[发明专利]一种粉末冶金凸轮的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于粉末冶金领域，具体是一种铁基粉末冶金凸轮的制备方法。

背景技术

凸轮轴是发动机配气机构的重要部件，负责发动机各缸进、排气门的定时开启与关闭。凸轮轴是靠凸轮顶动气缸的进排气门来实现气门的开关。

凸轮的侧面呈桃形，其设计的目的在于保证汽缸充分的进气和排气，具体来说就是在尽可能短的时间内完成气门的开、关动作。另外考虑到发动机的耐久性和运转的平顺性，气门也不能因开关动作中的加减速过程产生过多过大的冲击，否则就会造成气门的严重磨损、噪声增加或是其他严重后果。因此，凸轮和发动机的功率、扭矩输出以及运转的平稳性有很直接的关系。

配气机构对凸轮轴各个部位的性能要求有很大不同:凸轮要求耐磨损、耐胶着、耐点蚀;轴颈要求滑动性能好；芯轴要求刚性、弯曲、扭转性能好。传统的凸轮轴及凸轮轴采用整体铸造方法生产，很难同时满足上述要求，普遍存在以下缺陷：一、材料利用也不尽合理；二、传统整体式铸造或锻造生产模式很难制造出凸轮密布排列的紧凑结构；三、传统方法制造凸轮轴需大量的机械加工工序，耗费大量的机械加工工时，机床、刀具、夹具、操作人员和作业面积方面较难有新突破；四、传统加工需对凸轮表面进行耐磨性强化处理(如铸造凸轮轴的激冷、淬火或重熔，锻造凸轮轴的表面渗碳淬火等)，是对整体凸轮轴进行的，并伴有变形，多数是用人工校直，费时费力不易保证精度；五、凸轮型面的机械加工较难进行，也是影响加工质量的重要因素。因此，传统方法制造凸轮轴，不仅使大量材料变成废屑，而且生产效率低、材料消耗与能源消耗大，自动化水平较低，在降低零件重量方面也难有作为。另外由于机械加工量大，加工效率低，成本较高，现在很少采用整体铸造法的凸轮轴。

装配式凸轮轴是近20年来开发的新型内燃机零件,它与铸造或锻造整体式的凸轮轴相比,具有质量轻、加工成本低、材料利用合理等优点；可将凸轮宽度减小，并排列紧凑，可以降低汽车的成本、减轻发动机重量、提高发动机性能。目前，世界上许多汽车 制造厂家越来越多地生产装配式凸轮轴并用于高性能发动机。

精密锻造凸轮与钢轴进行组合是装配式凸轮轴亦称组合式轮轴，是将凸轮轴分解成凸轮、芯轴、轴颈等可装配件，分别进行材料优化及精益加工后，再组装成凸轮轴的新型组合设计与现代制造模式。装配式凸轮轴采用芯轴和凸轮分体制造后连接成一体，其连接方式主要为焊接式、烧结式、机械式。

烧结式凸轮轴在进行粉末烧结成凸轮的同时，凸轮又要在液相状态下与钢管扩散连接，因此此过程必须在1120℃以上烧结炉内进行。在高温下凸轮轴容易产生弯曲，易造成尺寸精度误差；烧结时对材料的性能也有限制，且需大型烧结炉，热效率不高。

焊接和机械连接方式使用的凸轮一般使用锻造工艺生产。锻造凸轮，在尺寸精度、表面粗糙度、生产效率以及成本方面存在问题。普通模锻把加热后的毛坯进行多道制坯辊锻，又在压力机上进行预锻及终锻，然后再进行切边、大、小头冲孔、热校正及冷精压等多道工序。因此锻造效率较低。锻造过程由于在高温下进行，模具易产生龟裂，很容易失效，锻造零件表面存在的粗糙度和精度较差，同时高性能高精度锻件的生产成本高居不下，所以其制造方法还有待于改进。

粉末冶金是生产高强度和形状复杂零件的有效工艺。在很多领域有着广泛的应用，但在发动机上烧结凸轮尚难以同其他工艺的凸轮竞争。这主要因为粉末冶金凸轮的表面存在孔隙，而孔隙的存在会降低凸轮表面接触疲劳强度，引起零件失效。现有专利号为CN200910102386.6的中国发明专利《一种发动机凸轮轴凸轮的制造方法》，其特征在于依次包括如下步骤：①准备好原料，即铁、铬、钼、镍、碳及铜的混合粉，然后加入质量比0.1～1％的润滑剂；②将上述混合粉在压力大于600MPa的压机上压制成密度大于7.3g/cm³的凸轮零件；③烧结，将该凸轮零件在温度1100℃～1350℃下进行烧结，烧结的时间为10～30分钟以上，烧结在真空烧结炉或连续式烧结炉中进行；④热处理，根据烧结零件的化学成分要求，确定热处理工艺，热处理淬火温度为800～1000℃，保温30～45分钟，或采用高频热处理，回火温度为150～400℃，保温110～130分钟。这种制造方法工艺简单，制得的产品精度也较高，但是就如何提高凸轮的密度，尤其是外表面的局部密度还是好的具体措施。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述的技术现状而提供一种粉末冶金凸轮的制 备方法，具有工艺简单、成本低的特点，制得的凸轮不仅具有较高的精度和强度，而且整体密度与表面密度高，解决精密锻造凸轮尺寸精度、生产效率、模具寿命以及成本等问题。