CN206530371U - 一种凸轮轴 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种凸轮轴，该凸轮轴包括凸轮和轴颈。其中，凸轮的表面具有4mm至7mm深度的莱氏体硬化层；轴颈的表面具有2mm至5mm深度的莱氏体硬化层；凸轮的心部和轴颈的心部均为蠕墨铸铁组织。此外，在该凸轮轴中，上述莱氏体硬化层和心部之间为中间层，中间层为麻口组织。该凸轮轴保证了表层的耐磨性和心部的韧性，提升了凸轮轴的综合性能。

Description

一种凸轮轴

技术领域

本实用新型涉及机械制造技术领域，特别涉及一种凸轮轴。

背景技术

凸轮轴的作用是控制气门的开启和闭合动作，需要承受周期性的冲击载荷和很大的扭矩，凸轮与挺柱之间的接触应力很大，相对滑动速度也很高，因此对凸轮轴在耐磨性、强度以及精度方面的要求很高。

现有技术中，采用的凸轮轴一般包括普通钢制凸轮轴和装配式凸轮轴。其中：

普通钢制凸轮轴(又名锻钢式凸轮轴)，常用的材料有45钢以及cf53钢等，毛坯处理工艺以楔横轧居多，整体经正火处理，心部组织为珠光体+铁素体。凸轮及轴颈的表面处理工艺为高频淬火，使得表面获得马氏体组织，硬度大约在55HRC以上。厚度大约在1mm至3mm。

装配式凸轮轴的轴和凸轮分开制造，然后装配在一起。凸轮采用碳钢或粉末冶金材料，轴则采用冷拔薄壁无缝钢管。碳钢凸轮可进行高频淬火或渗碳处理，具有较高的耐粘着、耐点蚀性能。烧结合金材料为Fe2C2P2Ni2Cr2Mo合金，是制作凸轮的理想材料。连接方式有焊接、烧结以及滚花等。装配工艺精度要求高，国内的装配式凸轮轴处于样件试制阶段，还难以达到应用的要求，生产厂家有比如河南中轴、上虞春晖内配等。国外的生产工艺相对较为成熟。如五十铃的6HK1，奔驰的OM471等。

但是，锻钢式凸轮轴，由于无法实现轻量化，且加工成本较高，进一步发展的潜力较小。而且，装配式凸轮轴，焊接时容易产生热变形，使凸轮轴的尺寸精度降低，激烈的热变化也容易使焊接部位产生裂纹，质量难以保证；烧结连接在烧结炉内进行，在高温下轴容易产生弯曲，造成尺寸精度误差，而且需要大型烧结炉，热效率不高；冷热套过盈连接法在连接时需加热凸轮轴，这就使得凸轮轴产生软化现象，难以保证摩擦时的耐磨性。

因此，如何设计一种加工成本较低、综合性能较高的凸轮轴，是目前本领域技术人员亟待解决的技术问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种凸轮轴，能够保证凸轮轴表层的耐磨性和心部的韧性，其加工成本较低，且具有较高的综合性能。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种凸轮轴，包括凸轮和轴颈；

所述凸轮的表面具有4mm至7mm深度的莱氏体硬化层；

所述轴颈表面具有2mm至5mm深度的所述莱氏体硬化层；

所述凸轮和所述轴颈的心部均为蠕墨铸铁组织。

优选地，在上述凸轮轴中，所述莱氏体硬化层和所述心部之间为中间层，所述中间层为麻口组织。

从上述技术方案可以看出，本实用新型提供的凸轮轴，表层为莱氏体硬化层，心部为蠕墨铸铁组织，保证了表层的耐磨性和心部的韧性。该凸轮轴通过改变内部材料结构，提升了凸轮轴的综合性能。该凸轮轴，相较于普通钢制凸轮轴和装配式凸轮轴来说，不仅可一次成型，减少加工费用；而且不会像装配式凸轮轴一样产生焊接变形，能够保证凸轮轴的尺寸精度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的凸轮轴的整体结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的凸轮轴的凸轮部分的剖视图；

图3为本实用新型实施例提供的凸轮轴的轴颈部分的剖视图。

1-凸轮，2-轴颈，3-莱氏体硬化层，4-中间层，5-心部。

具体实施方式

本实用新型公开了一种凸轮轴，能够保证凸轮轴表层的耐磨性和心部的韧性，其加工成本较低，且具有较高的综合性能。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1至图3，图1为本实用新型实施例提供的凸轮轴的整体结构示意图，图2为本实用新型实施例提供的凸轮轴的剖视图，图3为本实用新型实施例提供的凸轮轴的轴颈部分的剖视图。

本实用新型实施例提供的凸轮轴，包括凸轮1和轴颈2。其中，凸轮1的表面具有4mm至7mm深度的莱氏体硬化层3(硬度达到55HRC以上)；轴颈2的表面具有2mm至5mm深度的莱氏体硬化层3；凸轮1的心部5和轴颈2的心部5均为蠕墨铸铁组织(硬度为HB220至HB300，约22HRC至30HRC)。此外，在该凸轮轴中，上述莱氏体硬化层3和心部5之间为中间层4，中间层4为麻口组织。

可见，本实用新型实施例提供的凸轮轴，表层为莱氏体硬化层3，心部5为蠕墨铸铁组织，保证了表层的耐磨性和心部的韧性。该凸轮轴通过改变内部材料和结构，提升了凸轮轴的综合性能。该凸轮轴，相较于现有技术中的普通钢制凸轮轴和装配式凸轮轴来说，不仅可一次成型，减少加工费用，而且不会像装配式凸轮轴一样产生焊接变形，能够保证凸轮轴的尺寸精度。

本实用新型实施例提供的凸轮轴，为冷激合金铸铁凸轮轴，其生产过程为：

以一定的合金成分的铁液浇入型腔(该型腔的凸轮桃尖由冷铁快速冷却，以强化此部位的冷却，使得表面获得硬度更高、耐磨性更好的莱氏体组织，而基圆不激冷)中，使凸轮1的表面形成4mm至7mm深度的莱氏体组织(俗称白口层，即莱氏体硬化层3)，轴颈2的表面形成2mm至5mm深度的莱氏体组织(俗称白口层，即莱氏体硬化层3)，凸轮轴的心部(即凸轮1的心部5和轴颈2的心部5)均为灰口组织(即蠕墨铸铁组织)，硬度为HB220至HB300，其余为麻口组织。

该冷激合金铸铁凸轮轴的使用性能，关键取决于凸轮1的白口层的硬度及深度，它是衡量凸轮轴工作表面的重要指标，凸轮1的白口层硬度的高低、深度的大小，除铸造中与冷铁大小有关外，在很大程度上取决于合金成分。由于有激冷过程，因此会影响蠕虫状石墨的形成，所以成分上区别于普通蠕墨铸铁。本实用新型实施例提供的凸轮轴的化学成分如下表所示，同时采用热分析技术进行工艺控制。

本实用新型实施例提供的凸轮轴的化学成分表

最终得到的金相组织为：心部蠕墨铸铁组织，蠕化率达到70％以上，表层为莱氏体组织，硬度达到55HRC以上，莱氏体硬化层的厚度达到5mm以上。

可见，本实用新型实施例提供的凸轮轴通过激冷形成凸轮轴表层的莱氏体硬化层，减少热处理工序，降低成本。

其中，“蠕墨铸铁”的石墨形态介于片状和球状石墨之间，短而厚，头部较圆(似蠕虫)，因此其力学性能也介于灰铁和球铁之间，其铸造性能、减震性和导热性都优于球墨铸铁，与灰铸铁相近。是通过在浇注之前加蠕化剂(镁或稀土)，随后凝固而制得的。

本实用新型实施例提供的凸轮轴的主要特点是：与激冷灰铸铁相比，强度提高，弹性模量高，因而刚性增强；同时与激冷球铁相比，很大程度地降低了铸造缺陷率(主要是缩松)，提高了产品的质量。从而，本实用新型实施例提供的凸轮轴，在不增加成本的前提下，优化了凸轮轴的性能，采用蠕墨铸铁，既提高耐磨性，又提高本体强度，增强凸轮轴抗扭转破坏的能力，从而能够降低断轴故障率，提高发动机的可靠性。

最后，还需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (2)

1.一种凸轮轴，其特征在于，包括凸轮(1)和轴颈(2)；

所述凸轮(1)的表面具有4mm至7mm深度的莱氏体硬化层(3)；

所述轴颈(2)的表面具有2mm至5mm深度的所述莱氏体硬化层(3)；

所述凸轮(1)的心部(5)和所述轴颈(2)的心部(5)均为蠕墨铸铁组织。

2.根据权利要求1所述的凸轮轴，其特征在于，所述莱氏体硬化层(3)和所述心部(5)之间为中间层(4)，所述中间层(4)为麻口组织。