CN109971937B - 高碳铬钢乘用车发动机凸轮片整体淬火工艺及其设备 - Google Patents
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Abstract
本发明为了实现高碳铬钢材料在凸轮片中的应用技术问题设计了高碳铬钢乘用车发动机凸轮片整体淬火工艺，按顺序包括以下步骤，锻造，将高碳铬轴承钢的棒料直接锻造成型出凸轮片轮廓，环部与桃尖之间锻造出多个盲孔，盲孔深度为0.5mm~3mm；车削，车削棒料的端面；热处理，在箱式多用炉中加热棒料直至奥氏体化，加热温度为830℃~850℃，保温60到90分钟，然后油淬，出炉后进入清洗机清洗，清洗后进入回火炉回火，回火后进行抛丸处理；精磨削，将棒料磨削到需要的精度；装配成品，该设备有一整套完整的工艺控制***，自动化条件高，工艺成熟，可以稳定大批量生产供应，使用广泛，产品加热淬火过程设备自动控制，有曲线和报警装置和在线实时记录。
Description
技术领域
本发明涉及凸轮片生产技术领域，尤其涉及高碳铬钢乘用车发动机凸轮片整体淬火工艺及其设备。
背景技术
凸轮片的整体透淬热处理工艺通常采用箱式多用炉加热产品，加热温度采用奥氏体化温度，常采用油进行整体淬火冷却，然后根据产品的技术要求进行不同温度条件的回火处理。
行业中，目前主要的乘用车发动机凸轮毛坯，加工方法主要有凸轮块和凸轮轴一体的整体铸件或锻件，钢管和凸轮块分离的装配式锻件和管件等类型。而凸轮块材料方面考虑产品的使用性能要求主要是高碳铬轴承钢，渗碳钢等材料，热处理的加工方法主要有表面感应淬火，渗碳热处理等方法，采用这些方法加工的产品表面硬度高，心部硬度低，从而达到表面高的耐磨性和强度，心部韧性良好的使用性能要求。而采用高碳铬轴承钢材料整体透淬马氏体淬火热处理的方法使用较少，经过实验验证，采用高碳铬轴承钢透淬马氏体整体淬火热处理方法加工的产品同样可以满足产品的使用性能要求，同时工艺方法更简便易控制和操作，生产效率高。这是一种全新的工艺方法。
同时，高碳铬钢材料冶炼工艺成熟，钢厂可以大批量稳定生产，技术水平可以与发达国家水平类似。这种材料的锻造、机加工的工艺性能良好，在工业领域应用广泛，整体透淬的热处理方法过程控制简便，可靠，可以实现大批量稳定生产，行业应用前景良好。
发明内容
本发明为了实现以上技术问题设计了高碳铬钢乘用车发动机凸轮片整体淬火工艺，按顺序包括以下步骤，
锻造，将高碳铬轴承钢的棒料直接锻造成型出凸轮片轮廓，环部与桃尖之间锻造出多个直径为1.0mm~2.0mm的盲孔，盲孔深度为0.5mm~3mm；
由此，凸轮片中心具有一个环部，环部与桃尖之间未凸轮片最宽的部位，此处的中间位置设置多个直径为1.0mm~2.0mm盲孔，容易实现也方便一体锻造成型，形成盲孔群，并且其中至少有一个盲孔远离盲孔群设置，如此能够防止凸轮片在今后的使用过程中由于热胀冷缩而导致的整体破坏，盲孔即为热胀冷缩孔，而此处开设0.5mm~3mm深度的盲孔既能够产生热胀冷缩的保护效果，比起通孔来说还能够尽可能的保证整个凸轮片在热处理时淬透的完全，提高凸轮片的强度防止热处理时产生的损坏，增加热处理的成功性，淬火后得到淬火马氏体经过回火后得到综合性能好的回火马氏体；
车削，车削棒料的端面；
热处理，在箱式多用炉中加热棒料直至奥氏体化，加热温度为830℃~850℃，保温60到90分钟，然后油淬，出炉后进入清洗机清洗，清洗后进入回火炉回火，回火后进行抛丸处理；
精磨削，将棒料磨削到需要的精度；
装配成品。
作为本发明的优选，所述热处理步骤的加热过程中采用气体保护处理，气体保护以氮气、甲醇作为基础气氛，丙烷作为富化气，进行碳势控制。
由此，防止产品氧化脱碳和增碳。
作为本发明的优选，所述锻造步骤采用高速锻直接锻造成型。
作为本发明的优选，在所述热处理步骤之前，棒料人工摆放在料盘中，逐层叠放在工装底盘上，然后在清洗机中进行前清洗烘干，热处理之后再回到清洗机进行后清洗。
由此，前清洗主要是讲棒料经过粗加工后的碎屑等清洗掉， 并且进行清洗锈斑、油渍、污垢、切削液和研磨剂等，以保证不会阻碍棒料的加热和冷却，不影响介质和气氛的纯度等，以防止出现淬火软点、硬化层不均匀、组织不均匀等影响热处理质量的缺陷等，热处理之后清洗为了除去残油、盐渣和炭黑等，保证零件热处理后的清洁及防锈能力等，这里热处理之前在清洗机清洗，热处理之后再次转回到同一清洗机中清洗，既能够简化生产设备，而且液体清洗必然会在液体中存在有前清洗残留的碎屑等杂质，在后清洗过程中，该液体中的杂质粒子能够摩擦热处理之后的表面，从而增大摩擦增强清洗的效果，便于后续精磨的处理，期间设计的各种装置均为现有市面上可以购买的设备均为现有技术。
作为本发明的优选，棒料的加工设备自动控制，设置有曲线和报警装置以及在线实时记录，保证最终产品的表面脱碳层小于或等于0.2mm，防止产生裂纹。
由此，对于产品装载，加热和冷却方式等方面的合理控制，避免了产品磕碰伤，冷却不足和脱碳、裂纹等问题的发生。
作为本发明的优选，回火温度根据凸轮片产品最终的硬度要求选用合适的回火温度，一般温度选用250℃~270℃。
作为本发明的优选，所述热处理步骤还包括无损检测，即采用涡流探伤设备自动在线100%探伤处理，还包括防锈包装，将成品的凸轮片进行防锈处理然后进行装配。
由此，无损检测还可以通过射线、渗透、磁粉以及超声等装置进行无损检测，上述装置均为现有技术。
作为本发明的优选，高碳铬钢乘用车发动机凸轮片整体淬火设备，采用整套自动化生产设备进行生产，其中按顺序依次包括锻造设备、车削设备、箱式多用炉、无损检测设备以及磨削设备。
作为本发明的优选，所述箱式多用炉至少包括加热淬火炉、清洗设备以及回火炉，所述加热淬火炉的进口与出口均与同一个清洗设备连接。
作为本发明的优选，所述箱式多用炉过程自动控制，并且在其中设置有电加热带保护气氛装置，通过传感器自动监控温度、时间以及碳势等控制条件，所述电加热带保护气氛装置包括采用氮气、甲醇作为基础气氛、丙烷作为富化气，可以进行碳势控制。
本发明具有以下有益效果：
1、设备方面：采用箱式多用炉，设备有一整套完整的工艺控制***，自动化条件高；
2、工艺方面：全淬透马氏体淬火，目前国内只有小型乘用车小排量发动机使用这种热处理工艺方法处理产品凸轮块。
3、材料方面：高碳铬轴承钢，工艺成熟，可以稳定大批量生产供应，使用广泛。
4、过程控制方面：产品加热淬火过程设备自动控制，有曲线和报警装置和在线实时记录。产品表面脱碳层控制≤0.2mm，避免有裂纹。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图；
图2为本发明的凸轮片结构示意图；
图3为本发明热处理工艺曲线示意图；
图4为本发明箱式多用炉的示意简图；
图5为本发明整套设备的结构示意图；
图6为本发明凸轮片的截面示意图；
图7为本发明箱式多用炉的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1、2、3、5和6所示，高碳铬钢乘用车发动机凸轮片整体淬火工艺，按顺序包括以下步骤，
锻造，将高碳铬轴承钢的棒料直接锻造成型出凸轮片轮廓，环部与桃尖之间锻造出多个直径为1.0mm~2.0mm的盲孔，盲孔深度为0.5mm~3mm，凸轮片中心具有一个环部，环部与桃尖之间未凸轮片最宽的部位，此处的中间位置设置多个盲孔形成盲孔群，并且其中至少有一个盲孔远离盲孔群设置，如此能够防止凸轮片在今后的使用过程中由于热胀冷缩而导致的整体破坏，盲孔即为热胀冷缩孔，而此处开设0.5mm~3mm的盲孔既能够产生热胀冷缩的保护效果，比起通孔来说还能够尽可能的保证整个凸轮片在热处理时淬透的完全，提高凸轮片的强度防止热处理时产生的损坏，增加热处理的成功性，淬火后得到淬火马氏体经过回火后得到综合性能好的回火马氏体；
车削，车削棒料的端面；
热处理，在箱式多用炉中加热棒料直至奥氏体化，加热温度为830℃~850℃，保温60到90分钟，然后油淬，出炉后进入清洗机清洗，清洗后进入回火炉回火，回火后进行抛丸处理；
精磨削，将棒料磨削到需要的精度；
装配成品。
本实施例中，所述热处理步骤的加热过程中采用气体保护处理，气体保护以氮气、甲醇作为基础气氛，丙烷作为富化气，进行碳势控制，防止产品氧化脱碳和增碳，所述锻造步骤采用高速锻直接锻造成型，在所述热处理步骤之前，棒料人工摆放在料盘中，逐层叠放在工装底盘上，然后在清洗机中进行前清洗烘干，热处理之后再回到清洗机进行后清洗，前清洗主要是讲棒料经过粗加工后的碎屑等清洗掉， 并且进行清洗锈斑、油渍、污垢、切削液和研磨剂等，以保证不会阻碍棒料的加热和冷却，不影响介质和气氛的纯度等，以防止出现淬火软点、硬化层不均匀、组织不均匀等影响热处理质量的缺陷等，热处理之后清洗为了除去残油、盐渣和炭黑等，保证零件热处理后的清洁及防锈能力等，这里热处理之前在清洗机清洗，热处理之后再次转回到同一清洗机中清洗，既能够简化生产设备，而且液体清洗必然会在液体中存在有前清洗残留的碎屑等杂质，在后清洗过程中，该液体中的杂质粒子能够摩擦热处理之后的表面，从而增大摩擦增强清洗的效果，便于后续精磨的处理，期间设计的各种装置均为现有市面上可以购买的设备均为现有技术，棒料的加工设备自动控制，设置有曲线和报警装置以及在线实时记录，保证最终产品的表面脱碳层小于或等于0.2mm，防止产生裂纹，对于产品装载，加热和冷却方式等方面的合理控制，避免了产品磕碰伤，冷却不足和脱碳、裂纹等问题的发生，回火温度根据凸轮片产品最终的硬度要求选用合适的回火温度，一般温度选用250℃~270℃，所述热处理步骤还包括无损检测，即采用涡流探伤设备自动在线100%探伤处理，还包括防锈包装，将成品的凸轮片进行防锈处理然后进行装配，无损检测还可以通过射线、渗透、磁粉以及超声等装置进行无损检测，上述装置均为现有技术。
如图1、4、5和7所示，本实施例中，高碳铬钢乘用车发动机凸轮片整体淬火设备，采用整套自动化生产设备进行生产，其中按顺序依次包括锻造设备、车削设备、箱式多用炉、无损检测设备以及磨削设备，所述箱式多用炉至少包括加热淬火炉、清洗设备以及回火炉，所述加热淬火炉的进口与出口均与清洗设备连接，所述箱式多用炉过程自动控制，并且在其中设置有电加热带保护气氛装置，通过传感器自动监控温度、时间以及碳势等控制条件，所述电加热带保护气氛装置包括采用氮气、甲醇作为基础气氛、丙烷作为富化气，可以进行碳势控制。
上面所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。
Claims (6)
1.高碳铬钢乘用车发动机凸轮片整体淬火工艺，其特征在于：按顺序至少包括以下步骤，
锻造，将高碳铬轴承钢的棒料直接锻造成型出凸轮片轮廓，环部与桃尖之间锻造出多个盲孔，盲孔深度为0.5mm~3mm；
车削，车削棒料的端面；
热处理，在箱式多用炉中加热棒料直至奥氏体化，加热温度为830℃~850℃，保温60到90分钟，然后油淬，出炉后进入清洗机清洗，清洗后进入回火炉回火，回火后进行抛丸处理；
在所述热处理步骤之前，锻件毛坯人工摆放在料盘中，逐层叠放在工装底盘上，然后在清洗机中进行前清洗烘干，热处理之后再回到清洗机进行后清洗
精磨削，将棒料磨削到需要的精度。
2.根据权利要求1所述的高碳铬钢乘用车发动机凸轮片整体淬火工艺，其特征在于：所述热处理步骤的加热过程中采用气体保护处理，气体保护以氮气、甲醇作为基础气氛，丙烷作为富化气，进行碳势控制。
3.根据权利要求1所述的高碳铬钢乘用车发动机凸轮片整体淬火工艺，其特征在于：所述锻造步骤采用高速锻直接锻造成型。
4.根据权利要求1所述的高碳铬钢乘用车发动机凸轮片整体淬火工艺，其特征在于：棒料的加工设备自动控制，设置有曲线和报警装置以及在线实时记录，保证最终产品的表面脱碳层小于或等于0 .2mm，防止产生裂纹。
5.根据权利要求1所述的高碳铬钢乘用车发动机凸轮片整体淬火工艺，其特征在于：回火温度根据凸轮片产品最终的硬度要求选用合适的回火温度，温度选用250℃~270℃。
6.根据权利要求1所述的高碳铬钢乘用车发动机凸轮片整体淬火工艺，其特征在于：所述热处理步骤还包括无损检测，即采用涡流探伤设备自动在线100%探伤处理，还包括防锈包装，将成品的凸轮片进行防锈处理然后进行装配。
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