一種凸輪軸的制作方法

本實用新型涉及機械制造技術領域，特別涉及一種凸輪軸。

背景技術：

凸輪軸的作用是控制氣門的開啟和閉合動作，需要承受周期性的沖擊載荷和很大的扭矩，凸輪與挺柱之間的接觸應力很大，相對滑動速度也很高，因此對凸輪軸在耐磨性、強度以及精度方面的要求很高。

現有技術中，采用的凸輪軸一般包括普通鋼制凸輪軸和裝配式凸輪軸。其中：

普通鋼制凸輪軸(又名鍛鋼式凸輪軸)，常用的材料有45鋼以及cf53鋼等，毛坯處理工藝以楔橫軋居多，整體經正火處理，心部組織為珠光體+鐵素體。凸輪及軸頸的表面處理工藝為高頻淬火，使得表面獲得馬氏體組織，硬度大約在55HRC以上。厚度大約在1mm至3mm。

裝配式凸輪軸的軸和凸輪分開制造，然后裝配在一起。凸輪采用碳鋼或粉末冶金材料，軸則采用冷拔薄壁無縫鋼管。碳鋼凸輪可進行高頻淬火或滲碳處理，具有較高的耐粘著、耐點蝕性能。燒結合金材料為Fe2C2P2Ni2Cr2Mo合金，是制作凸輪的理想材料。連接方式有焊接、燒結以及滾花等。裝配工藝精度要求高，國內的裝配式凸輪軸處于樣件試制階段，還難以達到應用的要求，生產廠家有比如河南中軸、上虞春暉內配等。國外的生產工藝相對較為成熟。如五十鈴的6HK1，奔馳的OM471等。

但是，鍛鋼式凸輪軸，由于無法實現輕量化，且加工成本較高，進一步發展的潛力較小。而且，裝配式凸輪軸，焊接時容易產生熱變形，使凸輪軸的尺寸精度降低，激烈的熱變化也容易使焊接部位產生裂紋，質量難以保證；燒結連接在燒結爐內進行，在高溫下軸容易產生彎曲，造成尺寸精度誤差，而且需要大型燒結爐，熱效率不高；冷熱套過盈連接法在連接時需加熱凸輪軸，這就使得凸輪軸產生軟化現象，難以保證摩擦時的耐磨性。

因此，如何設計一種加工成本較低、綜合性能較高的凸輪軸，是目前本領域技術人員亟待解決的技術問題。

技術實現要素：

有鑒于此，本實用新型的目的在于提供一種凸輪軸，能夠保證凸輪軸表層的耐磨性和心部的韌性，其加工成本較低，且具有較高的綜合性能。

為實現上述目的，本實用新型提供如下技術方案：

一種凸輪軸，包括凸輪和軸頸；

所述凸輪的表面具有4mm至7mm深度的萊氏體硬化層；

所述軸頸表面具有2mm至5mm深度的所述萊氏體硬化層；

所述凸輪和所述軸頸的心部均為蠕墨鑄鐵組織。

優選地，在上述凸輪軸中，所述萊氏體硬化層和所述心部之間為中間層，所述中間層為麻口組織。

從上述技術方案可以看出，本實用新型提供的凸輪軸，表層為萊氏體硬化層，心部為蠕墨鑄鐵組織，保證了表層的耐磨性和心部的韌性。該凸輪軸通過改變內部材料結構，提升了凸輪軸的綜合性能。該凸輪軸，相較于普通鋼制凸輪軸和裝配式凸輪軸來說，不僅可一次成型，減少加工費用；而且不會像裝配式凸輪軸一樣產生焊接變形，能夠保證凸輪軸的尺寸精度。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本實用新型實施例提供的凸輪軸的整體結構示意圖；

圖2為本實用新型實施例提供的凸輪軸的凸輪部分的剖視圖；

圖3為本實用新型實施例提供的凸輪軸的軸頸部分的剖視圖。

1-凸輪，2-軸頸，3-萊氏體硬化層，4-中間層，5-心部。

具體實施方式

本實用新型公開了一種凸輪軸，能夠保證凸輪軸表層的耐磨性和心部的韌性，其加工成本較低，且具有較高的綜合性能。

下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。

請參閱圖1至圖3，圖1為本實用新型實施例提供的凸輪軸的整體結構示意圖，圖2為本實用新型實施例提供的凸輪軸的剖視圖，圖3為本實用新型實施例提供的凸輪軸的軸頸部分的剖視圖。

本實用新型實施例提供的凸輪軸，包括凸輪1和軸頸2。其中，凸輪1的表面具有4mm至7mm深度的萊氏體硬化層3(硬度達到55HRC以上)；軸頸2的表面具有2mm至5mm深度的萊氏體硬化層3；凸輪1的心部5和軸頸2的心部5均為蠕墨鑄鐵組織(硬度為HB220至HB300，約22HRC至30HRC)。此外，在該凸輪軸中，上述萊氏體硬化層3和心部5之間為中間層4，中間層4為麻口組織。

可見，本實用新型實施例提供的凸輪軸，表層為萊氏體硬化層3，心部5為蠕墨鑄鐵組織，保證了表層的耐磨性和心部的韌性。該凸輪軸通過改變內部材料和結構，提升了凸輪軸的綜合性能。該凸輪軸，相較于現有技術中的普通鋼制凸輪軸和裝配式凸輪軸來說，不僅可一次成型，減少加工費用，而且不會像裝配式凸輪軸一樣產生焊接變形，能夠保證凸輪軸的尺寸精度。

本實用新型實施例提供的凸輪軸，為冷激合金鑄鐵凸輪軸，其生產過程為：

以一定的合金成分的鐵液澆入型腔(該型腔的凸輪桃尖由冷鐵快速冷卻，以強化此部位的冷卻，使得表面獲得硬度更高、耐磨性更好的萊氏體組織，而基圓不激冷)中，使凸輪1的表面形成4mm至7mm深度的萊氏體組織(俗稱白口層，即萊氏體硬化層3)，軸頸2的表面形成2mm至5mm深度的萊氏體組織(俗稱白口層，即萊氏體硬化層3)，凸輪軸的心部(即凸輪1的心部5和軸頸2的心部5)均為灰口組織(即蠕墨鑄鐵組織)，硬度為HB220至HB300，其余為麻口組織。

該冷激合金鑄鐵凸輪軸的使用性能，關鍵取決于凸輪1的白口層的硬度及深度，它是衡量凸輪軸工作表面的重要指標，凸輪1的白口層硬度的高低、深度的大小，除鑄造中與冷鐵大小有關外，在很大程度上取決于合金成分。由于有激冷過程，因此會影響蠕蟲狀石墨的形成，所以成分上區別于普通蠕墨鑄鐵。本實用新型實施例提供的凸輪軸的化學成分如下表所示，同時采用熱分析技術進行工藝控制。

本實用新型實施例提供的凸輪軸的化學成分表

最終得到的金相組織為：心部蠕墨鑄鐵組織，蠕化率達到70％以上，表層為萊氏體組織，硬度達到55HRC以上，萊氏體硬化層的厚度達到5mm以上。

可見，本實用新型實施例提供的凸輪軸通過激冷形成凸輪軸表層的萊氏體硬化層，減少熱處理工序，降低成本。

其中，“蠕墨鑄鐵”的石墨形態介于片狀和球狀石墨之間，短而厚，頭部較圓(似蠕蟲)，因此其力學性能也介于灰鐵和球鐵之間，其鑄造性能、減震性和導熱性都優于球墨鑄鐵，與灰鑄鐵相近。是通過在澆注之前加蠕化劑(鎂或稀土)，隨后凝固而制得的。

本實用新型實施例提供的凸輪軸的主要特點是：與激冷灰鑄鐵相比，強度提高，彈性模量高，因而剛性增強；同時與激冷球鐵相比，很大程度地降低了鑄造缺陷率(主要是縮松)，提高了產品的質量。從而，本實用新型實施例提供的凸輪軸，在不增加成本的前提下，優化了凸輪軸的性能，采用蠕墨鑄鐵，既提高耐磨性，又提高本體強度，增強凸輪軸抗扭轉破壞的能力，從而能夠降低斷軸故障率，提高發動機的可靠性。

最后，還需要說明的是，在本文中，術語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。

本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。

對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本實用新型。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本實用新型的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本實用新型將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。