CN104227161A - 一种电解磨削复合加工渗碳凸轮轴的工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电解磨削复合加工渗碳凸轮轴的工艺。所述工艺正确选择组合参数，通过一系列的研制和试验工作，反复推敲、探索，对所有的参数反复组合、修正，使各个组合在一起的参数互相匹配，使加工部分热效应小，工件表面无热影响层，不产生残余应力，防止了裂纹的产生，满足了产品质量要求。改进后的工艺发生裂纹的概率不超过1%，收到了显著的效果。

Description

一种电解磨削复合加工渗碳凸轮轴的工艺

技术领域

本发明涉及磨削工艺，具体涉及一种电解磨削复合加工渗碳凸轮轴的工艺。

背景技术

渗碳凸轮轴磨，为经渗碳淬火处理后的钢件，其制造主要工艺过程为：粗车→铣凸轮→渗碳→精车→淬火→磨凸轮→探伤。

在磨削的过程中经常出现会磨削裂纹。其磨削裂纹属于典型的表面裂纹，其裂纹形式主要是横向裂纹、网状裂纹，裂纹的垂直深度约0.4mm横向裂纹沿凸轮轴向裂开，多发生在凸轮升程段，即凸轮曲率半径较小的地方；网状裂纹则在整个凸轮表面毫无规律的分布，其网格大小与裂纹的深浅有关，裂纹越浅，网格越小。磨削裂纹的存在将极大的影响凸轮轴的使用。

因此找出裂纹原因及采取相应的预防措施是及其重要的。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种电解磨削复合加工渗碳凸轮轴的工艺。所述工艺正确选择组合参数，通过一系列的研制和试验工作，反复推敲、探索，对所有的参数反复组合、修正，使各个组合在一起的参数互相匹配，使加工部分热效应小，工件表面无热影响层，不产生残余应力，防止了裂纹的产生，满足了产品质量要求。改进后的工艺发生裂纹的概率不超过1%，收到了显著的效果。

为了解决以上技术问题，本发明采用了以下技术方案

一种电解磨削复合加工渗碳凸轮轴的工艺，其工艺流程包括：粗车→铣凸轮→渗碳→精车→淬火→磨凸轮→探伤，其特征在于：

所述磨凸轮采用电解磨削复合加工，电解磨削复合加工工艺为：

电解液成分为：亚硝酸钠4·5%、硝酸钠0.2-0.4%、磷酸氢二钠1.5-1.8%、四硼酸钠1.4-1.8%、其余为水；电解液温度20-30℃；电解流量为2-5L/min

电压10-20V；电极间隙0.03-0.1mm；电流密度30-40A/cm2；

工件转速50-80mm/min；砂布轮周速30-50m/s；；砂布粒度180-320#；接触压力0.1-0.3MPa；

砂布轮选用直径20-30mm；砂布轮宽度选为50-60mm。

其中，优选：电解液成分为：亚硝酸钠4%、硝酸钠0.2%、磷酸氢二钠1.5%、四硼酸钠1.4%、其余为水；电解液温度20℃；电解流量为2L/min

电压10V；电极间隙0.03mm；电流密度30A/cm2；

工件转速50mm/min；砂布轮周速30m/s；；砂布粒度180#；接触压力0.1MPa；

砂布轮选用直径20mm；砂布轮宽度选为50mm。

以下对本发明进行详细说明：

本发明经过大量的研究发现，磨削因素是凸轮磨削裂纹产生的重要原因。

影响磨裂的磨削因素主要是其工艺参数的选择是否合理，能否有效地降低磨削热。凸轮表面在磨削前硬度是58～62HRC，其组织主要是回火马氏体和少量的残留奥氏体。在磨削时产生大量的磨削热会使工件表层金属超过相变温度，砂轮离开后瞬间又迅速冷却，就产生二次淬火，最外层的残留奥氏体组织转变成淬火马氏体，比体积增大，促使最外层膨胀，但受到内层金属的牵制，因此最外层受到压应力；内层金属温度略低，二次淬火后的淬火马氏体转变成回火马氏体或索氏体，比体积减小，受到拉应力因此，影响凸轮表面质量的是残余拉应力。同时，在磨削过程中，凸轮表面在大量的磨削热作用下，可使外层完全处于没有内应力的塑性状态，体积膨胀。

随着磨削过程的结束，外层金属将由完全的塑性状态。过渡到弹性状态随着温度的降低，塑性减小，弹性增大，体积缩小，这层金属迅速冷却时体积缩小得更快些，这样便受到内层金属的牵制，同时也受到了不能恢复弹性状态的外层金属的牵制，结果使外层金属中产生相当大的残余拉应力，甚至能超过材料的强度极限而产生磨削裂纹。

通过分析，组织转变产生的拉应力和热变形产生的拉应力的综合作用是磨削过程中产生裂纹的主要原因，但这两者又都是磨削时产生的瞬间高温所引起的。这也不难解释在磨削中产生的凸轮表面裂纹一般出现在曲率半径较小的部位，因为该地方产生的磨削热量大，散热条件差预防裂纹的措施。

在此基础上，本发明通过研究，采用电解磨削复合加工工艺并对其工艺参数进行研究，进行磨削时加工部分热效应小，工件表面无热影响层，不产生残余应力，从而解决了上述问题。电解磨削复合加工工艺的具体说明如下：

（1）电解液

目前理论上还不能确定某种金属或合金的最适宜电解液的成分和比例，所采用电解液的成分和比例主要通过实验来确定。电解液是影响电解磨削复合加工质量的首要因素，加工不同材料的工件应该配置不同成分的电解液。电解磨削复合加工一定要使用钝化性的电解液，这是因为钝化性的电解液在低电流密度下容易生成钝化膜，这层钝化膜只有在机械刮除作用下才能被破坏，可以有效地保护不需要加工的低凹处。

电解磨削复合加工20CrMnTi选用电解液成分为：亚硝酸钠4·45%、硝酸钠0.2-0.4%、磷酸氢二钠1.5-1.8%、四硼酸钠1.4-1.8%、其余为水。

电解液的温度对电解磨削复合加工表面粗糙度也有重要影响。电解液的温度对每一种被加工的金属都有一个最佳范围，这个最佳范围目前主要是依靠实验来确定。当电解液的温度太高时，加工表面质量变差，有时还可能出现轻微的点蚀。通常，电解液的温度越低，电解磨削复合加工的工件表面质量越好。电解液温度一般控制在20-30℃范围内效果最好，最好不要超过35℃。

对于电解液流速通常无特殊要求。电解液流量可在2-5L/min范围内选取，一般以均匀充满极间间隙为宜。

电极反应生成物质是难溶解于水的沉淀物，它会使电解液变成十分混浊和粘稠状的液体，将会堵塞阴极导管，造成液流不均，短路烧伤，并降低电解液的导电性能等。因为电解液是循环使用的，所以电解液要过滤使用及定期更换。

（2）电压和电流密度

电压的选取可以参考工件的原始表面粗糙度以及电解液的浓度等参数，通过工艺实验进行确定。如果电压高，则电流密度大，加工速度快，但表面质量不好控制，甚至会出现点蚀；一般低电压下加工表面质量好，但效率低；如果电压过低，可能会引起机械磨削，致使工件加工表面质量下降。

电压的一般选择原则是：粗加工时，电压值可以选大一些，因为在其他加工参数一定时，电压增加，电流效率会增加，从而使加工速度增加，但表面质量较差；在精加工时，尽量选用低电压，这时虽然加工效率较低，但表面质量会相应提高；电压可在10-20V范围内选取。

电流密度一般是通过调节加工电压控制的，这样就消除了导电回路各环节的影响。当电流密度一定时，通过的电量与导电面积成正比，因此电极与工件之间的导电面积越大，通过的电量越多，单位时间内金属的去除量就越大。复合加工时，可根据工件的形状设计工具阴极，以增大工件与工具之间的导电面积，提高生产率。控制工具阴极实际工作面积上的电流密度在一定范围内，否则可能出现过腐蚀或点蚀现象。电流密度在30-40A/cm2范围内选用

（3）电极材料、极间间隙

加工不锈钢，电极材料选用铅。为了保证质量和提高生产率，应有一最合理的极间间隙，一般在0.03-0.1mm范围内选取。

（4）砂布轮的磨粒尺寸

砂布轮是电解磨削复合加工的重要工具，磨粒尺寸影响电解作用的强弱，对砂布轮弹性、强度、耐水性都有一定的要求，而且在加工过程中其性能应保持稳定。磨粒尺寸不但影响抛光效率，而且更重要的是会影响加工表面粗糙度。砂布的粒度越细，越能均匀地去除钝化膜，有利于加快整平速度和改善表面粗糙度。一般情况下，粗加工时选用较粗的磨粒以便快速去除加工余量；中等粗糙度加工时，选用的磨粒要小一些；镜面加工时，选用的磨粒更小。粒度号在180#-800#范围内选用。

（5）砂布轮的转速及送进速度、轴向进给量

进给速度越大，则磨削运动轨迹越稀疏，磨削效果越差；相反，进给速度越慢，则磨削运动轨迹越密集，则磨削效果越好。进给速度在50-80mm/min范围内选用。磨削加工时，砂布轮转速提高，磨削效果越好。但磨削加工时，砂布轮转速不能太高，否则会使磨削部位电解液减少，可能会造成干磨削。砂布轮线速度在30-50m/s范围内选用。轴向进给量增加，表面粗糙度恶化；这主要是砂布轮与工件上任意点的接触次数减少所致。一般轴向进给量≤0.3B(B为砂布轮宽度40mm）。

（6）砂布轮与工件之间的压力

磨削压力也是影响加工表面质量的因素之一。如果压力太小，难以去除钝化膜；磨削压力越大，走刀速度越快，阳极金属被活化的程度越高，生产率也就越高。但如果压力太大，机械切削作用强，砂布损耗快，使表面粗糙恶化。砂布轮与工件之间保持适当的压紧力是获得高加工效率、小表面粗糙度值的重要条件。由于电解磨削复合加工使用的是富有弹性的砂布轮，只有在一定的压力下才能使其紧贴于工件表面，从而进行具有一定效率的磨削加工。如果压力太小，砂布轮不能有效地将工件突起部位的电解产物去除干净而使加工效率降低；如果压力太大，工件表面容易被磨粒划伤。粗加工时应选大一些，精加工时应选得小一些。采用在弹性压力下加载，能根据接触状态自动调整磨削深度，以保证加工质量。磨削压力可在0.1-0.3MPa范围内选取。

（7）砂布轮直径

砂布轮直径大，它的圆周线速度就提高，因而对工件的加工精度和表面粗糙度是有利的。但随着砂布轮直径增大，砂布轮和工件表面的接触弧度面积也随着增大，致使发热量增加，冷却和排屑条件变差，砂布轮容易堵塞变钝。砂布轮直径大小对粗糙度影响不大，砂布轮选用直径20-30mm.

（8）砂布轮宽度

采用较宽的砂布轮，可以增加同时磨削的磨粒数，可以采用较大的轴向进给量，因而能减小工件表面粗糙度值和提高生产效率。

砂轮宽度增加后，引起磨削力增大，同时也使磨削区域接触弧面积增大，排屑困难和冷却条件变差，影响工件加工精度的提高和表面粗糙度值的减小。砂布轮宽度选为50-60mm。

（9）金属材料的原始条件

工件材料的表面状态对加工质量有较大影响，表面粗糙度值越小，复合加工效果越好。在复合加工前，工件应粗加工到尽量小的表面粗糙度值，工件表面应除去一切污物和变质层。

本发明具有以下优点：本发明正确选择组合参数，通过一系列的研制和试验工作，反复推敲、探索，对所有的参数反复组合、修正，使各个组合在一起的参数互相匹配，使加工部分热效应小，工件表面无热影响层，不产生残余应力，防止了裂纹的产生，满足了产品质量要求。总之，电解磨削复合加工中电解、磨削优势互补，相辅相成。由于电解磨削复合加工技术可以扬长避短，取得了很好的技术和经济效果，已经成为制造领域的主流技术，研究开发和推广应用前景广阔，具有巨大的发展潜力和应用空间。

具体实施方式

为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。

实施例一

一种电解磨削复合加工渗碳凸轮轴的工艺，所述凸轮轴材料为20CrMnTi，其工艺流程包括：粗车→铣凸轮→渗碳→精车→淬火→磨凸轮→探伤，其特征在于：

所述磨凸轮采用电解磨削复合加工，电解磨削复合加工工艺为：

电解液成分为：亚硝酸钠4%、硝酸钠0.2%、磷酸氢二钠1.5%、四硼酸钠1.4%、其余为水；电解液温度20℃；电解流量为2L/min

电压10V；电极间隙0.03mm；电流密度30A/cm2；

工件转速50mm/min；砂布轮周速30m/s；；砂布粒度180#；接触压力0.1MPa；

砂布轮选用直径20mm；砂布轮宽度选为50mm。

实施例二

一种电解磨削复合加工渗碳凸轮轴的工艺，所述凸轮轴材料为20CrMnTi，其工艺流程包括：粗车→铣凸轮→渗碳→精车→淬火→磨凸轮→探伤，其特征在于：

所述磨凸轮采用电解磨削复合加工，电解磨削复合加工工艺为：

电解液成分为：亚硝酸钠4.5%、硝酸钠0.3%、磷酸氢二钠1.65%、四硼酸钠1.6%、其余为水；电解液温度25℃；电解流量为3.5L/min

电压15V；电极间隙0.05mm；电流密度35A/cm2；

工件转速65mm/min；砂布轮周速40m/s；；砂布粒度250#；接触压力0.2MPa；

砂布轮选用直径25mm；砂布轮宽度选为55mm。

实施例三

一种电解磨削复合加工渗碳凸轮轴的工艺，所述凸轮轴材料为20CrMnTi，其工艺流程包括：粗车→铣凸轮→渗碳→精车→淬火→磨凸轮→探伤，其特征在于：

所述磨凸轮采用电解磨削复合加工，电解磨削复合加工工艺为：

电解液成分为：亚硝酸钠5%、硝酸钠0.4%、磷酸氢二钠1.8%、四硼酸钠1.8%、其余为水；电解液温度30℃；电解流量为5L/min

电压20V；电极间隙0.1mm；电流密度40A/cm2；

工件转速80mm/min；砂布轮周速50m/s；；砂布粒度320#；接触压力0.3MPa；

砂布轮选用直径30mm；砂布轮宽度选为60mm。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (6)

1.一种电解磨削复合加工渗碳凸轮轴的工艺，其工艺流程包括：粗车→铣凸轮→渗碳→精车→淬火→磨凸轮→探伤，其特征在于：

所述磨凸轮采用电解磨削复合加工，电解磨削复合加工工艺为：

电解液成分为：亚硝酸钠4·5%、硝酸钠0.2-0.4%、磷酸氢二钠1.5-1.8%、四硼酸钠1.4-1.8%、其余为水；电解液温度20-30℃；电解流量为2-5L/min；

电压10-20V；电极间隙0.03-0.1mm；电流密度30-40A/cm2；

工件转速50-80mm/min；砂布轮周速30-50m/s；；砂布粒度180-320#；接触压力0.1-0.3MPa；

砂布轮选用直径20-30mm；砂布轮宽度选为50-60mm。

2.根据权利要求1所述的工艺，其中，砂轮与工件的转向采取相背而行。

3.根据权利要求1所述的工艺，其中，优选：电解液成分为：亚硝酸钠4%、硝酸钠0.2%、磷酸氢二钠1.5%、四硼酸钠1.4%、其余为水；电解液温度20℃；电解流量为2L/min。

4.根据权利要求1所述的工艺，其中，优选：电压10V；电极间隙0.03mm；电流密度30A/cm2。

5.根据权利要求1所述的工艺，其中，优选：工件转速50mm/min；砂布轮周速30m/s；；砂布粒度180#；接触压力0.1MPa。

6.根据权利要求1所述的工艺，其中，优选：砂布轮选用直径20mm；砂布轮宽度选为50mm。