【摘 要】
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凸轮轴是汽车发动机里的关键部件之一,而装配式凸轮轴更能适应现代汽车的发展。其中凸轮、轴体、信号轮等采用分别加工的方式,有利于产品的灵活设计及柔性化生产。凸轮在工作时遭受持续性的滑动摩擦与周期性的冲击负荷,这要求凸轮表面必须有较高的抗疲劳强度和抗磨损性能,而合适的热处理工艺可以改善凸轮的力学性能。但在热处理过程中,凸轮会产生热应力与组织应力,而过大的残余应力不仅会影响凸轮的工作性能,也会使凸轮在压装
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凸轮轴是汽车发动机里的关键部件之一,而装配式凸轮轴更能适应现代汽车的发展。其中凸轮、轴体、信号轮等采用分别加工的方式,有利于产品的灵活设计及柔性化生产。凸轮在工作时遭受持续性的滑动摩擦与周期性的冲击负荷,这要求凸轮表面必须有较高的抗疲劳强度和抗磨损性能,而合适的热处理工艺可以改善凸轮的力学性能。但在热处理过程中,凸轮会产生热应力与组织应力,而过大的残余应力不仅会影响凸轮的工作性能,也会使凸轮在压装过程中出现开裂的情况。因此本文对GCr15钢材进行860℃淬火+不同时间下170℃回火的热处理实验,同时借助DEFORM软件对GCr15钢凸轮进行淬火数值模拟,对凸轮热处理后的微观组织、力学性能及残余应力展开相关研究。对圆柱体试样与凸轮试样分别进行热处理实验,并对圆柱体试样表面与凸轮试样剖面进行微观组织分析与洛氏硬度测试。随着回火时间延长,两者微观形貌变化一致,碳化物面积分数与碳化物面密度都不断增加;其中圆柱体试样的碳化物面积分数与碳化物面密度小于凸轮试样;圆柱体试样的小尺寸碳化物多于凸轮试样,导致凸轮试样的碳化物平均直径小于圆柱体试样;回火态与淬火态的碳化物类型主要为M7C3和M23C6。抗拉强度有一定的提升,回火9h后抗拉强度达到了1530.7 MPa。GCr15钢淬火态硬度在63 HRC左右,回火9h后硬度降低至58HRC左右。淬火态下凸轮过渡段残余应力为59.9MPa,回火后残余应力先快速减小,后趋于平缓,回火9h后残余应力为40.1 MPa。本文在热处理数值模拟理论的基础上,借助DEFORM软件完成对GCr15钢凸轮的热处理多场耦合数值仿真。通过对模拟的结果分别进行温度场、组织场、应力场的演化分析,最终得到了奥氏体、马氏体与硬度的含量,其中凸轮剖面的硬度值为60HRC,与实验结果接近。针对凸轮过渡段的应力进行分析,发现在淬火阶段热应力与组织应力相互作用,且两者应力作用方向相反,最终模拟得到的残余径向应力为46.7MPa,与实验差距不大。
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