本发明属于材料热处理技术领域，涉及凸轮轴端件的感应热处理方法，具体涉及凸轮轴端件的槽口和外圆的感应热处理方法。
背景技术
装配式凸轮轴是近20年来开发的新型内燃机零件，适应汽车工业轻量化、高性能、低排放和低成本的发展趋势。目前，世界上越来越多的汽车制造厂家将装配式凸轮轴用于高性能发动机上，其生产工艺的提高对促进我国汽车产业不断发展具有重要的现实意义。
与传统凸轮轴相比，装配式凸轮轴具有如下技术优势：(1)可实现柔性设计、柔性生产与敏捷制造；在装配过程中，可实现凸轮相位角与轴向位置的自由调整与修正，有利于新产品的设计与制造，缩短研发制造周期。(2)有利于材料分体优化与凸轮轴结构形式选择；可根据配气机构对凸轮轴各个部位的性能要求不同，合理选择凸轮、轴颈与心轴的材料，保证其质量要求。(3)采用近净成形工艺成形凸轮，可大幅度降低制造成本；根据材料及形状要求，采用冷精密塑性成形、粉末冶金烧结、精密铸造等工艺成形凸轮，减少凸轮的切削加工过程，节省工时、降低成本。(4)空心管心轴、凸轮材料的优化及精密成形技术的应用，可使凸轮轴整体质量降低20％～40％，节约材料达30％以上。(5)可针对不同零件采用最适宜的热处理技术与表面强化技术，从而大幅度提高凸轮轴的制造精度、产品质量和使用寿命。(6)凸轮轴的全部部件分体加工，并装配集成，降低装配工时与装配成本。(7)提高凸轮轴整体刚度。其动态转矩可达800～1000n·m，并可降低摩擦、承受较高的阀门冲击载荷。(8)凸轮工作型面可根据产品性能要求，任意设计选择。近净成形技术可用于不同曲率的凸轮加工，有利于新型发动机的开发应用。(9)可大幅度节省凸轮轴金属加工设备与工时，分体零件与设备小型化也降低了设备投资和场地面积；(10)凸轮在心轴上的排列可更加紧凑，在多气门顶置凸轮轴的加工方面更优越；(11)部件分开加工，可大幅提高生产自动化及集约化程度。
装配式凸轮轴是凸轮轴制造技术的发展和升级，是实现创新跨越的关键。在减轻质量、降低成本、大幅度节省工序及设备方面具有传统凸轮轴无法比拟的优势，且具有凸轮型面、结构形式随意、材料分体优化选择、整体刚性及强度高、柔性加工、敏捷制造等显著优点。但是，制备装配式凸轮轴端件系列零件的难点在于：尺寸精度高，变形量极小，而硬化曲线要求二侧均匀、中间及内部硬化均匀。由于零件槽口形状的特殊性，很难保证中间及外侧的感应淬火温度均匀，而槽口外侧温度过高又容易产生开裂，在保证槽口硬化符合要求又能确保零件不开裂条件下，对热处理淬火的工艺参数设定、控制要求很高。采用常规设计的感应器、夹具很难保证二侧硬化均匀，如单侧淬火，生产效率降低50％，而且也很难保证中间及外侧的硬化均匀。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是提供以一种凸轮轴端件的感应热处理方法，根据凸轮轴端件的实际形状在感应加热装置上安装磁场集中装置，通过感应加热装置与磁场集中装置精确、紧密装配，感应加热装置内的冷却水带走磁场集中装置上的热量，确保磁场集中装置在居里点温度下正常工作，可使热处理能耗降低30％，且异型零件需要淬火部位的表面硬度和硬化层深度达到产品技术要求。
本发明的上述目的通过以下技术方案实现：
一种凸轮轴端件的感应热处理方法，包括：采用带有磁场集中装置的感应加热装置对凸轮轴端件槽口和外圆进行感应淬火和回火两个步骤；具体地，包括以下步骤：
s1：将所述感应加热装置的感应圈套装在所述凸轮轴端件槽口或外圆外部，在一定的直流电压和直流电流下加热，然后用淬火介质进行冷却；
s2：所述凸轮轴端件槽口或外圆冷却后，置于回火炉中，在一定温度下保温进行回火处理后，空冷；其中，
所述凸轮轴端件槽口加热时直流电压为160～220v，直流电流为85～145a，加热时间为1.9～2.5s，冷却时间为1.0～2.5s；所述回火温度为310～330℃，回火时间为2h，空冷；
所述凸轮轴端件外圆在一定移动速度和旋转速度穿过所述感应加热装置的感应圈，加热时直流电压为336～416v，直流电流为41～81a，加热时间为0.7～1.3s，冷却时间为2.7～3.3s；所述回火温度为150～170℃，回火时间为2h，空冷。
进一步地，所述淬火介质为质量分数为5％～12％的水溶性聚合物溶液，温度为20～40℃，优选为5％～12％的聚乙二醇水溶液。
进一步地，所述淬火和所述回火间隔时间不超过3h。
进一步地，所述凸轮轴端件槽口的材质为42crmos4。
进一步地，所述凸轮轴端件外圆的材质为c53g。
进一步地，所述凸轮轴端件外圆的移动速度为340～420mm/min，旋转速度为40～70hz。
进一步地，所述回火前还包括将所述凸轮轴端件浸没于防锈剂中不低于3min。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
一、采用本发明中凸轮轴端件系列零件感应热处理工艺可以提高凸轮轴整体刚度，动态转矩可达800～1000n·m，并可降低摩擦、承受较高的阀门冲击载荷。
二、本发明的感应热处理工艺可使热处理能耗降低30％，且对异型零件需要淬火的部位，表面硬度和硬化层深度达到产品的技术要求，实现节能减排和降耗。
附图说明
图1为本发明中凸轮轴端件槽口的结构示意图；
图2为本发明中凸轮轴端件外圆的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
对材质为42crmos4的凸轮轴端件槽口(如附图1所示)进行感应热处理，具体过程为：将带有磁场集中装置的感应加热装置的感应圈套装在凸轮轴端件槽口外部，在直流电压为160v、直流电流为85a下加热1.9s，再用温度为20℃、质量分数为5％的聚乙二醇水溶液作为淬火介质冷却1.0s，浸没于防锈剂中3min后置于回火炉中，在310℃下保温2h进行回火，空冷。
经测试，显微硬度计测试上述热处理后的凸轮轴端件槽口的表面硬度可达480hv1、距表面0.10mm≥370hv1，硬化层深度为410hv1＝0.5mm、340hv1≥0.2mm。金相显微镜测试端件槽口的金相组织为回火马氏体，硬化区长度为7.5max。可以看出，上述感应热处理方法大大提高了凸轮轴整体刚度，动态转矩可达800n·m，并降低了摩擦、承受较高的阀门冲击载荷，热处理能耗也降低30％以上，表面硬度和硬化层深度达到产品技术要求。
实施例2
对材质为42crmos4的凸轮轴端件槽口进行感应热处理，具体过程为：将带有磁场集中装置的感应加热装置的感应圈套装在凸轮轴端件槽口外部，在直流电压为220v、直流电流为145a下加热2.5s，再用温度为40℃、质量分数为12％的聚乙二醇水溶液作为淬火介质冷却2.5s，再浸没于防锈剂中5min后置于回火炉中，在330℃下保温2h进行回火，空冷。
经测试，显微硬度计测试上述热处理后的凸轮轴端件槽口的表面硬度可达560hv1、距表面0.10mm≥370hv1，硬化层深度为410hv1＝2.5mm、340hv1≥0.2mm。金相显微镜测试端件槽口的金相组织为回火马氏体，硬化区长度为7.5max。可以看出，上述感应热处理方法大大提高了凸轮轴整体刚度，动态转矩可达1000n·m，并降低了摩擦、承受较高的阀门冲击载荷，热处理能耗也降低30％以上，表面硬度和硬化层深度达到产品技术要求。
实施例3
对材质为42crmos4的凸轮轴端件槽口进行感应热处理：采用带有磁场集中装置的感应加热装置对凸轮轴端件槽口进行感应淬火和回火，具体过程为：将感应加热装置的感应圈套装在凸轮轴端件槽口外部，在直流电压为190v、直流电流为115a下加热2.2s，再用温度为30℃、质量分数为8％的聚乙二醇水溶液作为淬火介质冷却1.5s，浸没于防锈剂中4min后置于回火炉中，在320℃下保温2h进行回火，空冷。
经测试，显微硬度计测试上述热处理后的凸轮轴端件槽口的表面硬度可达520hv1、距表面0.10mm≥370hv1，硬化层深度为410hv1＝1.5mm、340hv1≥0.2mm。金相显微镜测试端件槽口的金相组织为回火马氏体，硬化区长度为7.5max。可以看出，上述感应热处理方法大大提高了凸轮轴整体刚度，动态转矩可达950n·m，并降低了摩擦、承受较高的阀门冲击载荷，热处理能耗也降低30％以上，表面硬度和硬化层深度达到产品技术要求。
实施例4
对材质为c53g的凸轮轴端件外圆(如附图2所示)进行感应热处理，具体过程为：将凸轮轴端件外圆按移动速度为340mm/min、旋转速度为40hz穿过带有磁场集中装置的感应加热装置的感应圈，同时在直流电压为336v、直流电流为41a下加热0.7s；再用温度为20℃、质量分数为5％的聚乙二醇水溶液作为淬火介质冷却2.7s，浸没于防锈剂中4min后置于回火炉中，在150℃下保温2h进行回火，空冷。
经测试，洛氏硬度计测得上述感应热处理后的凸轮轴端件外圆表面硬度为58hrc，显微硬度计测试凸轮轴端件外圆的有效硬化层深度520hv1＝0.75mm；金相显微镜测试端件外圆的硬化区范围为：下端凹槽处及上端倒角处无淬硬、两侧非硬化区域符合要求，金相组织为3～7级(jb/t9204)。可以看出，上述感应热处理方法大大提高了凸轮轴整体刚度，并降低了摩擦、承受较高的阀门冲击载荷，热处理能耗也降低30％以上，表面硬度和硬化层深度达到产品技术要求。
实施例5
对材质为c53g的凸轮轴端件外圆进行感应热处理，具体过程为：将凸轮轴端件外圆按移动速度为420mm/min、旋转速度为70hz穿过带有磁场集中装置的感应加热装置的感应圈，同时在直流电压为416v、直流电流为81a下加热1.3s；再用温度为40℃、质量分数为12％的聚乙二醇水溶液作为淬火介质冷却3.3s，浸没于防锈剂中5min后置于回火炉中，在170℃下保温2h进行回火，空冷。
经测试，洛氏硬度计测得上述感应热处理后的凸轮轴端件外圆表面硬度63hrc，显微硬度计测试凸轮轴端件外圆的有效硬化层深度520hv1＝1.75mm；金相显微镜测试端件外圆的硬化区范围为：下端凹槽处及上端倒角处无淬硬、两侧非硬化区域符合要求，金相组织为3～7级(jb/t9204)。可以看出，上述感应热处理方法大大提高了凸轮轴整体刚度，并降低了摩擦、承受较高的阀门冲击载荷，热处理能耗也降低30％以上，表面硬度和硬化层深度达到产品技术要求。
实施例6
对材质为c53g的凸轮轴端件外圆进行感应热处理，具体过程为：将凸轮轴端件外圆按移动速度为380mm/min、旋转速度为55hz穿过带有磁场集中装置的感应加热装置的感应圈，同时在直流电压为376v、直流电流为61a下加热1.0s；再用温度为30℃、质量分数为9％的聚乙二醇水溶液作为淬火介质冷却3.0s，浸没于防锈剂中3min后置于回火炉中，在160℃下保温2h进行回火，空冷。
经测试，洛氏硬度计测得上述感应热处理后的凸轮轴端件外圆表面硬度60hrc，显微硬度计测试凸轮轴端件外圆的有效硬化层深度520hv1＝1.25mm；金相显微镜测试端件外圆的硬化区范围为：下端凹槽处及上端倒角处无淬硬、两侧非硬化区域符合要求，金相组织为3～7级(jb/t9204)。可以看出，上述感应热处理方法大大提高了凸轮轴整体刚度，并降低了摩擦、承受较高的阀门冲击载荷，热处理能耗也降低30％以上，表面硬度和硬化层深度达到产品技术要求。
以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应该局限于该实施例所公开的内容。所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。