装配式凸轮轴是用于汽车发动机配气机构的重要零部件,与整体式凸轮轴相比,具有重量轻、材料分体优化,性能好、结构设计灵活等特点,已经越来越多的应用于高端汽车发动机的生产制作中。对于装配式凸轮轴,其凸轮的设计和制造方式,是近年来研究的热点方向之一。凸轮型面要求加工精度高,凸轮在工况条件下,表面受到剧烈的摩擦,芯部则受到周期性载荷的作用,因此,对于凸轮零部件,要求具有较高的强度、耐磨性、芯部韧性以及耐疲劳性能。现有的装配式凸轮的研究制作,主要由低、中碳钢、合金钢经过精密塑性成型工艺制成,随后根据使用要求,进行表面强化处理,主要有表面感应淬火、渗碳、渗氮等方式。而粉末锻造结合了粉末冶金成形的特点,同时又借助热锻,降低了粉末冶金材料的孔隙率,大幅提高材料的密度以及力学性能。易于制造精度要求高,加工量少的零部件,非常适合作为装配式凸轮的制作方式。本文围绕粉末锻造装配式凸轮的研究与制造,具体进行了如下几方面的研究:1.采用数值模拟的方法研究粉末锻造凸轮的工艺过程。借助材料性能计算软件JMatPro,计算出Fe-0.8C-2Cu材料的热物性参数,流动应力应变曲线,将其导入有限元软件Deform中,作为材料的模型。针对某种型号的装配式凸轮,进行模具和预制坯的设计,模拟了四种流动致密方式下,凸轮密度场和应力场的变化,并对两侧流动致密时,凸轮的密度场和速度场的随上模下压量的变化进行研究。结 果表明,两侧流动致密致密方式下,凸轮整体密度较高、分布均匀、等效应力较低,模具所受等效应力也较低,为较优的流动致密方案。随后针对流动间隙量的大小进行了模拟研究,最终确定了 0.9mm的流动间隙量,为两侧流动致密的间隙量。2.模拟研究了锻造速度、预制坯初始相对密度、锻造温度、模具温度和摩擦系数,五种锻造工艺参数对凸轮密度和等效应力分布的影响,确定了最佳锻造工艺参数:锻造速度:300mm/s,初始相对密度:0.9,预制坯加热温度:1200℃,模具预热温度:250℃,摩擦系数:0.3。结合模拟结果及实际情况,试制了一批凸轮样件,对比研究了锻造前后材料密度、孔隙率、力学性能和微组织的变化规律,结果表明,经过锻造后的凸轮组织更加细密,孔隙率大幅降低,凸轮的抗拉强度、屈服强度、断后伸长率和硬度得到大幅提升,由烧结体的470MPa、310MPa、2.5%和50HB提高至锻后948MPa、663MPa、7%和 250HB。3.采用了 L9(34)的正交实验研究了淬火、回火的温度和时间对凸轮力学性能的影响,随后研究了回火温度对凸轮摩擦磨损性能的影响。结果表明,回火温度对材料的性能影响最大,回火温度上升,马氏体分解,固溶强化作用减少,材料的强度降低。由于Cu不溶于基体组织,经低温回火后易在晶界处偏聚,因此拉伸断口形貌多为沿晶脆性断裂。不同回火温度下的摩擦式样中,200℃回火的试样,在三种载荷下,摩擦系数稳定,磨损量小,磨损形式为较轻的摩粒磨损。