防止凸輪裂紋的工藝措施

蘭忠杰，王頻

凸輪是柴油機的關(guān)鍵件，安裝在柴油機機體內(nèi)，每缸設(shè)有進(jìn)氣、排氣和燃油三種凸輪，通過與配氣機構(gòu)作用控制氣缸的進(jìn)氣、排氣和噴油。作為運動傳動件，其加工要求很高。目前車間通過現(xiàn)有工藝生產(chǎn)的凸輪易產(chǎn)生裂紋，廢品率很高。

1.零件簡介及工藝流程

零件（見附圖）材料為F173（本廠技術(shù)協(xié)議），類似于20CrNi，熱處理方式為：滲碳→淬火。

目前工藝流程為：鍛件毛坯→粗加工（內(nèi)孔、端面、外圓、型線外形）→滲碳→（半精加工）→淬火（兩次回火處理）→磨削兩平面→半精鏜孔→粗拉鍵槽→精磨削內(nèi)孔→精拉鍵槽→精磨削型線→磁粉檢測→終檢→凸輪Traful處理。

2.分析凸輪裂紋產(chǎn)生原因

按照目前現(xiàn)有工藝生產(chǎn)，凸輪在精磨削型線或在車間進(jìn)行Traful處理后，出現(xiàn)多個批次暴露裂紋現(xiàn)象，廢品率為50%左右，其中廢品中約50%的零件是在精磨削型線后經(jīng)過磁粉檢測出來的，另外約50%的零件是在車間進(jìn)行Traful處理后暴露出來的。裂紋主要產(chǎn)生在凸輪型面（約占50%）及凸輪端面（約占50%），呈龜裂狀。

Traful處理即為浸漬處理，是一種表面處理方法。Traful處理后的柴油機凸輪表面形成一種高效減摩涂層，具有較高的耐極壓性能，能提高工件的抗疲勞磨損強度，對防止柴油機可逆轉(zhuǎn)凸輪在滑動時的拉傷更為有效。廢品中50%的凸輪Traful處理后出現(xiàn)裂紋，但是本身Traful處理為一種表面處理手段，并不能使零件產(chǎn)生裂紋。浸漬劑為弱酸性對其表面有輕微腐蝕，促使裂紋清晰可見。

初步分析認(rèn)為凸輪軸型面及端面龜裂狀裂紋是由于前道機加工工序，粗精拉鍵槽、磨削平面或熱加工等原因造成的。特別是在拉削加工過程中，強大的拉削力極易使零件內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力。目前工藝流程中拉削鍵槽后并沒有相應(yīng)的去除應(yīng)力。因此，為了消除殘余應(yīng)力，必須對原有的工藝流程進(jìn)行改進(jìn)。

3.改進(jìn)工藝及調(diào)試結(jié)果

（1）工藝改進(jìn)方法一 取消工藝中拉削加工方法，將兩次拉削鍵槽加工改為兩次線切割鍵槽加工，其余工序不變。

調(diào)試結(jié)果：生產(chǎn)50件，合格48件。從而也進(jìn)一步驗證了前述凸輪裂紋原因分析，但線切割加工效率低下，不適合大批量生產(chǎn)。

（2）工藝改進(jìn)方法二 在精拉鍵槽工序后、精磨削型線工序前增加“油爐去應(yīng)力退火及表面噴丸（內(nèi)孔保護(hù)）”工序，其余工序不變。

凸輪零件示意

工序過程：油爐去應(yīng)力，溫度120℃左右，保溫24h；凸輪型面噴丸（內(nèi)孔保護(hù)）。

由于凸輪要求具有高硬度、高耐磨性和適當(dāng)韌性。滲碳后不僅要求表面硬而耐磨，同時也要求心部有較好的塑性和韌性。但因其實際上相當(dāng)于表層高碳鋼與心部低碳鋼的一種復(fù)合材料，因此選用較低的退火溫度可以滿足兩者兼顧的要求。由于零件已經(jīng)過滲碳淬火及兩次回火處理，所以選擇比之前回火溫度（150±20）℃低的溫度進(jìn)行去應(yīng)力退火處理，不會影響其硬度。油爐去應(yīng)力退火后馬氏體發(fā)生分解，析出碳化物，形成回火馬氏體，穩(wěn)定了殘留奧氏體，淬火內(nèi)應(yīng)力得到部分消除，冷加工或熱加工快冷后產(chǎn)生的微裂紋也大部分得到愈合，而且油爐能保證零件具有較小的變形量，之后再進(jìn)行表面噴丸使其表面形成壓應(yīng)力狀態(tài)，對于防止凸輪產(chǎn)生裂紋也有一定的作用。

調(diào)試結(jié)果：生產(chǎn)258件，5件出現(xiàn)裂紋，合格率為98%。

4.結(jié)語

拉削加工極易使零件產(chǎn)生應(yīng)力，用線切割來代替拉削加工，基本避免了基體內(nèi)部產(chǎn)生殘余應(yīng)力，防止了裂紋的產(chǎn)生。

油爐去應(yīng)力退火及表面噴丸可以去除機加工及熱加工過程中零件內(nèi)部和表面產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，可以有效防止裂紋的產(chǎn)生。

在實際生產(chǎn)中，線切割加工效率低下，無法滿足生產(chǎn)需求，所以最終采用第二種工藝改進(jìn)方法，取得了良好效果。