[发明专利]球墨铸铁凸轮轴及其制造方法

说明书

本发明涉及一种发动机凸轮轴及其制造方法。

目前，国内外凸轮轴的材料一般用优质钢模锻而成或采用非合金灰铸铁或球墨铸铁铸制而成。凸轮轴的结构多为顶置凸轮轴，不包含整体齿轮，齿轮是从凸轮轴一端安装上去的。为了保证耐磨性，在制造凸轮轴时，锻钢凸轮轴采用淬火硬化，化非合金灰铸铁凸轮轴多采用冷激铸造法和近年以来西德采用的表面重熔硬化方法。但是上述方法不适于整铸凸轮轴（即齿轮与凸轮轴整铸为一体），因为锻钢凸轮轴不耐磨、寿命低。冷激铸造凸轮轴费用昂贵，因为成本高的冷铁迄今只能靠手工才能可靠地放进铸型中去，使这种铸造过程自动化的尝试尚无成功的希望。而西德的灰铁重熔技术解决不了整铸凸轮轴齿轮工艺问题（灰铁齿轮易淬裂）和整体轴抗弯曲疲劳强度。本发明选用的球铁材料成分和制造工艺国内外未见先例。

本发明的目的是提供一种使用寿命高，耐磨性能好的球墨铸铁整铸凸轮轴。

本发明的另一目的是提供一种操作简单，成本低，便于实现机械化生产的球铁凸轮轴的制造方法，并能使凸轮轴获得较好的综合性能。

本发明是这样实现的：采用化学成分为C3.6～3.9%、Si1.8～2.7%、Mn0.3～1.0%、P＜0.05%、S＜0.03%、Cr≤0.5%、Mg0.03～0.06%及余量Fe、铸态基体组织为珠光体基体+10～15%铁素体，铸造渗炭体＜3%的球墨铸铁整体铸造成包含齿轮的凸轮轴。其制造方法包括：造型、冶炼、浇注、机加工，重熔硬化等步骤，使用重熔仿形机床对凸轮表面进行重熔硬化处理。重熔参数为电压5～20伏，电流30～100安培，惰性气流量3～6立方米/分，凸轮运行速度2.5分/周、高温源横向扫描速度10毫米/秒。

下面结合本发明的一个实施例及附图对本发明作进一步说明：图1为本发明的结构示意图，图2为本发明在重熔仿形机床上工作简图以北京BJ492Q85马力发动机凸轮轴为例，选用化学成分为C3.6%，Si2.5%，Mn0.4%，P0.03%，S0.02%，Cr0.5%，Mg0.041%，Fe余量铸态基体组织为珠光体基体+10%铁素体，铸造渗炭体为3%，用Mg作球化剂、采用压入加镁球化处理方法，球化级别1～2级，球墨大小6～7级的球墨铸铁整体铸造成包含整体齿轮2、凸轮1、轴肩3的整铸凸轮轴。其制造方法是将整铸凸轮轴进行车削加工（留余量0.5mm）后，在重熔仿形机床上对凸轮1表面进行重熔硬化处理。利用7000°K高温电弧热源不熔化钨极4经惰性气体（氩气）保护凸轮表面液体溶池，将凸轮1表面重熔，获得表面1～1.5mm的硬化耐磨层，硬度HRC53～62。重熔参数为：电压10～15伏、电流50～100安培、惰性气流量3～6立方米/分、凸轮运行圆周速度2.5分/周高温源横向扫描速度10毫米/秒。由于采用特定成分的球铁凸轮轴和重熔参数的变化，从而省掉了重熔前预热、重熔后缓冷工序，优于西德灰铁重熔工艺。球铁整铸凸轮轴齿轮2采用高中频齿面淬火HRC51～57或正火处理HB260～280，解决了灰铁齿轮淬火易裂问题和满足轴体的抗弯曲疲劳强度的要求σ-1≥20kg/mm²。

本发明具有以下优点：

1.经台架试验和道路试验，比冷激合金铸铁凸轮轴耐磨性能提高2～3倍，满足高速高负荷工况的要求。

2.兼有优良的抗擦伤能力，抗粘着性，抗咬伤、抗剥落的强韧性能。

3.采用整体铸造解决了整体齿轮淬火和轴体的抗弯曲疲劳强度的要求。

4.操作工艺简单、节省工时，成本低。