凸轮是柴油机的关重件，安装在柴油机机体内，每缸设有进气、排气和燃油三种凸轮，通过与配气机构作用控制气缸的进、排气和喷油。作为运动传动件，其加工要求很高。目前车间通过现有工艺生产的凸轮易产生裂纹，废品率很高。

1.零件的简介及工艺流程

零件（见附图）材料为F173（本厂技术协议），类似于20CrNi，热处理方式为：渗碳→淬火。

零件示意

目前工艺流程为：锻件毛坯→粗加工（内孔、端面、外圆、型线外形）→热处理：渗碳→（半精加工）→淬火（两次回火处理）→磨两平面→半精镗孔→粗拉键槽→精磨内孔→精拉键槽→精磨型线→磁力探伤→终检→凸轮Traful处理。

2.分析凸轮裂纹产生原因

按照目前现有工艺生产，凸轮在精磨型线或在车间进行Traful处理后，出现多个批次暴露裂纹现象，废品率为50%左右，其中废品中约50%的零件是在精磨型线后经过磁力探伤检测出来的，另外约50%的零件是在车间进行Traful处理后暴露出来的。裂纹主要产生在凸轮型面（约占50%）及凸轮端面（约占50%），呈龟裂状。

Traful处理即为浸渍处理，是一种表面处理方法。Traful处理后的柴油机凸轮表面形成一种高效减摩涂层，具有较高的耐极压性能，能提高工件的抗疲劳磨损强度，对防止柴油机可逆转凸轮在滑动时的拉伤更为有效。废品中50%的凸轮Traful处理后出现裂纹，但是本身Traful处理为一种表面处理手段，并不能使零件产生裂纹。浸渍剂为弱酸性对其表面有轻微腐蚀，促使裂纹清晰可见。

初步分析认为凸轮轴型面及端面龟裂状裂纹是由于前面机加工工序，粗、精拉键槽、磨平面或热加工等原因造成的。特别是在拉削加工过程中，强大的拉削力极易使零件内部产生应力。目前工艺流程中拉削键槽后并没有相应的去除应力，为了消除残余应力，必须对原有的工艺流程就行改进。

3.改进工艺及调试结果

（1）工艺改进方法一 取消工艺中拉削加工方法，将两次拉削键槽加工改为两次线切割键槽加工，其余工序不变。

调试结果：生产50件，合格48件。从而也进一步验证了前面凸轮裂纹原因分析，但线切割加工效率低下，不适合大批量生产。

（2）工艺改进方法二 在精拉键槽工序后、精磨型线工序前增加“油炉去应力退火及表面喷丸（内孔保护）”工序，其余工序不变。

工序过程：油炉去应力，温度120℃左右，保温24h；凸轮型面喷丸（内孔保护）。

由于凸轮要求具有高硬度、高耐磨性和适当韧性。渗碳后不仅要求表面硬而耐磨，同时也要求心部有较好的塑形和韧性。但因其实际上相当于表层高碳钢与心部低碳钢的一种复合材料，因此选用较低的退火温度可以满足两部分的要求。零件已经经过渗碳淬火及两次回火处理，所以选择用比之前回火温度（150±20）℃低的温度进行去应力退火处理，不会影响其硬度。油炉去应力退火后马氏体发生分解，析出碳化物形成回火马氏体，稳定了残留奥氏体，淬火内应力得到部分消除，冷加工或热加工快冷后产生的微裂纹也大部分得到愈合，而且油炉能保证零件具有较小的变形量，之后再进行表面喷丸使其表面形成压应力状态，对于防止凸轮产生裂纹也有一定的作用。

调试结果：生产258件，5件出现裂纹，合格率为98%。

4.结语

拉削加工极易使零件产生应力，用线切割来代替拉削加工，基本避免了基体内部产生残余应力，防止了裂纹的产生。

油炉去应力退火及表面喷丸可以去除机加工及热加工过程中零件内部和表面产生的残余应力，可以有效防止裂纹的产生。

在实际生产中，线切割加工效率低下，无法满足生产需求，所以最终采用第二种工艺改进方法。

作者：兰忠杰，王频

单位：陕西柴油机重工有限公司

来源：《金属加工（热加工）》杂志