20钢凸轮轴零件渗碳热处理工艺设计(5)
在顶置凸轮轴的发动机中，凸轮轴置于气缸盖上，凸轮直接作用于摇臂或者挺杆来控制气门。除单顶置凸轮轴外，还有双顶置凸轮轴（DOHC）的，其中一根凸轮轴操纵进气门，另一根控制排气门。
这种单顶置凸轮轴发动机，由于没有推杆和挺杆，因而减小了配气机构的惯性力，减少了气门产成颤动的倾向，同时也减少了系统的变形量。而且这种单顶置凸轮轴发动机还有一个优点，由于运动质量小，凸轮轮廓可以设计的比较陡一些，可以使气门能够更快的打开和关闭，保持更多的时间停留在全开的位置上，改善发动机的换气，提高容积的效率，这样可提高发动机的性能，特别是高速下的性能。
1.1.2 凸轮轴零件的失效形式及性能要求
整个配气机构是由凸轮轴驱动的，因此凸轮轴是内燃机配气系统中关键的零件之一。凸轮的设计对整个配气系统的性能起着关键性决定性的作用。凸轮轴刚性差、易变形；精度高，加工难度大；所以对于凸轮轴的设计、加工、选材、加工工艺等都提出了许多要求。
由于每一个气门的进气与排气都必须由凸轮轴上的凸轮外形控制，而发动机的发展趋势为多气缸多气门设计。所以凸轮轴发展的趋势是一个凸轮轴上排列着越来越多的凸轮。不论是两气门还是四气门，如果是三缸以下的发动机，排气凸轮与进气凸轮还可以排在一根凸轮轴上。如果是四缸以上，则必须配备两根凸轮轴，其中一根凸轮轴控制进气门，另一根控制排气门。
凸轮轴在工作过程中，除承受一定的弯曲及扭转外，主要是凸轮工作表面承受变化的挤压力和摩擦力。其主要损坏形式为凸轮轴表面磨损和凸轮表面因挤压力的反复作用而造成表面剥落。
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。
1.1.3 凸轮轴零件的选材及热处理工艺
针对不同的零件，选用不同的材料，以达到降低生产成本，提高经济效益的目的。
（1）凸轮轴零件一般选用的材料
凸轮轴零件一般选用45、45Mn2、40Cr等优质结构钢，表面淬火后硬度达到50~55 HRC。
当对凸轮的要求更高时，可用15 、20 、20Cr 、20Mn2 等低碳钢渗碳，淬火后硬度达到58~63 HRC，渗碳层厚度为0.8~1.2 mm，也可用GCr15 钢淬火，硬度达到60~64 HRC。
对于形状复杂的弧面凸轮，一般采用38CrMoAl进行氮化处理。
一般用于低速轻载的凸轮可采用HT200 和HT250。
实践证明，比较重要的凸轮，采用球墨铸铁QT600-3 经等温淬火使其硬度达到45~50 HRC，也可得到良好的耐磨性。
（2）凸轮轴零件一般的热处理工艺