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凸輪軸感應(yīng)淬火的發(fā)展
1930~1940年,凸輪軸使用灰鑄鐵件。有時(shí)凸輪軸不經(jīng)過(guò)熱處理,然而,大多數(shù)情況下,它們會(huì)經(jīng)過(guò)火焰淬火或感應(yīng)淬火。經(jīng)過(guò)火焰淬火工藝,表面淬火質(zhì)量問(wèn)題很多,并且設(shè)備需要反復(fù)啟動(dòng)來(lái)進(jìn)行工藝控制。通過(guò)低熱密度來(lái)延長(zhǎng)淬火時(shí)間來(lái)避免凸輪表面的過(guò)熱。延長(zhǎng)淬火時(shí)間會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)率下降。對(duì)每個(gè)凸輪進(jìn)行熱處理一般需要15s甚至更長(zhǎng)時(shí)間。這會(huì)擴(kuò)大淬硬層深度,使得熱影響區(qū)域擴(kuò)大,并且導(dǎo)致形變。當(dāng)使用灰鑄鐵時(shí)會(huì)出現(xiàn)一定量的殘留奧氏體(除非應(yīng)用低溫?zé)崽幚?/span>)。
感應(yīng)淬火技術(shù)的應(yīng)用可以彌補(bǔ)火焰淬火的許多不足。感應(yīng)淬火技術(shù)可以對(duì)單軸、多軸甚至整件的凸輪進(jìn)行淬火。然而,后者會(huì)產(chǎn)生不均勻變形。因此,多凸輪快速淬火成為灰鑄鐵表面淬火的最佳選擇。它擁有更好的工序可控性、高質(zhì)量、變形小、高生產(chǎn)率??紤]到灰鑄鐵的低韌性和高脆性,必須有短時(shí)的淬火延遲來(lái)減少淬火初始階段的熱沖擊,并避免裂紋的生成,尤其在凸輪尖端部分。
緊接著發(fā)展了中碳鋼凸輪軸。與灰鑄鐵相比,成分和微觀(guān)結(jié)構(gòu)偏析現(xiàn)象減小,孔隙得到消除,韌性提高,有更一致的淬透性。有些例子中,凸輪軸會(huì)使用低碳低合金鋼進(jìn)行滲碳。由于周期型工藝的固有劣勢(shì),鋼制凸輪軸的感應(yīng)淬火迅速普及開(kāi)來(lái)。因?yàn)楦袘?yīng)淬火工藝可以一次處理一個(gè)零件,它就能夠和機(jī)械加工機(jī)床在線(xiàn)布置。它特別適合高生產(chǎn)率的場(chǎng)合,滿(mǎn)足高質(zhì)量和零件的可追溯性。
后來(lái)凸輪軸淬火工藝進(jìn)一步發(fā)展促進(jìn)了球墨鑄鐵的應(yīng)用,提供可以替代鋼凸輪的生產(chǎn)工藝。在球墨鑄鐵中增加珠光體,采用優(yōu)異的功率密度和加熱時(shí)間,達(dá)到和鋼凸輪感應(yīng)淬火技術(shù)相同的工藝。鋼和球墨鑄鐵都可以使用感應(yīng)淬火。
根據(jù)幾何形狀和生產(chǎn)需要,凸輪軸的感應(yīng)淬火可以采用單凸輪的掃描加熱,或者單/多凸輪的靜態(tài)或一發(fā)法加熱。垂直和水平感應(yīng)淬火的方式在不同設(shè)備商那里都有采用。然而垂直主軸設(shè)計(jì)因其簡(jiǎn)易性和占地少而得到廣泛使用。正火鋼凸輪感應(yīng)淬火過(guò)程中,一個(gè)凸輪加熱平均需要3~5s。調(diào)質(zhì)鋼需要的時(shí)間更短。由于汽車(chē)鋼凸輪的具體生產(chǎn)要求,每個(gè)凸輪功率水平平均在60~90kW甚至更高。取決于所需淬硬層深度和凸輪幾何形狀,頻率一般為3~40kHz。
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