凸輪軸感應加熱淬火設備和工藝

凸輪軸感應加熱淬火設備和工藝是指汽油機凸輪軸感應加熱表面淬火的工藝方法，共兩種。一種是逐個凸輪加熱冷卻，另一種是全部凸輪同時加熱冷卻。目前國內生產廠家都採用前一種，一方面，由於受到設備條件的限制，另一方面這種工藝方法更適合於多品種小批量的生產方式。我廠利用臥式淬火工具機配國內新開發的大功率可控矽中頻電源，對EQ491發動機鑄鐵凸輪軸的8個凸輪一次感應加熱淬火，滿足了產品圖紙的技術質量要求。

技術要求

EQ491發動機凸輪軸的材料為鉻鉬合金鑄鐵，其化學成分如表1。

表1 鉻鉬合金鑄鐵的化學成分 w（%）
C Si Mn S P Cr Mo 3.36 2.34 0.87 0.12 0.053 0.87 0.39 鉻鉬合金鑄鐵凸輪軸加熱前的金相組織為B型石墨+細珠光體+網狀碳化物。
凸輪毛坯在鑄態進行感應加熱淬火，淬火的技術要求是表面硬度50-60HRC，桃尖硬化層深度為4.6mm-10.0mm，基圓硬化層深度為1.5mm-8.0mm。

感應加熱淬火設備

用於EQ491發動機凸輪軸感應加熱淬火的設備是臥式淬火工具機和可控矽中頻裝置。
臥式淬火工具機主要由裝料輥1、托架5等組成，其中尾架9和頭架10由同一長活塞桿帶動，沿兩平行的圓導軌左右移動，其作用是將推桿4送來的工件送入和退出感應器3，托架5將受熱後的工件傳遞到滾筒7的頂尖位置，滾筒上對稱分布著4對頂尖，其中一對頂尖頂住工件後帶動工件自轉，同時滾筒轉動90°，將工件送入淬火介質。當第2對處於待工位置的頂尖頂住下—受熱工件後，滾筒再轉動90°，第1對頂尖鬆開，工件落在運輸機6上，運輸機將它提出液面並送往下道工序。
用於加熱的感應器由8個有效圈並聯而成，有效圈通水冷卻。
工具機側邊安裝有熱交換器，用於降低淬火介質的溫度。淬火介質通過高壓泵在淬火介質箱與熱交換器之間循環，經過 熱交換器冷卻後的淬火介質以0.4MPa的壓力在淬火介質箱中向加熱後的工件噴出。
工件在工具機內的傳遞由活塞油缸實現。 淬火工具機的全部動作由FX2-128MR PC機控制，當手動調至總零位燈亮時，自動循環工作開始。

感應加熱淬火工藝

淬火工具機的結構確定後，8個凸輪感應加熱淬火的工藝方法隨之確定了，這一工藝方法就是工件進入感應器中，一次通電加熱，工件退出感應器後轉入淬火介質，浸液冷卻淬火。淬火所採用的工藝參數如表2。 表2 凸輪軸感應加熱淬火工藝參數
電 參 數 時間參數/s 淬火介質 直流電壓/V 直流電流/A 中頻電壓/V 有效功率/kW 電容量/uF 變壓器匝比 中頻電頻率/kHz 加熱 預冷 濃度（%） 溫度/℃ 攪動泵出口壓力/MPa 380 800 620 350 180 18/1 3.7 13 2 11 10-40 0.4 淬火後的工件露出液面時要有一定的餘熱，以便利用餘熱回火，消除淬火應力。控制工件出液溫度高低的方法有兩種，一種是調整工件在淬火介質中的停留時間，可以通過改變運輸機6間歇運動時間的長短來實現。另一種方法是改變淬火介質的濃度。我們使用的淬火劑是今禹8-20水溶性淬火劑，其冷卻能力隨濃度的提高而下降。

感應加熱淬火質量

8個凸輪一次感應加熱浸液冷卻後，硬化層的深度和淬火硬度如表3。從表3可以看出兩項指標都達到產品圖的技術要求。從凸輪淬火部位剖面圖中可以看出，硬化層均勻，位置正確。 表3 凸輪軸淬火硬度、硬化層深度
凸輪序號 淬火硬度HRC 硬化層深度/mm 尖部 基圓 1 51 53.5 55 7.8 5.7 2 52 54 54 7.2 6.0 3 55 55.5 53 10.0 6.5 4 53 53 56 7.5 6.4 5 50 51 52.5 9.6 7.3 6 56 55 56 10.3 7.5 7 54 52 54 10.8 7.7 8 52 50 52 9.5 7.0 凸輪軸淬火後，徑向跳動增加值經測試為0.15mm，可以不經校直滿足下道工序的要求。淬火介質的溫度在l0℃-40℃范國內，淬火後的凸輪經螢光探傷檢查無淬火裂紋。

結論

(1)凸輪軸臥式淬火工具機配用大功率的可控矽中頻電源可以實現汽油機凸輪軸一次感應加熱，浸液冷卻，餘熱回火的工藝方法。不僅淬火質量穩定，面且自動化程度高，有利於大批量生產。
(2)採用今禹8-20水溶性淬火劑，可以控制工件在低溫階段的冷卻速度，即使淬火介質的溫度為10℃，合金鑄鐵凸輪軸淬火也不產生淬火裂紋，這是用自來水冷卻達不到的。
(3)用紫鋼板焊接的8個並聯有效圈感應器不僅結構簡單，而且安裝可靠，使用壽命長。