發布時間：2022-04-01所屬分類：工程師職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：通過設計仿形感應器、調整感應圈與零件之間的間隙大小及加熱冷卻時間等工藝參數，避免了凸輪軸凸緣處電流密集導致的過熱、過燒，甚至淬火裂紋的產生，有效地控制了零件的淬硬層深度。 關鍵詞：感應淬火;感應器;淬硬層深度;表面硬度 1 凸輪軸的結構 凸輪軸是柴油
摘要：通過設計仿形感應器、調整感應圈與零件之間的間隙大小及加熱冷卻時間等工藝參數，避免了凸輪軸凸緣處電流密集導致的過熱、過燒，甚至淬火裂紋的產生，有效地控制了零件的淬硬層深度。
關鍵詞：感應淬火;感應器;淬硬層深度;表面硬度
1 凸輪軸的結構
凸輪軸是柴油機關鍵運動件之一，安裝在柴油機機體內，凸輪軸對應每缸設有進氣、排氣和燃油三種凸輪，分別與滾輪、搖臂、推桿、氣閥搖臂及滾輪、挺柱等構成配氣機構，控制氣缸的進排氣和噴油。作為運動傳動件，凸輪軸尤其是對凸輪型面要求有很高的加工精度，同時對材質及熱處理有很高的要求，以適應其工作環境。為了避免尖角效應產生的過熱和淬火裂紋的產生，我們從感應器結構及淬火工藝上進行了設計并對其淬火工藝進行了研究。
凸輪軸加工工藝流程：毛坯(含調質處理)→ 劃線→粗加工→半精加工→感應淬火→精加工→無損檢測→終檢。某凸輪軸結構如圖1所示。
2 凸輪軸的主要技術要求
凸輪軸材料為50CrMo4鋼，化學成分見表1。毛坯為鍛件，熱處理為調質+感應淬火。調質后力學性能見表2。感應淬火要求：表面硬度60~64HRC;凸輪寬度方向的中部表面淬硬層深5~8mm;凸輪距離側面0.5mm處表面淬硬層深3~8mm。
3 工藝研究
3.1 設計零件專用仿形感應器
根據零件的特點，設計了專用仿形感應器，如圖2所示。
3.2 工藝方案
1)零件的淬硬層深度與采用的電源頻率的大小、加熱功率、感應器與零件的間隙等有關[1]，該凸輪軸采用8000Hz、250kW中頻電源設備，中頻感應淬火工件淬硬層深度一般在2~4mm，用傳統中頻感應淬火工藝加工該凸輪軸時，存在很大難度。為此，只能從淬火工藝方面加以考慮來解決問題。
2)在其他條件不變的情況下，零件的加熱功率越大，其淬硬層深度越深;反之，零件的加熱功率越小，其淬硬層深度越淺。
3)感應器與零件之間的間隙越大，加熱速度越慢，零件達到相變溫度的時間就越長，因而其淬硬層深度也就越深;反之，其淬硬層深度越淺。
3.3 電參數
(1)電參數 根據感應器結構以及實踐經驗，經工藝優化調試后取變壓比為22:1，電源電壓U= 640~660V，電流I=200~220A，功率為90~120kW。
(2)淬火方式 選用同時加熱淬火，淬火冷卻介質使用濃度為12%~15%的AQ251。
4 檢測結果
凸輪軸淬火后經磁粉檢測，未發現缺陷磁痕顯示，排氣凸輪實測硬度為61HRC、60HRC、 61HRC;進氣凸輪實測硬度為60HRC、60HRC、 61HRC，如圖3、圖4所示;金相取樣位置如圖5所示;表面組織如圖6所示，過渡層組織如圖7所示;心部組織如圖8所示(晶粒度5~8級，實測7級);
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進排氣凸輪軸硬化層深檢測試樣如圖9所示，排氣凸輪軸硬化梯度曲線如圖10所示，硬化層深檢測結果見表3;進氣凸輪軸硬化梯度曲線如圖11所示，硬化層深檢測結果見表4。
5 生產效果
解剖檢查首件，各項指標均滿足要求后，進行批量生產，經裝機驗證未發現任何質量問題。
6 結束語
1)檢查每個零件凸輪型面的硬度，均滿足 60~64HRC要求，在同批次淬火件中隨機抽取10件解剖檢查(4處范圍)，淬硬層深度滿足熱處理技術要求，晶粒度7級，馬氏體含量≥90%。
2)通過仿形感應器的設計，避免了尖角處的電流密集導致過熱、過燒，甚至淬火裂紋的產生。
3)通過調整感應器間隙及加熱冷卻時間等工藝參數，使尖角處感應淬火的淬硬層深度得到有效地控制，且淬硬層連續分布均勻，保證了產品的質量。
4)該感應器設計及應用可推廣到同類型的凸輪軸感應淬火，編程、操作方便實用，淬火過程簡單可靠，重復性強，產品質量穩定。——論文作者：張曉云，楊雪，于彥峰，金天嬌，贠軍朝
參考文獻：
[1] 沈慶通.感應熱處理問答[M].北京：機械工業出版社，1990.
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