一种发动机用轻质钛合金复合材料凸轮轴制造技术

本发明专利技术提供了一种发动机用轻质钛合金复合材料凸轮轴，由钛合金空心轴、凸轮、止推花键轴三部分组成，凸轮轴作为发动机5C件之一，是气门机构运动规律的驱动零件，凸轮轴通过钛合金空心轴、凸轮、止推花键轴三个零件过盈联结，其中钛合金空心轴的密度为4.5×10

【技术实现步骤摘要】
一种发动机用轻质钛合金复合材料凸轮轴
本专利技术属于高功率密度发动机
，尤其是涉及一种发动机用轻质钛合金复合材料凸轮轴。
技术介绍
目前，高功率密度发动机在国内外内燃机研究领域较为活跃。随着内燃机强化程度的提高，要求发动机功率大、体积小、重量轻，配气机构作为发动机换气过程的重要运动组件，凸轮轴的设计直接决定着气门的运动规律，影响制约着发动机临界转速及高速运转性能。因此，需要提供满足高功率密度发动机对配气机构的轻量化设计需求。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术旨在提出一种发动机用轻质钛合金复合材料凸轮轴，以解决高功率密度发动机配气机构的轻量化设计问题。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种发动机用轻质钛合金复合材料凸轮轴，包括钛合金空心轴、凸轮和止推花键轴，所述钛合金空心轴的轴颈表面涂覆有类金刚石DLC薄膜，所述凸轮采用合金钢材料，且与钛合金空心轴过盈联接；所述止推花键轴采用结构钢材质，其一端与钛合金空心轴过盈联接，其另一端设有为与驱动轮联结的螺纹。进一步的，所述钛合金空心轴的轴颈表面涂覆有掺钨类金刚石DLC薄膜，形成WC微晶，硬度范围为≥HRC50，涂层厚度范围为1.0～2.5μm，硬度范围为HV2200～2700。进一步的，所述钛合金空心轴的基体材料为Ti6Al4V，其抗拉强度范围为≥1030Mpa，屈服强度范围为≥910Mpa，断后伸长率范围为≥8％。进一步的，所述凸轮采用15CrMn材料制成，表面进行渗碳淬火处理，表面硬度范围为HRC56～60，所述凸轮与钛合金空心轴采用过盈联接，过盈量范围为0.035～0.055mm，采用温差法安装。进一步的，所述止推花键轴采用45号结构钢材料制成，进行调质处理，表面硬度范围为HRC33～38，所述止推花键轴与钛合金空心轴采用过盈联接，过盈量范围为0.035～0.055mm，采用温差法安装。进一步的，所述钛合金空心轴的基体材料密度为4.5×103kg/m3。相对于现有技术，本专利技术具有以下优势：(1)本专利技术的凸轮轴采用钛合金的复合材料方案，基体材料为Ti6Al4V，凸轮与止推驱动端采用钢质材料且表面进行硬化处理，提高耐磨性能。采用钛合金中空轴有效降低了凸轮轴重量30％。(2)本专利技术凸轮表面和止推花键轴表面进行淬火处理，钛合金空心轴的轴颈处涂敷类金刚石DLC薄膜，提高了凸轮轴摩擦区域的耐磨性能，保证了凸轮轴高速运动的可靠性，同时为实现高功率密度发动机的轻量化设计提供了重要支撑。附图说明构成本专利技术的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为本专利技术实施例所述凸轮轴的结构图；图2为本专利技术实施例所述凸轮轴在某发动机配气机构中的应用示意图。附图标记说明：1钛合金空心轴，2凸轮，3止推花键轴，4螺纹孔，5缸盖，6进气门，7进气门座圈，8排气门，9排气门座圈，10气门旋转机构，11气门大弹簧，12气门小弹簧，13排气凸轮轴，14进气凸轮轴，15间隙调整片，16导筒，17气门锁夹，18弹簧盘。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。本专利技术发动机用轻质钛合金复合材料凸轮轴，如图1所示，包括钛合金空心轴1、凸轮2和止推花键轴3三部分，所述钛合金空心轴1的基体材料密度为4.5×103kg/m3，是钢质材料的57％；所述钛合金空心轴1的轴颈表面涂覆有类金刚石DLC薄膜，所述凸轮2采用合金钢材料，且与钛合金空心轴2采用温差法过盈联接；所述止推花键轴3采用结构钢材质，其一端与钛合金空心轴1采用温差法过盈联接，其另一端设有为与驱动轮联结的螺纹4。具体的，所述钛合金空心轴1的轴颈表面涂覆有掺钨类金刚石DLC薄膜，形成WC微晶，硬度范围为≥HRC50，涂层厚度范围为1.0～2.5μm，硬度范围为HV2200～2700。所述钛合金空心轴1所采用的钛合金材质为Ti6Al4V，其抗拉强度范围为≥1030Mpa，屈服强度范围为≥910Mpa，断后伸长率范围为≥8％。所述凸轮2采用15CrMn材料制成，表面进行渗碳淬火处理，表面硬度范围为HRC56～60，所述凸轮2与钛合金空心轴1采用过盈联接，过盈量范围为0.035～0.055mm，采用温差法安装。所述止推花键轴3采用45号结构钢材料制成，进行调质处理，表面硬度范围为HRC33～38，所述止推花键轴3与钛合金空心轴1采用过盈联接，过盈量范围为0.035～0.055mm，采用温差法安装。本专利技术轻质钛合金复合材料凸轮轴在轻量化设计的同时可以保证其强度与耐磨性能，满足高功率密度发动机高转速、高负荷、轻量化设计要求。为了简化说明本专利技术凸轮轴在某发动机上的应用，如图2所示，以排气凸轮轴13和进气凸轮轴14在内燃机单缸配气机构的安装布置进行介绍：首先在缸盖5上安装气门机构，进气门6和进气门座圈7、排气门8和排气门座圈9通过锥面2密封气缸内的气体，进气凸轮轴14/排气凸轮轴13通过间隙调整片15和导筒16驱动气门垂直方向下运动，气门大弹簧11和气门小弹簧12通过气门锁夹17和弹簧盘18推动气门返回，进气门6落座在进气门座圈7上，排气门8落座在排气门座圈9上。气门旋转机构10通过气门大弹簧11和气门小弹簧12使进气门6和排气门8在运动过程中产生旋转，使气门杆部3磨损均匀。在内燃机工作过程中，凸轮轴通过间隙调整片、导筒驱动气门在垂直向下运动，气门弹簧具有足够的刚度和预紧力推动气门返回关闭，合理的凸轮和气门弹簧设计可以保持气门在运动过程中不发生飞脱和反跳现象，其中气门弹簧需要有足够的裕度承受高速运动下的气门惯性载荷，而凸轮轴的减重及耐磨可靠性优化设计是高速发动机配气机构系统的重要组成部分。以上所述仅为本专利技术的较佳实施例而已，并不用以限制本专利技术，凡在本专利技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种发动机用轻质钛合金复合材料凸轮轴，其特征在于：包括钛合金空心轴(1)、凸轮(2)和止推花键轴(3)，所述钛合金空心轴(1)的轴颈表面涂覆有类金刚石DLC薄膜，所述凸轮(2)采用合金钢材料，且与钛合金空心轴(1)过盈联接；所述止推花键轴(3)采用结构钢材质，其一端与钛合金空心轴(1)过盈联接，其另一端设有为与驱动轮联结的螺纹(4)。

【技术特征摘要】
1.一种发动机用轻质钛合金复合材料凸轮轴，其特征在于：包括钛合金空心轴(1)、凸轮(2)和止推花键轴(3)，所述钛合金空心轴(1)的轴颈表面涂覆有类金刚石DLC薄膜，所述凸轮(2)采用合金钢材料，且与钛合金空心轴(1)过盈联接；所述止推花键轴(3)采用结构钢材质，其一端与钛合金空心轴(1)过盈联接，其另一端设有为与驱动轮联结的螺纹(4)。2.根据权利要求1所述的一种发动机用轻质钛合金复合材料凸轮轴，其特征在于：所述钛合金空心轴(1)的轴颈表面涂覆有掺钨类金刚石DLC薄膜，形成WC微晶，硬度范围为≥HRC50，涂层厚度范围为1.0～2.5μm，硬度范围为HV2200～2700。3.根据权利要求1所述的一种发动机用轻质钛合金复合材料凸轮轴，其特征在于：所述钛合金空心轴(1)的基体材料为Ti6Al4V，其抗拉强度范围为≥1030Mpa，...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝勇刚，白军爱，葛玉霞，邓玉林，王旭兰，李旭东，徐广辉，
申请(专利权)人：中国北方发动机研究所天津，
类型：发明
国别省市：天津,12