摩托车凸轮轴淬火开裂问题研究

摩托车凸轮轴淬火开裂问题研究 1、概述 发动机是摩托车的核心部件，凸轮轴又是活塞发动机里的一个关键部件。它的作用是控制气门的开启和闭合动作,工作中需要承受很大的扭矩及摩擦力。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,采用感应加热淬火面强化热处理工艺。产品要求为:表面硬度HRC50~60，金相组织为:M+团絮状石墨，淬硬层为1.3,3.8mm。 1.1现状调查 实际生产中凸轮轴废品率高，月平均为4.9,，主要表现在表面淬火后凸轮部分开裂，严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是我们对其中一个月6261件废品的质量问题分布情况进行的分类统计。 2.1原因分析及整改措施 通过对裂纹形态进行分析，裂纹基本上是弧形或直线型穿晶裂纹，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中形成开裂;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 原感应器为上下凸轮一体式，由于凸轮边缘为尖角，加热时感应加热的肌肤效应造成尖角温度达到960,980º，从而加热后导致凸轮边缘温度高，局部产生过热的点和过热的面，喷液淬火时形成裂纹源，引起开裂。 针对以上感应器设计不合理的原因，制订的整改措施如下:将感应器由原来的上下一体改进为二截体，见图4。 制作新感应器进行试用，加热均匀没有过热的点和面，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，为白口铁经高温石墨化退火得到基体组织为粒状P及片状P，片状珠光体含量为30,，经与供应商协商，通过控制白口铁石墨化退火后的冷却速度，从而得到不同含量的片状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行测试，试验结果如表2: 从图5中可以看出: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量进行供货; ii.加强入厂验收控制，来料批批进行理化试验，严格控制片状珠光体含量在10,以下。 通过实施解决因片状珠光体含量过高而引起的开裂现象，废品率由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 加热时间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。 从表中可以看出，试验结果与计算结果相吻合，最后确定以下参数组合: 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，使淬火开裂问题基本上得以解决，废品率由3.5,降至2.0,。 1、效果验证 通过对凸轮轴淬火的工艺参数的调整、原材料中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率进行了跟踪调查和统计，见表5)。最终凸轮轴废品率由以前的4.9,降至2,，废品率降低了2.9,。 废品的降低减少了开支。按年产40万辆的计算，废品应是11600件，淬火前每件价值10元。仅此就为公司减少废品损耗11.6万元。另外，凸轮轴成品率提高，大大降低了员工的劳动强度。 结论 1、引起凸轮轴表面淬火开裂的原因主要有三个方面即:感应器设计不合理、材料缺陷及工艺参数合理匹配; 2、三个方面的原因中以感应器设计及材料缺陷为主要原因，经采取相应措施，减少了开裂数量，使凸轮轴的废品率得到很好的控制。