摩托车凸轮轴淬火开裂问题研究

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1、1、概述发动机是摩托车的核心部件，凸轮轴乂是活塞发动机里的一个关键部件。它的作川是控制气门的开启和闭合动作，工作屮需要承受很人的扭矩及摩擦力。因此设计中对凸轮轴在强度和耐磨性方面要求很高。我们选用材质为KTZ650-02可锻铸铁,采用感应加热淬火表面强化热处理工艺。产品婆求为：表面硬度HRC50〜60,金和组织为：M+团絮状石墨，淬硬层为1.3~3.8mm。r(r图・1••淬火工艺曲线"180±10*C图・2••回火工艺曲线"1.1现状调查实际生产中凸轮轴废站率高，月平均为4.9%,主要表现在表而淬火后凸轮部分开裂，严

2、重情况下开裂部分局部脱落。因开裂问题而报废的凸轮轴占总废品率的70%左右。表1是我们对其屮一个月6261件废品的质最问题分布情况进行的分类统计。表1某月凸轮轴废品质量冋題分类统计目J频数・、累计频数J累计频率14383q4383。70»7435132。81・97p1375。5507q87.96a:1189-'5696"90.98"565p626U100・6262借衣粕上火，装控电初借李怕上火，装控锁9!反不足■打岀紈调设缶X它图3••废品质量问题分类排列图’2.1原因分析及整改措施通过对裂纹形态进行分析，裂纹基本上是弧

3、形或直线型穿品裂纹，是明显的淬火裂纹。根据感应加热的特点，导致形成淬火裂纹的因素有以下三项：A、淬火感应器设计不当，造成淬火加热不均匀，局部过热，在喷液快速冷却过程屮形成开裂；B、材料缺陷；C、工艺参数及冷却剂的选用不当。根据上述因素，我们逐一进行具体的原因分析及采取相应的措施：3.1淬火感应器设计不当原感应器为上下凸伦一体式，由于凸伦边缘为尖角，加热时感应加热的肌肤效M造成尖角温度达到960〜980º,从而加热后导致凸轮边缘温度高，局部产住过热的点和过热的面，喷液淬火吋形成裂纹源，引起开裂。针对以上感应器设

4、计不合理的原因，制订的整改措施如下：将感应器由原來的上下一体改进为二截休，见图4。原感应器改进后感应器.厝李怕上火，装控锁制作新感应器进行试用，加热均匀没冇过热的点和面，废品率由4.9%降至4.3%。3.2材料中片状珠光体含量过高凸轮轴的材料为KTZ650-02-GB9440-88,为口口铁经高温石墨化退火得到基休纽织为粒状P及片状P,片状珠光体含量为30%,经与供应商协商，通过控制口口铁石墨化退火后的冷却速度，从而得到不同含虽的片状P。我们设定了试验的档次和方法，将片状P含量每5%设为一个档次，对成品淬火开裂废品率进

5、行测试，试验结果如表2：表2片状P含量与对应的开裂废品率卩1卩2p3p4p5p5p10^15卩20"25卩2.45・2・46q2.57』2・66&•2&普李怕上火，装控锁狰李怕上火，装控锁2.221AA■AA■05101520253035片状启虽(H)图5•片状P含黒对开裂废品率的影响.从图5屮可以看岀：片状珠光体小于10%对淬火开裂的影响不明显。针对此问题采取的整改措施如下：i.督促供应商按试验确定片状珠光体含最进行供货；ii.加强入厂验收控制，來料批批进行理化试验，严格控制片状珠光体含量在10%以下。通过实施解决因

6、片状珠光体含量过高而引起的开裂现象，废品率市4.3%降至3.5%。3・3工艺参数搭配不合理，淬火剂浓度不当原使用参数：阳极电压10500伏加热吋间7.8秒水冷时间6.5秒淬火液浓度3%根据原参数制定了预定因素水平表，见表3。表3…参数预定因素水平表阳极电压Aa加热时间B。水冷时间：10500伏q7.8秒心6.5秒卩10000伏『6.8秒a5.5秒卩9500伏“6秒a4.5秒a二火，装拯锁L«4正交试⑥农借车怕上火,装控锁试脸计划.试竣龈序号•BBta电圧a“加羔时何B-水冷hibjg-痒火淹浓度D-21<10500(*

7、)•1(78於》•1<6.5ft)-1《6%》•>4897p2~22(68初•>2<5.5ft)J2》46&3"23(6ft>•>3<45It)Q3《3%〉"45242<10000伏八P2»3»42b*2~2»3»P4.P•3・22~3）《9$00伏）P”2"406-P”392~舛A2~P361”14067^13.167^!2S17^12.62T“•12321261•-124«-12.72，U-UlHP11.593-*12.12"12.67"12.64^=3797.从表中可以看岀，试验结果与计算结果相吻合，最后确定以F

8、参数纽合:阳极电压9500伏加热时间6秒水冷时间5.5秒淬火液浓度6%采用合理的工艺参数搭配，使淬火开裂问题棊木上得以解决，废品率由3.5%降至2.0%。1、效果验证通过对凸伦轴淬火的工艺参数的调整、原材料屮珠光体含量及形状的控制、对加热用感应器的整改，凸轮轴淬火开裂的问题得到了很好地解决（随后我们对整改后四个月凸轮轴的产量及废品