復合凸輪片的制作方法

本發明涉及一種應用在發動機上的由兩種粉末冶金材質復合形成的雙層凸輪片，其主分類號為F16H53/00(2006.01)I。

背景技術：

凸輪軸是發動機內配氣機構的重要零部件，裝配式凸輪軸一般包括多個凸輪片和一個芯軸；發動機工作時對凸輪片要求有高耐磨、高耐蝕、耐沖擊等性能，同時要求芯軸具備很好的剛度和抗彎、抗扭性能。

目前中、重型發動機還基本采用整體式凸輪軸，其材質有的采用經滲碳處理的低碳鋼、有的采用經中高頻淬火處理的中高碳低合金鍛鋼，有的采用冷激球墨鑄鐵，而小批量的主要采用棒料加工。整體式凸輪軸加工工藝包括粗加工、半精加工和精加工。生產中采用自動線多工位機床，設備投資較大，生產線占地面積多，存在生產成本較高，油煙及皂化液污染環境等問題。且傳統的整體式凸輪軸已經不能滿足發動機日益提高的性能要求，裝配式凸輪軸應運而生。裝配式凸輪軸的凸輪一般采用焊接、燒結或機械式連接方式實現凸輪片與芯軸裝配連接。芯軸材質一般采用無縫冷拔鋼管，與高碳鋼材質的凸輪片在進行焊接或機械擴管法裝配時，容易產生熱裂紋、漲裂等缺陷，嚴重影響裝配式凸輪軸的整體強度及可靠性，存在裝配效率低下，成品合格率低等缺陷。

申請人為一家當地多年專門研制凸輪片及凸輪軸的企業，根據不斷的摸索，為了擴展企業的業務，特定研發了一款較好的復合凸輪片產品。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種復合凸輪片，解決如何具有高耐磨、高耐蝕、耐沖擊性能的技術問題。

復合凸輪片，包括內層和外層，該外層與內層通過液相連接成一體；按重量份數計，內層由以下組份組成：1-13份C，0-80份Cu，0-30份Mo，0-200份Cr，0-50份Ni，0-10份Si，1617-1999份Fe；外層由以下組份組成：2-5份C，0-5份Cu，0-2份Mo，0-16份Cr，0-4份Ni，0-1份Si，167-198份Fe。

所述內層由以下組份組成：1份C，1999份Fe；外層由以下組份組成：2份C，167-198份Fe。

所述內層由以下組份組成：13份C，80份Cu，30份Mo，200份Cr，50份Ni，10份Si，1999份Fe；外層由以下組份組成：5份C，5份Cu，2份Mo，16份Cr，4份Ni，1份Si，198份Fe。

所述內層由以下組份組成：2-10份C，10-60份Cu，5-26份Mo，8-160份Cr，6-30份Ni，2-8份Si，1620-1999份Fe；外層由以下組份組成：3-4份C，1-3份Cu，0.3-1.8份Mo，2-15份Cr，2-3份Ni，0.3-0.8份Si，168-196份Fe。

所述內層由以下組份組成：3-9份C，12-58份Cu，6-25份Mo，10-130份Cr，7-25份Ni，3-7份Si，1630-1900份Fe；外層由以下組份組成：3-4份C，2-3份Cu，0.5-1.6份Mo，3-12份Cr，2-3份Ni，0.4-0.7份Si，170-190份Fe。

所述內層由以下組份組成：5份C，20份Cu，10份Mo，50份Cr，10份Ni，5份Si，1700份Fe；外層由以下組份組成：3份C，2份Cu，1份Mo，4份Cr，2份Ni，0.5份Si，180份Fe。

所述內層由以下組份組成：7份C，29份Cu，21份Mo，120份Cr，15份Ni，6份Si，1800份Fe；外層由以下組份組成：3份C，3份Cu，1.2份Mo，8份Cr，3份Ni，0.6份Si，176份Fe。

所述內層由以下組份組成：8份C，50份Cu，19份Mo，70份Cr，20份Ni，4份Si，1750份Fe；外層由以下組份組成：4份C，2份Cu，1.6份Mo，10份Cr，2份Ni，0.7份Si，170份Fe。

所述內層由以下組份組成：6份C，36份Cu，13份Mo，20份Cr，8份Ni，7份Si，1650份Fe；外層由以下組份組成：3.5份C，2.5份Cu，0.9份Mo，6份Cr，2.8份Ni，0.65份Si，173份Fe。

所述內層由以下組份組成：5份C，35份Cu，18份Mo，110份Cr，16份Ni，5份Si，1850份Fe；外層由以下組份組成：3.6份C，2.7份Cu，1.2份Mo，8份Cr，2.8份Ni，0.55份Si，180份Fe。

本發明的有益效果是：本發明將原先單一結構的凸輪片設計成具有內外雙層復合結構，其中內層是中、低碳材質，具備較好的韌性與強度，致密度高、使凸輪片適合通過該內層采用擴管與焊接等方式與芯軸進行裝配結合，使得芯軸與內層靠液相緊密焊接在一起，這樣保護外層不易漲裂；外層是高碳材質，具備高耐磨、高耐蝕、耐沖擊性等優點，外層和內層通過液相連接在一起，適合發動機工作時對凸輪的性能要求，經過檢測，其致密度、韌性、強度可比現有凸輪片提高10-15%；所述液相為液相燒結。

附圖說明

圖1是復合凸輪片的主視圖；

圖2是復合凸輪片的剖視圖；

圖3是復合凸輪片腐蝕后的示意圖；

圖4是外層和內層結合的金相圖；

圖5是另一張外層和內層結合的金相圖；

圖中10.凸輪片、11.內層、12. 外層。

具體實施方式

請參考圖1至圖5，圖中的復合凸輪片具有內外兩層結構，這兩層結構均采用粉末冶金材質制成，目前冶金材質眾多，具體選用哪種粉末冶金材質可視情況而定，只要其滿足工作強度要求同時其內層能與芯軸焊接在一起。

該復合凸輪片10看上去可能結構較為簡單，但相對現有的凸輪片10相比具有多個創新點。相對單一材質的凸輪片10，其可減少凸輪片10的整體成本及增加整體強度；相對一根普通圓管加上在圓管上增加的冶金材質的凸輪片，其強度較高也較容易與芯軸配合，配合強度也遠高于普通圓管。上述復合凸輪片10包括內層11和外層12；按重量份數計，內層由以下組份組成：1-13份C，0-80份Cu，0-30份Mo，0-200份Cr，0-50份Ni，0-10份Si，1617-1999份Fe；外層由以下組份組成：2-5份C，0-5份Cu，0-2份Mo，0-16份Cr，0-4份Ni，0-1份Si，167-198份Fe。內層11的形狀不在實施例進行具體限定，只要其能與芯軸配合驅動外層工作即可。

實施例1

復合凸輪片，包括內層和外層；按重量份數計，內層由以下組份組成：1份C，1999份Fe；外層由以下組份組成：2份C，198份Fe。

實施例2

內層由以下組份組成：13份C，80份Cu，30份Mo，200份Cr，50份Ni，10份Si，1999份Fe；外層由以下組份組成：5份C，5份Cu，2份Mo，16份Cr，4份Ni，1份Si，198份Fe。

實施例3

內層由以下組份組成：5份C，20份Cu，10份Mo，50份Cr，10份Ni，5份Si，1700份Fe；外層由以下組份組成：3份C，2份Cu，1份Mo，4份Cr，2份Ni，0.5份Si，180份Fe。

實施例4

內層由以下組份組成：7份C，29份Cu，21份Mo，120份Cr，15份Ni，6份Si，1800份Fe；外層由以下組份組成：3份C，3份Cu，1.2份Mo，8份Cr，3份Ni，0.6份Si，176份Fe。

實施例5

內層由以下組份組成：8份C，50份Cu，19份Mo，70份Cr，20份Ni，4份Si，1750份Fe；外層由以下組份組成：4份C，2份Cu，1.6份Mo，10份Cr，2份Ni，0.7份Si，170份Fe。

實施例6

內層由以下組份組成：6份C，36份Cu，13份Mo，20份Cr，8份Ni，7份Si，1650份Fe；外層由以下組份組成：3.5份C，2.5份Cu，0.9份Mo，6份Cr，2.8份Ni，0.65份Si，173份Fe。

實施例7

所述內層由以下組份組成：5份C，35份Cu，18份Mo，110份Cr，16份Ni，5份Si，1850份Fe；外層由以下組份組成：3.6份C，2.7份Cu，1.2份Mo，8份Cr，2.8份Ni，0.55份Si，180份Fe。

在實際應用中，內層11和外層12的配方可根據需要進行改進，外層12具有高性能與挺柱配合，內層11便于與芯軸、外層12配合。

制作上述各個實施例中的復合凸輪片的制作方法是：

a、準備上述內層物料；該內層物料的顆粒度為0.1～200μm；

b、在500～1200MPa壓力下將內層物料壓制成與凸輪片形狀對應的內層毛坯；

c、內層毛坯真空燒結，在燒結爐內燒結溫度為800-1250℃，時間30-120分鐘；

d、準備外層物料，對外層物料的準備時間與準備內層物料的時間及步驟不沖突，該外層物料的顆粒度為0.1～200μm；

e、將上述燒結好的內層毛坯放入外層成型模具內，該外層成型模具形狀與凸輪片形狀對應；將上述外層物料填充上述外層成型模具內，在500～1200MPa壓力下將外層物料壓制成與凸輪片形狀對應的外層毛坯從而使外層和內層壓制成具有內外雙層結構的凸輪片毛坯；

f、凸輪片毛坯真空燒結，在燒結爐內燒結溫度為700-1050℃，時間30-90分鐘；

g、待燒結爐溫度降至500-850度，取出并進行密壓得到密度7-8.9g/cm3的致密件；

h、將步驟g中的密壓后的凸輪片放入真空爐淬火爐加熱到790-890℃，進行真空淬火；

j、再加熱到175～250℃保溫0.5～1h，進行去應力，最后得到凸輪片。