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    摘要设计说明：本课题所研究的凸轮轴的材料为20钢。主要针对凸轮轴渗碳过程进行研究设计。凸轮轴大家应该不会陌生，我们经常听到的气门、气门正时皮带、正时链条等等都跟它有着紧密的关系，气门室正是它的栖身之地。凸轮轴是发动机配气机构的一部分，专门负责驱动气门按时开启和关闭，作用是保证发动机在工作中定时为汽缸吸入新鲜的可燃混合气，并及时将燃烧后的废气排出汽缸。
        综合凸轮轴的工作环境和对其进行失效分析的情况，提出凸轮轴具有以下性能要求：
        （1）凸轮轴要有一定的抗弯强度和足够的韧性，能承受一定的抗扭转载荷，保证受力后无明显的变形。
        （2）凸轮轴表面要有较高的粗糙度、中等强度和硬度以及一定的耐磨性，防止凸轮轴在工作过程中产生磨损、刮伤、断裂等缺陷。
        （3）凸轮轴需要具有较好的耐磨性能和切削加工性能。
        （4）凸轮轴要具有准确的尺寸，轴颈要有中等的抗弯强度和抗扭转载荷及中等的韧性和耐磨性。
        20钢属于优质碳素钢，冷挤压、淬硬钢。该钢强度低，韧性、塑性和焊接性均好。适用于制造汽车、拖拉机及一般机械制造业中建造不太重要的中小型渗碳、碳氮共渗等件。
    气体渗碳是工件在气体介质中进行碳的渗入过程的方法，可以用碳氢化合物有机液体，如煤油、丙酮等直接滴人炉内汽化而得。气体在渗碳温度热分解，析出活性碳原子，渗入工件表面。也可以用事先制备好的一定成分的气体通人炉内，在渗碳温度下分解出活性碳原子渗入工件表面来进行渗碳。
        RQ系列井式气体渗碳炉系周期作业式电炉，主要供碳钢机件的气体渗碳等用。与电炉控制柜配合使用可自动控制及自动记录电炉的温度。根据零件的尺寸，选择RQ3-105-9井式渗碳炉。
    在渗碳介质的选择上，单独使用煤油虽然简单易行，但使用中仍存在许多缺点，例如高温裂解后易产生积炭，炉气成分和碳势不稳定，不易控制等。采用煤油加甲醇渗碳，甲醇为载气，煤油为富华气，可以在不同阶段充分发挥不同渗剂的特点。甲醇裂解温度低，产气量大，不易形成炭黑。而在排气阶段，温度较低，可以大滴量滴入甲醇，少量滴入煤油，目的是尽快排除炉内氧化性气氛。
    渗碳温度对表面碳含量、渗碳速度以及碳浓度梯度等影响很大。提高渗碳温度虽然可以加快渗碳速度，缩短生产周期，但是是在钢的晶粒度不过分长大的情况下进行的。因为过分提高渗碳温度，容易引起钢的晶粒粗大，增加零件变形，降低设备及工装的使用寿命，以及在采用渗碳后直接淬火工艺时，渗层中残留奥氏体量较多。在生产中，一般渗碳温度在900~950℃之间。对于小型精密零件可采用较低的渗碳温度。综上，选择渗碳温度为920℃。
    渗碳保温时间主要影响渗层深度。在介质的渗碳能力一定的条件下，渗层深度是温度和时间的函数。在相同的渗碳温度下，渗层温度随保温时间的延长而增加，呈抛物线关系，在渗碳初期，渗入速度较快，随着时间的增加，渗碳速度减慢，渗碳层中碳浓度梯度逐渐减少。在实际生产中，常根据渗碳平均速度来计算保温时间，既要提高生产率，又要得到给定的渗层深度、表面碳含量及合理的碳浓度梯度。本次设计将渗碳保温时间定为8h。
    根据炉气的控制方法，滴注式气体渗碳可分为固定碳势法和分段控制法两种。考虑到本设计的零件要求渗层深度在1.4~1.9mm，选择分段控制法。这种渗碳方法的特点是碳素快，渗剂消耗量小，炭黑少，表面碳含量比较合适，碳含量分布也较均匀。
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