复合凸轮片的制作方法

本发明涉及一种应用在发动机上的由两种粉末冶金材质复合形成的双层凸轮片，其主分类号为F16H53/00(2006.01)I。

背景技术：

凸轮轴是发动机内配气机构的重要零部件，装配式凸轮轴一般包括多个凸轮片和一个芯轴；发动机工作时对凸轮片要求有高耐磨、高耐蚀、耐冲击等性能，同时要求芯轴具备很好的刚度和抗弯、抗扭性能。

目前中、重型发动机还基本采用整体式凸轮轴，其材质有的采用经渗碳处理的低碳钢、有的采用经中高频淬火处理的中高碳低合金锻钢，有的采用冷激球墨铸铁，而小批量的主要采用棒料加工。整体式凸轮轴加工工艺包括粗加工、半精加工和精加工。生产中采用自动线多工位机床，设备投资较大，生产线占地面积多，存在生产成本较高，油烟及皂化液污染环境等问题。且传统的整体式凸轮轴已经不能满足发动机日益提高的性能要求，装配式凸轮轴应运而生。装配式凸轮轴的凸轮一般采用焊接、烧结或机械式连接方式实现凸轮片与芯轴装配连接。芯轴材质一般采用无缝冷拔钢管，与高碳钢材质的凸轮片在进行焊接或机械扩管法装配时，容易产生热裂纹、涨裂等缺陷，严重影响装配式凸轮轴的整体强度及可靠性，存在装配效率低下，成品合格率低等缺陷。

申请人为一家当地多年专门研制凸轮片及凸轮轴的企业，根据不断的摸索，为了扩展企业的业务，特定研发了一款较好的复合凸轮片产品。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种复合凸轮片，解决如何具有高耐磨、高耐蚀、耐冲击性能的技术问题。

复合凸轮片，包括内层和外层，该外层与内层通过液相连接成一体；按重量份数计，内层由以下组份组成：1-13份C，0-80份Cu，0-30份Mo，0-200份Cr，0-50份Ni，0-10份Si，1617-1999份Fe；外层由以下组份组成：2-5份C，0-5份Cu，0-2份Mo，0-16份Cr，0-4份Ni，0-1份Si，167-198份Fe。

所述内层由以下组份组成：1份C，1999份Fe；外层由以下组份组成：2份C，167-198份Fe。

所述内层由以下组份组成：13份C，80份Cu，30份Mo，200份Cr，50份Ni，10份Si，1999份Fe；外层由以下组份组成：5份C，5份Cu，2份Mo，16份Cr，4份Ni，1份Si，198份Fe。

所述内层由以下组份组成：2-10份C，10-60份Cu，5-26份Mo，8-160份Cr，6-30份Ni，2-8份Si，1620-1999份Fe；外层由以下组份组成：3-4份C，1-3份Cu，0.3-1.8份Mo，2-15份Cr，2-3份Ni，0.3-0.8份Si，168-196份Fe。

所述内层由以下组份组成：3-9份C，12-58份Cu，6-25份Mo，10-130份Cr，7-25份Ni，3-7份Si，1630-1900份Fe；外层由以下组份组成：3-4份C，2-3份Cu，0.5-1.6份Mo，3-12份Cr，2-3份Ni，0.4-0.7份Si，170-190份Fe。

所述内层由以下组份组成：5份C，20份Cu，10份Mo，50份Cr，10份Ni，5份Si，1700份Fe；外层由以下组份组成：3份C，2份Cu，1份Mo，4份Cr，2份Ni，0.5份Si，180份Fe。

所述内层由以下组份组成：7份C，29份Cu，21份Mo，120份Cr，15份Ni，6份Si，1800份Fe；外层由以下组份组成：3份C，3份Cu，1.2份Mo，8份Cr，3份Ni，0.6份Si，176份Fe。

所述内层由以下组份组成：8份C，50份Cu，19份Mo，70份Cr，20份Ni，4份Si，1750份Fe；外层由以下组份组成：4份C，2份Cu，1.6份Mo，10份Cr，2份Ni，0.7份Si，170份Fe。

所述内层由以下组份组成：6份C，36份Cu，13份Mo，20份Cr，8份Ni，7份Si，1650份Fe；外层由以下组份组成：3.5份C，2.5份Cu，0.9份Mo，6份Cr，2.8份Ni，0.65份Si，173份Fe。

所述内层由以下组份组成：5份C，35份Cu，18份Mo，110份Cr，16份Ni，5份Si，1850份Fe；外层由以下组份组成：3.6份C，2.7份Cu，1.2份Mo，8份Cr，2.8份Ni，0.55份Si，180份Fe。

本发明的有益效果是：本发明将原先单一结构的凸轮片设计成具有内外双层复合结构，其中内层是中、低碳材质，具备较好的韧性与强度，致密度高、使凸轮片适合通过该内层采用扩管与焊接等方式与芯轴进行装配结合，使得芯轴与内层靠液相紧密焊接在一起，这样保护外层不易涨裂；外层是高碳材质，具备高耐磨、高耐蚀、耐冲击性等优点，外层和内层通过液相连接在一起，适合发动机工作时对凸轮的性能要求，经过检测，其致密度、韧性、强度可比现有凸轮片提高10-15%；所述液相为液相烧结。

附图说明

图1是复合凸轮片的主视图；

图2是复合凸轮片的剖视图；

图3是复合凸轮片腐蚀后的示意图；

图4是外层和内层结合的金相图；

图5是另一张外层和内层结合的金相图；

图中10.凸轮片、11.内层、12. 外层。

具体实施方式

请参考图1至图5，图中的复合凸轮片具有内外两层结构，这两层结构均采用粉末冶金材质制成，目前冶金材质众多，具体选用哪种粉末冶金材质可视情况而定，只要其满足工作强度要求同时其内层能与芯轴焊接在一起。

该复合凸轮片10看上去可能结构较为简单，但相对现有的凸轮片10相比具有多个创新点。相对单一材质的凸轮片10，其可减少凸轮片10的整体成本及增加整体强度；相对一根普通圆管加上在圆管上增加的冶金材质的凸轮片，其强度较高也较容易与芯轴配合，配合强度也远高于普通圆管。上述复合凸轮片10包括内层11和外层12；按重量份数计，内层由以下组份组成：1-13份C，0-80份Cu，0-30份Mo，0-200份Cr，0-50份Ni，0-10份Si，1617-1999份Fe；外层由以下组份组成：2-5份C，0-5份Cu，0-2份Mo，0-16份Cr，0-4份Ni，0-1份Si，167-198份Fe。内层11的形状不在实施例进行具体限定，只要其能与芯轴配合驱动外层工作即可。

实施例1

复合凸轮片，包括内层和外层；按重量份数计，内层由以下组份组成：1份C，1999份Fe；外层由以下组份组成：2份C，198份Fe。

实施例2

内层由以下组份组成：13份C，80份Cu，30份Mo，200份Cr，50份Ni，10份Si，1999份Fe；外层由以下组份组成：5份C，5份Cu，2份Mo，16份Cr，4份Ni，1份Si，198份Fe。

实施例3

内层由以下组份组成：5份C，20份Cu，10份Mo，50份Cr，10份Ni，5份Si，1700份Fe；外层由以下组份组成：3份C，2份Cu，1份Mo，4份Cr，2份Ni，0.5份Si，180份Fe。

实施例4

内层由以下组份组成：7份C，29份Cu，21份Mo，120份Cr，15份Ni，6份Si，1800份Fe；外层由以下组份组成：3份C，3份Cu，1.2份Mo，8份Cr，3份Ni，0.6份Si，176份Fe。

实施例5

内层由以下组份组成：8份C，50份Cu，19份Mo，70份Cr，20份Ni，4份Si，1750份Fe；外层由以下组份组成：4份C，2份Cu，1.6份Mo，10份Cr，2份Ni，0.7份Si，170份Fe。

实施例6

内层由以下组份组成：6份C，36份Cu，13份Mo，20份Cr，8份Ni，7份Si，1650份Fe；外层由以下组份组成：3.5份C，2.5份Cu，0.9份Mo，6份Cr，2.8份Ni，0.65份Si，173份Fe。

实施例7

所述内层由以下组份组成：5份C，35份Cu，18份Mo，110份Cr，16份Ni，5份Si，1850份Fe；外层由以下组份组成：3.6份C，2.7份Cu，1.2份Mo，8份Cr，2.8份Ni，0.55份Si，180份Fe。

在实际应用中，内层11和外层12的配方可根据需要进行改进，外层12具有高性能与挺柱配合，内层11便于与芯轴、外层12配合。

制作上述各个实施例中的复合凸轮片的制作方法是：

a、准备上述内层物料；该内层物料的颗粒度为0.1～200μm；

b、在500～1200MPa压力下将内层物料压制成与凸轮片形状对应的内层毛坯；

c、内层毛坯真空烧结，在烧结炉内烧结温度为800-1250℃，时间30-120分钟；

d、准备外层物料，对外层物料的准备时间与准备内层物料的时间及步骤不冲突，该外层物料的颗粒度为0.1～200μm；

e、将上述烧结好的内层毛坯放入外层成型模具内，该外层成型模具形状与凸轮片形状对应；将上述外层物料填充上述外层成型模具内，在500～1200MPa压力下将外层物料压制成与凸轮片形状对应的外层毛坯从而使外层和内层压制成具有内外双层结构的凸轮片毛坯；

f、凸轮片毛坯真空烧结，在烧结炉内烧结温度为700-1050℃，时间30-90分钟；

g、待烧结炉温度降至500-850度，取出并进行密压得到密度7-8.9g/cm3的致密件；

h、将步骤g中的密压后的凸轮片放入真空炉淬火炉加热到790-890℃，进行真空淬火；

j、再加热到175～250℃保温0.5～1h，进行去应力，最后得到凸轮片。