渗碳凸轮轴热处理工艺设计
在此设计中凸轮轴材料选用20Cr，20Cr是低淬透性渗碳钢。统一数字代号：A20202标准 GB/T 3077-1999 GB/T 17107。20Cr钢化学成分如下：碳：0.18～0.24；硅：0.17～0.37；硫≤0.035；锰：0.50～0.80；镍≤0.030；磷≤0.035；铬≤0.035。
铬是形成碳化物的元素，它的存在能导致碳在铁中的扩散速度减小，其合金碳化物又比较稳定，会使相变过程变慢，因此铬能明显地提高相变温度，并使相变温度范围变得更宽。
在此设计中，分别设计了电流频率，比功率，额定功率，淬火面积，感应器，淬火方式及淬火设备，冷却方式，回火设备及回火方式等。
电流频率按照
1）电流频率选择的首要原则是透入式加热；
2）电流频率选择的第二原则是感应器电效率要高；
3）电流频率选择的第三原则是电流频率不能太低；
4）电流频率的选择还与噪声、震荡系统功率因数、电磁作用有关。
原则进行设计，通过各种硬化层深度所需的电流频率以及零件直径与电流频率之间的关系最终最终选择频率为8 kHz的机式设备。
比功率的选择主要取决于频率和要求的硬化层深度，故根据硬化层深度和材料特点，选取比功率P。＝1.2kW/cm2。
根据比功率的定义，还可以引伸出一个重要的概念，即同时加热淬火的最大面积Smax。由于凸轮轴形状复杂，因此需要对凸轮档及轴承挡分别计算其最大淬火面积。最终得到结果为凸轮档：SL=31.26cm2，轴承挡：SL=59.4cm2。同时，零件的淬火面积小于l00 kW、8kHz中频设备的同时加热淬火的最大面积，故选用同时加热淬火法。通过对额定功率的计算，确定使用BPSD-160/8000中频发电机供电，该设备的额定功率PE＝160 kW。
在此设计中，感应器的设计最为复杂，感应器设计得好，就能满足工艺要求保证产品质量．能耗少，使用寿命长，制造成本合理。
由于此设计中的凸轮轴，凸轮宽度和支承轴颈宽度相差较大，不能共用一种感应器,因此我在此设计两种高度不同但直径相同的感应器。凸轮档感应器高度为23mm，轴承档感应器高度为37mm感应圈用壁厚1.5mm紫铜管制成，感应线圈直径为67mm。感应器与工件间隙尺寸为3mm。汇流板用厚2mm紫铜板制成，喷水孔直径1.0~1.20 mm。
淬火介质应具有以下特性（1）合适的冷却特性；（2）良好的稳定性；（3）冷却的均匀性；（4）能使工件淬火后保持清洁，不腐蚀工件；（5）淬火时不产生大量烟雾，不产生有毒和刺激性气体。本设计选择冷却方式分为喷射冷却法，淬火介质是自来水，使用温度为15℃-30℃,喷水压力为0.2MPa，因为tH =2.2s，所以tC=3s。
感应加热表面淬火零件与普通淬火零件一样，需要进行回火处理。回火是为了降低零件的脆性，提高韧性，减少内应力，防止开裂，防止变形，提高尺寸稳定性，保证机械性能的重要工序。普通热处理的回火一般都在炉中进行。炉中回火工序是很重要的工序，尤其是欧美日等国家的汽车工厂十分重视回火，绝大部分感应淬火零件，例如曲轴，半轴、凸轮轴和转向节等均采用炉中回火。故本设计也采用炉中回火。回火温度180℃，保温时间1.5h。
要使零件用感应加热设备淬火，就必须有淬火装置，这种装置就是淬火机床，企业多根据需要自行设计制造。由于本设计中凸轮宽度和支承轴颈宽度相差较大，不能共用一种感应器时，一般可选用立式双工位凸轮轴淬火机床。
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