激光焊接后的凸轮轴，再经过铣键槽，精磨外圆，精磨凸轮片，最终完成如图3和图4所示的上置式凸轮轴成品的制作。
请参考图5及图6，一种下或中置式凸轮轴8的制备方法：包括如下步骤：
1、准备上述内层11物料，7份C，29份Cu，21份Mo，120份Cr，15份Ni，6份Si，1800份Fe；该物料的颗粒度为200μm，通过混料设备进行混料，将经过精密称重的混料倒入专用模具内整平；
2、在1200MPa压力下将内层11物料压制成与凸轮片形状对应的内层毛坯即内层环状毛坯；
3、将内层毛坯在真空炉内进行真空烧结，在烧结炉内烧结温度为1250℃，时间120分钟，随真空炉冷却后内层毛坯烧结成形；
4、准备上述外层12物料，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；对外12层物料的准备时间与准备内层物料的时间及步骤不冲突，该物料的颗粒度为200μm，经过混料设备混料后备用；
5、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；
6、凸轮片毛坯真空烧结，在烧结炉内烧结温度为1050℃，时间90分钟；
7、待烧结炉温度降至850度，取出并进行密压得到密度8.9g/cm3的致密件；
8、将步骤7中的密压后凸轮片放入真空炉淬火炉加热到890℃，进行真空淬火，再加热到250℃保温1h，进行去应力，对去应力后后的凸轮片10进行磨两端面、基圆定位磨内孔、内孔定位磨孔口倒角等机加工，完成高密度双层复合材料凸轮片成品的制作；
9、将进气凸轮片1，排气凸轮片2、轴承档4按要求的位置和角度安装在下或中置式芯轴92相应的位置上，下或中置式芯轴92材质为高碳合金钢，各凸轮片10或轴承档4内壁与下或中置式芯轴92外径采用过盈配合或者过渡配合的方式，每安装完一个凸轮片10或轴承档4后，使用拉涨头或推涨头对下或中置式芯轴92内径进行扩管，使得该凸轮片10或轴承档4被牢固的结合在下或中置式芯轴92上，其涨紧力达到可以抵抗100牛米以上的扭矩，这样重复操作，直至完成所有凸轮片10和轴承档4的安装，使用液氮使驱动端5和尾端6收缩，随后其与下或中置式芯轴92对应的两端配合安装，使用激光对各个凸轮片10、轴承挡4两侧或单侧与下或中置式芯轴92的接触部位进行焊接，如图5-6所示，确保各个凸轮片10、轴承挡4与下或中置式芯轴92的结合力。完成激光焊接后的凸轮轴，再经过铣键槽，精磨外圆，精磨凸轮片，最终完成如图5和图6所示的下或中置式凸轮轴成品的制备。
实施例3
请参考图3及图4，一种上置式凸轮轴7的制备方法：包括如下步骤：
1、准备上述11内层物料，8份C，50份Cu，19份Mo，70份Cr，20份Ni，4份Si，1750份Fe；该物料的颗粒度为160μm，通过混料设备进行混料，将经过精密称重的混料倒入专用模具内整；
2、在850MPa压力下将内层物料压制成与凸轮片形状对应的内层毛坯即内层环状毛坯；
3、将内层毛坯在真空炉内进行真空烧结，在烧结炉内烧结温度为1000℃，时间100分钟，随真空炉冷却后内层毛坯烧结成形；
4、准备上述外层12物料，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，对外层12物料的准备时间与准备内层物料的时间及步骤不冲突，该物料的颗粒度为110μm，经过混料设备混料后备用；
5、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850MPa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；
6、凸轮片毛坯真空烧结，在烧结炉内烧结温度为1000℃，时间60分钟；
7、待烧结炉温度降至680度，取出并进行密压得到密度7.5g/cm3的致密件；
8、将步骤7中的密压后凸轮片放入真空炉淬火炉加热到850℃，进行真空淬火，再加热到200℃保温0.8h，进行去应力，对去应力后后的凸轮片10进行磨两端面、基圆定位磨内孔、内孔定位磨孔口倒角等机加工，完成高密度双层复合材料凸轮片成品的制作；
9、将进气凸轮片1，排气凸轮片2和制动凸轮片3按要求的位置和角度安装在上置式芯轴91相应的位置上，上置式芯轴91材质为45号钢，上置式芯轴91外壁经过车削形成轴承档的形状。凸轮片10内壁与上置式芯轴91外径采用过盈配合或者过渡配合的方式，每安装完一个凸轮片10后，使用拉涨头或推涨头对芯轴内径进行扩管，使得该凸轮片10能被牢固的结合在上置式芯轴91上，其涨紧力达到可以抵抗100牛米以上的扭矩，这样重复操作，直至完成所有凸轮片10的安装，使用液氮作为驱动使驱动端5和尾端6收缩，随后其与上置式芯轴91对应的两端配合安装，使用激光对各个凸轮片10两侧或单侧与上置式芯轴91的接触部位进行焊接，如图3-4所示，确保各个凸轮片10与上置式芯轴91的结合力。完成激光焊接后的凸轮轴，再经过铣键槽，精磨外圆，精磨凸轮片，最终完成如图3和图4所示的上置式凸轮轴成品的制作。
请参考图5至图6，一种下或中置式凸轮轴8的制备方法：包括如下步骤：
1、准备上述内层11物料，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；该物料的颗粒度为110μm，通过混料设备进行混料，将经过精密称重的混料倒入专用模具内整平；
2、在850MPa压力下将内层物料压制成与凸轮片形状对应的内层毛坯即内层环状毛坯；
3、将内层毛坯在真空炉内进行真空烧结，在烧结炉内烧结温度为1110℃，时间45分钟，随真空炉冷却后内层毛坯烧结成形；
4、准备上述外层12物料，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，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，该物料的颗粒度为80μm，经过混料设备混料后备用；
5、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850MPa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；
6、凸轮片毛坯真空烧结，在烧结炉内烧结温度为890℃，时间65分钟；
7、待烧结炉温度降至680度，取出并进行密压得到密度7.5g/cm3的致密件；
8、将步骤7中的密压后凸轮片放入真空炉淬火炉加热到850℃，进行真空淬火，再加热到200℃保温0.8h，进行去应力，对去应力后后的凸轮片10进行磨两端面、基圆定位磨内孔、内孔定位磨孔口倒角等机加工，完成高密度双层复合材料凸轮片成品的制作；
9、将进气凸轮片1，排气凸轮片2、轴承档4按要求的位置和角度安装在下或中置式芯轴92相应的位置上，下或中置式芯轴92材质为高碳合金钢，各凸轮片10或轴承档4内壁与下或中置式芯轴92外径采用过盈配合或者过渡配合的方式，每安装完一个凸轮片10或轴承档4后，使用拉涨头或推涨头对下或中置式芯轴92内径进行扩管，使得该凸轮片10或轴承档4能被牢固的结合在下或中置式芯轴92上，其涨紧力达到可以抵抗100牛米以上的扭矩，这样重复操作，直至完成所有凸轮片10和轴承档4安装，使用液氮使驱动端5和尾端6收缩，随后其与下或中置式芯轴92对应的两端配合安装，使用激光对各个凸轮片10、轴承挡4两侧或单侧与下或中置式芯轴92的接触部位进行焊接，如图5-6所示，确保各个凸轮片10、轴承挡4与下或中置式芯轴92的结合力。完成激光焊接后的凸轮轴，再经过铣键槽，精磨外圆，精磨凸轮片，最终完成如图5和图6所示的下或中置式凸轮轴成品的制备。
实施例4
请参考图3至图4，图中的一种上置式凸轮轴7的制备方法：包括如下步骤：
1、准备上述内层11物料，所述内层由以下组份组成：5份C，35份Cu，18份Mo，110份Cr，16份Ni，5份Si，1850份Fe；该物料的颗粒度为160μm，通过混料设备进行混料，将经过精密称重的混料倒入专用模具内整平；
2、在880MPa压力下将内层物料压制成与凸轮片形状对应的内层毛坯即内层环状毛坯；
3、将内层毛坯在真空炉内进行真空烧结，在烧结炉内烧结温度为1210℃，时间52分钟，随真空炉冷却后内层毛坯烧结成形；
4、准备上述外层12物料，外层由以下组份组成：3.6份C，2.7份Cu，1.2份Mo，8份Cr，2.8份Ni，0.55份Si，180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，该物料的颗粒度为160μm，经过混料设备混料后备用；
5、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880MPa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；
6、凸轮片毛坯真空烧结，在烧结炉内烧结温度为820℃，时间50分钟；
7、待烧结炉温度降至700度，取出并进行密压得到密度8.1g/cm3的致密件；
8、将步骤7中的密压后凸轮片放入真空炉淬火炉加热到870℃，进行真空淬火，再加热到215℃保温0.75h，进行去应力，对去应力后后的凸轮片10进行磨两端面、基圆定位磨内孔、内孔定位磨孔口倒角等机加工，完成高密度双层复合材料凸轮片成品的制作；
9、将进气凸轮片1，排气凸轮片2和制动凸轮片3按要求的位置和角度安装在上置式芯轴91相应的位置上，上置式芯轴91材质为45号钢。上置式芯轴91外壁经过车削形成轴承档的形状。凸轮片10内壁与上置式芯轴91外径采用过盈配合或者过渡配合的方式，每安装完一个凸轮片10后，使用拉涨头或推涨头对芯轴内径进行扩管，使得该凸轮片10能被牢固的结合在上置式芯轴91上，其涨紧力达到可以抵抗100牛米以上的扭矩，这样重复操作，直至完成所有凸轮片10的安装，使用液氮作为驱动使驱动端5和尾端6收缩，随后其与上置式芯轴91对应的两端配合安装，使用激光对各个凸轮片10两侧或单侧与上置式芯轴91的接触部位进行焊接，如图3-4所示，确保各个凸轮片10与上置式芯轴91的结合力。完成激光焊接后的凸轮轴，再经过铣键槽，精磨外圆，精磨凸轮片，最终完成如图3和图4所示的上置式凸轮轴成品的制作。
请参考图5至图6，图中的一种下或中置式凸轮轴8的制备方法：包括如下步骤：
1、准备上述内层11物料，4份C，30份Cu，21份Mo，100份Cr，15份Ni，6份Si， 1800份Fe；该物料的颗粒度为160μm，通过混料设备进行混料，将经过精密称重的混料倒入专用模具内整平，
2、在880MPa压力下将内层物料压制成与凸轮片形状对应的内层毛坯即内层环状毛坯；
3、将内层毛坯在真空炉内进行真空烧结，在烧结炉内烧结温度为1050℃，时间90分钟，随真空炉冷却后内层毛坯烧结成形；
4、准备上述外层12物料，外层由以下组份组成：3份C，2.9份Cu， 1.2份Mo，9份Cr，2.6份Ni，0.6份Si，182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，该物料的颗粒度为130μm，经过混料设备混料后备用；
5、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880MPa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；
6、凸轮片毛坯真空烧结，在烧结炉内烧结温度为950℃，时间66分钟；
7、待烧结炉温度降至700度，取出并进行密压得到密度8.1g/cm3的致密件；
8、将步骤7中的密压后凸轮片放入真空炉淬火炉加热到870℃，进行真空淬火，再加热到215℃保温0.75h，进行去应力，对去应力后后的凸轮片10进行磨两端面、基圆定位磨内孔、内孔定位磨孔口倒角等机加工，完成高密度双层复合材料凸轮片成品的制作；
9、将进气凸轮片1，排气凸轮片2、轴承档4按要求的位置和角度安装在下或中置式芯轴92相应的位置上，下或中置式芯轴92材质为高碳合金钢，各凸轮片10或轴承档4内壁与下或中置式芯轴92外径采用过盈配合或者过渡配合的方式，每安装完一个凸轮片10或轴承档4后，使用拉涨头或推涨头对下或中置式芯轴92内径进行扩管，使得该凸轮片10或轴承档4能被牢固的结合在下或中置式芯轴92上，其涨紧力达到可以抵抗100牛米以上的扭矩，这样重复操作，直至完成所有凸轮片10和轴承档4的安装，使用液氮使驱动端5和尾端6收缩，随后其与下或中置式芯轴92对应的两端配合安装，使用激光对各个凸轮片10、轴承挡4两侧或单侧与下或中置式芯轴92的接触部位进行焊接，如图5-6所示，确保各个凸轮片10、轴承挡4与下或中置式芯轴92的结合力。完成激光焊接后的凸轮轴，再经过铣键槽，精磨外圆，精磨凸轮片，最终完成如图5-图6所示的下或中置式凸轮轴成品的制备。

Claims (10)

1.凸轮轴，包括复合凸轮片、芯轴；其特征在于：复合凸轮片，包括内层和外层，该外层与内层成液相连接成一体；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；复合凸轮片内部中空，复合凸轮片通过内部中空套在芯轴上，内层与芯轴贴合。
2.依据权利要求1中所述的凸轮轴，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中所述的凸轮轴，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中所述的凸轮轴，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中所述的凸轮轴，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中所述的凸轮轴，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中所述的凸轮轴，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中所述的凸轮轴，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中所述的凸轮轴，其特征在于：所述芯轴为中空的光轴或者中空的带有轴承挡的芯轴。
10.依据权利要求1中所述的凸轮轴，其特征在于：所述内层通过单侧焊接或者双侧焊接连接方式与芯轴成一体。
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