铸铁凸轮轴铸造技术及发展

合金铸铁凸轮轴已成为国内外轿车及轻型汽车应用的主流。介绍了铸铁凸轮轴的生产工艺及提高凸轮轴耐磨性的强化工艺,指出在目前生产条件下激冷法是使用最广泛的一种方法。同时,也介绍了凸轮轴在生产过程中经常出现的一些缺陷以及防止措施。

工艺因素稳定性对冷硬铸铁凸轮轴质量的影响

大批量生产实践表明:工艺因素的细微波动会对神龙凸轮轴的材质产生大的影响,工艺因素的控制要保证“五个稳定”,即炉料配比稳定,过热温度和时间稳定,化学成分稳定,孕育剂的入量和白口深度稳定,浇注温度和时间稳定。加强工艺过程管理,保证工艺因素的“五个稳定”后,神龙凸轮轴材料质量废品率控制在3％以下,综合废品率控制在10％以下。

原材料对冷激铸铁凸轮轴组织和性能的影响

详细地研究了主要原材料(生铁、废钢、增碳剂)对冷激灰铸铁神龙凸轮轴组织和性能的影响。试验表明:炉料质量的好坏是生产优质凸轮轴铸件的基础,生铁等炉料的“遗传性”是铸铁冶金学中需要注意的课题,试验确定的神龙凸轮轴生产用主要炉料有Q10生铁、汽车用碳素废钢、增碳剂等;要求生铁和废钢Ti等微量元素含量低,增碳剂固定碳含量高等;同时要求生铁、废钢必须经过抛丸处理,清除表面粘砂、锈蚀和油污。炉料配比对神龙凸轮轴的材质性能影响很显著,废钢的加入会改善凸轮轴的性能,但加入量大时,铁水的白口倾向增大,需加入大量增碳剂;增碳剂会显著降低铁液的白口化倾向,改善凸轮轴轴颈断口形貌和组织性能,对凸轮桃尖硬度影响很大,因此需控制好废钢和增碳剂的最佳配比,否则会引起较高的材质废品。生产中炉料配比应稳定,试验确定的适宜炉料配比为:生铁∶废钢∶回炉料=20%∶2.5%∶77.5%,各种炉料必须按工艺要求进行仔细称量。

合金铸铁凸轮轴氩弧重熔淬火硬化层的磨损试验研究

研究了合金铸铁凸轮轴氩弧重熔淬火后强化层的组织、耐磨性及磨损机理。试验结果表明 ,合金铸铁凸轮轴氩弧重熔硬化层具有较高的抗擦伤性能和疲劳磨损性能 ,优良的热稳定性和莱氏体枝晶显著细化是提高耐磨性的主要因素。

可淬硬汽车铸铁凸轮轴凝固温度场的实验研究

通过对可淬硬铸铁汽车凸轮轴温度场的测试实验和分析后发现，其轴向／轻向温度场沿其方向呈线性关系．同时讨论了影响铸件温度场的主要因素。

冷激铸铁凸轮轴三点弯曲断裂载荷的统计分析

采用直方图分析和Weibull统计分析相结合的方法,分析了TU5GP4型冷激铸铁凸轮轴三点弯曲断裂载荷的分布规律。结果表明:(1)TU5GP4型冷激铸铁凸轮轴三点弯曲断裂载荷的分布直方图属偏态型,标准偏差S=0.223,说明数据分布集中程度高,离散程度小。(2)Weibull模量为33.4,表明其三点弯曲断裂载荷集中程度高,凸轮轴生产工艺可靠性高。

基于正交试验-遗传神经网络的凸轮轴高速磨削参数优化

采用X-C两轴联动的加工方式,在CNC8325型超高速凸轮轴复合磨床上,对冷激铸铁凸轮轴进行了加工试验。采用正交试验法设计实验,并运用极差法和方差法综合分析相关磨削工艺参数对工件加工质量的影响规律。利用遗传神经网络算法建立了工件加工质量和相关磨削工艺参数间的非线性映射关系,同时基于正交试验法的分析结果改进了遗传神经网络算法,实现了相关磨削工艺参数的优化,缩短了冷激铸铁材料凸轮轴数控磨削工艺制定的时间,提高了磨削加工的质量。

浇注温度对激冷铸铁凸轮轴组织性能的影响

浇注温度是凸轮轴生产中的一个很重要的因素,它影响着冷铁的激冷能力,从而影响凸轮白口层的深度。研究了浇注温度对激冷铸铁凸轮轴组织性能的影响。实验发现,随着浇注温度的升高,会导致凸轮桃尖白口层深度和硬度下降;同时,浇注温度太低,会导致冷却速度加快,这样容易出现游离渗碳体,甚至使整个凸轮都变成白口。

激冷铸铁凸轮轴铸造工艺及断裂分析

某批次激冷铸铁HT300CrMoCu汽车凸轮轴装配时,近1/4的凸轮轴在中间轴颈处发生断裂,采用宏观、微观对凸轮轴进行了理化检测,并对凸轮轴的铸造工艺进行分析。结果表明,凸轮轴致裂的原因首先是由于Cr含量超标,强烈阻碍铸铁的石墨化,形成合金碳化物;再就是冬天气温下降快,浇注温度低,冷铁未作及时调整,引起凸轮部分全白口,轴颈也出现了白口组织。通过控制合金成分、浇注温度、孕育处理、过热温度和保温时间、冷铁的尺寸等因素,来控制石墨的形成,改善和提高凸轮轴的性能。

激冷铸铁凸轮轴“黑线”的形成机理及对策

综述国内外铸造工作者对激冷铸造凸轮轴"黑线"缺陷的认识过程,认为:铁碳合金同时具有稳定系共晶以及介稳定系共晶两个共晶反应是导致"黑线"产生的根本原因。根据生产实践,提出了合理选择浇注位置、合理设计冷铁、适当降低w(Si)量和提高w(Cr)量等多项措施,可以防止"黑线"缺陷的产生。

华铸CAE软件在壳型铸造激冷铸铁凸轮轴工艺优化中的应用

介绍了壳型铸造激冷铸铁富康轿车凸轮轴批量生产初期存在的主要问题。采用华铸CAE软件 ,通过对凸轮轴充型过程流动场的模拟 ,揭示了卷气 (气孔 )、夹渣、冲砂的部位与形成原因 ;通过对流动场温度场的耦合计算 ,揭示了铸件产生冷隔浇不足、材质等缺陷的部位与形成原因。模拟结果表明 ,通过工艺优化后生产的凸轮轴有效地防止了铸件气孔、夹渣冲砂、冷隔浇不足、材质等缺陷 。

稀土La对激冷铸铁凸轮轴组织性能的影响

在激冷铸铁凸轮轴生产过程中适当地加入孕育剂可以有效减小桃尖处白口深度。研究了稀土La对凸轮轴组织性能的影响。实验结果显示,稀土La能有效减小白口深度,提高铸件的力学性能;在轴颈部位碳化物≤15%的条件下,随着稀土La加入量的增加,形成石墨能力越来越强,石墨长度也增加,并且以A型石墨为主;同时,增加稀土La加入量能降低铁液激冷敏感性,不利于凸轮轴生产控制。

侧浇方式对铸铁凸轮轴温度场的影响

通过对侧浇工艺一型两件的可淬硬汽车铸铁凸轮轴凝固温度场的测试和分析后发现，其上、下轴温度场相似，内在质量分布均匀，并且性能相似，从而证实了测浇方式的可靠性。

水冷铜型凝固下球墨铸铁凸轮轴研制

介绍了球铁凸轮轴水冷铜金属型铸造工艺,为了满足球铁凸轮轴的要求(QT700-2,铁素体≤50%),适当加入合金元素Cu、Sn,其中Cu控制在1.0%-1.4%,Sn在0.03%-0.05%。球化处理时,减少Mg、RE的加入量,同时对铸件进行正火处理经批量生产验证,该工艺稳定,效率高,可以满足球铁凸轮轴的生产要求。

铸铁凸轮轴的发展现状与展望

铸铁自身的特有优势使其成为当前国内外轿车凸轮轴生产中广泛应用的材料。介绍了铸铁凸轮轴中各合金元素的作用,并对稀土元素的应用提出了新的研究方向。综述了凸轮轴的常用铸造方法,并对其工艺特点进行了比较。概述了铸铁凸轮轴的表面强化方法和磨削工艺,分析了铸铁凸轮轴的发展前景,并对其今后的研究发展重点进行了简要评述与展望。

铸造凸轮轴异常断裂的失效分析

根据对断裂凸轮轴进行的化学成分分析、力学性能测试、显微组织和断口形貌观察,确认该凸轮各项质量指标均达到控制要求,认为凸轮轴清理时打磨过度,造成应力集中是发生断裂的主要原因。采取了相应措施后,断裂问题不再发生。

钒钛生铁提高Cr-Cu-Mo可淬硬铸铁凸轮轴强度和硬度的机理

研究钒钛生铁和球铁生铁对Cr-Cu-Mo可淬硬铸铁凸轮轴显微组织和性能的影响,讨论了D型石墨的形成机理以及D型石墨灰铸铁凸轮轴具有较高强度和较高硬度的原因。研究表明,采用74%钒钛生铁+26%球铁生铁生产的凸轮轴的显微组织由95%以上的珠光体和少量渗碳体组成,石墨形态为D型,凸轮轴的本体铸态抗拉强度和硬度分别为302～327MPa和248～263HB;全部采用球铁生铁生产的凸轮轴的显微组织也由95%以上的珠光体和少量渗碳体组成,石墨形态为较粗大的A型,凸轮轴的本体铸态抗拉强度和硬度分别为202～238MPa和220～237HB;采用77%球铁生铁+23%钒钛生铁时,凸轮轴的显微组织仍然由95%以上的珠光体和少量渗碳体组成,石墨形态为较细小的A型,凸轮轴的本体铸态硬度和抗拉强度分别为237～273HB和241～250MPa。扫描电镜分析发现,含钛D型石墨灰铸铁的显微组织中有20%～30%的初生奥氏体,这些初生奥氏体与一般的D型石墨灰铸铁中的初生奥氏体不一样,它们在随后的固态相变过程中全部转变成了片间距约为100nm的珠光体。这种不含石墨的珠光体的强度和硬度(高于346HV)都较高,因而是含钛D型石墨灰铸铁具有较高强度的原因。

铸铁凸轮轴制造技术及国内外发展动态

介绍了国内外合金铸铁凸轮轴的铸造工艺及凸轮耐磨性能的强化工艺现状。指出在大批量生产条件下，铁型覆砂铸造或壳型填铁丸铸造生产合金铸铁凸轮轴，并对凸轮进行耐磨性能强化处理是一种具有良好前景的工艺方法。

凸轮轴的钨极氩弧重熔淬火工艺

概述高密度能量束如激光束、等离子束或电弧束用于铸铁重熔淬火的优、缺点。介绍凸轮轴钨极氩弧重熔淬火工艺过程、局部重熔淬火的原理、3个机械变速运动、电流强度变化、生产现场质量监控。分析凸轮轴重熔淬火中主要质量缺陷产生的原因,得出提高硬化处理合格率的现场措施。

汽车铸铁凸轮轴国产化的关键技术研究及应用

对汽车铸铁凸轮轴国产化中的几个基础性和关键性技术问题进行了论述 。