高速重载凸轮的材料选择及热处理工艺编制
摘要：本文为40Cr高速重载凸轮的材料选择及对热处理的详细设计，重点介绍凸轮的工作原理与磨损形式、凸轮的组织与它的性能特点，还有热处理工艺；退火热处理、高频淬火+低温回火，同时对热处理工艺流程进行了合理规范地设计，并对它即将出现的问题应对了很多优质的改进办法。
关键词：热处理工艺；高速重载凸轮； 40Cr
Material selection of high speed heavy load cam and preparation of heat treatment process
Abstract: In this paper, the material selection of 40Cr high speed heavy load cam and the detailed design of heat treatment are introduced. The working principle and wear form of the cam, the organization of the cam and its characteristics, the heat treatment process, the heat treatment, the high frequency quenching and the low temperature tempering are introduced in this paper, and the heat treatment process is reasonably set up. And has responded to many high-quality improvements to its impending problems.
Keywords: heat treatment process ；high speed heavy load cam ；40Cr
目录
一、引言 7
（一）凸轮的发展史 7
（二）高速重载凸轮材料的挑选 8
（三）、40Cr简介 10
二、40Cr高速重载凸轮的工作原理与磨损形式 11
（一）40Cr高速重载凸轮的工作原理 12
（二）40Cr高速重载凸轮的磨损形式 12
三、40Cr高速重载凸轮的组织与性能特点分析 14
（一）40Cr高速重载凸轮的组织要求 14
（二）40Cr高速重载凸轮的化学成分及影响 14
（三）40Cr高速重载凸轮的性能要求 14
四、40Cr高速重载凸轮的工艺路线的编写 16
（一）预备热处理 16
（二）等温退火 16
五、40Cr高速重载凸轮的工艺设计与分析 20
（一）最终热处理 20
（二）高频淬火 20
（三）低温回火 22
六、热处理缺陷处理与表面热处理 23
（一）常见热处理缺陷及预防 23
（二） 高频感应加热淬火出现的缺陷和对策。 23
（三）凸轮表面处理 24
七、结论 26
八、参考文献 27
小结 28
一、引言
（一）凸轮的发展史
凸轮在生活中的应用是特别广泛的，并在自动机中有大批使用，例如，自动成形的机动装置、自动装配装置、自动化机床、自动贩卖机、换刀机构、高速度高压力机械、送料机械、食品机械、弹簧加工机械、玻璃机械和制革机械等。
凸轮机构能够得到如此庞大的应用主要来源于它具备控制、导向和传动等功能。当这样的装置进行传动时，它运动所产生的运动规律是不规则的；在它成导向机构时，工作机械的运动端的运动轨迹会变得不规则；又在它成为动作机构的时候，执行机构可以循环地控制它的工作。再有，凸轮机构也是具备着大量优点的：比如它的运动特性就非常优良，同时在高速度运动时平稳性也非常棒，刚性大，精度高，体积小，具备非常简单的周期控制，机构中构件很少，可靠性非常好，有很长的寿命。
在二十世纪这样的背景下，社会的发展与科技的进步导致各种各样的自动机越发朝着效率高、精度高、全自动化、性能价格比更优秀，使用寿命不断加长，操作简易与维护便捷等方向大力发展。为了贴合这种社会发展趋势，提高客户自动机的满意程度，分度凸轮机构作为自动机的重要部件必须具备特性优异的凸轮曲线和高速度、高精度性能。
如今的二十一世纪随着电脑的的普及，各种设计类软件层出不穷，包括CAD这类的设计类软件就能很好地对凸轮进行精确设计，正因为有了这些高级的操作软件使得大批的设计类工程师可以自主研发与设计出更加高速度更加高精度的凸轮机构，为后续的生产和检测提供了更好的操作条件。
凸轮机构在要求上面都很高，不仅要考虑凸轮的精度，还有它的效率和寿命，这就对设计上的凸轮曲线特性提出了很高的要求，虽然世界各国的凸轮专家也设计出不等的优良曲线，但是在高效应用方面一直是一个难题。
但是，凸轮机构在使用中同时也具备着大量的优点，如：只要设计者在设计过程中对凸轮的曲线进行合理的设计，从动件的运动规律就可以很大程度上被预见。因为它的工作可靠，其结构紧凑又简单，所以得到了广泛的应用。即使凸轮机构具备非常多的优点，缺点也同样存在，主要是：凸轮与从动件间的接触为高副接触，易受到摩擦损坏，对此，凸轮机构大多应用于传动力矩不是非常大的场合：如仪表机构或控制调节机构中。正因为有着优缺点的共同存在，所以我们对高速重载凸轮的研究意义极具重大。
（二）高速重载凸轮材料的挑选
在使用中凸轮表面长期承受着很大的压力，因此在选择凸轮材料时一定要选耐磨性好硬度高的材料。在材料选择上，凸轮的材料应具备足够的接触强度和很好的耐磨性。最终选择的耐磨材料性能不但与耐磨材料表面的硬度有关，还与耐磨材料的搭配有关。因此，必须按照凸轮的使用需求选择其材料及热处理的方法。
众所周知，一般钢的淬火直接取决于钢中含碳量。钢中含碳量量即将过0.6%以上时，淬火硬度基本相同，回火后钢的硬度也基本一样。但是，含量越多，耐磨性越好。这是因为高碳钢条件下有过剩呈均匀状分布的球墨铸铁。
当需要高耐磨的钢时，最好使用高碳钢，进行淬火和回火处理。但是，使用含碳量越高的高碳钢，将会产生淬裂和弯曲变形。根据热处理使用中和凸轮机构的运作环境，最好使用含碳量适当的钢材。另外，在钢材中加入Cr和V等合金元素，能产生具备特殊硬度的碳化物，显著提高钢的耐磨性。这些含有特殊元素的钢材，耐磨性很好，应用很广。
我们在凸轮材料的选择上上除了可以选金属外，还可用塑料盒陶瓷材料。就热处理来说，凸轮材料可以分为以下四种使用状态，即退火或正火状态，表面硬化状态，整体回火的高硬度状态，淬火回火的高硬度加氮化表面热处理状态。
凸轮中凸轮可以选择的材料有45Mn2、45、40Cr不等，作为优质结构钢它们的表面淬火硬度能到50~63HRC。在高要求的凸轮中我么可以采用20Mn2不等，用这样的低碳钢进行渗碳他的表面淬火硬度克达到58~63HRC，同时还有0.8~1.2mm的渗碳层厚度。在形状复杂的凸轮中，如弧面凸轮则可以采用38CrMoAi氮化处理。
参考文献
[1] 姜敏凤 董芳，机械工程材料及成形工艺（第三版）。北京：高等教育出版社，2014
[2]丁建生，金属学与热处理。北京：机械工业出版社，2004
[3] 吉泽升 许红雨，热处理炉（第四版）。哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，2016
[4]胡家秀，机械设计基础（第二版）。北京：机械工业出版社，2008
[5] 热处理手册（第一分册)，《热处理手册》编委会。北京：机械工业出版社，1984
[6] （中）刘昌祺（日）牧野 洋（中）曹西京，凸轮机构设计。北京：机械工业出版社，2005
