拖拉机凸轮轴的选材及热处理工艺与设备设计【字数：11449】
本文题目来源于企业，针对企业的20Cr拖拉机凸轮轴热处理工艺制定，热处理作为提高和改善拖拉机零件机械性能的有效手段，在产品的设计和加工的过程之中一直受到重视。零件的热处理工艺和材料是不是合理，将直接影响拖拉机的使用性能和安全的可靠性。本文围绕拖拉机凸轮轴的热处理工艺制定展开探讨。本文拖拉机凸轮轴材料为20Cr，经过查阅了大量资料，最终采取了以下热处理工艺在865℃的环境下保温150分钟进行退火处理；在920℃的环境下保温600分钟进行渗碳；在815℃的环境下保温130分钟进行淬火；在210℃的环境下保温200分钟进行回火。淬火冷却方式选择油冷。经过设计的热处理之后，凸轮轴的硬度达到要求，凸轮轴表面组织为回火马氏体、少数的残余奥氏体和细点状的碳化物；心部组织为低碳马氏体、索氏体和少量铁素体。淬火冷却的时候先快搅后慢搅，这样可以减小凸轮轴的变形。本文主要通过查阅大量资料研究出20Cr拖拉机凸轮轴它最好的热处理工艺，从而得到更佳效果的性能，从而简化企业的工序，节约时间和能源消耗。
目录
1.导言 1
1.1问题的提出 1
1.2研究的目的 1
1.3凸轮轴的现状与展望 1
2.凸轮轴的概述 3
2.1凸轮轴的形状与尺寸 3
2.1.1拖拉机凸轮轴的形状 3
2.1.2拖拉机凸轮轴的尺寸 3
2.2拖拉机凸轮轴的性能要求 3
2.3拖拉机凸轮轴的作用及其工作原理 4
3.材料的选用与分析 5
3.1材料的选用 5
3.2材料的化学成分 7
3.3材料的用途 7
4.拖拉机凸轮轴的热处理工艺选定方案 8
4.1拖拉机凸轮轴热处理工艺流程 8
4.2材料相变点的确定 8
4.3退火工艺的选定方案 9
4.4渗碳工艺的选定方案 9
4.5淬火工艺的选定方案 11
5.拖拉机凸轮轴的热处理工艺 12
5.1拖拉机凸轮轴退火的工艺 12
5.2拖拉机凸轮轴渗碳的工艺 12
5.3拖拉机凸轮轴淬火的工艺 14
5.3.1淬火工艺 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
14
5.3.2拖拉机凸轮轴的淬火工艺曲线 14
5.4 拖拉机凸轮轴回火的工艺 16
5.4.1凸轮轴回火的工艺 16
5.4.2凸轮轴回火的目的 16
6.减小凸轮轴热处理变形的措施 18
7.热处理设备 20
结论 22
参考文献 23
1.导言
1.1问题的提出
随着时代的飞速的发展，交通运输在社会上的作用也是越来越重要了。当代的运输工具主要有拖拉机和汽车等，在它们的发动机里绝大部分还是有凸轮轴的。发动机中凸轮轴是发动机配气系统中很重要的部件，它是用来保证气门按一定的时间开启和关闭，凸轮轴与气门挺杆之间为摩擦处，还承受连杆的挤压应力，其次还会受到弯曲和转矩的作用[1]。凸轮轴的常见损坏形式有接触疲劳破坏、凸轮的磨损、麻点和剥落等。我们在为了提高凸轮轴的产品质量的方面做了很多的努力，从而可以延长凸轮轴的使用寿命，将要对凸轮轴的材料和热处理工艺方面进行进一步的研究探讨，为凸轮轴在市场上的进一步发展做出贡献。
1.2研究的目的
将会根据凸轮轴的主要损坏形式选择合适的材料并且设计一套合适的热处理工艺来生产凸轮轴，使得凸轮轴能够具有良好的接触疲劳强度，耐磨性和一定的强度和刚度。刚度是金属材料（零件）在受力时，抵抗弹性变形的能力。
通过对拖拉机凸轮轴的材料和热处理工艺进行分析，同时还要对凸轮轴的工作环境、常见的失效形式和性能要求等进行全面的分析，最终我们要选择出合适的材料和热处理工艺，这样能够确保能够生产出我们想要的凸轮轴，在凸轮轴满足性能和使用要求的前提下，我们也要考虑到生产的成本问题，如果造价太高的话，这样的凸轮轴发展潜力太小，被应用的可能性也将会是极低的。这样一来的话，我们既充分的发挥了金属材料的潜力，也延长了凸轮轴和工具的使用寿命，节约了金属材料的消耗，最终也进而降低了生产的成本，使得企业在市场竞争中处于优势地位，企业的效益也会大大提高，为凸轮轴在社会进一步的发展做出贡献。
1.3凸轮轴的现状与展望
目前的凸轮轴生产方式大部分有铸造或者锻造，还有少部分为钢在经过机加工之后制造出来。铸造式凸轮轴的材料主要选用冷硬铸铁或者淬火铸铁等[2]。如果想要减轻凸轮轴的重量，我们可以型芯铸造生产凸轮轴，使轴部成为空心状。发动机性能的好与坏，很大一部分取决于凸轮轴的质量，目前凸轮轴市场有重融冷硬铸铁、淬火球墨铸铁等多种形式的凸轮轴，但代价太高，很少被应用[3]。
锻造式凸轮轴是碳钢作为材料，在热锻处理之后生产出来的，凸轮部分在高频淬火炉中进行处理，当代热处理工艺的主要设备还是热处理炉，如果我们想要实现先进的热处理工艺，那么我们就需要有先进的热处理炉来做我们的技术支持。在选择热处理炉的时候我们需要考虑到的不仅仅是凸轮轴的尺寸和形状等，如果是批量生产凸轮轴的话，那么我们可能还需要在热处理设备中增加挂钩等，这样一来，生产凸轮轴的效率将会大大提高。如果是需求很大，我们还需要设计一条生产线，最好能够实现完全自动化，虽然开始的时候自动化生产线的造价会相对高一点，但是它对人力的需求就没有那么高。从长久的眼光看，自动化生产线具有相当高的优势，发展潜力更大。锻造式凸轮轴主要是在大中型发动机中，它具有良好的耐点蚀性。锻造式凸轮轴虽然优点很多，但我们很难实现量产化，所以这种凸轮轴的发展能力不大。
以往的凸轮轴是整个整体都在相同的环境下生产出来的，所以它们的各个部分的金属性能都是相似的。所以我们很难保证整个凸轮轴的各个部分都能够满足凸轮轴不同位置的不同的性能要求，如果取性能要求最高部位的工艺标准对整个凸轮轴进行相同的处理和加工处理，这样不仅制造凸轮轴的成本会大大的提高，而且这还将会是一种资源的浪费，这样的凸轮轴生产出来在市场中也没有多大的优势。尽管凸轮轴性能很高，但购买者也会因为价格太高而选择其他企业的凸轮轴产品。所以装配式凸轮轴就可以解决了这个问题，它这样很明显的优势在市场中一定会具有足够的竞争力。
装配式凸轮轴是一种拼装凸轮轴，它的轴和凸轮是不同工艺生产出来的，然后再将它们装配在一起，这样就形成了一个完整的凸轮轴。它的凸轮常用碳钢，轴颈采用粉末冶金件，芯轴则采用冷拔薄壁无缝钢管。碳钢生产出来的凸轮，进行高频淬火或渗碳处理后，耐胶着和耐点蚀性能好。
设计装配式凸轮轴的时候，凸轮轴宽度被设计较窄，凸轮轴的排列方式紧凑[4]。装配式凸轮轴与传统凸轮轴相比有很多优点，它不仅节约了成本，还减少了资源的浪费，在重量方面我们也可以轻易的发现装配式凸轮轴比传统凸轮轴减轻了45%左右。装配式凸轮轴最重要的部分是它的连接方法，它的热处理工艺主要取决于它是怎样装配的。装配式凸轮轴想要进一步发展我们可以从加工工艺方面着手。装配式凸轮轴的应用范围在逐渐的扩大，目前应用最多的是高性能的发动机。装配式凸轮轴的生产技术也是在不断的提高，性能也再更加优化，在这样的趋势下，多种多样的装配式凸轮轴逐渐出现在市场上。通过上面可以发现装配式凸轮轴它不仅满足了它各个部位的性能要求，还把成本降到了最低，这样的设计方法可以说是做到了两全其美，所以购买装配式凸轮轴的顾客将会越来越多，我们相信这是凸轮轴的未来发展方向。
目录
1.导言 1
1.1问题的提出 1
1.2研究的目的 1
1.3凸轮轴的现状与展望 1
2.凸轮轴的概述 3
2.1凸轮轴的形状与尺寸 3
2.1.1拖拉机凸轮轴的形状 3
2.1.2拖拉机凸轮轴的尺寸 3
2.2拖拉机凸轮轴的性能要求 3
2.3拖拉机凸轮轴的作用及其工作原理 4
3.材料的选用与分析 5
3.1材料的选用 5
3.2材料的化学成分 7
3.3材料的用途 7
4.拖拉机凸轮轴的热处理工艺选定方案 8
4.1拖拉机凸轮轴热处理工艺流程 8
4.2材料相变点的确定 8
4.3退火工艺的选定方案 9
4.4渗碳工艺的选定方案 9
4.5淬火工艺的选定方案 11
5.拖拉机凸轮轴的热处理工艺 12
5.1拖拉机凸轮轴退火的工艺 12
5.2拖拉机凸轮轴渗碳的工艺 12
5.3拖拉机凸轮轴淬火的工艺 14
5.3.1淬火工艺 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
14
5.3.2拖拉机凸轮轴的淬火工艺曲线 14
5.4 拖拉机凸轮轴回火的工艺 16
5.4.1凸轮轴回火的工艺 16
5.4.2凸轮轴回火的目的 16
6.减小凸轮轴热处理变形的措施 18
7.热处理设备 20
结论 22
参考文献 23
1.导言
1.1问题的提出
随着时代的飞速的发展，交通运输在社会上的作用也是越来越重要了。当代的运输工具主要有拖拉机和汽车等，在它们的发动机里绝大部分还是有凸轮轴的。发动机中凸轮轴是发动机配气系统中很重要的部件，它是用来保证气门按一定的时间开启和关闭，凸轮轴与气门挺杆之间为摩擦处，还承受连杆的挤压应力，其次还会受到弯曲和转矩的作用[1]。凸轮轴的常见损坏形式有接触疲劳破坏、凸轮的磨损、麻点和剥落等。我们在为了提高凸轮轴的产品质量的方面做了很多的努力，从而可以延长凸轮轴的使用寿命，将要对凸轮轴的材料和热处理工艺方面进行进一步的研究探讨，为凸轮轴在市场上的进一步发展做出贡献。
1.2研究的目的
将会根据凸轮轴的主要损坏形式选择合适的材料并且设计一套合适的热处理工艺来生产凸轮轴，使得凸轮轴能够具有良好的接触疲劳强度，耐磨性和一定的强度和刚度。刚度是金属材料（零件）在受力时，抵抗弹性变形的能力。
通过对拖拉机凸轮轴的材料和热处理工艺进行分析，同时还要对凸轮轴的工作环境、常见的失效形式和性能要求等进行全面的分析，最终我们要选择出合适的材料和热处理工艺，这样能够确保能够生产出我们想要的凸轮轴，在凸轮轴满足性能和使用要求的前提下，我们也要考虑到生产的成本问题，如果造价太高的话，这样的凸轮轴发展潜力太小，被应用的可能性也将会是极低的。这样一来的话，我们既充分的发挥了金属材料的潜力，也延长了凸轮轴和工具的使用寿命，节约了金属材料的消耗，最终也进而降低了生产的成本，使得企业在市场竞争中处于优势地位，企业的效益也会大大提高，为凸轮轴在社会进一步的发展做出贡献。
1.3凸轮轴的现状与展望
目前的凸轮轴生产方式大部分有铸造或者锻造，还有少部分为钢在经过机加工之后制造出来。铸造式凸轮轴的材料主要选用冷硬铸铁或者淬火铸铁等[2]。如果想要减轻凸轮轴的重量，我们可以型芯铸造生产凸轮轴，使轴部成为空心状。发动机性能的好与坏，很大一部分取决于凸轮轴的质量，目前凸轮轴市场有重融冷硬铸铁、淬火球墨铸铁等多种形式的凸轮轴，但代价太高，很少被应用[3]。
锻造式凸轮轴是碳钢作为材料，在热锻处理之后生产出来的，凸轮部分在高频淬火炉中进行处理，当代热处理工艺的主要设备还是热处理炉，如果我们想要实现先进的热处理工艺，那么我们就需要有先进的热处理炉来做我们的技术支持。在选择热处理炉的时候我们需要考虑到的不仅仅是凸轮轴的尺寸和形状等，如果是批量生产凸轮轴的话，那么我们可能还需要在热处理设备中增加挂钩等，这样一来，生产凸轮轴的效率将会大大提高。如果是需求很大，我们还需要设计一条生产线，最好能够实现完全自动化，虽然开始的时候自动化生产线的造价会相对高一点，但是它对人力的需求就没有那么高。从长久的眼光看，自动化生产线具有相当高的优势，发展潜力更大。锻造式凸轮轴主要是在大中型发动机中，它具有良好的耐点蚀性。锻造式凸轮轴虽然优点很多，但我们很难实现量产化，所以这种凸轮轴的发展能力不大。
以往的凸轮轴是整个整体都在相同的环境下生产出来的，所以它们的各个部分的金属性能都是相似的。所以我们很难保证整个凸轮轴的各个部分都能够满足凸轮轴不同位置的不同的性能要求，如果取性能要求最高部位的工艺标准对整个凸轮轴进行相同的处理和加工处理，这样不仅制造凸轮轴的成本会大大的提高，而且这还将会是一种资源的浪费，这样的凸轮轴生产出来在市场中也没有多大的优势。尽管凸轮轴性能很高，但购买者也会因为价格太高而选择其他企业的凸轮轴产品。所以装配式凸轮轴就可以解决了这个问题，它这样很明显的优势在市场中一定会具有足够的竞争力。
装配式凸轮轴是一种拼装凸轮轴，它的轴和凸轮是不同工艺生产出来的，然后再将它们装配在一起，这样就形成了一个完整的凸轮轴。它的凸轮常用碳钢，轴颈采用粉末冶金件，芯轴则采用冷拔薄壁无缝钢管。碳钢生产出来的凸轮，进行高频淬火或渗碳处理后，耐胶着和耐点蚀性能好。
设计装配式凸轮轴的时候，凸轮轴宽度被设计较窄，凸轮轴的排列方式紧凑[4]。装配式凸轮轴与传统凸轮轴相比有很多优点，它不仅节约了成本，还减少了资源的浪费，在重量方面我们也可以轻易的发现装配式凸轮轴比传统凸轮轴减轻了45%左右。装配式凸轮轴最重要的部分是它的连接方法，它的热处理工艺主要取决于它是怎样装配的。装配式凸轮轴想要进一步发展我们可以从加工工艺方面着手。装配式凸轮轴的应用范围在逐渐的扩大，目前应用最多的是高性能的发动机。装配式凸轮轴的生产技术也是在不断的提高，性能也再更加优化，在这样的趋势下，多种多样的装配式凸轮轴逐渐出现在市场上。通过上面可以发现装配式凸轮轴它不仅满足了它各个部位的性能要求，还把成本降到了最低，这样的设计方法可以说是做到了两全其美，所以购买装配式凸轮轴的顾客将会越来越多，我们相信这是凸轮轴的未来发展方向。
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