一種凸輪軸用材料及加工成形製造方法

2023-06-06 08:13:01

一種凸輪軸用材料及加工成形製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種以Al-Fe-Si系ZL104鋁合金為材料的凸輪軸的加工成形製造方法。該方法屬於熱處理【技術領域】。該凸輪軸通過如下工序實現：粉末冶金製造毛坯－退火處理－機械加工－熱處理+表面化學處理－電鍍處理。該製造方法製得的凸輪軸質量好，工作穩定，不僅表面硬度高耐磨性好且抗彎曲能力強，抗疲勞強度高，而且心部韌性好，使用壽命長，工作可靠性高，粉末冶金製得凸輪軸耐高溫性好，潤滑性能很好，而且使凸輪軸具有良好的減磨性和低噪音，可以使凸輪軸具有較高的強度和硬度，從而保證了含油凸輪軸工作的穩定性，熱處理提高了凸輪軸的表面硬度和耐磨性，同時使得心部韌性提高，機加工的特殊技術使得齒輪軸保證了尺寸精度和位置精度以及安裝精度。
【專利說明】一種凸輪軸用材料及加工成形製造方法

【技術領域】
[0001]本發明屬於熱處理【技術領域】，涉及鋁合金及其凸輪軸。尤其是一種以Al-Fe-Si系ZL104鋁合金為材料的凸輪軸的加工成形製造方法。

【背景技術】
[0002]目前使用的凸輪軸多數是鑄製造而成，這就決定了它砂眼多、砂眼區域不固定，因此廢品率高而凸輪軸在工作中常受到的摩擦大，因此常出現裂紋，使用壽命短。需經常更換或修復凸輪軸，目前，現有的凸輪軸有銅基、鐵基和鐵、銅等材料混合整體製成的，其中，銅基材料製成的凸輪軸具有良好的減磨性和低噪音等性能，但造價高，增加了生產成本；而鐵基材料製成的凸輪軸雖然成本低廉，但其減磨性和噪音方面遠遠不如銅基材料製成的含油凸輪軸；鐵、銅等材料混合整體製成的含油凸輪軸其減磨性和噪音方面雖然高於鐵基材料製成的含油凸輪軸，但仍達不到銅基材料製成的含油凸輪軸所具有的良好的減磨性和低噪音等性能，所以無法滿足客戶的需要，而凸輪軸是一種重要的機械部件，在石油、化工，航空航天，船舶等領域都有廣泛的應用，因此凸輪軸的破壞會給經濟和機器的正常工作帶來巨大的危害。


【發明內容】

[0003]針對現有技術的不足，本發明為了解決上述問題，設計了一種以Al-Fe-Si系ZL104鋁合金為材料的凸輪軸的加工成形製造方法。
[0004]本發明設計了一種Al-Fe-Si系ZL104鋁合金為材料的凸輪軸的加工成形製造方法，該凸輪軸材料主要包括了下列元素的百分比含量=Mn0.52%-0.91%，T1.05%-0.13%，Mg0.37%-1.89%, Si6.68%-8.85%, Pb〈0.02，Cu〈0.1, S〈0.02，Ρ〈0.02，Ζη〈0.21 餘量為鐵及不可避免的雜質，優選 Mn0.53%-0.90%, T1.06%-0.12%, Mg0.39%-1.52%, Si7.68%_7.92%,Pb〈0.01，Cu〈0.2，S〈0.03，Ρ〈0.01，Ζη〈0.22，其特徵在於採用了下列的加工工藝:(1)對壓製成型的凸輪軸坯料進行燒結，燒結溫度為:1210-1300°C，燒結時間為:0.5-1.5h，在煤氣爐中燒結並且通入丙烷氣體，在空氣中緩慢冷卻，(2)對粉末成形的凸輪軸進行再結晶退火處理，使其加熱到820-860°C，保溫4-5h然後隨爐緩冷到360_420°C，再空冷，從而提高其塑性，再次加熱，去應力退火，加熱到740-910°C，保溫3.2-5.4h後空冷。從而消除在壓制過程中產生的應力，(3)對凸輪軸進行機加工，設定在主軸上的座標軸為第一座標軸，與主軸垂直方向為第二座標軸且在此方向上安裝砂輪，繞第一座標軸旋轉的為第三座標軸，使凸輪軸主軸軸線與第一座標軸重合，轉動凸輪軸到預定位置，使得砂輪與凸輪軸的外圓對正並表面接觸，啟動砂輪，根據第二和第三坐標的函數關係進行磨削加工，(4)對經機械加工的凸輪軸進行熱處理，採用電解液淬火，將凸輪軸放入電解淬火液中，凸輪軸接陰極，電解液接陽極，通電加熱達到給定溫度斷電，零件被周圍的冷卻液冷卻而淬硬，(5)進行滲碳處理，將凸輪軸垂吊於加熱爐上方，通入CO2，將碳離子沉積在凸輪軸表面，從而提要凸輪軸的耐磨性，延長其使用壽命，(6)對凸輪軸表面鍍鋅處理，其特徵在於電鍍液的濃度配比含量為:硫酸鋅900-110g/L，氯化鈉65-85g/L，醋酸鉀21_45g/L，鹽酸135_175g/L，氯化鋅155-192g/L ;電鍍溶液溫度控制在40-60°C，電鍍時間為0.7-2.1h,電流密度為2_4A/dm2。對鍍鋅後的工件將工件放入40-50 V清水中振動衝洗烘乾即可。
[0005]本發明優點在於採用Al-Fe-Si系ZL104鋁合金，不僅廉價而且其減摩性和低噪音達到了銅基材料的要求，即經濟又實惠；該製造方法製得的凸輪軸不僅表面硬度高耐磨性好且抗彎曲能力強，抗疲勞強度高，而且心部韌性好，使用壽命長，工作可靠性高，粉末冶金製得凸輪軸耐高溫性好，潤滑性能很好，而且使含油凸輪軸具有良好的減磨性和低噪音，可以使凸輪軸本體具有較高的強度和硬度，從而保證了含油凸輪軸工作的穩定性，降低了維護成本而被廣泛應用在一些連續生產時間長、不方便加油潤滑的地方，減低了生產成本，對精加工後的凸輪軸進行熱處理，使得銷軸的強度、塑性、韌性等綜合性能提高。通過滲碳處理，使得凸輪軸具有高的疲強度、耐磨性和抗咬合性，而且加工工序簡單，成本低廉，且銷軸的使用壽命長。

【具體實施方式】
[0006]實施例一
[0007]一種以Al-Fe-Si系ZL104鋁合金為材料的凸輪軸的加工成形製造方法，該凸輪軸材料主要包括了下列元素的百分比含量:Mn0.52%, T1.05%, Mg0.37%, Si6.68%, Pb〈0.02%,Cu〈0.1%, S〈0.02%, P〈0.02%, Zn〈0.21%,餘量為鐵及不可避免的雜質，其採用了下列關鍵的加工工藝:(I)對壓製成型的凸輪軸坯料進行燒結，燒結溫度為:1210°C，燒結時間為:
0.5h，且通入丙烷氣體，在空氣中緩慢冷卻，(2)再結晶退火處理，使其加熱到820°C，保溫4h然後隨爐緩冷到360°C，空冷，再次加熱，去應力退火，加熱到740°C，保溫3.2h後空冷，
(3)對凸輪軸進行機加工,設定在主軸上的座標軸為第一座標軸，與主軸垂直方向為第二座標軸且在此方向上安裝砂輪，繞第一座標軸旋轉的為第三座標軸，使凸輪軸主軸軸線與第一座標軸重合，轉動凸輪軸到預定位置，使得砂輪與凸輪軸的外圓對正並表面接觸，啟動砂輪，根據第二和第三坐標的函數關係進行磨削加工，(4)熱處理，採用電解液淬火，凸輪軸接陰極，電解液接陽極，通電加熱達到給定溫度斷電，零件被周圍的冷卻液冷卻而淬硬，(5)進行滲碳處理，將凸輪軸垂吊於加熱爐上方，通入CO2, (6)對凸輪軸表面鍍鋅處理，電鍍液的濃度配比為:硫酸鋅90g/L，氯化鈉65g/L，醋酸鉀21g/L，鹽酸135g/L，氯化鋅155g/L ；電鍍溶液溫度控制在40°C，電鍍時間為0.7h，電流密度為2A/dm2。對鍍鋅後的工件將工件放入40 V清水中振動衝洗烘乾即可。
[0008]實施例二
[0009]一種以Al-Fe-Si系ZL104鋁合金為材料的凸輪軸的加工成形製造方法，該凸輪軸材料主要包括了下列元素的百分比含量:Mn0.90%, T1.12%, Mgl.52%，Si7.92%，Pb〈0.01%, Cu〈0.2%, S〈0.03%, Ρ〈0.01%, Ζη〈0.22%,其採用了下列關鍵的加工工藝:(I)對壓製成型的凸輪軸坯料進行燒結，燒結溫度為:1300°C，燒結時間為:1.5h，且通入丙烷氣體，在空氣中緩慢冷卻，(2)再結晶退火處理，使其加熱到860°C，保溫5h然後隨爐緩冷到420°C，空冷，再次加熱，去應力退火，加熱到910°C，保溫5.4h後空冷，(3)對凸輪軸進行機加工，設定在主軸上的座標軸為第一座標軸，與主軸垂直方向為第二座標軸且在此方向上安裝砂輪，繞第一座標軸旋轉的為第三座標軸，使凸輪軸主軸軸線與第一座標軸重合，轉動凸輪軸到預定位置，使得砂輪與凸輪軸的外圓對正並表面接觸，啟動砂輪，根據第二和第三坐標的函數關係進行磨削加工，(4)熱處理，採用電解液淬火，凸輪軸接陰極，電解液接陽極，通電加熱達到給定溫度斷電，零件被周圍的冷卻液冷卻而淬硬，(5)進行滲碳處理，將凸輪軸垂吊於加熱爐上方，通入CO2, (6)對凸輪軸表面鍍鋅處理，電鍍液的濃度配比為:硫酸鋅110g/L，氯化鈉85g/L，醋酸鉀45g/L，鹽酸175g/L，氯化鋅192g/L ；電鍍溶液溫度控制在60°C，電鍍時間為2.1h,電流密度為4A/dm2。對鍍鋅後的工件將工件放入50°C清水中振動衝洗烘乾即可。
[0010] 申請人:聲明，本發明通過上述實施例來說明本發明的詳細工藝設備和工藝流程，但本發明並不局限於上述詳細工藝設備和工藝流程，即不意味著本發明必須依賴上述詳細工藝設備和工藝流程才能實施。所屬【技術領域】的技術人員應該明了，對本發明的任何改進，對本發明產品各原料的等效替換及輔助成分的添加、具體方式的選擇等，均落在本發明的保護範圍和公開範圍之內。
【權利要求】
1.一種凸輪軸用材料，其特徵在於主要包括了下列元素的百分比含量:Mn0.52%-0.91%, T1.05%-0.13%, Mg0.37%-1.89%, Si6.68%-8.85%, Pb〈0.02，Cu〈0.1，S〈0.02, P〈0.02, Zn〈0.21餘量為鋁及不可避免的雜質。
2.根據權利要求書1所述的凸輪軸用材料，其特徵在於:Mn0.53%-0.90%, T1.06%-0.12%, Mg0.39%-1.52%, Si7.68%-7.92%, Pb<0.01，Cu〈0.2，S〈0.03, P〈0.01，Zn〈0.22餘量為鋁及不可避免的雜質。
3.根據權利要求1或者2所述的一種用Al-Fe-Si系ZL104鋁合金為材料的凸輪軸的加工製造方法，其特徵在於: (1)對壓製成型的凸輪軸坯料進行燒結，燒結溫度為:1210-1300°C，燒結時間為:0.5-1.5h，在煤氣爐中燒結並且通入丙烷氣體，在空氣中緩慢冷卻， (2)對粉末成形的凸輪軸進行再結晶退火處理，使其加熱到820-860°C，保溫4-5h然後隨爐緩冷到360-420°C，再空冷，從而提高其塑性，再次加熱，去應力退火，加熱到740-910°C，保溫3.2-5.4h後空冷。從而消除在壓制過程中產生的應力， (3)對凸輪軸進行機加工，設定在主軸上的座標軸為第一座標軸,與主軸垂直方向為第二座標軸且在此方向上安裝砂輪，繞第一座標軸旋轉的為第三座標軸，使凸輪軸主軸軸線與第一座標軸重合，轉動凸輪軸到預定位置，使得砂輪與凸輪軸的外圓對正並表面接觸，啟動砂輪，根據第二和第三坐標的函數關係進行磨削加工， (4)對經機械加工的凸輪軸進行熱處理，採用電解液淬火，將凸輪軸放入電解淬火液中，凸輪軸接陰極，電解液接陽極，通電加熱達到給定溫度斷電，零件被周圍的冷卻液冷卻而淬硬。 (5)進行滲碳處理，將凸輪軸垂吊於加熱爐上方，通入C02，將碳離子沉積在凸輪軸表面，從而提要凸輪軸的耐磨性，延長其使用壽命， (6)對凸輪軸表面鍍鋅處理，其特徵在於電鍍液的濃度配比含量為:硫酸鋅900-110g/L，氯化鈉65-85g/L，醋酸鉀21-45g/L，鹽酸135_175g/L，氯化鋅155_192g/L ；電鍍溶液溫度控制在40-60°C，電鍍時間為0.7-2.lh，電流密度為2-4A/dm2。對鍍鋅後的工件將工件放入40-50 °C清水中振動衝洗烘乾即可。
4.根據權利要求1和/或2所述的Al-Fe-Si系ZL104鋁合金材料以及權利要求3所述的加工方法製得的凸輪軸。
【文檔編號】C22F1/043GK104278177SQ201310292256
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2013年7月12日 優先權日:2013年7月12日
【發明者】李飛 申請人:無錫成博科技發展有限公司