[发明专利]防止凸轮轴凸轮延迟裂纹的方法

说明书

本发明公开了一种防止凸轮轴凸轮延迟裂纹的方法，包括以下步骤：(1)对毛坯加工前热处理：热处理包括正火和等温球化退火两个阶段；(2)对毛坯进行粗加工和精加工；(3)对加工后的半成品进行表面热处理，表面热处理采用感应淬火强化工艺；(4)对表面热处理后的半成品后的毛坯低温回火；(5)对低温回火后的半成品进行半精磨，半精磨之后进行低温回火，低温回火之后进行精磨加工后得到所需的凸轮轴。本发明加工前热处理包括正火和等温球化退火，可改善原始毛坯网状碳化物，得到均匀细微的珠光体组织；磨削加工过程中在半精磨与精磨中间增加一次低温回火，可释放半精磨过程中产生的残余应力，稳定尺寸，减小出现裂纹的几率。

技术领域

本发明涉及防止凸轮轴凸轮延迟裂纹的方法，属于凸轮轴机械加工技术领域。

背景技术

凸轮轴是柴油机的一个关键部件，用于控制汽缸的进气和排气，其加工精度和表面质量直接影响着发动机的工作性能。凸轮轴工作时，凸轮表面有很高的周期性接触应力和较快相对滑动速度，这使凸轮轴具有足够的韧性和刚度，表面具有良好的耐磨性能和抗冲击性能，需采用“车削+表面热处理+磨削”的机械加工方法。

目前，柴油机凸轮轴主要加工工序为：退火->粗车->表面热处理->回火->磨削->磁粉探伤检验。凸轮表面热处理后轮廓面可达到550HV的硬度而心部仍保持一定的韧性，在后续磨削过程中，由于磨粒对工件表面的挤压以及滑擦可使磨削瞬时温度达上千度，经过冷却液后，磨削热应力及切削应力的耦合作用导致磨削残余应力。原材料的碳化物不均匀存在使球化退火很难获得均匀一致的球化组织，不仅会在后续的磁粉探伤时产生假性磁痕，还会在后续表面淬火后较难获得均匀的淬火组织，奥氏体晶粒粗大且分布不均匀使工件内应力增加，热处理残余应力与磨削残余应力叠加，使磨削后凸轮表面具有较复杂的残余应力。在加工完成入库后，经过一段时间的应力释放使凸轮轮廓表面产生延迟裂纹，导致零件报废，如图2所示，降低零件的良品率和可靠率，因此需要一种新的技术方案以解决上述问题。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种防止凸轮轴凸轮延迟裂纹的方法，通过加工前的热处理以及加工中的表面热处理以及磨削过程中的热处理，稳定了尺寸，减小出现裂纹的几率。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的防止凸轮轴凸轮延迟裂纹的方法，包括以下步骤：

(1)对毛坯加工前热处理：热处理包括正火和等温球化退火两个阶段；

(2)对毛坯进行粗加工和精加工；

(3)对加工后的半成品进行表面热处理，表面热处理采用感应淬火强化工艺；

(4)对表面热处理后的半成品后的毛坯低温回火；

(5)对低温回火后的半成品进行半精磨，半精磨之后进行低温回火，低温回火之后进行精磨加工后得到所需的凸轮轴。

作为优选，所述步骤(1)中，加工前热处理中包括正火和等温球化退火两个阶段，正火阶段中，正火温度为930℃±10℃，保温6～7h，从炉中取出冷却；等温球化退火阶段中，等温球化退火保温温度为800℃±10℃，保温6～7h，快冷至720℃±10℃，保温6～7h后，以10～20℃/h的速度缓冷至600℃后，从炉中取出空冷。

作为优选，所述步骤(3)中，感应淬火工艺中加热过程分为感应预热和感应加热两个阶段。

作为优选，所述步骤(3)中，感应加热过程中，根据凸轮大小调整感应参数：感应预热频率为500～1000Hz，电源电流为400±20A，功率为95～100KW，预热温度为400℃～500℃；预热过程20s后开始加热过程，感应加热频率为3000～6000Hz，功率为120±10KW，加热时间为2.5s，淬火温度为880±50℃；使用淬火液喷水连续冷却，淬火液浓度6±1％，淬火液流量100±10L/min。