一种用Zn-Al-Ti-Mg系合金钢为材料的凸轮曲轴加工制造工艺的制作方法
【技术领域】
[0001]该发明属于机加工锻造热处理综合技术领域，涉及凸轮曲轴其合金钢。尤其是一种用Zn-Al-T1-Mg系合金钢为材料的凸轮曲轴加工制造工艺。
【背景技术】
[0002]目前，用Zn-Al-T1-Mg系合金钢为材料的凸轮曲轴工艺包含锻压成型、正火、调质、消应力、淬火及回火热处理工艺，表面硬化硬度只能达到HRC50左右，耐磨性很差。如果采用传统的热处理方法提高硬度值往往会造成表面淬火裂纹的产生而报废或是在用户运行过程中断裂，给用户造成巨大的直接或间接的经济损失。Zn-Al-T1-Mg系合金钢为材料的凸轮曲轴频淬火表面硬化其耐酸盐腐蚀性很差，特别是在沿海地区大气中酸盐性很严重，在Zn-Al-T1-Mg系合金钢为材料的单凸轮曲轴面形成点蚀或是裂纹而报废。凸轮曲轴通用机械类发动机中的关键承载零件，对内在质量要求较高。以往传统方法对采用锻造毛坯，该锻件为典型的长轴类锻件，并且在轴向长度方向上材料分布严重不均，曲拐偏离中心距离较大，对于锻造工艺来讲，属于复杂类锻件。现有技术中的锻造工艺一般为空气锤自由锻制坯，摩擦压力机锻造成形，然后采用冲床切边。具体的工艺流程为，将加热后的圆棒料采用空气锤通过胎模进行多次锻打，将两端的杆部拔长，中间留出原始直径的坯料，再在摩擦压力机上进行模锻，最后切边，该方法生产效率低，制坯精度低，废品率高，生产过程噪声大，震动大，工人劳动条件恶劣，不符合绿色锻造的发展方向。
【发明内容】
[0003]针对现有技术的不足，本发明为了解决上述问题，设计了一种用Zn-Al-T1-Mg系合金钢为材料的凸轮曲轴加工制造工艺。
[0004]—种用Zn-Al-T1-Mg系合金钢为材料的凸轮曲轴加工制造工艺，其材料主要包括了下列元素的百分比含量:Al 2.45% -5.21%, Zn 2.34% -5.38% ,Ni 0.23% -0.56%,Ti 0.35 % -0.46 %, Cr 0.25 % -0.61 % , Mg 0.15 % -0.29 %，Si 1.35 % -2.07 %，Pb<0.003, S<0.0025 %，其余为铁和不可避免的杂质，优选Al 2.79 % -4.61 %，Zn
2.78 % -4.68 % , Ni 0.29 % -0.46 %，Ti 0.39 % -0.42 %，Cr 0.32 % -0.54 % , Mg0.19% -0.23%, Si 1.65% -1.87%, Pb〈0.003，S〈0.0025%，其加工工艺包括如下步骤:
(I)首先进行拔长模膛，并进行上下翻转，然后对其进行滚压，进行毛坯翻转，切断模膛，本工艺采用多镗模锻，即在一副锻模上具有多个模膛，此处选5个模膛。采用热锻造，胎膜锻:开式锻模，下模和上模均以0.05mm/s-0.26mm/s速度运动，使得上下模闭合，保持20-40分钟后取出凸轮曲轴后去飞边，始锻温度为1000-1200°C，终锻温度为730-820°C，锻造率为21% -32%，压力控制在20-25Mpa，经热锻造后的材料的抗拉强度和屈服强度都得到了很好的改善，(2)经模锻后的凸轮曲轴，进行失效去应力处理，即将凸轮曲轴放入高温频炉中加热到680-720°C，保温6-9h，使零件完全奥氏体化和均匀化，取出随空气缓慢冷却，(3)对凸轮曲轴进行机加工，人工输入加工程序，使得数控机床自动加工，在加工过程中引入一种绿色无污染的切削液，以雾化形式喷于零件盒刀头之间的切削区，带走切削过程中产生的热量，同时可以防止机械瘤的形成，加工精度为IT 6-7，表面粗糙度为Ra = 4.9-3.5 μπι，
[4]对经过机加工凸轮曲轴进行等温淬火和中温回火，将其加热到贝氏体化变相温度后淬入盐水浴中，加热温度为630-690°C，保温时间为8-10h，从而保证了凸轮曲轴变形小，再中温回火处理，将齿轮加热到320-380 °C，保温3-4h，缓慢冷却到室温，使得凸轮曲轴的强度、塑性、韧性等综合性能得到提高，(5)渗碳共处理，首先进行预氧化，加热温度为300-3500C，再通入氨气，保温后6-8小时后温度达到600-700°C，保温7_8h，将C离子渗到工件表面，渗氮深度为1.2-1.4mm，从而使得凸轮曲轴有高的疲劳强度、耐磨性和抗咬合性，再将凸轮曲轴放入沉积高温炉中处理，加热到720-770°C，以氮气为载体将CH4带入反应器，将TiC沉积在凸轮曲轴表面，(6)对凸轮曲轴进行复合磁场电解精加工，电极进给速度0.9-1.2mm/min，加工电压为28-32V，电解液为质量浓度为15-20%的KaOH水溶液，电解液的温度为28-35°C，电解液的液压为8.5-9.4Mpa，电解液的电流为400-500A，阳极接凸轮曲轴，阴极是工具电极，两级之间间隙为0.06-0.3mm，随着工件表面金素材料的不断溶解，工件表面逐渐被加工成接近于工具电极的型面，直到将工具电极型面复印到凸轮曲轴上获得所需型面。将磁铁布置在阴阳级之间，使得电解加工流场得到改善，提高了电解加工的精度，(7)对经过电解加工的凸轮曲轴进行超声波检验，看是否符合要求，否则返回步骤(4)。
[0005]发明优点在于本发明采用锻造，解决了铸造成型的生产效率低，制坯精度低，废品率高，生产过程噪声大，震动大等问题；对精加工后的定位凸轮曲轴进行热处理，即采用等温淬火和中温回火，从而保证了凸轮曲轴形小不开裂，使得凸轮曲轴强度、塑性、韧性等综合性能提高。通过渗氮共处理，采用中温气体法，从而使得凸轮曲轴有高的疲强度、耐磨性和抗咬合性。等离子化学气相沉积处理使得凸轮曲轴表面硬度，抗弯强度、耐磨性等进一步提高，而且心部的柔韧性得到改善；对凸轮曲轴进行复合磁场电解精加工，不仅提高了凸轮曲轴的表面质量而且还提高了凸轮曲轴尺寸精度和形状精度；对工件进行防锈处理不仅大大提高凸轮曲轴寿命，而且使得其摩擦减小，可靠性提高。
【具体实施方式】
[0006]实施例一
[0007]设计了一种凸轮曲轴加工制造工艺，其所用材料为Zn-Al-T1-Mg系合金钢，主要包括了下列元素的百分比含量:Al 2.45%, Zn 2.34 % , Ni 0.23%, Ti 0.35%, Cr0.25% ,Mg 0.15%, Si 1.35%，Pb〈0.003，S〈0.0025%，其余为铁和不可避免的杂质，其加工工艺关键技术如下:(I)首先进行拔长模膛，并进行上下翻转，然后对其进行滚压，进行毛坯翻转，切断模膛，本工艺采用多镗模锻，即在一副锻模上具有多个模膛，此处选5个模膛。采用热锻造，胎膜锻:开式锻模，下模和上模均以0.05mm/s速度运动，使得上下模闭合，保持20分钟后取出凸轮曲轴后去飞边，始锻温度为1000°C，终锻温度为730°C，锻造率为21%，压力控制在20pa，(2)经模锻后的凸轮曲轴，进行失效去应力处理，即将凸轮曲轴放入高温频炉中加热到680°C，保温6h，使零件完全奥氏体化和均匀化，取出随空气缓慢冷却，(3)对凸轮曲轴进行机加工，在加工过程中引入一种绿色无污染的切削液，以雾化形式喷于零件盒刀头之间的切削区，带走切削过程中产生的热量，加工精度为IT 6，表面粗糙度为Ra = 4.9ym，(4)对经过机加工凸轮曲轴进行等温淬火和中温回火，将其加热到贝氏体化变相温度后淬入盐水浴中，加热温度为630°C，保温时间为8h，再中温回火处理，将齿轮加热到320°C，保温3h，(5)渗碳共处理，首先进行预氧化，加热温度为30(TC，再通入氨气，保温后6小时后温度达到600°C，保温7h，将C离子渗到工件表面，渗氮深度为1.2mm,从而使得凸轮曲轴有高的疲劳强度、耐磨性和抗咬合性，再将凸轮曲轴放入沉积高温炉中处理，加热到720°C，以氮气为载体将CH4带入反应器，将TiC沉积在凸轮曲轴表面，(