20Cr与16MnCr5油泵凸轮轴的热处理工艺及性能比较研究
?摘要：?近些年，交通运输业一直保持强劲发展态势，进而推动了汽车工业进一步发展。柴油机由于具有良好的动态性能和逐渐发展, 已成为其主要的驱动力。作为柴油发动机不可或缺的一个重要构成部件，燃油喷射泵随着技术革新也实现了更新换代发展。从整体上来看，喷射泵主要经历了I、A、PW、PW2000这四个发展时期。每次更新换代都代表着性能的进一步改善与增强，通过不断增大的喷射压力促使柴油尽可能地完全燃烧，进而为发动机高效运转提供巨大动力。在 2003年, 注塑成型压力增加, 对机械的要求更高。热处理是最为重要的一项技术手段，它不仅能使燃油泵力学性能得到大幅度提升，同时在产品设计及加工处理中扮演着重要角色。理论层面上来看，原材料特性及热处理工艺会对设备运行情况产生决定性影响。在本文中，以凸轮轴的材料和PW2000喷射泵热处理工艺为切入点，对它的热处理工艺及性能特征进行深入剖析的基础上，对20 Cr和16 MnCr5油泵凸轮轴展开系统性对比与研究，除此之外，也针对凸轮轴的材料选取及热处理工艺展开了广泛研究。
关键词：燃油喷射泵，凸轮轴，材料，淬火
Comparative study on Heat treatment Technology and performance of Camshaft of 20Cr and 16MnCr5 Oil pump
Absrtact: in recent decades, with the development of transportation industry, the domestic and foreign automobile industry has made rapid progress, and diesel engine has gradually become the mainstream of automobile power because of its good power performance.As the heart of diesel engine, fuel injection pump is being upgraded.The injection pump product has experienced pump I, pump A, PW pump, and PW2000 pump. Each product upgrade means that the injection pump is required to provide higher injection pressure in order to make diesel burn more fully and provide more powerful power for diesel fuel.At the same time, the emission of tail gas up to higher requirements-Euro II emission standards.Injection pressure The higher the force is, the higher requirement is put forward for the machining technology and quality of the internal parts of the fuel injection pump.Heat treatment, as an effective means to improve the mechanical properties of fuel injection pump parts, has been attached great importance in product design and parts processing.Whether the material and heat treatment process of the parts are reasonable or not will directly affect the operation performance and safety and reliability of the fuel injection pump.Based on the analysis of the material and heat treatment technology of camshaft of PW2000 fuel injection pump, the heat treatment process and performance of camshaft of 20Cr and 16MnCr5 oil pump are compared and studied in this paper. At the same time, the material
Keywords: fuel injection pump, camshaft, material, quenching
1．绪论
受自身特有性能的影响，发动机需要配装可靠、主流的喷射系统。虽然柴油机的综合性能比汽油机好，不过它需要配装专门的点火设备。且挥发难度大，所以只有雾化与混合处理之后才能促使柴油更充分燃烧。值得一提的是，如果雾化是在未控制的情况下进行的，就容易缩短混合气体时间，不仅无法实现充分燃烧，还会降低燃烧的平稳性。由于这些特性，喷射系统成为内燃机的关键。在保证燃油效率的基础上，尽可能地降低废气排放量，以减少环境污染。
柴油机很早就诞生了，截止到现在，仍选用机械式燃油喷射系统，实际上，柴油机的高可靠运行不仅得益于燃油喷射系统，也归功于燃油泵。油泵喷嘴的主要功能是按照实际工作要求，结合最新的石油供应情况，将柴油直接灌输至柴油机。电火花入气缸之后经雾化与空气相融。对于机械式燃油喷射系统而言，它的主要构成部件有两个，一是油泵，二是喷油器，进而对生产技术提出了最新要求。燃油泵喷嘴是柴油机燃烧过程中最难的燃料, 是柴油喷射系统的替代品, 是柴油机燃烧效率的一种代替。不同类型的喷嘴，其排放水平存在明显差异，而导致这种差异形成的根本原因在于核心指标的功能发挥。凸轮轴是喷射泵最为重要的一个构件，正是通过凸轮轴的高效运转才使其喷射泵获取到强大动力。
本课题在同等热处理环境下，对和凸轮轴的力学性能展开了系统型对比与分析。将PW2000泵的凸轮轴视为案例研究对象，由于16 MnCr5是最为主要的应用材料。?泵能满足淬火要求。再通过了过程测试, 验证了它的可行性。结果证实此工艺具有高可操作性，且与技术标准相符。
一、选题简介、意义
目前，我国燃油喷射系统中的凸轮轴一般采用20Cr和16MnCr5材料进行渗碳淬火的热处理工艺。20Cr材料价格低，16MnCr5材料的价格高，两者价格相差较大。在相同的热处理工艺下，两种不同材料热处理后的渗碳层深度、硬化层深度及金相组织。通过大量的工艺试验和数据对比分析，探索材料对凸轮轴热处理后的组织和性能的影响，为公司开发新产品时提供科学决策，既满足了凸轮轴的力学性能要求，又能降低了生产成本。
二、课题综述（课题研究，主要研究的内容，要解决的问题，预期目标，研究步骤、方法及措施等）
本课题是对20Cr与16MnCr5油泵凸轮轴的热处理工艺及性能比较研究，选取20Cr和16MnCr5为本课题研究材料，通过对20Cr与16MnCr5油泵凸轮轴的热处理工艺及性能比较研究，探索材料对凸轮轴热处理后的组织和性能的影响。本课题需要解决的问题是通过比较研究，选择既满足凸轮轴的力学性能要求，又能降低生产成本的材料。
凸轮轴的材料主要取决于其在发动机中的工作条件、使用工况。凸轮轴在工作过程中除承受一定的弯曲和扭转载荷外，主要是凸轮部分承受周期变化的挤压应力以及与挺杆体相接触产生的滑动带滚动的摩擦。
将 20Cr 和 16MnCr5两种材料制成的凸轮轴在相同的热处理工艺条件下进行性能对比，证明了 16MnCr5钢作为 PW2000 喷油泵凸轮轴的材料能够满足淬透性要求，也证明了经过工艺试验建立的 PW2000 喷油泵热处理工艺的可行性，结果证明能够满足技术要求。
为了完成本课题，本人深入到企业了解加工的过程，在网络上搜集了大量的相关知识，阅读、消化成自己所能运用的知识。热处理作为提高和改善喷油泵零件机械性能的有效手段，在产品设计和零件加工过程中一直受到非常重。
三、设计（论文）体系、结构（大纲）
20Cr与16MnCr5油泵凸轮轴的热处理工艺及性能比较研究
1、绪论
2、简析PW2000喷油泵凸轮轴
2.1 PW2000喷油泵凸轮轴简介
2.2 凸轮轴性能基本情况介绍
2.3 凸轮轴的热处理工艺水平
3、PW2000喷油泵凸轮轴的材料和热处理工艺方法
3.1 PW2000喷油泵凸轮轴的材料选择
3.2 PW2000喷油泵凸轮轴热处理工艺流程
3.3 其他油泵凸轮轴材料及热处理分析
4、比较20Cr和16MnCr5成分、组织与性能
4.1 20Cr的成分、组织与性能
4.2 16MnCr5的成分、组织与性能
4.3 20Cr和16MnCr5的成分、组织与性能比较
5、对PW2000喷油泵凸轮轴的淬火工艺及试验分析
5.1 淬火前的准备
5.2 凸轮轴的淬火介质
5.3 凸轮轴的淬火工艺
6、对20Cr和16MnCr5钢经相同的热处理工艺后的结果比较及分析
6.1 20Cr热处理工艺后的结果及分析
6.2 16MnCr5热处理工艺后的结果及分析
6.3 相同热处理工艺后的结果及分析比较
7、对燃油喷射系统中凸轮轴选材及热处理工艺建议
参考文献
[1] 刘永铨. 钢的热处理. 北京：冶金工业出版社，1981.
[2] 游文明. 工程材料与热加工. 北京：高等教育出版社，2007
[3] 王英杰. 金属工艺学. 北京：高等教育出版社，2001
[4]史美堂，等. 金属材料及热处理[M]. 北京：机械工业出版社，1992
[5]赵莉萍. 金属材料学[M]. 北京：北京大学出版社，2012
