汽車制動(dòng)凸輪軸的高頻淬火

       摘要：本文針對(duì)汽車制動(dòng)凸輪軸的感應(yīng)淬火工藝作簡(jiǎn)單介紹，制動(dòng)凸輪軸是汽車剎車部件中的重要組成配件，要求其表面具有高的硬度及耐磨性，同時(shí)心部又要具有一定韌性，以滿足高的疲勞強(qiáng)度要求。為滿足這些要求，在感應(yīng)器結(jié)構(gòu)、電源參數(shù)、加熱方式及冷卻方式等方面，進(jìn)行了全方位的設(shè)計(jì)。結(jié)果表明，此種淬火工藝完全滿足凸輪軸淬火工藝的要求。
關(guān)鍵詞：凸輪軸  表面淬火  感應(yīng)加熱

1.淬火工藝要求概述

       實(shí)驗(yàn)所用制動(dòng)凸輪軸材質(zhì)為45鋼，軸徑40mm，淬火技術(shù)要求為表面硬度52~63HRC，軸部淬硬層深度2~3.5mm，桃尖部淬硬層深度＜10mm。
如圖1所示，汽車制動(dòng)凸輪軸主要由桃心部、軸部及花鍵組成，其中桃心部和花鍵為仿形淬火，對(duì)淬火工藝有特殊要求。

圖1 凸輪軸

2.淬火感應(yīng)加熱電源及機(jī)床選型  
        對(duì)于感應(yīng)加熱電源的選型而言，主要需確定兩個(gè)參數(shù)：加熱頻率與功率。
淬硬層深度主要受加熱頻率、功率密度及冷卻速度影響，其中加熱頻率是影響層深的主要因素。根據(jù)凸輪軸層深要求，通過公式計(jì)算，加熱頻率可選擇15~25KHZ。加熱頻率高時(shí)，透入深度淺，能量更集中，加熱效率也高，故在滿足層深要求時(shí)，頻率盡可能選擇較高的頻率，所以加熱頻率選擇25KHZ。
       設(shè)備功率大小可依據(jù)工件尺寸和功率密度大小計(jì)算得出。 經(jīng)計(jì)算應(yīng)選用80KW中頻加熱電源，加熱頻率25KHZ。試驗(yàn)所用加熱設(shè)備為北辰億科中頻感應(yīng)加熱電源Doubhe80/100，加熱效果穩(wěn)定，試驗(yàn)結(jié)果良好。
淬火機(jī)床選用軸類立式淬火機(jī)床，行程600mm。
3.感應(yīng)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
       軸部采用單圈圓環(huán)感應(yīng)器，帶輔助噴水圈；桃心部采用仿形單圈感應(yīng)器，帶輔助噴水器，如圖2所示。淬火方式均采用連續(xù)加熱掃描式淬火法，軸部和桃心部分開淬火，軸部淬火時(shí)凸輪軸上下移動(dòng)并同時(shí)旋轉(zhuǎn)，可使加熱和冷卻更加均勻。
桃心部淬火需注意桃尖部加熱，尖角部分加熱時(shí)容易過熱，為避免桃尖部過燒或桃尖部表面脫碳嚴(yán)重，故制作感應(yīng)器時(shí)應(yīng)增大桃尖部的耦合距離；其次桃心部的凹面處不易被加熱，需在感應(yīng)器凹面處加硅鋼片，避免凹面處溫度過低，導(dǎo)致硬度和層深不足。

4.感應(yīng)加熱淬火工藝
        凸輪軸淬火冷卻方式為噴射式冷卻法，通過輔助噴水圈使工件被加熱部分冷卻，完成馬氏體組織的轉(zhuǎn)變。往往淬完火的工件內(nèi)部存在較大內(nèi)應(yīng)力，不利于工件的使用性能，淬火后需要對(duì)工件進(jìn)行回火處理，以達(dá)到消除內(nèi)部應(yīng)力的目的；除此之外還有另外一種回火方式，在冷卻工件時(shí)，冷卻結(jié)束后讓工件仍留有一定余溫，溫度控制在200-300℃，使工件利用自身的余溫進(jìn)行自回火來消除應(yīng)力。冷卻后的溫度可通過改變淬火介質(zhì)流速或冷卻介質(zhì)濃度進(jìn)行調(diào)整。淬火介質(zhì)選用PAG基水溶液，sencro- p75淬火介質(zhì)，濃度11%，使用溫度10-50℃，PH值9-11，冷卻能力隨濃度的增加而下降。

表1淬火所用工藝參數(shù)

 
5.實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析
     對(duì)淬火試樣硬度及淬硬層深度檢測(cè)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2：

表2制動(dòng)凸輪軸淬火實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表

      由表2可知，淬火后表面硬度分布均勻，基圓淬硬層深度滿足工藝要求，桃尖部淬硬層深度滿足工藝要求。
軸部淬硬層深度如圖3所示，由圖中可以看出，淬硬層深度分布十分均勻；圖4為桃心部表面淬火后圖片。

 
       通過感應(yīng)加熱淬火可以很好的實(shí)現(xiàn)凸輪軸的表面熱處理，感應(yīng)加熱淬火相比于其他表面熱處理方式，如：表面滲碳、表面滲氮、碳氮共滲等，更加的環(huán)保、高效、經(jīng)濟(jì)，且適合連續(xù)性大批量生產(chǎn)。

表3單項(xiàng)熱處理能耗對(duì)比

      由表3可知，在11項(xiàng)單項(xiàng)熱處理工藝中，高（中）頻感應(yīng)淬火的能量消耗是很低的，在熱處理的成本中能耗費(fèi)用要占60%-80%。
 6.總結(jié)    
      感應(yīng)熱處理發(fā)明至今已近百年，隨著工業(yè)技術(shù)的不斷革新，相比于傳統(tǒng)熱處理工藝，日益成熟的感應(yīng)熱處理工藝不斷展現(xiàn)出自己的優(yōu)勢(shì)，為現(xiàn)代工業(yè)服務(wù)。