CN1148091A - 凸轮中频淬火新方法 - Google Patents

Abstract

一种凸轮中频淬火新方法，利用基圆预热法对凸轮工作型面进行均匀加热。该方法是将凸轮基圆中心由工件回转中心外移至使基圆表面靠近感应圈3mm-5mm距离，通电后左右摆动凸轮，使凸轮基圆表面及其桃部升程和降程部位得到相应加热，当基圆表面温度达到910-950℃淬火温度时，将凸轮中心复位，并开始旋转加热凸轮桃部3-4秒钟，使凸轮整个工作型面温度均匀，本方法解决了现有凸轮在圆形感应圈中加热温度不均匀，硬度不一致造成的淬火裂纹、过热、软点等热处理缺陷。

Description

凸轮中频淬火新方法

本发明涉及一种凸轮中频淬火新方法，该方法利用圆形感应圈对凸轮工作型面进行加热。

目前凸轮(轴)类零件进行表面热处理时，加热方法常用中、高频感应圈加热。感应圈设计合理与否在感应加热热处理中直接关系到凸轮热处理质量。感应圈大致分为两大类，一类是仿形感应圈，另一类是圆形感应圈。仿形感应圈一般来说有三个主要缺点：1、凸轮升程部位容易过热或烧蚀；2、制造困难造价高；3、易产生软点或软带。因此在设计制造后很难正常使用，它的成功率和可靠性都不大。而圆形感应圈无论在设计、制造和使用方面都十分方便简单。但圆形感应圈在使用中，由于凸轮工作型面各处曲率半径不同，在曲率半径大的地方温度低，而曲率半径小的地方温度就高甚至熔化。凸轮在圆形感应圈中加热时凸轮表面的温度非常不均匀，这样淬火后凸轮工作型面的硬度也是很不均匀，因而淬火应力(予压应力)分布同样是不均匀的。由于这些原因，很容易产生淬火裂纹、过热、软点等热处理缺陷。结果就达不到凸轮热处理的技术要求，即使没有开裂，凸轮的使用寿命也大大缩短了。

本发明的目的旨在于克服上述现有技术之不足而提供一种解决凸轮在圆形感应圈中加热温度均匀性的凸轮中频淬火新方法，该方法又称为基圆予热法。

基圆予热法对于凸轮在圆形感应圈中加热是一种比较理想的方法。它可使凸轮工作型面温度达到基本均匀一致(温度差不大于20℃)，做到了这一点再加上控制一些综合淬火条件，凸轮中频淬火质量就完全得到了保证，下面把“基圆予热法”的工艺过程详细作一介绍。

凸轮中频淬火新方法是将凸轮放置在圆形感应圈内，通电加热凸轮工作型面，达到淬火温度后，断电喷水冷却进行淬火，该方法特点是采用基圆予热法将凸轮基圆中心由工件回转中心0位置移动S距离位于偏心0′位置使基圆表面靠近感应圈，通电后左右摆动凸轮，使凸轮基圆及其升程和降程部位得到相应加热，当基圆表面达到淬火温度时使凸轮复位到工件回转中心0位置，并开始旋转加热凸轮桃部3-4秒钟，使凸轮工作型面温度均匀后断电喷水冷却淬火。本方法将凸轮基圆由回转中心0位置移至偏心0′位置，靠近到感应圈3-5mm距离时，通电后基圆很快被加热，此时凸轮桃部由于离感应圈远加热速度较慢。操作者握住凸轮固定轴左右摆动，使凸轮升程和降程两侧面也得到相应地加热。当基圆达到淬火温度910-950℃时，把凸轮快速复位至工件回转中心0位置(要越快越好)，在复位过程中继续进行加热。凸轮回位后开始旋转加热凸轮桃部，由于凸轮桃部在基圆预热过程中也加热到了一定的温度，所以凸轮开始旋转后约3-4秒基本上整个工作型面的温度就十分均匀了，使整个凸轮工作型面温度达到930℃。断电后，立刻喷水冷却(中碳结构钢制凸轮不采用予冷淬火法)，此时凸轮继续旋转，直至冷却结束，工件最终温度控制在120-150℃，但不得大于150℃，停止喷水取下凸轮，淬火过程结束。要达到凸轮热处理的高质量还应保证下列各项要求：

1、凸轮两边的棱角必须倒圆或倒角，在技术条件允许情况下圆角或倒角尺寸越大越好。

2、凸轮毛胚锻造后应进行正火处理。

3、凸轮毛胚在粗加工后应进行调质处理，硬度为HB235-269，金相组织为索氏体。

4、采用45，50，50Mn等中碳结构钢材料制造的凸轮，其淬火温度均采用910-930℃，淬火后硬度为HRC60-64。

5、淬火比功率的选择

凸轮在中、高频设备中加热，加热速度是非常高的，这虽然有利于提高生产率，但在极短的加热时间内所得到奥氏体组织的成分是很不均匀的，这对凸轮淬火后硬度、应力分布等都不利，所以在选择加热比功率时应适当地小些，可选用0.5-0.6kw/cm²。这样可使加热时间稍长一点，对奥氏体的合金化和均匀化都有好处。

6、冷却用喷水压力应保持在0.2-0.23MPa为好，在整个淬火冷却过程中水压应保持不变。

7、喷水时工件的旋转速度

要正确选择工件在感应圈中冷却旋转速度。对于形状复杂的凸轮来说，冷却时旋转速度越高，由于凸轮升程背后的负压作用反而冷却越不均匀，因此把工件的旋转速度控制较低些对均匀冷却是有利的。回转半径小于200mm的凸轮，旋转速度控制在30-40r/min，回转半径大于100mm时，应适当地降低旋转速度，一般为20-30r/min。

8、防止淬火开裂的措施

(1)在冷却水中加0.3-0.32％的聚乙烯醇，此溶液的冷却能力介于水和油之间。对一般中碳结构钢来说可以起到防止开裂作用。

(2)冷却介质温度应在20-40℃之间为宜，尤其在冬天介质温度更要严格控制，如冷却介质温度太低则淬火冷却时凸轮很易开裂。

凡是采用“基圆予热法”进行中频淬火制造出来的凸轮，都完全达到了热处理的技术要求。此法作为一种回转工件在圆形感应器中加热，它有两个特点：1.凸轮工作型面加热温度非常均匀，这一点是感应淬火成败的关键，利用本法恰到好处地解决了这个问题。2.提高了凸轮淬火的质量，降低了淬火的废品率，通过本法淬火延长了凸轮的使用寿命1倍(一般中碳结构钢制凸轮寿命为2.5年)，防止了凸轮工作型面局部的接触疲劳而产生的早期剥落而导致凸轮失效。

船用发动机进排气阀用双联凸轮，在拉动凸轮轴换向时凸轮受到滚轮的撞击，按旧工艺方法制造的凸轮其升程部位经常被撞坏，严重影响了凸轮的正常工作甚至报废，使用了“基圆予热法”工艺制造的双联凸轮解决了这个难题。另外由于用旧工艺制造的凸轮工作型面硬度不均匀存在软点或软带，在使用中往往过早地失效。用本法制造的凸轮，由于工作型面硬度和应力分布均匀，接触疲劳强度大大提高，延长了使用寿命和检修周期，减少了拆装劳动力，因而具有显著的经济效益和社会效益。

图1为本发明凸轮旋转所处位置示意图。

图2为本发明凸轮中心移位方向和距离示意图。

图中：1.变压器  2.感应圈  3.凸轮

下面介绍本发明具体实施例。

(1)在淬火加热前先把凸轮基圆按图示方向(见图1，图2)移至靠近感应圈约3mm处。

(2)开始通电，操作者握住凸轮固定轴左右摆动，使凸轮桃部(升程和降程)两侧面也得到相应地加热。当基圆表面温度达到淬火温度930℃时，把凸轮基圆中心快速复位至工件回转中心0位置(要越快越好)，在复位过程中继续进行加热。

(3)凸轮回位后开始旋转加热凸轮桃部，由于凸轮桃部在基圆预热过程中也加热到了一定的温度，所以凸轮开始旋转后约3-4秒基本上整个工作型面的温度就十分均匀了，使整个凸轮工作型面温度达到930℃。

(4)断电后，立刻喷水冷却(中碳结构钢制凸轮不采用予冷淬火法)，此时凸轮继续旋转，直至冷却结束，工件最终温度控制在120℃，停止喷水取下凸轮，淬火过程结束。

本实施例中，淬火比功率为0.5kw/cm²，冷却喷水压力为0.2MPa；工件直径小于100mm时工件旋转速度为35r/min；工件直径大于100mm时，工件旋转速度为25r/min；冷却介质中加入0.3％聚乙烯醇，并将其温度控制在30℃。

Claims (8)

1.一种凸轮中频淬火新方法，将凸轮[3]放置在圆形感应圈[2]内，通电加热凸轮工作型面，达到淬火温度后，断电喷水冷却进行淬火，该方法特点是采用“基圆予热法″将凸轮[3]基圆中心由工件回转中心0位置移动S距离位于偏心0′位置使基圆表面靠近感应圈[2]，通电后左右摆动凸轮，使凸轮基圆及其升程和降程部位得到相应加热，当基圆表面达到淬火温度时使凸轮基圆中心复位到工件回转中心位置，并开始旋转加热凸轮桃部3-4秒钟，使凸轮工作型面温度均匀后断电喷水冷却淬火。

2.根据权利要求1所述的方法，其特点是该方法淬火温度控制在910-950℃范围内，喷水冷却温度控制在120-150℃范围内。

3.根据权利要求1所述的方法，其特点是该方法淬火比功率为0.5-0.6kw/cm²。

4.根据权利要求1所述的方法，其特点是该方法冷却喷水压力为0.2-0.23MPa。

5.根据权利要求1所述的方法，其特点是该方法旋转速度在凸轮回转半径小于100mm时控制在30-40r/min，凸轮回转半径大于100mm时控制在20-30r/min。

6.根据权利要求1或4所述的方法，其特点是该方法冷却水中含有0.3-0.32％的聚乙烯酸。

7.根据权利要求6所述的方法，其特点是该方法冷却介质温度在20-40℃之间为宜。

8.根据权利要求1所述的方法，其特点是该方法将工件回转中心位置移动S距离后，使凸轮基圆表面移至靠近感应圈约3-5mm处。

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