一种偏心轴的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于轴类零件技术领域，涉及一种偏心轴，特别是一种适用于高压柱塞泵、 农用隔膜泵等设备的偏心轴。
【背景技术】
[0002] 现有技术中，偏心轴是高压柱塞泵、农用隔膜泵等设备的重要零部件，它的中心并 非在轴线的中心，一般的轴，只能带动工件自转，但是偏心轴，不但能传递自转，同时还能传 递公转。偏心轴的结构特点是具有平行而不重合的两条轴线。
[0003] 在目前市场上，大多数偏心轴结构设计简单，其偏心轴体只有一个，因此其只能推 动一个活塞进行往复运动，无法满足实际使用需求。
[0004] 综上所述，为解决现有偏心轴结构上的不足，需要设计一种设计合理、稳定性好的 偏心轴。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种设计合理、稳定性好 的偏心轴。
[0006] 本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种偏心轴，包括主体，在主体上沿主 体轴心线方向一体式偏心设置有一行第一偏心轴体和一行第二偏心轴体，所述主体的轴心 线、第一偏心轴体的轴心线、第二偏心轴体的轴心线相互平行设置；
[0007] 其中，所述主体包括芯体以及设置在芯体外侧的耐磨层，所述芯体由钢材制 成，所述钢材由以下成分（以质量百分比计）组成：C :0.37-0. 44 %，Cr :1. 1-1.5%， Ni ：0. 8-1. 1 %, Si ：0. 2-0. 4 %, Mn ：0. 6-0. 8 %, Mo ：0. 2-0. 3 %, B ：0. 005-0. 01 %, W ： 0· 05-0. 08 %，Ti :0· 05-0. 08 %，V :0· 1-0. 3 %，稀 土元素：0· 01-0. 05 %，S 彡 0· 02 %， PS 0.02%，余量为Fe以及不可避免的杂质元素。
[0008] 作为本发明的进一步改进，所述第一偏心轴体的轴心线、第二偏心轴体的轴心线 分列于主体的轴心线两侧。
[0009] 作为本发明的进一步改进，所述第一偏心轴体的数量为一个。
[0010] 作为本发明的进一步改进，所述第二偏心轴体的数量为两个。
[0011] 作为本发明的更进一步改进，所述主体由左及右依次同轴设为前段、第一过渡段、 第二过渡段、第三过渡段、第四过渡段、第五过渡段、后段，所述主体的直径按以下顺序递 增：前段、第二过渡段、第一过渡段、第三过渡段、后段、第五过渡段，所述第四过渡段的直径 与第三过渡段的直径相等，所述第一偏心轴体设置在第一过渡段与第二过渡段之间，所述 第一偏心轴体的直径大于第三过渡段的直径并小于后段的直径，所述一个第二偏心轴体设 置在第二过渡段与第三过渡段之间，另一个第二偏心轴体设置在第三过渡段与第四过渡段 之间，所述第二偏心轴体的直径大于第三过渡段的直径并小于后段的直径。
[0012] 作为本发明的又进一步改进，在前段的外周侧面上设有至少一个环形槽，在后段 中部设有与主体同轴设置的中心通孔。
[0013] 现有技术中，偏心轴多采用钢材制成，尤其是较多的采用40CrNiMo合金钢进行制 备。因为，40CrNiMo合金钢的强度、韧性等综合性能较好。但是，40CrNiMo合金钢也存在一 定缺陷，比如白点敏感性高、有回火脆性、成本高等，制成的偏心轴在工作过程中易发生疲 劳断裂现象而遭到毁灭性破坏。因此，本发明首先对40CrNiMo合金钢的组成成分及其质量 百分比进行了改性，以获得强度、韧性等性能更好、成本较低的改进型40CrNiMo合金钢。
[0014] 本发明对40CrNiMo合金钢的组成成分及其质量百分比的改性主要是在40CrNiMo 合金钢的基础上，降低了 Ni元素的含量，提高了 Cr元素的含量，添加了微量的B、Ti、V、W* 稀土元素，并适当的调整了其它元素的质量百分比。
[0015] 因为，在合金钢中，镍是提高钢的强度，保持钢的塑性和韧性的重要元素，但是， 镍是稀缺资源，过多添加会明显增加成本。因此，本发明改进型40CrNiMo合金钢降低了 Ni元素的质量百分比，将其含量控制在0. 8-1. 1 %之间，在此范围内，既能保证钢的性能不 会下降太多，又能降低一定的成本，处于一个相对较为平衡的状态。同时，本发明改进型 40CrNiMo合金钢还提高了络元素的质量百分比到1. 1-1. 5%范围内，从而提高了合金钢的 强度、硬度和耐磨性，但却降低了合金钢的塑性和韧性。因此，结合铬元素的质量百分比及 其在合金钢的作用，如果本发明改进型40CrNiMo合金钢中Ni元素的质量百分比低于0. 8 % 之后，虽然在成本上降幅较大，但合金钢的塑性、韧性等性能不能满足使用需求。因此，本发 明改进型40CrNiMo合金钢的Ni元素和Cr元素的质量百分比的调整范围必须控制在上述 范围内。
[0016] 由于本发明改进型40CrNiMo合金钢降低了 Ni元素的含量，提高了铬元素的含量， 因此，改进型40CrNiMo合金钢的强度、韧性、塑性等性能未能达到较大的改善。因此，本发 明适量的加入B、Ti、V、W和稀土元素用以改善改进型40CrNiMo合金钢的综合性能。其中， B、Ti、V三种元素都能细化组织晶粒，使合金钢的组织更致密化，提高改进型40CrNiMo合金 钢的强度、硬度和塑性等性能，还能提高改进型40CrNiMo合金钢的耐腐蚀性。而添加的稀 土元素主要为镧系元素中的一种或多种，它不仅可以细化合金钢的晶粒和组织，还可以中 和S、P等干扰元素的不良作用，从而提高本发明改进型40CrNiMo的强度、硬度等性能。
[0017] 因此，本发明通过上述调整对40CrNiMo合金钢的组成成分及其质量百分比进行 了改性，获得了强度、韧性等性能更好、成本较低的改进型40CrNiMo合金钢。
[0018] 本发明改进型40CrNiMo合金钢仍然可以采用40CrNiMo合金钢的制备方法制备得 到。
[0019] 作为本发明的更进一步改进，钢材主要经强韧化处理和磨加工后制备得到芯体。
[0020] 本发明通过现有技术制备得到改进型40CrNiMo合金钢后，改进型40CrNiMo合金 钢再通过强韧化处理和磨加工后制备得到偏心轴芯体。
[0021] 作为本发明的又进一步改进，强韧化处理工艺包括过热淬火工艺和回火工艺，过 热淬火工艺中过热淬火温度为1150-1350°C，过热淬火保温时间为1. 0-1. 5min/mm，回火工 艺中回火温度为200-230°C，回火保温时间为2-3min/mm。
[0022] 过热淬火工艺是钢材进行强韧化处理的重要手段。本发明改进型40CrNiMo合金 钢受最新配伍的化学成分、晶粒大小、过热淬火介质（本发明优选为油淬）、Ms点以下的冷 却速度以及回火工艺等的影响，经上述强韧化处理后，会有一定量的残余奥氏体。在现有 技术中，一般认为残余奥氏体的存在会降低钢材的力学性能。但是，实际上，本发明改进型 40CrNiMo合金钢经强韧化处理后存在的一定量的残余奥氏体可以成为韧性相，从而提高其 韧性，使产品偏心轴达到较好的强韧配合，断裂韧性提高1倍以上，减少了疲劳裂纹，避免 偏心轴在使用过程中发生脆性断裂，提高了使用寿命和安全可靠性。因为，当裂纹扩展遇到 韧性相时由于韧性相产生塑性变形，使裂纹前端钝化，而且韧性相变要消耗能量使裂纹扩 展受阻；而且，裂纹扩展遇到韧性相使裂纹难于直线前进，而迫使裂纹改变方向或分岔，从 而松弛了能量、提高了韧性，对阻止裂纹扩张有明显好处。
[0023] 作为本发明的又进一步改进，磨加工工艺主要包括下料、粗加工、半精加工和精加 工工艺。本发明改进型40CrNiMo合金钢经强韧化处理后，采用偏心轴典型零件加工工艺将 改进型40CrNiMo合金钢材料加工成偏心轴芯体。
[0024] 作为本发明的又进一步改进，芯体外侧通过等离子喷涂工艺喷涂形成耐磨层。
[0025] 本发明将偏心轴芯体经等离子喷涂工艺在芯体外侧喷涂形成一层耐磨层后制得 得到最终产品偏心轴。
[0026] 等离子喷涂工艺是采用由直流电驱动的等离子电弧作为热源，将陶瓷、合金、金属 等材料加热到熔融或半熔融状态（本发明优选陶瓷），并以高速喷向经过预处理的偏心轴 坯件表面而形成附着牢固的表面层的方法。使偏心轴表面具有耐磨、耐蚀、耐高温氧化、电 绝缘、隔热、防辐射、减磨和密封等性能，强化和改善了偏心轴的表面性能。
[0027] 此外，本发明偏心轴芯体外侧的耐磨层可以为等厚喷涂，也可以结合偏心轴工作 过程中实际磨损情况，在磨损较快、较严重的部位形成较厚的耐磨层，还可以在磨损较快、 较严重的部位采用更耐磨的陶瓷材料进行喷涂。
[0028] 作为本发明的又进一步改进，等离子喷涂工艺为超音速等离子喷涂工艺。而超音 速等离子喷涂工艺是等离子喷涂工艺中的一种，它是将主气（氩气，流量较小）由后枪体输 入，而大量的次级气（氮气或氮气与氢气的混合气）经气体旋流环的作用后，与主气一同从 拉伐尔管形的二次喷嘴射出（钨极接负极，引弧时，一次喷嘴接正极），在初级气中经高频 引弧，而后，正极转接二次喷嘴，即在钨极与二次喷嘴内壁间产生电弧。在旋转的次级气的 强烈作用下，电弧被压缩在喷嘴的中心并拉长至喷嘴外缘，形成高压的扩展等离子弧。大功 率扩展的等离子弧有效地加热主气和次级气，从而获得从喷嘴射出的稳定的、集聚的超音 速等离子射流。喷射粉末经送粉嘴加入超音速等离子流，获得很高的温度和动能，撞击在工 件表面形成涂层。该方法主要特点在于具有极高的热源温度（等离子弧温度高达16000°C ) 和功率，因此能够在短时间内将陶瓷粉末加热到其熔点以上，得到高