防止凸輪裂紋的工藝措施

蘭忠杰，王頻

凸輪是柴油機的關鍵件，安裝在柴油機機體內，每缸設有進氣、排氣和燃油三種凸輪，通過與配氣機構作用控制氣缸的進氣、排氣和噴油。作為運動傳動件，其加工要求很高。目前車間通過現有工藝生產的凸輪易產生裂紋，廢品率很高。

1.零件簡介及工藝流程

零件（見附圖）材料為F173（本廠技術協議），類似于20CrNi，熱處理方式為：滲碳→淬火。

目前工藝流程為：鍛件毛坯→粗加工（內孔、端面、外圓、型線外形）→滲碳→（半精加工）→淬火（兩次回火處理）→磨削兩平面→半精鏜孔→粗拉鍵槽→精磨削內孔→精拉鍵槽→精磨削型線→磁粉檢測→終檢→凸輪Traful處理。

2.分析凸輪裂紋產生原因

按照目前現有工藝生產，凸輪在精磨削型線或在車間進行Traful處理后，出現多個批次暴露裂紋現象，廢品率為50%左右，其中廢品中約50%的零件是在精磨削型線后經過磁粉檢測出來的，另外約50%的零件是在車間進行Traful處理后暴露出來的。裂紋主要產生在凸輪型面（約占50%）及凸輪端面（約占50%），呈龜裂狀。

Traful處理即為浸漬處理，是一種表面處理方法。Traful處理后的柴油機凸輪表面形成一種高效減摩涂層，具有較高的耐極壓性能，能提高工件的抗疲勞磨損強度，對防止柴油機可逆轉凸輪在滑動時的拉傷更為有效。廢品中50%的凸輪Traful處理后出現裂紋，但是本身Traful處理為一種表面處理手段，并不能使零件產生裂紋。浸漬劑為弱酸性對其表面有輕微腐蝕，促使裂紋清晰可見。

初步分析認為凸輪軸型面及端面龜裂狀裂紋是由于前道機加工工序，粗精拉鍵槽、磨削平面或熱加工等原因造成的。特別是在拉削加工過程中，強大的拉削力極易使零件內部產生應力。目前工藝流程中拉削鍵槽后并沒有相應的去除應力。因此，為了消除殘余應力，必須對原有的工藝流程進行改進。

3.改進工藝及調試結果

（1）工藝改進方法一 取消工藝中拉削加工方法，將兩次拉削鍵槽加工改為兩次線切割鍵槽加工，其余工序不變。

調試結果：生產50件，合格48件。從而也進一步驗證了前述凸輪裂紋原因分析，但線切割加工效率低下，不適合大批量生產。

（2）工藝改進方法二 在精拉鍵槽工序后、精磨削型線工序前增加“油爐去應力退火及表面噴丸（內孔保護）”工序，其余工序不變。

凸輪零件示意

工序過程：油爐去應力，溫度120℃左右，保溫24h；凸輪型面噴丸（內孔保護）。

由于凸輪要求具有高硬度、高耐磨性和適當韌性。滲碳后不僅要求表面硬而耐磨，同時也要求心部有較好的塑性和韌性。但因其實際上相當于表層高碳鋼與心部低碳鋼的一種復合材料，因此選用較低的退火溫度可以滿足兩者兼顧的要求。由于零件已經過滲碳淬火及兩次回火處理，所以選擇比之前回火溫度（150±20）℃低的溫度進行去應力退火處理，不會影響其硬度。油爐去應力退火后馬氏體發生分解，析出碳化物，形成回火馬氏體，穩定了殘留奧氏體，淬火內應力得到部分消除，冷加工或熱加工快冷后產生的微裂紋也大部分得到愈合，而且油爐能保證零件具有較小的變形量，之后再進行表面噴丸使其表面形成壓應力狀態，對于防止凸輪產生裂紋也有一定的作用。

調試結果：生產258件，5件出現裂紋，合格率為98%。

4.結語

拉削加工極易使零件產生應力，用線切割來代替拉削加工，基本避免了基體內部產生殘余應力，防止了裂紋的產生。

油爐去應力退火及表面噴丸可以去除機加工及熱加工過程中零件內部和表面產生的殘余應力，可以有效防止裂紋的產生。

在實際生產中，線切割加工效率低下，無法滿足生產需求，所以最終采用第二種工藝改進方法，取得了良好效果。