一種防止?jié)B碳凸輪軸磨削裂紋的工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種防止?jié)B碳凸輪軸磨削裂紋的工藝。所述工藝在滲碳中改變原有滲碳完成出爐空冷的冷卻方式、并改變淬火方式和磨削參數(shù)及工藝，改進后的工藝發(fā)生裂紋的概率不超過1%，收到了顯著的效果。
【專利說明】一種防止?jié)B碳凸輪軸磨削裂紋的工藝

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及磨削工藝，具體涉及一種防止?jié)B碳凸輪軸磨削裂紋的工藝。

【背景技術】
[0002]滲碳凸輪軸磨，為經(jīng)滲碳淬火處理后的鋼件，其制造主要工藝過程為:粗車一銑凸輪一滲碳一精車一淬火一磨凸輪一探傷。
[0003]在磨削的過程中經(jīng)常出現(xiàn)會磨削裂紋。其磨削裂紋屬于典型的表面裂紋，其裂紋形式主要是橫向裂紋、網(wǎng)狀裂紋，裂紋的垂直深度約0.4_橫向裂紋沿凸輪軸向裂開，多發(fā)生在凸輪升程段，即凸輪曲率半徑較小的地方；網(wǎng)狀裂紋則在整個凸輪表面毫無規(guī)律的分布，其網(wǎng)格大小與裂紋的深淺有關，裂紋越淺，網(wǎng)格越小。磨削裂紋的存在將極大的影響凸輪軸的使用。
[0004]因此找出裂紋原因及采取相應的預防措施是及其重要的。


【發(fā)明內容】

[0005]針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明的目的之一在于提供一種防止?jié)B碳凸輪軸磨削裂紋的工藝。所述工藝在滲碳中改變原有滲碳完成出爐空冷的冷卻方式、并改變淬火方式和磨削參數(shù)及工藝，改進后的工藝發(fā)生裂紋的概率不超過1%，收到了顯著的效果。
[0006]為了解決以上技術問題，本發(fā)明采用了以下技術方案
[0007]—種防止?jié)B碳凸輪軸磨削裂紋的工藝，其工藝流程包括:粗車一銑凸輪一滲碳一精車一淬火一磨凸輪一探傷，其特征在于:
[0008](I)滲碳完成后，先進行660-700 °C高溫回火3.5-4.5h，然后爐內冷卻到480-520°C以下，再出爐空冷；
[0009](2)淬火時快速加熱至810-850°C，再通過75_85°C油淬，保持1.5-2.5h，在低溫160-2000C 回火，一次回火 3.5-4.5h ；
[0010](3)在磨削中，磨削參數(shù)的選擇如下:砂輪磨料為立方氮化硼，線速度65-75m/s，徑向進給量0.0045-0.0055mm/r，冷卻液Aquatex3380，修整頻率5-7根/次；砂輪與工件的轉向采取相背而行；
[0011](4)在磨削工藝上依次采用了粗磨、低溫回火、精磨、低溫回火。
[0012]其中:優(yōu)選(I)滲碳完成后，先進行680°C高溫回火4h，然后爐內冷卻到500°C以下，再出爐空冷；
[0013](2)淬火時快速加熱至830°C，再通過80°C油淬，保持2h，在低溫180°C回火，一次回火4h ；
[0014](3)在磨削中，磨削參數(shù)的選擇如下:砂輪磨料為立方氮化硼，線速度70m/s，徑向進給量0.005mm/r,冷卻液AquateX3380，修整頻率6根/次；砂輪與工件的轉向采取相背而行。
[0015]以下對本發(fā)明進行詳細說明:
[0016]本發(fā)明經(jīng)過大量的研究發(fā)現(xiàn)，凸輪磨削裂紋產生的原因分析
[0017](I)熱處理因素
[0018]在熱處理過程中，滲碳和淬火在冷卻時都有可能造成裂紋，或是得到了裂紋所必須的金相組織，而在后面磨削時暴露出來。
[0019]磨削中發(fā)現(xiàn)的網(wǎng)狀裂紋，主要來自于工件滲碳后的冷卻過程中產生了層帶狀組織其滲碳層在一定速度冷卻下，會出現(xiàn)局部過冷奧氏體不分解，而在Ms點以下形成馬氏體現(xiàn)象經(jīng)解剖分析發(fā)現(xiàn)，凸輪軸在滲碳的過程中，滲層內都具有相同而復雜的層帶狀顯微組織，由表及里依次出現(xiàn)兩個厚度不等的組織層次，它們分別是珠光體+網(wǎng)狀碳化物層馬氏體層。如果防止產生這種層帶狀組織時，產生網(wǎng)狀裂紋的機會就會小很多。
[0020]在淬火過程中，容易產生裂紋的原因主要來自于在冷卻時產生的內應力而導致的變形或開裂。內應力包括由表層和心部的溫差導致比體積變化所引起的熱引力，以及由溫差造成馬氏體轉變的時間差而引發(fā)的組織應力。
[0021]同時在淬火冷卻中還值得注意的是，如何保持殘留奧氏體量的穩(wěn)定化和盡量減少不穩(wěn)定殘留奧氏體量，以避免在低溫回火冷卻過程中，由于組織應力被大大消除(約能消除30%以上的組織應力)而促使部分殘余奧氏體在低溫回火冷卻過程中向馬氏體轉變，形成二次淬火馬氏體。該二次淬火馬氏體的正斷抗力為600?700MPa，并且韌性極差由于淬火馬氏體與殘留奧氏體的比體積相差很大，即馬氏體的膨脹系數(shù)約是奧氏體膨脹系數(shù)的2/3。正是由于這種脆性大強度低的相存在，導致在磨削過程中產生了磨裂現(xiàn)象
[0022](2)磨削因素
[0023]影響磨裂的磨削因素主要是其工藝參數(shù)的選擇是否合理，能否有效地降低磨削熱。凸輪表面在磨削前硬度是58?62HRC，其組織主要是回火馬氏體和少量的殘留奧氏體。在磨削時產生大量的磨削熱會使工件表層金屬超過相變溫度，砂輪離開后瞬間又迅速冷卻，就產生二次淬火，最外層的殘留奧氏體組織轉變成淬火馬氏體，比體積增大，促使最外層膨脹，但受到內層金屬的牽制，因此最外層受到壓應力；內層金屬溫度略低，二次淬火后的淬火馬氏體轉變成回火馬氏體或索氏體，比體積減小，受到拉應力因此，影響凸輪表面質量的是殘余拉應力。同時，在磨削過程中，凸輪表面在大量的磨削熱作用下，可使外層完全處于沒有內應力的塑性狀態(tài)，體積膨脹。
[0024]隨著磨削過程的結束，外層金屬將由完全的塑性狀態(tài)。過渡到彈性狀態(tài)隨著溫度的降低，塑性減小，彈性增大，體積縮小，這層金屬迅速冷卻時體積縮小得更快些，這樣便受到內層金屬的牽制，同時也受到了不能恢復彈性狀態(tài)的外層金屬的牽制，結果使外層金屬中產生相當大的殘余拉應力，甚至能超過材料的強度極限而產生磨削裂紋。
[0025]通過分析，組織轉變產生的拉應力和熱變形產生的拉應力的綜合作用是磨削過程中產生裂紋的主要原因，但這兩者又都是磨削時產生的瞬間高溫所引起的。這也不難解釋在磨削中產生的凸輪表面裂紋一般出現(xiàn)在曲率半徑較小的部位，因為該地方產生的磨削熱量大，散熱條件差預防裂紋的措施。
[0026]在此基礎上，本發(fā)明研究了相應的處理方法。
[0027](I)熱處理工藝
[0028]①降低滲碳時的冷卻速度。在滲碳中，主要導致裂紋是由于冷卻速度的不同而產生冷卻后組織不同，控制好冷卻速度，防止層帶狀滲層組織的產生，能夠有效地避免由于滲碳導致的磨削裂紋。同時滲碳件表面碳濃度不宜過高，否則會引起殘留奧氏體量過多，二次淬火馬氏體量也會過多，所以最好控制碳勢在0.9%?1.0%。②增加回火程度。在不改變其他工藝條件的情況下，通常采用增加回火程度(包括適當提高回火溫度、延長回火時間或增加回火次數(shù))的辦法，來預防消除和磨除磨削裂紋。
[0029](2)磨削工藝
[0030]在磨削工藝上所做的一切主要是為了有效地減少磨削熱的產生或降低，各工藝參數(shù)與磨削熱的變化關系如下:
[0031]砂輪轉速。砂輪轉速(主要是線速度)越高，會導致擠壓和摩擦作用加大，產生的磨削熱也增大。
[0032]工件轉速。工件轉速越高，其熱源移動速度快，但增加了單位時間內的切削量，產生磨削熱的大小靠兩者之間的平衡。
[0033]砂輪硬度。一個總的原則為:磨削較硬的表面時，應該用軟砂輪，磨削比較軟的材料時選用硬砂輪，這樣能降低磨削熱。
[0034]工件材料。主要與工件的導熱性有關，對普通鋼件而言，含碳量越高，則導熱性越差，磨削時溫度就高。
[0035]工件表面硬度。工件表面硬度主要與表面材料組織有關，對同一種材料，其金相組織不同，導熱性也不同，按奧氏體淬火和回火馬氏體珠光體的順序依次變好進給量進給量越大，其產生的磨削變形力和摩擦力越大，導致磨削熱增加。
[0036]砂輪修整度。在砂輪出現(xiàn)鈍化現(xiàn)象時，其磨削熱顯著增加，不但會影響工件表面質量，并且很容易產生燒傷
[0037]工件形狀。凸輪輪廓外形的曲率半徑越小，不僅會導致產生的磨削熱大，同時其散熱也比較困難。
[0038]切削液。在加工中除了保證大流量的切削液外，還應該選擇浸透性潤滑性和冷卻性都相對較好的切削液才能有效地降低切削熱。
[0039]在針對具體工件磨削中，只有根據(jù)工件材料形狀表面硬度及其加工要求正確地制定磨削工藝參數(shù)和選擇合適的切削液，才能在磨削過程中降低裂紋的產生。
[0040]因此，本發(fā)明采用了以下方法解決磨削裂紋的產生
[0041](I)在滲碳中改變原有滲碳完成出爐空冷的冷卻方式，改為先進行680°C高溫回火4h，然后爐內冷卻到500°C以下，再出爐空冷經(jīng)過檢測，網(wǎng)狀碳化物等級由原來的3?4級降為I?2級。
[0042](2)淬火時快速加熱至830°C，再通過80°C油淬，保持2h，在低溫180°C回火，一次回火4h經(jīng)檢測，凸輪表面淬硬層組織為:回火細針馬氏體+殘留奧氏體+。粒狀和少量小條塊狀碳化物
[0043](3)在磨削中，磨削參數(shù)的選擇如下:砂輪磨料為立方氮化硼，線速度70m/s，徑向進給量0.005mm/r,冷卻液Aquatex3380，修整頻率6根/次
[0044](4)除此之外還采用砂輪與工件的轉向采取相背而行在工藝上依次采用了粗磨低溫回火精磨低溫回火和包裝入庫的工藝
[0045]本發(fā)明具有以下優(yōu)點:改進工藝后發(fā)生裂紋的概率不超過1%，收到了顯著的效果O

【具體實施方式】
[0046]為便于理解本發(fā)明，本發(fā)明列舉實施例如下。本領域技術人員應該明了，所述實施例僅僅是幫助理解本發(fā)明，不應視為對本發(fā)明的具體限制。
[0047]實施例一
[0048]一種防止?jié)B碳凸輪軸磨削裂紋的工藝，所述凸輪軸材料為20CrMnTi，其工藝流程包括:粗車一統(tǒng)凸輪一滲碳一精車一淬火一磨凸輪一探傷，其特征在于:
[0049](I)滲碳完成后，先進行660°C高溫回火3.5h，然后爐內冷卻到480°C以下，再出爐空冷；
[0050](2)淬火時快速加熱至810°C，再通過75°C油淬，保持1.5h，在低溫160°C回火，一次回火3.5h ；
[0051](3)在磨削中，磨削參數(shù)的選擇如下:砂輪磨料為立方氮化硼，線速度65m/s，徑向進給量0.0045mm/r,冷卻液AquateX3380，修整頻率5根/次；砂輪與工件的轉向采取相背而行；
[0052](4)在磨削工藝上依次采用了粗磨、低溫回火、精磨、低溫回火。
[0053]實施例二
[0054]一種防止?jié)B碳凸輪軸磨削裂紋的工藝，所述凸輪軸材料為20CrMnTi，其工藝流程包括:粗車一統(tǒng)凸輪一滲碳一精車一淬火一磨凸輪一探傷，其特征在于:
[0055](I)滲碳完成后，先進行700°C高溫回火4.5h，然后爐內冷卻到520°C以下，再出爐空冷；
[0056](2)淬火時快速加熱至850°C，再通過85°C油淬，保持2.5h，在低溫200°C回火，一次回火4.5h ；
[0057](3)在磨削中，磨削參數(shù)的選擇如下:砂輪磨料為立方氮化硼，線速度75m/s，徑向進給量0.0055mm/r,冷卻液AquateX3380，修整頻率7根/次；砂輪與工件的轉向采取相背而行；
[0058](4)在磨削工藝上依次采用了粗磨、低溫回火、精磨、低溫回火。
[0059]實施例三
[0060]一種防止?jié)B碳凸輪軸磨削裂紋的工藝，所述凸輪軸材料為20CrMnTi，其工藝流程包括:粗車一統(tǒng)凸輪一滲碳一精車一淬火一磨凸輪一探傷，其特征在于:
[0061](I)滲碳完成后，先進行680°C高溫回火4h，然后爐內冷卻到500°C以下，再出爐空冷;
[0062](2)淬火時快速加熱至830°C，再通過80°C油淬，保持2h，在低溫180°C回火，一次回火4h ；
[0063](3)在磨削中，磨削參數(shù)的選擇如下:砂輪磨料為立方氮化硼，線速度70m/s，徑向進給量0.005mm/r,冷卻液AquateX3380，修整頻率6根/次；砂輪與工件的轉向采取相背而行；
[0064](4)在磨削工藝上依次采用了粗磨、低溫回火、精磨、低溫回火。
[0065] 申請人:聲明，本發(fā)明通過上述實施例來說明本發(fā)明的詳細工藝設備和工藝流程，但本發(fā)明并不局限于上述詳細工藝設備和工藝流程，即不意味著本發(fā)明必須依賴上述詳細工藝設備和工藝流程才能實施。所屬【技術領域】的技術人員應該明了，對本發(fā)明的任何改進，對本發(fā)明產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)明的保護范圍和公開范圍之內。
【權利要求】
1.一種防止?jié)B碳凸輪軸磨削裂紋的工藝，其工藝流程包括:粗車一銑凸輪一滲碳一精車一淬火一磨凸輪一探傷，其特征在于: (1)滲碳完成后，先進行660-700°C高溫回火3.5-4.5h，然后爐內冷卻到480_520°C以下，再出爐空冷； (2)淬火時快速加熱至810-850°C，再通過75-85 °C油淬，保持1.5-2.5h，在低溫160-2000C 回火，一次回火 3.5-4.5h ； (3)在磨削中，磨削參數(shù)的選擇如下:砂輪磨料為立方氮化硼，線速度65-75m/s，徑向進給量0.0045-0.0055mm/r,冷卻液Aquatex3380，修整頻率5-7根/次。
2.根據(jù)權利要求1所述的工藝，其中，砂輪與工件的轉向采取相背而行。
3.根據(jù)權利要求1所述的工藝，其中，在磨削工藝上依次采用了粗磨、低溫回火、精磨、低溫回火。
4.根據(jù)權利要求1所述的工藝，優(yōu)選滲碳完成后，先進行680°C高溫回火4h，然后爐內冷卻到500°C以下，再出爐空冷。
5.根據(jù)權利要求1所述的工藝，優(yōu)選淬火時快速加熱至830°C，再通過80°C油淬，保持2h，在低溫180°C回火，一次回火4h。
6.根據(jù)權利要求1所述的工藝，優(yōu)選在磨削中，磨削參數(shù)的選擇如下:砂輪磨料為立方氮化硼，線速度70m/s,徑向進給量0.005mm/r,冷卻液Aquatex3380,修整頻率6根/次；砂輪與工件的轉向采取相背而行。
【文檔編號】C23F17/00GK104233315SQ201310236222
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年6月14日 優(yōu)先權日:2013年6月14日
【發(fā)明者】華兆紅 申請人:無錫市森信精密機械廠