CN103899372B - 一种粉末冶金组合烧结式凸轮轴及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了属于粉末冶金技术领域的一种汽车、摩托车发动机用粉末冶金组合烧结式凸轮轴及其制备方法。该凸轮轴的芯轴材料为碳含量0.6%以上的合金钢或高碳钢等，经过与凸轮组合并烧结以后，芯轴硬度HRC 20以上，芯轴的局部部位可直接作为凸轮轴的轴颈使用。整个制备工艺流程仅包括压制凸轮、组合、烧结、后续加工四个主要工序即可完成凸轮轴的制备，工艺简单，节材、节能效果明显；具有耐磨性好、节材、污染少的优点。经过快速冷却后，芯轴硬度可达到HRC 20以上的范围，而使芯轴的局部部位能够直接用作轴颈，省去了芯轴淬火工艺，缩短了工艺流程，降低了能耗，降低成本，并且简化了凸轮轴的设计。
Description
技术领域
本发明属于粉末冶金技术领域，特别涉及一种汽车、摩托车发动机用粉末冶金组合烧结式凸轮轴及其制备方法。
背景技术
凸轮轴属于发动机配气系统关键零部件，其传统的制备工艺一般是采用铸造或锻造毛坯经机加工而成，存在质量重、材料利用率低、耐磨性差、能耗高的问题。为了进一步降低成本和能耗，缓解日益加剧的能源短缺和环境恶化问题，世界各国一直都在积极开拓和发展节材、节能、环保的凸轮轴制备新技术。
粉末冶金是一种集材料和零件成形制备于一体的绿色制备技术，具有节材、节能、轻质、无污染等优点。粉末冶金凸轮轴，是在粉末冶金技术基础上开发的新型凸轮轴，其常规的制备工艺流程为：首先将凸轮轴分为芯轴、粉末冶金凸轮、轴颈等多个分体部件，然后通过焊接、过盈装配、键连接等诸多方法进行组合紧固连接，而获得粉末冶金凸轮轴毛坯，凸轮轴毛坯再经过后续加工(例如磨削、车削等)可获得粉末冶金凸轮轴成品轴。粉末冶金组合式凸轮轴的优点包括：耐磨性好、节材、节能、轻质、设计灵活等。
然而，对于芯轴局部作为轴颈使用的一类粉末冶金凸轮轴，因其轴颈部位存在相对较高的硬度要求，除了上述工序外，还需要额外对芯轴进行淬火处理，显著延长了工艺流程，增加了能源消耗。同时，淬火后芯轴存在一定变形，且硬度较高，机加工所用刀具寿命降低，不利于使用过盈装配、键连接等对尺寸精度要求高的冷连接方式。另外，淬火工艺还会与焊接等热连接工艺相互冲突，而影响轴颈部位的硬度。
因此，上述已有的粉末冶金凸轮轴制备工艺对于制备芯轴局部作为轴颈使用的粉末冶金凸轮轴，存在工艺流程长、工艺稳定性差、能源消耗高等问题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述因芯轴的特定硬度要求而导致的粉末冶金凸轮轴制备工艺流程延长、工艺稳定性下降、能耗高的问题，而提供一种粉末冶金组合烧结式凸轮轴及其制备方法。
本发明提供的一种粉末冶金组合烧结式凸轮轴，其特征在于：该凸轮轴的芯轴材料为碳含量0.6％以上的合金钢或高碳钢等，经过与凸轮组合并烧结以后，芯轴硬度HRC 20以上，芯轴的局部部位可直接作为凸轮轴的轴颈使用。
所述粉末冶金凸轮轴的凸轮可以是铁基粉末冶金材料、钛基粉末冶金材料、铝基粉末冶金材料、镍基粉末冶金材料等。
本发明还提供上述粉末冶金组合烧结式凸轮轴的制备方法，其特征在于：首先压制粉末冶金凸轮；然后将粉末冶金凸轮组合到芯轴上；之后将组合轴放入烧结炉经烧结工序，在高温条件下，将粉末冶金凸轮与芯轴烧结焊接在一起，粉末冶金凸轮与芯轴间可形成紧密牢固的冶金结合，然后经10～300℃/min的速度冷却至室温，获得粉末冶金组合烧结式凸轮轴毛坯。凸轮轴毛坯再经后续加工(例如磨削、车削等)可获得凸轮轴成品轴。上述烧结工艺为：烧结温度1000℃～1280℃，烧结时间10～20分钟，烧结气氛为还原性气氛或真空。
上述方法中，所述粉末冶金压制凸轮生坯的内孔与芯轴(钢管)的间隙控制在0.01～2.0mm范围内。
上述粉末冶金凸轮组合到芯轴上时，凸轮相位角的固定方式可以是：夹具固定、定位销固定、或通过在芯轴上加工凹槽等方式。
本发明所提供的凸轮轴和制备工艺有以下优点：整个制备工艺流程仅包括压制凸轮、组合、烧结、后续加工四个主要工序即可完成凸轮轴的制备，工艺简单，节材、节能效果明显；具有耐磨性好、节材、污染少的优点。经过快速冷却后，芯轴硬度可达到HRC 20以上的范围，而使芯轴的局部部位能够直接用作轴颈，省去了芯轴淬火工艺，缩短了工艺流程，降低了能耗，降低成本，并且简化了凸轮轴的设计。
具体实施方式
下面的实施例可以使本专业技术人员更全面的理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
实施例1
将的T8钢作为芯轴材料，进行表面喷砂除锈、除油、清洗等处理。采用化学成分为C2％、Cr4％、Ni2％、Mo1％、Cu2％、其余为Fe的混合粉末在600MPa下进行压制成内孔比芯轴外径大0.2mm的凸轮，然后将凸轮套至芯轴上，并采用钢质夹具固定凸轮相位角和支撑凸轮轴。之后，将组合轴在温度为1100℃、时间为20分钟、氢气气氛下进行烧结，经20℃/min的冷却速度降至室温，制备出芯轴硬度约HRC 40的粉末冶金凸轮轴毛坯。毛坯轴经磨床磨削后获得粉末冶金凸轮轴。
实施例2
将的65Mn钢作为芯轴材料，进行表面喷砂除锈、除油、清洗等处理。在芯轴安放凸轮的位置开定位销孔，以用于定位凸轮片位置和相位角。采用化学成分为C2％、Cr4％、Ni2％、Mo1％、Cu2％、其余为Fe的混合粉末在600MPa下进行压制成内孔比芯轴外径大0.1mm的凸轮，且凸轮具备与芯轴上定位销孔相互匹配的结构。然后将凸轮套至芯轴上，并采用定位销固定凸轮相位角。之后，将组合轴在温度为1150℃、时间为20分钟、氢气气氛下进行烧结，经25℃/min的冷却速度降至室温，制备出芯轴硬度约HRC 30的粉末冶金凸轮轴毛坯。毛坯轴经磨床磨削后，获得粉末冶金凸轮轴。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (6)
1.一种粉末冶金组合烧结式凸轮轴，其特征在于：该凸轮轴的芯轴材料为碳含量0.6％以上的合金钢或高碳钢，经过与凸轮组合并烧结以后，芯轴硬度HRC 20以上，芯轴的局部部位可直接作为凸轮轴的轴颈使用；
首先压制粉末冶金凸轮；然后将粉末冶金凸轮组合到芯轴上；之后将组合轴放入烧结炉经烧结工序将粉末冶金凸轮与芯轴烧结焊接在一起，然后经10～300℃/min的速度冷却至室温，获得粉末冶金组合烧结式凸轮轴毛坯，凸轮轴毛坯再经后续加工可获得凸轮轴成品轴；其中，烧结工艺为：烧结温度1000℃～1280℃，烧结时间10～20分钟；所述粉末冶金压制凸轮生坯的内孔与芯轴的间隙控制在0.01～2.0mm范围内。
2.根据权利要求1所述的粉末冶金组合烧结式凸轮轴，其特征在于：所述粉末冶金凸轮轴的凸轮为铁基粉末冶金材料、钛基粉末冶金材料、铝基粉末冶金材料或镍基粉末冶金材料。
3.一种粉末冶金组合烧结式凸轮轴的制备方法，其特征在于：首先压制粉末冶金凸轮；然后将粉末冶金凸轮组合到芯轴上；之后将组合轴放入烧结炉经烧结工序将粉末冶金凸轮与芯轴烧结焊接在一起，然后经10～300℃/min的速度冷却至室温，获得粉末冶金组合烧结式凸轮轴毛坯，凸轮轴毛坯再经后续加工可获得凸轮轴成品轴；其中，烧结工艺为：烧结温度1000℃～1280℃，烧结时间10～20分钟；所述粉末冶金压制凸轮生坯的内孔与芯轴的间隙控制在0.01～2.0mm范围内。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：烧结气氛为还原性气氛或真空。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述后续加工包括磨削、车削。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述粉末冶金凸轮组合到芯轴上时，凸轮相位角的固定方式为：夹具固定、定位销固定、或通过在芯轴上加工凹槽的方式。
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