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摘 要： 摘要：通過(guò)設(shè)計(jì)仿形感應(yīng)器、調(diào)整感應(yīng)圈與零件之間的間隙大小及加熱冷卻時(shí)間等工藝參數(shù)，避免了凸輪軸凸緣處電流密集導(dǎo)致的過(guò)熱、過(guò)燒，甚至淬火裂紋的產(chǎn)生，有效地控制了零件的淬硬層深度。 關(guān)鍵詞：感應(yīng)淬火;感應(yīng)器;淬硬層深度;表面硬度 1 凸輪軸的結(jié)構(gòu) 凸輪軸是柴油
摘要：通過(guò)設(shè)計(jì)仿形感應(yīng)器、調(diào)整感應(yīng)圈與零件之間的間隙大小及加熱冷卻時(shí)間等工藝參數(shù)，避免了凸輪軸凸緣處電流密集導(dǎo)致的過(guò)熱、過(guò)燒，甚至淬火裂紋的產(chǎn)生，有效地控制了零件的淬硬層深度。
關(guān)鍵詞：感應(yīng)淬火;感應(yīng)器;淬硬層深度;表面硬度
1 凸輪軸的結(jié)構(gòu)
凸輪軸是柴油機(jī)關(guān)鍵運(yùn)動(dòng)件之一，安裝在柴油機(jī)機(jī)體內(nèi)，凸輪軸對(duì)應(yīng)每缸設(shè)有進(jìn)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(gòu)成配氣機(jī)構(gòu)，控制氣缸的進(jìn)排氣和噴油。作為運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)件，凸輪軸尤其是對(duì)凸輪型面要求有很高的加工精度，同時(shí)對(duì)材質(zhì)及熱處理有很高的要求，以適應(yīng)其工作環(huán)境。為了避免尖角效應(yīng)產(chǎn)生的過(guò)熱和淬火裂紋的產(chǎn)生，我們從感應(yīng)器結(jié)構(gòu)及淬火工藝上進(jìn)行了設(shè)計(jì)并對(duì)其淬火工藝進(jìn)行了研究。
凸輪軸加工工藝流程：毛坯(含調(diào)質(zhì)處理)→ 劃線→粗加工→半精加工→感應(yīng)淬火→精加工→無(wú)損檢測(cè)→終檢。某凸輪軸結(jié)構(gòu)如圖1所示。
2 凸輪軸的主要技術(shù)要求
凸輪軸材料為50CrMo4鋼，化學(xué)成分見(jiàn)表1。毛坯為鍛件，熱處理為調(diào)質(zhì)+感應(yīng)淬火。調(diào)質(zhì)后力學(xué)性能見(jiàn)表2。感應(yīng)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(cè)面0.5mm處表面淬硬層深3~8mm。
3 工藝研究
3.1 設(shè)計(jì)零件專用仿形感應(yīng)器
根據(jù)零件的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了專用仿形感應(yīng)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(yīng)器與零件的間隙等有關(guān)[1]，該凸輪軸采用8000Hz、250kW中頻電源設(shè)備，中頻感應(yīng)淬火工件淬硬層深度一般在2~4mm，用傳統(tǒng)中頻感應(yīng)淬火工藝加工該凸輪軸時(shí)，存在很大難度。為此，只能從淬火工藝方面加以考慮來(lái)解決問(wèn)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(yīng)器與零件之間的間隙越大，加熱速度越慢，零件達(dá)到相變溫度的時(shí)間就越長(zhǎng)，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(shù)
(1)電參數(shù) 根據(jù)感應(yīng)器結(jié)構(gòu)以及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)工藝優(yōu)化調(diào)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(shí)加熱淬火，淬火冷卻介質(zhì)使用濃度為12%~15%的AQ251。
4 檢測(cè)結(jié)果
凸輪軸淬火后經(jīng)磁粉檢測(cè)，未發(fā)現(xiàn)缺陷磁痕顯示，排氣凸輪實(shí)測(cè)硬度為61HRC、60HRC、 61HRC;進(jìn)氣凸輪實(shí)測(cè)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(guò)渡層組織如圖7所示;心部組織如圖8所示(晶粒度5~8級(jí)，實(shí)測(cè)7級(jí));
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進(jìn)排氣凸輪軸硬化層深檢測(cè)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(cè)結(jié)果見(jiàn)表3;進(jìn)氣凸輪軸硬化梯度曲線如圖11所示，硬化層深檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表4。
5 生產(chǎn)效果
解剖檢查首件，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足要求后，進(jìn)行批量生產(chǎn)，經(jīng)裝機(jī)驗(yàn)證未發(fā)現(xiàn)任何質(zhì)量問(wèn)題。
6 結(jié)束語(yǔ)
1)檢查每個(gè)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(jī)抽取10件解剖檢查(4處范圍)，淬硬層深度滿足熱處理技術(shù)要求，晶粒度7級(jí)，馬氏體含量≥90%。
2)通過(guò)仿形感應(yīng)器的設(shè)計(jì)，避免了尖角處的電流密集導(dǎo)致過(guò)熱、過(guò)燒，甚至淬火裂紋的產(chǎn)生。
3)通過(guò)調(diào)整感應(yīng)器間隙及加熱冷卻時(shí)間等工藝參數(shù)，使尖角處感應(yīng)淬火的淬硬層深度得到有效地控制，且淬硬層連續(xù)分布均勻，保證了產(chǎn)品的質(zhì)量。
4)該感應(yīng)器設(shè)計(jì)及應(yīng)用可推廣到同類(lèi)型的凸輪軸感應(yīng)淬火，編程、操作方便實(shí)用，淬火過(guò)程簡(jiǎn)單可靠，重復(fù)性強(qiáng)，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。——論文作者：張曉云，楊雪，于彥峰，金天嬌，贠軍朝
參考文獻(xiàn)：
[1] 沈慶通.感應(yīng)熱處理問(wèn)答[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1990.