CN107470853B - 一种非调质制动凸轮轴及其制造方法 - Google Patents

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    • F16H—GEARING
    • F16H53/00—Cams ; Non-rotary cams; or cam-followers, e.g. rollers for gearing mechanisms

Abstract

本发明涉及一种非调质制动凸轮轴及其制造方法，包括下料→感应加热→预锻→终锻→切边→校直→控制冷却→机加工→表面感应淬火和回火。采用Φ25～60的F45MnVS棒料，通过锻造工序对工件的凸轮部位局部进行锻造；在校直工序后，将工件分散悬挂于以一定速度前进的冷却线上，对凸轮部位进行吹风冷却，使凸轮部位以2.5～5℃/s的冷却速度冷至500～600℃；然后放入料箱集中冷却，以小于1.8℃/s的冷却速度缓慢冷却至室温。机加工后采用表面感应淬火的方式对工件整体进行处理，控制有效硬化层深在0.25～0.3r；最后在4h内进行200℃回火2h，得到所述凸轮轴。所述凸轮轴具有较好的组织均匀性和较高的力学性能。

Description

一种非调质制动凸轮轴及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种锻件及其制造方法，具体是一种制动凸轮轴及其制造方法。
背景技术
近年来，汽车工业朝着轻量化、高性能、低排放和低成本的方向发展，非调质钢以其节能、减排、低成本、性能优越而日趋广泛用于汽车锻件。制动凸轮轴是鼓式制动系统中的主要配件之一，要承受一定的扭矩，驱动制动蹄制动要求凸轮轴具有良好的力学性能。目前，制动凸轮轴大多采用调质钢制造，其繁琐的调质、校直等工序，生产成本高、能量消耗大，加剧了环境污染，且存在淬火变形、开裂等质量问题，与汽车工业发展中的节能减排不相符。
发明内容
为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供了一种制动凸轮轴，采用非调质钢制造，可以简化工艺，提高凸轮轴的力学性能，并实现良好的经济效益和社会效益。
所述非调质制动凸轮轴的制造方法，包括：下料、感应加热、预锻、终锻、切边、校直、控制冷却、机加工、表面感应淬火和回火。
所用材料为Φ25～60的F45MnVS棒料。通过预锻和终锻工序对工件的凸轮部位局部进行锻造；预锻加热温度为950～1250℃，终锻温度为850～1050℃；工件切边后的温度约为820～1000℃，工件校直后的温度约为780～960℃。所述校直工序后，将工件分散悬挂于以一定速度前进的冷却线上，采用旋转吹风的冷却方式，对凸轮部位进行吹风冷却，使凸轮部位以2.5～5℃/s的冷却速度冷至500～600℃；然后放入料箱集中冷却，以小于1.8℃/s的冷却速度缓慢冷却至室温。对上述工件控制冷却后进行必要的机加工，并采用表面感应淬火的方式对工件整体进行处理，控制有效硬化层深在0.25～0.3r；完成所述感应淬火工序后，在4h内进行200℃回火2h，得到所述凸轮轴。
所述感应加热的加热温度设为950～1250℃，适宜的加热温度，微合金元素能够充分固溶于奥氏体，实现弥散析出强化。加热温度过高，会造成高温下奥氏体晶粒粗大，力学性能下降。
所述控制冷却工序采用旋转吹风的冷却方式，以2.5～5℃/s的冷却速度冷至500～600℃，主要作用是使工件在较大的过冷度下均匀冷却，细化珠光体层片间距，抑制先共析铁素体在原奥氏体晶界以网状形式的析出，防止贝氏体的产生，增强凸轮轴的强韧性。由于旋转吹风获得的组织较为均匀，有利于后续的切削加工和避免感应淬火变形、开裂等问题,并可进一步提高疲劳性能等。然后放入料箱集中冷却，使工件以小于1.8℃/s冷却速度冷却至室温，可以让过冷奥氏体向铁素体和珠光体组织充分转变，获得细小的晶内铁素体和细小的珠光体组织，增强凸轮轴的强韧性。
所述表面感应淬火的强化方式，能够在表面快速形成较高的残余压应力，抵消掉部分扭转应力，控制有效硬化层深在0.25～0.3r，将薄弱的拉应力区移向低应力的中心方向，从而大幅度提高扭转疲劳强度。及时回火能够释放部分残余应力，降低脆性，提升凸轮轴的塑韧性。
采用上述方法制造得到的非调质制动凸轮轴，包括凸轮轴头部和杆部，为整体实心结构，由同一种材料局部加热锻造而成，杆部性能一致，凸轮轴头部强度高于杆部；经感应淬火和回火后，表面硬化层为回火马氏体，心部为珠光体和铁素体，整体具有较高的强韧性。
本发明提供了一种非调质制动凸轮轴及其制造方法，采用F45MnVS非调质钢材料，通过锻造后进一步控制冷却速度和采用旋转冷却方式保证了凸轮轴具有较好的组织均匀性和较高的力学性能，省去了调质处理，简化了生产工序，避免了淬火变形、开裂的质量问题，对节约能源、降低成本、减少环境污染也有积极的意义。
具体实施方式
实施例1
一种非调质制动凸轮轴的制造方法，包括：下料→感应加热→预锻→终锻→切边→校直→控制冷却→机加工→表面感应淬火和回火。采用F45MnVS棒料，首先经感应加热至1250℃；通过预锻和终锻工序对工件的凸轮部位局部进行锻造，终锻温度为1050℃；锻造完成后进行切边和校直，工件切边后温度约为1000℃，工件校直后温度约为960℃。校直完成后进入控制冷却工序。将工件分散悬挂于以一定速度前进的冷却线上，旋转吹风冷却。通过协调鼓风机的风量、外界环境温度等，借助红外线测温仪，保证凸轮部位以5℃/s的冷却速度冷至600℃，然后放入料箱集中冷却，以小于1.8℃/s冷却速度冷却至室温。机加工后采用表面感应淬火的方式对工件整体进行处理，通过调整感应淬火的参数，控制有效硬化层深在0.25r；最后在4h内进行200℃回火2h，得到所述凸轮轴。
实施例2
一种非调质制动凸轮轴的制造方法，包括：下料→感应加热→预锻→终锻→切边→校直→控制冷却→机加工→表面感应淬火和回火。采用F45MnVS棒料，首先经感应加热至950℃；通过预锻和终锻工序对工件的凸轮部位局部进行锻造，预锻温度950℃，终锻温度为850℃；锻造完成后进行切边和校直，工件切边后温度约为820℃，工件校直后温度约为780℃。校直完成后进入控制冷却工序。将工件分散悬挂于以一定速度前进的冷却线上，旋转吹风冷却。通过协调鼓风机的风量、外界环境温度等，借助红外线测温仪，保证凸轮部位以2.5℃/s的冷却速度冷至500℃，然后放入料箱集中冷却，以小于1.8℃/s冷却速度冷却至室温。机加工后采用表面感应淬火的方式对工件整体进行处理，通过调整感应淬火的参数，控制有效硬化层深在0.3r；最后在4h内进行200℃回火2h，得到所述凸轮轴。
上述实施例1和实施例2制造得到的凸轮轴，包括凸轮轴头部和杆部，为整体实心结构，由F45MnVS棒料局部加热锻造而成，杆部性能一致，凸轮轴头部强度高于杆部；经感应淬火和回火后，表面硬化层为回火马氏体，心部为珠光体和铁素体，整体具有较高的强韧性。

Claims (4)

1.一种非调质制动凸轮轴的制造方法，其特征在于，包括下料、感应加热、预锻、终锻、切边、校直、控制冷却、机加工、表面感应淬火和回火；所述加工材料为Φ25～60的F45MnVS棒料；
所述感应加热的温度为950～1250℃，预锻加热温度为950～1250℃，终锻温度为850～1050℃；
所述控制冷却工序，将工件分散悬挂于以一定速度前进的冷却线上，采用旋转吹风的冷却方式，对凸轮部位进行吹风冷却，使凸轮部位以2.5～5℃/s的冷却速度冷至500～600℃；然后放入料箱集中冷却，以小于1.8℃/s的冷却速度缓慢冷却至室温；
对上述工件控制冷却后进行必要的机加工，并采用表面感应淬火的方式对工件整体进行处理，控制有效硬化层深在0.25～0.3r；完成所述感应淬火工序后，在4h内进行200℃回火2h，得到所述凸轮轴。
2.根据权利要求1所述的一种非调质制动凸轮轴的制造方法，其特征在于：在所述的切边工序中，工件切边后的温度为820℃～1000℃。
3.根据权利要求1所述的一种非调质制动凸轮轴的制造方法，其特征在于：在所述的校直工序中，工件校直后的温度为780℃～960℃。
4.一种根据权利要求1-3任一项所述的非调质制动凸轮轴的制造方法制造得到的凸轮轴，其特征在于，所述凸轮轴包括头部和杆部，为整体实心结构，凸轮部位经加热锻造而成，杆部性能一致，凸轮轴头部强度高于杆部；经感应淬火和回火后，表面硬化层为回火马氏体，心部为珠光体和铁素体。
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