一種凸輪軸用材料及加工成形制造方法
【專利摘要】本發(fā)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制造方法。該方法屬于熱處理【技術(shù)領(lǐng)域】。該凸輪軸通過如下工序?qū)崿F(xiàn)：粉末冶金制造毛坯－退火處理－機(jī)械加工－熱處理+表面化學(xué)處理－電鍍處理。該制造方法制得的凸輪軸質(zhì)量好，工作穩(wěn)定，不僅表面硬度高耐磨性好且抗彎曲能力強(qiáng)，抗疲勞強(qiáng)度高，而且心部韌性好，使用壽命長(zhǎng)，工作可靠性高，粉末冶金制得凸輪軸耐高溫性好，潤(rùn)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(qiáng)度和硬度，從而保證了含油凸輪軸工作的穩(wěn)定性，熱處理提高了凸輪軸的表面硬度和耐磨性，同時(shí)使得心部韌性提高，機(jī)加工的特殊技術(shù)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制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于熱處理【技術(shù)領(lǐng)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制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002]目前使用的凸輪軸多數(shù)是鑄制造而成，這就決定了它砂眼多、砂眼區(qū)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(xiàn)裂紋，使用壽命短。需經(jīng)常更換或修復(fù)凸輪軸，目前，現(xiàn)有的凸輪軸有銅基、鐵基和鐵、銅等材料混合整體制成的，其中，銅基材料制成的凸輪軸具有良好的減磨性和低噪音等性能，但造價(jià)高，增加了生產(chǎn)成本；而鐵基材料制成的凸輪軸雖然成本低廉，但其減磨性和噪音方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如銅基材料制成的含油凸輪軸；鐵、銅等材料混合整體制成的含油凸輪軸其減磨性和噪音方面雖然高于鐵基材料制成的含油凸輪軸，但仍達(dá)不到銅基材料制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(jī)械部件，在石油、化工，航空航天，船舶等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，因此凸輪軸的破壞會(huì)給經(jīng)濟(jì)和機(jī)器的正常工作帶來巨大的危害。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明為了解決上述問題，設(shè)計(jì)了一種以Al-Fe-Si系ZL104鋁合金為材料的凸輪軸的加工成形制造方法。
[0004]本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種Al-Fe-Si系ZL104鋁合金為材料的凸輪軸的加工成形制造方法，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 余量為鐵及不可避免的雜質(zhì)，優(yōu)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，其特征在于采用了下列的加工工藝:(1)對(duì)壓制成型的凸輪軸坯料進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為:1210-1300°C，燒結(jié)時(shí)間為:0.5-1.5h，在煤氣爐中燒結(jié)并且通入丙烷氣體，在空氣中緩慢冷卻，(2)對(duì)粉末成形的凸輪軸進(jìn)行再結(jié)晶退火處理，使其加熱到820-860°C，保溫4-5h然后隨爐緩冷到360_420°C，再空冷，從而提高其塑性，再次加熱，去應(yīng)力退火，加熱到740-910°C，保溫3.2-5.4h后空冷。從而消除在壓制過程中產(chǎn)生的應(yīng)力，(3)對(duì)凸輪軸進(jìn)行機(jī)加工，設(shè)定在主軸上的座標(biāo)軸為第一座標(biāo)軸，與主軸垂直方向?yàn)榈诙鶚?biāo)軸且在此方向上安裝砂輪，繞第一座標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)的為第三座標(biāo)軸，使凸輪軸主軸軸線與第一座標(biāo)軸重合，轉(zhuǎn)動(dòng)凸輪軸到預(yù)定位置，使得砂輪與凸輪軸的外圓對(duì)正并表面接觸，啟動(dòng)砂輪，根據(jù)第二和第三坐標(biāo)的函數(shù)關(guān)系進(jìn)行磨削加工，(4)對(duì)經(jīng)機(jī)械加工的凸輪軸進(jìn)行熱處理，采用電解液淬火，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(dá)到給定溫度斷電，零件被周圍的冷卻液冷卻而淬硬，(5)進(jìn)行滲碳處理，將凸輪軸垂吊于加熱爐上方，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(zhǎng)其使用壽命，(6)對(duì)凸輪軸表面鍍鋅處理，其特征在于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?nèi)芤簻囟瓤刂圃?0-60°C，電鍍時(shí)間為0.7-2.1h,電流密度為2_4A/dm2。對(duì)鍍鋅后的工件將工件放入40-50 V清水中振動(dòng)沖洗烘干即可。
[0005]本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于采用Al-Fe-Si系ZL104鋁合金，不僅廉價(jià)而且其減摩性和低噪音達(dá)到了銅基材料的要求，即經(jīng)濟(jì)又實(shí)惠；該制造方法制得的凸輪軸不僅表面硬度高耐磨性好且抗彎曲能力強(qiáng)，抗疲勞強(qiáng)度高，而且心部韌性好，使用壽命長(zhǎng)，工作可靠性高，粉末冶金制得凸輪軸耐高溫性好，潤(rùn)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(qiáng)度和硬度，從而保證了含油凸輪軸工作的穩(wěn)定性，降低了維護(hù)成本而被廣泛應(yīng)用在一些連續(xù)生產(chǎn)時(shí)間長(zhǎng)、不方便加油潤(rùn)滑的地方，減低了生產(chǎn)成本，對(duì)精加工后的凸輪軸進(jìn)行熱處理，使得銷軸的強(qiáng)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(qiáng)度、耐磨性和抗咬合性，而且加工工序簡(jiǎn)單，成本低廉，且銷軸的使用壽命長(zhǎng)。

【具體實(shí)施方式】
[0006]實(shí)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制造方法，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%,余量為鐵及不可避免的雜質(zhì)，其采用了下列關(guān)鍵的加工工藝:(I)對(duì)壓制成型的凸輪軸坯料進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為:1210°C，燒結(jié)時(shí)間為:
0.5h，且通入丙烷氣體，在空氣中緩慢冷卻，(2)再結(jié)晶退火處理，使其加熱到820°C，保溫4h然后隨爐緩冷到360°C，空冷，再次加熱，去應(yīng)力退火，加熱到740°C，保溫3.2h后空冷，
(3)對(duì)凸輪軸進(jìn)行機(jī)加工,設(shè)定在主軸上的座標(biāo)軸為第一座標(biāo)軸，與主軸垂直方向?yàn)榈诙鶚?biāo)軸且在此方向上安裝砂輪，繞第一座標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)的為第三座標(biāo)軸，使凸輪軸主軸軸線與第一座標(biāo)軸重合，轉(zhuǎn)動(dòng)凸輪軸到預(yù)定位置，使得砂輪與凸輪軸的外圓對(duì)正并表面接觸，啟動(dòng)砂輪，根據(jù)第二和第三坐標(biāo)的函數(shù)關(guān)系進(jìn)行磨削加工，(4)熱處理，采用電解液淬火，凸輪軸接陰極，電解液接陽極，通電加熱達(dá)到給定溫度斷電，零件被周圍的冷卻液冷卻而淬硬，(5)進(jìn)行滲碳處理，將凸輪軸垂吊于加熱爐上方，通入CO2, (6)對(duì)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?nèi)芤簻囟瓤刂圃?0°C，電鍍時(shí)間為0.7h，電流密度為2A/dm2。對(duì)鍍鋅后的工件將工件放入40 V清水中振動(dòng)沖洗烘干即可。
[0008]實(shí)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制造方法，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%,其采用了下列關(guān)鍵的加工工藝:(I)對(duì)壓制成型的凸輪軸坯料進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為:1300°C，燒結(jié)時(shí)間為:1.5h，且通入丙烷氣體，在空氣中緩慢冷卻，(2)再結(jié)晶退火處理，使其加熱到860°C，保溫5h然后隨爐緩冷到420°C，空冷，再次加熱，去應(yīng)力退火，加熱到910°C，保溫5.4h后空冷，(3)對(duì)凸輪軸進(jìn)行機(jī)加工，設(shè)定在主軸上的座標(biāo)軸為第一座標(biāo)軸，與主軸垂直方向?yàn)榈诙鶚?biāo)軸且在此方向上安裝砂輪，繞第一座標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)的為第三座標(biāo)軸，使凸輪軸主軸軸線與第一座標(biāo)軸重合，轉(zhuǎn)動(dòng)凸輪軸到預(yù)定位置，使得砂輪與凸輪軸的外圓對(duì)正并表面接觸，啟動(dòng)砂輪，根據(jù)第二和第三坐標(biāo)的函數(shù)關(guān)系進(jìn)行磨削加工，(4)熱處理，采用電解液淬火，凸輪軸接陰極，電解液接陽極，通電加熱達(dá)到給定溫度斷電，零件被周圍的冷卻液冷卻而淬硬，(5)進(jìn)行滲碳處理，將凸輪軸垂吊于加熱爐上方，通入CO2, (6)對(duì)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?nèi)芤簻囟瓤刂圃?0°C，電鍍時(shí)間為2.1h,電流密度為4A/dm2。對(duì)鍍鋅后的工件將工件放入50°C清水中振動(dòng)沖洗烘干即可。
[0010] 申請(qǐng)人:聲明，本發(fā)明通過上述實(shí)施例來說明本發(fā)明的詳細(xì)工藝設(shè)備和工藝流程，但本發(fā)明并不局限于上述詳細(xì)工藝設(shè)備和工藝流程，即不意味著本發(fā)明必須依賴上述詳細(xì)工藝設(shè)備和工藝流程才能實(shí)施。所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員應(yīng)該明了，對(duì)本發(fā)明的任何改進(jìn)，對(duì)本發(fā)明產(chǎn)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(fā)明的保護(hù)范圍和公開范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種凸輪軸用材料，其特征在于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余量為鋁及不可避免的雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的凸輪軸用材料，其特征在于: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余量為鋁及不可避免的雜質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)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制造方法，其特征在于: (1)對(duì)壓制成型的凸輪軸坯料進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為:1210-1300°C，燒結(jié)時(shí)間為:0.5-1.5h，在煤氣爐中燒結(jié)并且通入丙烷氣體，在空氣中緩慢冷卻， (2)對(duì)粉末成形的凸輪軸進(jìn)行再結(jié)晶退火處理，使其加熱到820-860°C，保溫4-5h然后隨爐緩冷到360-420°C，再空冷，從而提高其塑性，再次加熱，去應(yīng)力退火，加熱到740-910°C，保溫3.2-5.4h后空冷。從而消除在壓制過程中產(chǎn)生的應(yīng)力， (3)對(duì)凸輪軸進(jìn)行機(jī)加工，設(shè)定在主軸上的座標(biāo)軸為第一座標(biāo)軸,與主軸垂直方向?yàn)榈诙鶚?biāo)軸且在此方向上安裝砂輪，繞第一座標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)的為第三座標(biāo)軸，使凸輪軸主軸軸線與第一座標(biāo)軸重合，轉(zhuǎn)動(dòng)凸輪軸到預(yù)定位置，使得砂輪與凸輪軸的外圓對(duì)正并表面接觸，啟動(dòng)砂輪，根據(jù)第二和第三坐標(biāo)的函數(shù)關(guān)系進(jìn)行磨削加工， (4)對(duì)經(jīng)機(jī)械加工的凸輪軸進(jìn)行熱處理，采用電解液淬火，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(dá)到給定溫度斷電，零件被周圍的冷卻液冷卻而淬硬。 (5)進(jìn)行滲碳處理，將凸輪軸垂吊于加熱爐上方，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(zhǎng)其使用壽命， (6)對(duì)凸輪軸表面鍍鋅處理，其特征在于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?nèi)芤簻囟瓤刂圃?0-60°C，電鍍時(shí)間為0.7-2.lh，電流密度為2-4A/dm2。對(duì)鍍鋅后的工件將工件放入40-50 °C清水中振動(dòng)沖洗烘干即可。
4.根據(jù)權(quán)利要求1和/或2所述的Al-Fe-Si系ZL104鋁合金材料以及權(quán)利要求3所述的加工方法制得的凸輪軸。
【文檔編號(hào)】C22F1/043GK104278177SQ201310292256
【公開日】2015年1月14日 申請(qǐng)日期:2013年7月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月12日
【發(fā)明者】李飛 申請(qǐng)人:無錫成博科技發(fā)展有限公司