一種粉末冶金凸輪軸端頭組合燒結(jié)連接方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于粉末冶金技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種粉末冶金凸輪軸端頭組合燒結(jié)連接方法。
【背景技術(shù)】
[0002]凸輪軸是發(fā)動機(jī)配氣系統(tǒng)關(guān)鍵零部件。凸輪軸的基本部位可分為:芯軸、凸輪、端頭、軸頸等(如圖1所示)，其中，芯軸是各部件的載體，凸輪用于開閉氣門，端頭一般用于連接齒帶輪進(jìn)行傳動或用于封堵中空凸輪軸一端(亦稱堵頭)，軸頸用于支撐。
[0003]相對于傳統(tǒng)鑄造、鍛造工藝所生產(chǎn)的一體式實心凸輪軸，組合式凸輪軸具有中空結(jié)構(gòu)減重明顯、尺寸精度高、加工余量小、設(shè)計靈活、節(jié)能節(jié)材等多種優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于多種中、高檔汽油發(fā)動機(jī)和柴油發(fā)動機(jī)。
[0004]粉末冶金組合燒結(jié)工藝是一種新型的組合式凸輪軸制備工藝，該工藝的特點是:首先采用特殊粉末冶金材料制成凸輪、軸頸，然后把凸輪、軸頸壓坯裝套在芯軸上，放入燒結(jié)爐進(jìn)行燒結(jié)，該粉末冶金凸輪、軸頸材料在高溫的持續(xù)燒結(jié)過程中，能夠發(fā)生液相燒結(jié)并與芯軸發(fā)生元素擴(kuò)散，而最終與芯軸形成牢固的冶金結(jié)合。由該工藝制備的凸輪軸一般被稱為粉末冶金凸輪軸。相對于熱裝、滾花裝配、機(jī)械擴(kuò)管等機(jī)械過盈連接方式的組合式凸輪軸，粉末冶金凸輪軸具有連接強(qiáng)度高、抗扭轉(zhuǎn)性能優(yōu)越、耐磨性突出、可靠性好等優(yōu)勢。
[0005]然而，對于凸輪軸的端頭部件，因其材料一般為鋼制(例如45#鋼)，不具備液相燒結(jié)的特性，從而無法實現(xiàn)與芯軸的組合燒結(jié)。因此，一般是采用額外的摩擦焊、激光焊等工序，來實現(xiàn)端頭與芯軸的牢固冶金結(jié)合連接。上述額外的工序造成了凸輪軸的制造成本和生產(chǎn)周期明顯提升，還會因焊縫外露、焊料堆積不勻、飛濺或溢流而造成凸輪軸外觀較差的冋題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是針對上述端頭連接工藝所造成的工藝流程長、成本高的問題，提出一種粉末冶金凸輪軸端頭組合燒結(jié)連接方法。
[0007]本發(fā)明提出的連接方法，具體步驟如下:
[0008](I)將粉末冶金液相燒結(jié)材料(焊接材料)生坯或預(yù)燒結(jié)坯制備成管狀或凸輪、軸頸的形狀。此粉末冶金液相燒結(jié)材料的成分組成可以是Cr O?10%，Mo O?10%，P0.3 ?0.7%，Si O ?3%、Ni O ?6%，Cu O ~ 8%, Mn O ~ 3%, C I ?4%，其余為 Fe。制備工藝可以是粉末壓制成形、粉末注射成形或凝膠注模成形等工藝的一種。
[0009](2)將端頭與芯軸對接在一起，對接方式可以是間隙配合、過盈配合、膠粘接或其他方式。
[0010](3)然后將上述焊接材料套在端頭與芯軸對接的縫隙處，將對接縫隙置于粉末冶金焊接材料內(nèi)部(如圖2所示)。上述焊接材料與端頭、芯軸的間隙小于1mm。
[0011](4)將上述組合好的零部件置于燒結(jié)爐內(nèi)，在1000?1200°C的溫度進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，保溫15min以上，氣氛為真空或還原氣氛。燒結(jié)過程中，置于端頭和芯軸連接縫隙處的粉末冶金焊接材料將發(fā)生液相燒結(jié)和收縮，與端頭、芯軸均能夠發(fā)生元素擴(kuò)散和冶金結(jié)合。端頭和芯軸依靠粉末冶金液相燒結(jié)材料的焊接作用而形成牢固的連接(如圖3所示)。
[0012](5)燒結(jié)結(jié)束后冷卻至常溫。
[0013]值得注意的是，本發(fā)明所述方法步驟(I)中，若將粉末冶金液相燒結(jié)材料直接制備成凸輪或軸頸的形狀，最終燒結(jié)后，該凸輪或軸頸除了用作端頭和芯軸的焊接材料外，還直接地用作凸輪軸的凸輪或軸頸，具有一舉兩得的效果。
[0014]本發(fā)明的有益效果為:
[0015]在燒結(jié)工序中，端頭與芯軸的焊接過程與凸輪軸的凸輪、軸頸的燒結(jié)焊過程同時完成，整個過程不增加任何額外的工序和材料消耗，便實現(xiàn)了端頭和芯軸的牢固冶金連接，連接強(qiáng)度較高，完全滿足凸輪軸使用要求，降低成本；
[0016]采用具有液相燒結(jié)能力的粉末冶金材料來實現(xiàn)端頭與芯軸的焊接，焊縫不外露。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明所涉及凸輪軸的示意圖。
[0018]圖中標(biāo)號:1_左端頭；2-芯軸；3_右端頭；4-凸輪；5_軸頸。
[0019]圖2是本發(fā)明所提出的連接方法的示意圖。
[0020]圖中標(biāo)號:1-左端頭；2_芯軸；6_粉末冶金液相燒結(jié)焊接材料。
[0021]圖3是本發(fā)明所提出的連接方法在燒結(jié)后的焊接區(qū)域局部示意圖。
[0022]圖中標(biāo)號:1_左端頭；2_芯軸；6_粉末冶金液相燒結(jié)焊接材料；7_焊接材料與端頭、芯軸之間形成的冶金結(jié)合界面層。
[0023]圖4是本發(fā)明所舉實施例1的示意圖。
[0024]圖中標(biāo)號:1-左端頭；2_芯軸；6_粉末冶金液相燒結(jié)焊接材料。
[0025]圖5是本發(fā)明所舉實施例2的示意圖。
[0026]圖中標(biāo)號:1-右端頭；2_芯軸；6_粉末冶金液相燒結(jié)焊接材料。
【具體實施方式】
[0027]本部分內(nèi)容將結(jié)合附圖和具體的實施例來對本發(fā)明提出的一種粉末冶金凸輪軸端頭組合燒結(jié)連接方法做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但不能以此來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0028]實施例1
[0029]將端頭與芯軸的連接頭按照圖4所示進(jìn)行對接，為間隙配合。依照Fe-5Cr-lN1-2Cu-lS1-lMo-0.5P-2C合金體系配料，經(jīng)混粉、壓制成形而制備成凸輪軸凸輪的形狀，然后將該凸輪以間隙配合套在端頭與芯軸的對接處，間隙為0.2_。將該組合件放入燒結(jié)爐內(nèi)進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度1120 °C，保溫時間45min，氣氛為氫氣還原氣氛。燒結(jié)后，端頭和芯軸通過凸輪的焊接作用而形成牢固連接，同時該凸輪還充當(dāng)了凸輪軸I號凸輪。
[0030]實施例2
[0031]依照Fe-5Cr-2Cu-0.5Si_0.5P_1.9C合金體系配料，經(jīng)混粉、壓制成形而制備成凸輪軸軸頸的形狀。然后按照圖5所示，將上述軸頸和端頭、芯軸組合，即:把軸頸套在端頭與芯軸的對接處，配合間隙0.05mm。使用鋼架支撐上述組合件，放入真空燒結(jié)爐內(nèi)進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度1110°C，保溫時間50min，真空度5X 10_3Pa。燒結(jié)后，端頭和芯軸通過軸頸的焊接作用而形成牢固連接，同時該軸頸還用于與軸承座匹配來支撐整支凸輪軸。
【主權(quán)項】
1.一種粉末冶金凸輪軸端頭組合燒結(jié)連接方法，其特征在于，使用粉末冶金液相燒結(jié)連接件將端頭部件和芯軸部件焊接在一起，方法包括如下步驟: ①將粉末冶金液相燒結(jié)硬化材料生坯或預(yù)燒結(jié)坯制備成凸輪或軸頸的形狀，得到連接件； ②將端頭與芯軸對接在一起，對接方式為間隙配合、過盈配合或膠粘接； ③將步驟①得到的連接件套在端頭與芯軸對接的縫隙處； ④將步驟③組合好的零部件置于燒結(jié)爐內(nèi)，進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，上述粉末冶金連接件產(chǎn)生液相，將端頭和芯軸焊接為一體； ⑤燒結(jié)結(jié)束后冷卻至常溫。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種粉末冶金凸輪軸端頭組合燒結(jié)連接方法，其特征在于，燒結(jié)前，所述連接件套在端頭、芯軸對接處，對接縫隙置于連接件內(nèi)部，被整個連接件所覆蓋，并不外露。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種粉末冶金凸輪軸端頭組合燒結(jié)連接方法，其特征在于，所述步驟④的燒結(jié)溫度為1000?1200°C，燒結(jié)保溫時間15min以上，保護(hù)氣氛為真空或還原氣氛。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種粉末冶金凸輪軸端頭組合燒結(jié)連接方法，其特征在于，所述粉末冶金液相燒結(jié)硬化材料成分為Cr O?10%，Mo O?10%，P 0.3?0.7%，Si O?3%,Ni O ?6%，Cu O ?8%，Mn O ?3%，C I ?4%，其余為 Fe。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種粉末冶金凸輪軸端頭組合燒結(jié)連接方法。該方法是采用具有液相燒結(jié)收縮能力的粉末冶金材料與端頭、芯軸均能夠發(fā)生元素擴(kuò)散和冶金結(jié)合，實現(xiàn)端頭與芯軸的連接。粉末冶金焊接材料直接制備成凸輪或軸頸的形狀，該凸輪或軸頸既可用于端頭和芯軸的焊接，還直接地充當(dāng)凸輪軸的凸輪或軸頸。該方法不增加任何額外的工序和材料消耗，便實現(xiàn)了端頭和芯軸的牢固冶金連接，連接強(qiáng)度較高，完全滿足凸輪軸使用要求。本發(fā)明解決了激光焊、摩擦焊等焊接連接端頭所造成的工序增加、成本提高和影響美觀等問題。
【IPC分類】B22F1-00, B22F3-16, B22F7-06
【公開號】CN104550969
【申請?zhí)枴緾N201410841787
【發(fā)明人】梁雪冰, 王林山, 陳鵬, 王磊, 汪禮敏, 房志剛
【申請人】北京有色金屬研究總院, 北京恒源天橋粉末冶金有限公司, 有研粉末新材料（北京）有限公司
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2014年12月30日