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设计说明:凸轮轴是内燃机配气系统中关键的零件之一，整个配气机构是由凸轮轴驱动的，凸轮的设计对整个配气系统的性能起着决定性的作用。凸轮轴刚性差、易变形；精度高，加工难度大；因此，对于凸轮轴的设计、加工、选材、加工工艺等都提出了许多要求。6037
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综合凸轮轴的工作环境和对其进行失效分析的情况，提出凸轮轴具有以下性能要求：
凸轮轴要有一定的抗弯强度和足够的韧性，能承受一定的抗扭转载荷，保证受力后无明显的变形。凸轮轴表面要有较高的粗糙度、中等强度和硬度以及一定的耐磨性，防止凸轮轴在工作过程中产生磨损、刮伤、断裂等缺陷。凸轮轴需要具有较好的耐磨性能和切削加工性能。凸轮轴要具有准确的尺寸，轴颈要有中等的抗弯强度和抗扭转载荷及中等的韧性和耐磨性。
本课题所研究的凸轮轴为柴油机厂的,凸轮轴的材料为20Cr，加工流程为下料-楔横轧-机加工-渗碳-感应淬硬-机加工-检验-入库。在凸轮轴生产过程中，常常因在热处理渗碳和磨削加工2道工序上因应控制不当而产生质量问题，在研究设计过程中应予以避免，并及早预防。渗碳层中的碳化物要求呈细小颗粒状均匀分布，对提高渗层的耐磨性是非常有利的，但碳的浓度偏高,碳化物形成网状,则渗层的机械性能会大大下降。形成网状碳化物后,使渗碳层的表面脆性增加，韧性降低，降低了零件的使用寿命，在淬火和磨削加工时，容易沿碳化物分布形态形成网状裂纹。所以在设计的过程中也要适当控制碳势，保证网状碳化物的出现。文中涉及的凸轮轴渗碳技术要求：(1) 渗层深度：1.4～1.9 mm (2) 碳化物网状<5级。
在材料的选用方面，选用的是20Cr，20Cr钢是我国目前产最大的几个合金结构钢之一，用途非常广泛。
本文设计的内容有：热处理工艺参数，包括渗碳温度、保温时间、渗碳介质、渗碳气氛及计算机控制、渗碳质量检测等和渗碳设备。目前凸轮轴渗碳一般在井式炉中进行的，气体渗碳的工艺过程控制一般由微机执行，技术人员先预先设定好碳势、温度和渗碳深度。再由微机内的程序来控制煤油的滴量，保温时间。炉型的选用应当考虑工件的尺寸，保证炉子深度大于零件长度。
通过文章的设计，最后根据渗层深度及温度高低的影响选定的渗碳温度为930℃，根据渗碳层深度及渗碳时间选定的保温时间为6h。根据气体、固体和液体渗碳的优缺点以及零件的形状等选择的是气体渗碳，采用滴注式气体渗碳。对比各个渗碳介质最后选择采用甲醇和煤油，强渗阶段确定碳势为1.15％C，时间2h；扩散时间3.5h，碳势为0.83％C；渗碳结束后随炉缓冷至500℃出炉空冷，不同阶段采用不同的滴量控制。
关键词： 20Cr；凸轮轴；渗碳；热处理工艺设计
The carburizing heat treatment process designing of 20Cr steel camshaft
Design Notes: Camshaft is one of the key parts of engine gas distribution system, the entire gas distribution mechanism is driven by the camshaft, the design of camshaft on the performance of the entire gas distribution system plays a decisive role. Camshaft has poor rigidity, easy deformation; precision and difficult process. Therefore, the design, processing, material selection, processing of the camshaft made many requirements.
Considering the camshaft’s work environment and its failure analysis, putting forward that camshaft has the following performance requirements:
Camshaft have a certain flexural strength and sufficient toughness to withstand a certain degree of torsional load, and to ensure no significant deformation after the force. The camshaft have high surface roughness, a moderate strength and hardness, and the wear resistance to prevent the wear, scratches, breakage and other defects during the work produced of the camshaft. Camshaft need to have a better wear resistance and machinability. Camshaft need to have accurate dimensions, the journal need to have moderate bending strength and torsional loads and moderate toughness and wear resistance.