防止凸轮裂纹的工艺措施

2014-12-14兰忠杰王频

金属加工(热加工) 2014年17期

关键词：键槽喷丸凸轮

兰忠杰，王频

凸轮是柴油机的关键件，安装在柴油机机体内，每缸设有进气、排气和燃油三种凸轮，通过与配气机构作用控制气缸的进气、排气和喷油。作为运动传动件，其加工要求很高。目前车间通过现有工艺生产的凸轮易产生裂纹，废品率很高。

1.零件简介及工艺流程

零件（见附图）材料为F173（本厂技术协议），类似于20CrNi，热处理方式为：渗碳→淬火。

目前工艺流程为：锻件毛坯→粗加工（内孔、端面、外圆、型线外形）→渗碳→（半精加工）→淬火（两次回火处理）→磨削两平面→半精镗孔→粗拉键槽→精磨削内孔→精拉键槽→精磨削型线→磁粉检测→终检→凸轮Traful处理。

2.分析凸轮裂纹产生原因

按照目前现有工艺生产，凸轮在精磨削型线或在车间进行Traful处理后，出现多个批次暴露裂纹现象，废品率为50%左右，其中废品中约50%的零件是在精磨削型线后经过磁粉检测出来的，另外约50%的零件是在车间进行Traful处理后暴露出来的。裂纹主要产生在凸轮型面（约占50%）及凸轮端面（约占50%），呈龟裂状。

Traful处理即为浸渍处理，是一种表面处理方法。Traful处理后的柴油机凸轮表面形成一种高效减摩涂层，具有较高的耐极压性能，能提高工件的抗疲劳磨损强度，对防止柴油机可逆转凸轮在滑动时的拉伤更为有效。废品中50%的凸轮Traful处理后出现裂纹，但是本身Traful处理为一种表面处理手段，并不能使零件产生裂纹。浸渍剂为弱酸性对其表面有轻微腐蚀，促使裂纹清晰可见。

初步分析认为凸轮轴型面及端面龟裂状裂纹是由于前道机加工工序，粗精拉键槽、磨削平面或热加工等原因造成的。特别是在拉削加工过程中，强大的拉削力极易使零件内部产生应力。目前工艺流程中拉削键槽后并没有相应的去除应力。因此，为了消除残余应力，必须对原有的工艺流程进行改进。

3.改进工艺及调试结果

（1）工艺改进方法一取消工艺中拉削加工方法，将两次拉削键槽加工改为两次线切割键槽加工，其余工序不变。

调试结果：生产50件，合格48件。从而也进一步验证了前述凸轮裂纹原因分析，但线切割加工效率低下，不适合大批量生产。

（2）工艺改进方法二在精拉键槽工序后、精磨削型线工序前增加“油炉去应力退火及表面喷丸（内孔保护）”工序，其余工序不变。

凸轮零件示意

工序过程：油炉去应力，温度120℃左右，保温24h；凸轮型面喷丸（内孔保护）。

由于凸轮要求具有高硬度、高耐磨性和适当韧性。渗碳后不仅要求表面硬而耐磨，同时也要求心部有较好的塑性和韧性。但因其实际上相当于表层高碳钢与心部低碳钢的一种复合材料，因此选用较低的退火温度可以满足两者兼顾的要求。由于零件已经过渗碳淬火及两次回火处理，所以选择比之前回火温度（150±20）℃低的温度进行去应力退火处理，不会影响其硬度。油炉去应力退火后马氏体发生分解，析出碳化物，形成回火马氏体，稳定了残留奥氏体，淬火内应力得到部分消除，冷加工或热加工快冷后产生的微裂纹也大部分得到愈合，而且油炉能保证零件具有较小的变形量，之后再进行表面喷丸使其表面形成压应力状态，对于防止凸轮产生裂纹也有一定的作用。

调试结果：生产258件，5件出现裂纹，合格率为98%。