[发明专利]一种凸轮轴强化处理工艺

说明书

本发明公开了一种凸轮轴强化处理工艺，属于机械加工领域，包括以下步骤：下料‑正火‑机械粗加工‑校直‑去应力回火‑激光熔凝淬火强化‑机械精加工‑成品入库，凸轮轴整体采用正火处理，凸轮和轴径采用激光熔凝淬火进行强化。采用了本申请的处理工艺，既提高了凸轮轴表面硬度、耐磨性和抗接触疲劳能力，又满足高功率、高爆压、高可靠性重载发动机工况需求。

技术领域

本发明属于机械加工领域，涉及一种凸轮轴强化处理工艺。

背景技术

凸轮轴是发动机的重要驱动和控制部件，其主体是一根与气缸组长度相同的圆柱形棒体，上面有若干凸轮和轴径。其对发动机的可靠性、使用效率和使用寿命有着巨大的影响。凸轮轴工作时按照配气相位定时对进排气门实施精确地开启和关闭，凸轮与顶杆之间产生相对滑动摩擦，凸轮型面处于边界润滑或混合润滑状态，由于形成的润滑膜厚度较薄且不均匀，所以凸轮表面常会出现擦伤、点蚀及快速磨损等失效形式。随着发动机功率的不断强化以及环境对排放要求的不断提高，通过涡轮增压提高进气压力一直是提高发动机性能的的主要途径之一。而发动机进、排气压力的提高，也将导致凸轮轴凸轮与气门顶杆之间的接触应力大大提高。为了保证发动机使用性能、工作寿命和排放指标满足法规，除要求凸轮轴具有足够的韧性和刚度外，还应具有良好的抗接触疲劳能力、抗擦伤性和耐磨性。

发动机凸轮轴一般采用球墨铸铁、合金铸铁、钢等材料，采用感应淬火处理技术、气体渗氮（渗碳）技术、表面气相沉积等强化处理技术，然后再进行打磨抛光，但上述工艺都存在工艺参数影响因素多、淬硬层不均匀、变形大需增加后续加工、工艺繁杂、效率低和污染严重等问题。

渗碳后整体淬火产生有效硬化层深不均匀，渗碳时间长至近30个小时，采用渗氮技术时间更长，长时间的加热保温，会使凸轮轴产生较大的变形，在冷却过程中表面也会可能产生脱碳现象。为保证产品性能，感应淬火、渗碳淬火等强化之后的后续加工量在0.5-1mm范围内，因表面硬度较高，后续加工效率低，并且把最耐磨、接触疲劳性能最优的硬化层因变形问题去除，使得凸轮轴表面成品硬度较低、耐接触疲劳性较差。整体淬火采用油淬，容易产生大量油烟，氮化工艺过程中采用氨气做为N原子的载体，会造成较为严重的环境污染。凸轮轴表面组织由于淬火形成针状马氏体组织有硬度高耐磨性好等优点，但也因后续打磨抛光加工去除而发挥不了其最大优点，同时心部组织由于冷却条件不佳没有被细化而残存着长时间渗碳产生的粗大铁素体组织。因此，现在急需一种凸轮轴强化处理的加工工艺，既可以提高配气凸轮轴表面硬度、耐磨性和抗接触疲劳能力，又满足高功率、高爆压、高可靠性重载发动机工况需求。

发明内容

本发明提供了一种整体热处理和表面激光复合强化的凸轮轴加工工艺，提高凸轮轴表面硬度、耐磨性和抗接触疲劳能力，满足高功率、高爆压、高可靠性重载发动机工况需求。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种凸轮轴强化处理工艺，包括以下步骤：下料-正火-机械粗加工-校直-去应力回火-激光熔凝淬火强化-机械精加工-成品入库，凸轮轴整体采用正火处理，凸轮和轴径采用激光熔凝淬火进行强化。

本发明技术方案的进一步改进在于：激光熔凝淬火工艺过程包括以下步骤：

S1：对凸轮轴进行表面清洁；

S2：在凸轮轴表面均匀的刷涂上吸光涂料；

S3：将处理好的凸轮轴固定在激光熔凝设备上，以激光束快速扫描，将凸轮轴表面加热到熔化温度以上；

S4：激光束扫描后，凸轮轴熔化层进行自冷凝固结晶。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述激光熔凝设备的淬火数控系统控制凸轮轴旋转并移动，激光处理系统采用氦氖激光器进行精确定位、配合导光系统进行激光强化处理。

本发明技术方案的进一步改进在于：步骤S3中激光熔凝工艺参数为：激光输出功率3kW，离焦量220mm，扫描速度1.4-1.8m/min。