本發(fā)明涉及一種汽車發(fā)動機用凸輪軸齒輪液態(tài)模鍛工藝。
背景技術(shù)：
：汽車發(fā)動機是為汽車提供動力的發(fā)動機，是汽車的心臟，影響汽車的動力性、經(jīng)濟性和環(huán)保性。根據(jù)動力來源不同，汽車發(fā)動機可分為柴油發(fā)動機、汽油發(fā)動機、電動汽車電動機以及混合動力等。凸輪軸是活塞發(fā)動機里的一個部件。它的作用是控制氣門的開啟和閉合動作。雖然在四沖程發(fā)動機里凸輪軸的轉(zhuǎn)速是曲軸的一半(在二沖程發(fā)動機中凸輪軸的轉(zhuǎn)速與曲軸相同)，不過通常它的轉(zhuǎn)速依然很高，而且需要承受很大的扭矩，因此設(shè)計中對凸輪軸在強度和支撐方面的要求很高，其材質(zhì)一般是特種鑄鐵，偶爾也有采用鍛件的。由于氣門運動規(guī)律關(guān)系到一臺發(fā)動機的動力和運轉(zhuǎn)特性，因此凸輪軸設(shè)計在發(fā)動機的設(shè)計過程中占據(jù)著十分重要的地位。而凸輪軸齒輪通常指的是直接聯(lián)接在凸輪軸一端的齒輪，它與曲軸一端上的正時齒輪互相嚙合，使得凸輪軸能按2：1的傳動比例隨著曲軸旋轉(zhuǎn)，從而準(zhǔn)時壓動氣門，保證發(fā)動機四個沖程的進換氣。發(fā)動機用凸輪軸齒輪是保證發(fā)動機正常運轉(zhuǎn)的重要部件，其性能的好壞對發(fā)動機的運行有著重要影響，汽車發(fā)動機用凸輪軸齒輪生產(chǎn)大多采用鍛造工藝，鍛造是一種利用鍛壓機械對金屬坯料施加壓力，使其產(chǎn)生塑性變形以獲得具有一定機械性能、一定形狀和尺寸鍛件的加工方法，鍛壓(鍛造與沖壓)的兩大組成部分之一。通過鍛造能消除金屬在冶煉過程中產(chǎn)生的鑄態(tài)疏松等缺陷，優(yōu)化微觀組織結(jié)構(gòu)，同時由于保存了完整的金屬流線，鍛件的機械性能一般優(yōu)于同樣材料的鑄件。相關(guān)機械中 負(fù)載高、工作條件嚴(yán)峻的重要零件，除形狀較簡單的可用軋制的板材、型材或焊接件外，多采用鍛件。其中，鍛造用料主要是各種成分的碳素鋼和合金鋼，其次是鋁、鎂、銅、鈦等及其合金。材料的原始狀態(tài)有棒料、鑄錠、金屬粉末和液態(tài)金屬。金屬在變形前的橫斷面積與變形后的橫斷面積之比稱為鍛造比。正確地選擇鍛造比、合理的加熱溫度及保溫時間、合理的始鍛溫度和終鍛溫度、合理的變形量及變形速度對提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本有很大關(guān)系。而液態(tài)模鍛，又稱擠壓鑄造、連鑄連鍛，是一種既具有鑄造特點，又類似模鍛的新興金屬成形工藝。它是將一定量的被鑄金屬液直接澆注入涂有潤滑劑的型腔中，并持續(xù)施加機械靜壓力，利用金屬鑄造凝固成形時易流動和鍛造技術(shù)使已凝固的硬殼產(chǎn)生塑性變形，使金屬在壓力下結(jié)晶凝固并強制消除因凝固收縮形成的縮孔縮松，以獲得無鑄造缺陷的液態(tài)模鍛制件。人們通常把這種方法稱之為液態(tài)模鍛。目前，對于汽車發(fā)動機用凸輪軸齒輪的鍛造，目前國內(nèi)主要存在如下文獻：專利公開號：CN203900355U，公開了一種凸輪軸齒輪毛坯精鍛生產(chǎn)用組合模具，其特征在于：它由壓機用組合模和沖床用組合模構(gòu)成；所述的壓機用組合模，包括壓機用上模固定板、壓機用上模、壓機用上模壓圈、壓機用下模、壓機用頂桿、壓機用下模壓圈、壓機用滑柱定位套、壓機用滑柱和壓機用下模固定板；所述的沖床用組合模，包括沖床用上模定位板、沖床用上模、打板、打桿、沖床用上模壓圈、切邊定位模、沖床用下模墊板、滑動下模、沖桿、沖床用下模定位板、卸料桿和彈簧。該組合模具，容易裝配，操作簡單，勞動強度低，便于加工，可以一次鍛造出凸輪軸齒輪毛坯，有利于節(jié)材、節(jié)能、提高生產(chǎn)效率。然 而，該專利主要提供凸輪軸齒輪的精鍛模具，對于凸輪軸齒輪的具體生產(chǎn)工藝并未提及。技術(shù)實現(xiàn)要素：為解決上述存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種汽車發(fā)動機用凸輪軸齒輪液態(tài)模鍛工藝，采用液態(tài)模鍛方式進行齒輪加工鍛造，省力、節(jié)能、材料利用率高，坯件即接近凸輪軸齒輪的最終加工齒輪，模鍛質(zhì)量高，所得齒輪硬度高，耐磨性好，耐腐性高，鍛壓成本低，鍛壓工藝對環(huán)境友好。為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種汽車發(fā)動機用凸輪軸齒輪液態(tài)模鍛工藝，所述工藝包括如下步驟：1)冶煉按下述化學(xué)成分采用電爐進行冶煉、精煉得鋼液，鋼液出爐溫度為1100～1200℃；其化學(xué)成分質(zhì)量百分比為：C：0.25～0.3％，Si：0.3～0.45％，Mn：0.80～1.15％，Cr：1.20～2.5％，P：0.015～0.018％，Al：0.05～0.07％，Ni：0.8～1.25％，Mo：0.3～0.35％，B：0.01～0.08，W：0.08～0.15％，Nb：0.08～0.15％，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)；2)設(shè)計模具根據(jù)凸輪軸齒輪的形狀和結(jié)構(gòu)設(shè)計液態(tài)模鍛模具，包括凹模和凸模，模具凹模內(nèi)腔直徑為150～210mm，凹模高度180～200mm，凸、凹模單邊間隙0.5～1mm；3)液態(tài)模鍛將液態(tài)模鍛模具固定于間接擠壓鑄造機上，先將模具預(yù)熱至100～200℃，在所述液態(tài)模鍛模具凹模內(nèi)依次涂覆脫模劑和潤滑劑，然后將模具升溫至800～900℃，然后將1100～1200℃的鋼液澆注到所述液態(tài) 模鍛模具中，澆筑時間5～10s，然后將模具升溫至1250～1300℃，凸模以20～30mm/s的速度下行加壓充型，以100～120MPa的壓力繼續(xù)推動凸模對鋼液持續(xù)施壓，保持壓力，直至鋼液完全凝固，以130～150MPa的壓力保壓50～60s，出模冷卻，得凸輪軸齒輪坯件，將坯件冷卻至300～400℃，保溫10～15小時；4)正火將所述坯件置于正火爐中，以1.5～2℃/min的速率升溫至680～700℃，再以1.0～1.5℃/min的速率升溫至960～1050℃，保溫2～2.5小時出爐，空冷至室溫，冷卻速度10～15℃/min；5)車削加工采用數(shù)控車床對正火處理后的毛坯進行車削加工，進行切邊、沖孔，同步完成坯件孔徑、端面及外圓的加工，孔徑、端面及外圓分別預(yù)留1～2mm的加工余量，整體表面粗造度為Ra5～6μm；6)滲碳、淬火將車削加工后的坯件置于加熱爐內(nèi)，在滲碳劑中以15～20℃/min的速率升溫至900～950℃進行滲碳，滲碳時間2～4小時，將滲碳后的齒輪冷卻至810～850℃，均溫1～1.5小時，然后在80～100℃淬火油中淬火；7)回火將淬火后的坯件送入回火爐中進行回火處理，回火溫度500～550℃，保溫2～4h后，以10℃/min的速度冷卻至室溫；8)磨削加工對回火處理后的坯件的孔徑、端面及外圓進行磨削加工，磨削去除外圓加工余量至表面粗造度為Ra0.6～0.8μm，磨削去除孔徑加工余量至表面粗糙度為Ra0.6～0.8μm，磨削去除端面加工余量至表面粗糙度為Ra0.6～0.8μm；9)拋丸、探傷將磨削加工后的坯件送入履帶式拋丸機進行拋丸處理，用熒光磁粉進行磁粉探傷、超聲波探傷處理；10)磷皂化處理、清理、拋光、涂防銹油將磨削加工處理后的坯件進行磷皂化處理，清理去除表面氧化皮，送入齒輪拋光機拋光，涂覆防銹油，干燥，得所述汽車發(fā)動機用凸輪軸齒輪。進一步，步驟6)所用滲碳劑為煤油。另，步驟6)所述滲碳步驟中，滲碳分為起始階段、強滲階段和擴散階段，起始階段的碳勢CP為0.8～0.9C％，強滲階段的碳勢CP為0.9～1.02C％；擴散階段的碳勢0.75～0.5C％，起始階段的時間為0.5～0.8小時，強滲階段的時間1.2～2.5小時，擴散階段的時間為0.3～0.7小時。另有，所述磷皂化處理時間為1～2小時。再，步驟3)所用潤滑劑為玻璃潤滑劑。再有，步驟3)所用脫模劑包括如下重量份的成分：石蠟：20～30份，亞油酸甲酯：10～20份，硅藻土：10～15份，滑石粉：5～10份，聚丙烯酸鈉：5～10份，EDTA二鈉：1～5份，苯甲酸鈉：1～5份，氫氧化鉀：1～5份，十二烷基苯磺酸鈉：0.5～1份，去離子水適量。優(yōu)選地，步驟3)所用脫模劑包括如下重量份的成分：石蠟：25～30份，亞油酸甲酯：10～15份，硅藻土：10～13份，滑石粉：7～10份，聚丙烯酸鈉：5～8份，EDTA二鈉：2～5份，苯甲酸鈉：3～5份，氫氧化鉀：1～3份，十二烷基苯磺酸鈉：0.5～0.8份，去離子水適量。優(yōu)選地，步驟3)所用脫模劑包括如下重量份的成分：石蠟：25份，亞油酸甲酯：15份，硅藻土：12份，滑石粉：8份，聚丙烯酸鈉：6份，EDTA二鈉：3份，苯甲酸鈉：4份，氫氧化鉀：2份，十二烷基苯磺酸 鈉：0.7份，去離子水適量。另，所述脫模劑的制備方法包括如下步驟：將石蠟、亞油酸甲酯、硅藻土、滑石粉、聚丙烯酸鈉、EDTA二鈉、苯甲酸鈉、氫氧化鉀及十二烷基苯磺酸鈉依次加入去離子水，攪拌30～40min，得到混合液，利用高速乳化機在200～300r/min的轉(zhuǎn)速下高速乳化至均勻，乳化時間為10～15min，得乳液，將乳液進行研磨分散10～15min，得所述脫模劑。本發(fā)明的有益效果在于：所述鍛造工藝結(jié)合汽車發(fā)動機用凸輪軸齒輪結(jié)構(gòu)專門設(shè)計，不需要剃齒等工序，工藝步驟設(shè)計合理，針對性強，采用液態(tài)模鍛工藝，所得鍛件組織致密，無成分偏析，基本為等軸晶，無各向異性，結(jié)合后續(xù)鍛造，使得凸輪軸齒輪有高的抗腐蝕性能，采用特制的脫模劑，配合潤滑劑，使得模鍛模具凹模、凸模在合模、分模過程中不粘粘，不粘滯，提高液態(tài)模鍛效率，提升材料利用率，所得凸輪軸齒輪采用特制成分齒輪鋼模鍛而成，齒表面硬度為55～60HRC；有效硬化層深HV550；芯部硬度35～40HRC，適應(yīng)汽車發(fā)動機運轉(zhuǎn)的特性，抗拉強度高達900～950MPa，屈服強度高達800～850MPa，在解除疲勞循環(huán)基礎(chǔ)N＝5×107時，惰齒輪彎曲疲勞極限σflim高達480～500MPa，通過磷皂化處理、清理、拋光、涂防銹油處理，惰齒輪表面光澤度高，美觀實用。附圖說明圖1為本發(fā)明所提供的一種汽車發(fā)動機用凸輪軸齒輪液態(tài)模鍛工藝所得凸輪軸齒輪的結(jié)構(gòu)示意圖。具體實施方式以下實施例用于說明本發(fā)明，但不能用來限制本發(fā)明的范圍。實施例中采用的實施條件可以根據(jù)廠家的條件作進一步調(diào)整，未說明的實施條件通常為常規(guī)實驗條件。參見圖1，本發(fā)明所提供的一種汽車發(fā)動機用凸輪軸齒輪液態(tài)模鍛工藝所得凸輪軸齒輪包括一圓盤100，中部開設(shè)通孔101，通孔101表面設(shè)設(shè)一圓環(huán)102，圓環(huán)102外周周向等距間隔設(shè)3個弧形凸臺103，圓盤100表面沿通孔101周向等距間隔開設(shè)有3個開孔104。本發(fā)明提供一種汽車發(fā)動機用凸輪軸齒輪液態(tài)模鍛工藝，所述工藝包括如下步驟：1)冶煉按下述化學(xué)成分采用電爐進行冶煉、精煉得鋼液，鋼液出爐溫度為1100～1200℃；其化學(xué)成分質(zhì)量百分比為：C：0.25～0.3％，Si：0.3～0.45％，Mn：0.80～1.15％，Cr：1.20～2.5％，P：0.015～0.018％，Al：0.05～0.07％，Ni：0.8～1.25％，Mo：0.3～0.35％，B：0.01～0.08，W：0.08～0.15％，Nb：0.08～0.15％，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)；2)設(shè)計模具根據(jù)凸輪軸齒輪的形狀和結(jié)構(gòu)設(shè)計液態(tài)模鍛模具，包括凹模和凸模，模具凹模內(nèi)腔直徑為150～210mm，凹模高度180～200mm，凸、凹模單邊間隙0.5～1mm；3)液態(tài)模鍛將液態(tài)模鍛模具固定于間接擠壓鑄造機上，先將模具預(yù)熱至100～200℃，在所述液態(tài)模鍛模具凹模內(nèi)依次涂覆脫模劑和潤滑劑，然后將模具升溫至800～900℃，然后將1100～1200℃的鋼液澆注到所述液態(tài)模鍛模具中，澆筑時間5～10s，然后將模具升溫至1250～1300℃，凸模以20～30mm/s的速度下行加壓充型，以100～120MPa的壓力繼續(xù)推動凸模對鋼液持續(xù)施壓，保持壓力，直至鋼液完全凝固，以130～150MPa的壓力保壓50～60s，出模冷卻，得凸輪軸齒輪坯件，將坯件冷卻至300～400℃，保溫10～15小時；4)正火將所述坯件置于正火爐中，以1.5～2℃/min的速率升溫至680～700℃，再以1.0～1.5℃/min的速率升溫至960～1050℃，保溫2～2.5小時出爐，空冷至室溫，冷卻速度10～15℃/min；5)車削加工采用數(shù)控車床對正火處理后的毛坯進行車削加工，進行切邊、沖孔，同步完成坯件孔徑、端面及外圓的加工，孔徑、端面及外圓分別預(yù)留1～2mm的加工余量，整體表面粗造度為Ra5～6μm；6)滲碳、淬火將車削加工后的坯件置于加熱爐內(nèi)，在滲碳劑中以15～20℃/min的速率升溫至900～950℃進行滲碳，滲碳時間2～4小時，將滲碳后的齒輪冷卻至810～850℃，均溫1～1.5小時，然后在80～100℃淬火油中淬火；7)回火將淬火后的坯件送入回火爐中進行回火處理，回火溫度500～550℃，保溫2～4h后，以10℃/min的速度冷卻至室溫；8)磨削加工對回火處理后的坯件的孔徑、端面及外圓進行磨削加工，磨削去除外圓加工余量至表面粗造度為Ra0.6～0.8μm，磨削去除孔徑加工余量至表面粗糙度為Ra0.6～0.8μm，磨削去除端面加工余量至表面粗糙度為Ra0.6～0.8μm；9)拋丸、探傷將磨削加工后的坯件送入履帶式拋丸機進行拋丸處理，用熒光磁粉進行磁粉探傷、超聲波探傷處理；10)磷皂化處理、清理、拋光、涂防銹油將磨削加工處理后的坯件進行磷皂化處理，清理去除表面氧化皮， 送入齒輪拋光機拋光，涂覆防銹油，干燥，得所述汽車發(fā)動機用凸輪軸齒輪。進一步，步驟6)所用滲碳劑為煤油。另，步驟6)所述滲碳步驟中，滲碳分為起始階段、強滲階段和擴散階段，起始階段的碳勢CP為0.8～0.9C％，強滲階段的碳勢CP為0.9～1.02C％；擴散階段的碳勢0.75～0.5C％，起始階段的時間為0.5～0.8小時，強滲階段的時間1.2～2.5小時，擴散階段的時間為0.3～0.7小時。另有，所述磷皂化處理時間為1～2小時。再，步驟3)所用潤滑劑為玻璃潤滑劑。再有，步驟3)所用脫模劑包括如下重量份的成分：石蠟：20～30份，亞油酸甲酯：10～20份，硅藻土：10～15份，滑石粉：5～10份，聚丙烯酸鈉：5～10份，EDTA二鈉：1～5份，苯甲酸鈉：1～5份，氫氧化鉀：1～5份，十二烷基苯磺酸鈉：0.5～1份，去離子水適量。優(yōu)選地，步驟3)所用脫模劑包括如下重量份的成分：石蠟：25～30份，亞油酸甲酯：10～15份，硅藻土：10～13份，滑石粉：7～10份，聚丙烯酸鈉：5～8份，EDTA二鈉：2～5份，苯甲酸鈉：3～5份，氫氧化鉀：1～3份，十二烷基苯磺酸鈉：0.5～0.8份，去離子水適量。優(yōu)選地，步驟3)所用脫模劑包括如下重量份的成分：石蠟：25份，亞油酸甲酯：15份，硅藻土：12份，滑石粉：8份，聚丙烯酸鈉：6份，EDTA二鈉：3份，苯甲酸鈉：4份，氫氧化鉀：2份，十二烷基苯磺酸鈉：0.7份，去離子水適量。另，所述脫模劑的制備方法包括如下步驟：將石蠟、亞油酸甲酯、硅藻土、滑石粉、聚丙烯酸鈉、EDTA二鈉、苯甲酸鈉、氫氧化鉀及十二烷基苯磺酸鈉依次加入去離子水，攪拌30～40min，得到混合液，利用高速乳化機在200～300r/min的轉(zhuǎn)速下高速乳化至均勻，乳化時間為 10～15min，得乳液，將乳液進行研磨分散10～15min，得所述脫模劑。其中，表1為本發(fā)明各個實施例所提供的一種汽車發(fā)動機用凸輪軸齒輪液態(tài)模鍛工藝中鋼液的成分列表。表2為本發(fā)明各個實施例所提供的一種汽車發(fā)動機用凸輪軸齒輪液態(tài)模鍛工藝中脫模劑的成分列表。表3為本發(fā)明各個實施例所提的一種汽車發(fā)動機用凸輪軸齒輪液態(tài)模鍛工藝所得凸輪軸齒輪的機械性能列表。表1(單位：wt％)實施例1實施例2實施例3實施例4實施例5C0.280.260.250.30.27Si0.40.420.30.350.38Mn1.081.050.801.121.15Cr1.201.251.852.52.1P0.0160.0180.0170.0150.016Al0.060.050.070.070.05Ni1.151.250.80.91.0Mo0.350.310.350.30.33B0.050.030.010.080.06W0.100.150.120.080.13Nb0.120.090.150.080.10表2(單位：重量份)表3本發(fā)明所提供的一種汽車發(fā)動機用凸輪軸齒輪液態(tài)模鍛工藝，所述鍛造工藝結(jié)合汽車發(fā)動機用凸輪軸齒輪結(jié)構(gòu)專門設(shè)計，不需要剃齒等工序，工藝步驟設(shè)計合理，針對性強，采用液態(tài)模鍛工藝，所得鍛件組織致密，無成分偏析，基本為等軸晶，無各向異性，結(jié)合后續(xù)鍛造，使得凸輪軸齒輪有高的抗腐蝕性能，采用特制的脫模劑，配合潤滑劑，使得模鍛模具凹模、凸模在合模、分模過程中不粘粘，不粘滯，提高液態(tài)模鍛效率，提升材料利用率，所得凸輪軸齒輪采用特制成分齒輪鋼模鍛而成，齒表面硬度為55～60HRC；有效硬化層深HV550；芯部硬度35～40HRC，適應(yīng)汽車發(fā)動機運轉(zhuǎn)的特性，抗拉強度高達900～950MPa，屈服強度高達800～850MPa，在解除疲勞循環(huán)基礎(chǔ)N＝5×107時，惰齒輪彎曲疲勞極限σflim高達480～500MPa，通過磷皂化處理、清理、拋光、 涂防銹油處理，惰齒輪表面光澤度高，美觀實用。需要說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制。盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍中。當(dāng)前第1頁1 2 3