CN104879179B - 一种发动机凸轮及其加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发动机凸轮及其加工方法，该凸轮包括基体和工作面，工作面通过焊接方式与基体连接成一体；其中，基体与工作面材质不同，工作面为具有较好耐磨性的粉末冶金层，基体为具有较强韧性的粉末冶金基体。该加工方法为先混合粉末冶金各组分，然后成形，烧结，热处理，激光熔覆，研磨，与芯轴连接。本发明具有节省原材料成本，简化生产工艺，有效改善产品工作面耐磨性与基体韧性矛盾的优势。

Description

一种发动机凸轮及其加工方法

技术领域

本发明涉及发动机凸轮技术领域，具体涉及一种发动机凸轮及其加工方法。

背景技术

凸轮轴是活塞发动机里的一个部件，它的作用是控制气门的开启和闭合动作，需要承受很大的扭矩和耐磨性，因此设计中对凸轮轴在强度、硬度和支撑方面的要求很高。由于气门运动规律关系到一台发动机的动力和运转特性，因此凸轮轴设计在发动机的设计过程中占据着十分重要的地位。凸轮轴的主体是一根与气缸组长度相同的圆柱形棒体，上面并排有若干个凸轮，用于驱动气门。轮轴的一端是轴承支撑点，另一端与驱动轮连接，凸轮的侧面呈桃形，目的在于在尽可能短的时间内完成气门的开、闭动作，保证气缸充分的进气和排气。

现有技术一般采用冷硬铸铁、硬质铸铁、和钢料制造整体式凸轮轴，或者以粉末冶金工艺制造凸轮，无缝钢管制造芯轴，通过焊接、烧结、机械的方法制造组合式凸轮轴。整体式凸轮轴的问题在于实现减轻重量的要求非常困难，为了减轻凸轮轴的重量，加工成本非常高；在提高凸轮桃形外表面的耐磨性方面，制造上也是很难的技术问题。另外，整体式凸轮轴不利于提高性能及采用多气门结构。组合式凸轮轴在减轻重量，降低加工成本以及提高性能及采用多气门结构方面有所改善，但是由于现有粉末冶金技术制造的凸轮的工作面和基体采用相同材料，在相同加工条件下完成，很难同时兼顾工作面的耐磨性和基体的韧性。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的不足，本发明提出一种发动机凸轮，同时具备耐磨性和基体的韧性。本发明的另一目的是提供一种上述发动机凸轮的加工方法。

技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种发动机凸轮，包括基体和工作面，所述的工作面直接熔覆在基体上；其中，基体与工作面材质不同，工作面为具有较好耐磨性的粉末冶金层，基体为具有较强韧性的粉末冶金基体。

所述的基体为整体呈桃形的结构。

在所述的基体中间设有轴孔用于与凸轮轴相连，轴孔上设有齿。

在所述基体的侧面上设有2个孔。

所述工作面设在基体的尖部位置。

所述工作面厚度为1～2mm。

所述基体的粉末冶金原料组成为：铁：余量，铜：1～5％，镍：1～5％，碳：0～0.8％，杂质：不大于2％。

所述工作面的粉末冶金原料组成为：镍：余量，铁：0～5％，碳：0～0.8％，硅：2.5～7.5％，硼：0.5～3.0％，杂质：不大于2％。

一种所述的发动机凸轮的加工方法，混合粉末冶金各组分，然后在160吨成形机上成形，1120℃±10℃烧结30±10分钟，820℃±10℃淬火80±10分钟；180℃±10℃回火60±10分钟；激光熔覆工作面，激光功率2～8KW，熔覆速度4～20mm/s，送粉速度10～100g/min，氩气或氮气保护气氛；研磨。

有益效果：与现有技术相比，本发明的特色和创新点如下：本发明具有节省原材料成本，简化生产工艺，有效改善产品工作面耐磨性与基体韧性矛盾的优势。

附图说明

图1是发动机凸轮的结构示意图；

图2是发动机凸轮的剖视图；

图3是发动机凸轮的侧视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

如图1和图2所示，发动机凸轮包括基体1和工作面2，基体1为整体呈桃形的结构，中间设有轴孔3用于与凸轮轴相连，轴孔3上设有齿4，在基体1的侧面上设有2个孔5。工作面2设在基体1的尖部位置，通过焊接方式与基体1连接成一体。工作面2为具有很好耐磨性能的粉末冶金层，厚度为1～2mm。基体1为具有较强韧性的粉末冶金基体。

基体1的粉末冶金原料组成为：铁：余量，铜：1～5％，镍：1～5％，碳：0～0.8％，杂质：2％最大。

工作面2的粉末冶金原料组成为：镍：余量，铁：0～5％，碳：0～0.8％，硅：2.5～7.5％，硼：0.5～3.0％，杂质：2％最大。

该发动机凸轮的制备工艺为：混合粉末冶金各组分，然后在160吨成形机上成形，1120℃±10℃烧结30±10分钟，820℃±10℃淬火80±10分钟；180℃±10℃回火60±10分钟；激光熔覆工作面，激光功率2～8KW，熔覆速度4～20mm/s，送粉速度10～100g/min，氩气或氮气保护气氛；研磨。

凸轮的耐磨性和韧性通过硬度和开环强度的指标来测定，具体结果如下：

1)硬度：表面硬度：HV₁₀ 400～650；0.1～0.5深度硬度：HV_0.2 550最小；0.9深度硬度：HV_0.2 520最小；心部硬度：HV₁₀ 370最小。

2)开环强度：破坏力：35000牛顿最小；位移量：0.35毫米最小。

3)耐磨性：将通过本方法制造的凸轮轴总装成发动机总成进行试验，结果较普通粉末冶金技术成形的凸轮轴耐磨试验时间提升40～50％。

4)韧性：将通过本方法制造的凸轮轴总装成发动机总成进行试验，结果较普通粉末冶金技术成形的凸轮轴耐磨试验时间提升10～20％。

Claims (6)

1.一种发动机凸轮，其特征在于，包括基体(1)和工作面(2)，所述的工作面(2)直接熔覆在基体(1)上；其中，基体(1)与工作面(2)材质不同，工作面(2)为具有较好耐磨性的粉末冶金层，基体(1)为具有较强韧性的粉末冶金基体；所述基体(1)的粉末冶金原料组成为：铁：余量，铜：1～5％，镍：1～5％，碳：0～0.8％，杂质：不大于2％；所述工作面(2)的粉末冶金原料组成为：镍：余量，铁：0～5％，碳：0～0.8％，硅：2.5～7.5％，硼：0.5～3.0％，杂质：不大于2％；所述的发动机凸轮由以下方法制备而成：混合基体的粉末冶金各组分，然后在160吨成形机上成形，1120℃±10℃烧结30±10分钟，820℃±10℃淬火80±10分钟；180℃±10℃回火60±10分钟；激光熔覆工作面，激光功率2～8KW，熔覆速度4～20mm/s，送粉速度10～100g/min，氩气或氮气保护气氛；研磨。

2.根据权利要求1所述的发动机凸轮，其特征在于：所述的基体(1)为整体呈桃形的结构。

3.根据权利要求2所述的发动机凸轮，其特征在于：在所述的基体(1)中间设有轴孔(3)用于与凸轮轴相连，轴孔(3)上设有齿(4)。

4.根据权利要求1所述的发动机凸轮，其特征在于：在所述基体(1)的侧面上设有2个孔(5)。

5.根据权利要求1所述的发动机凸轮，其特征在于：所述工作面(2)设在基体(1)的尖部位置。

6.根据权利要求1所述的发动机凸轮，其特征在于：所述工作面(2)厚度为1～2mm。