《汽车发动机凸轮轴》

1QC/T544—XXXX汽车发动机凸轮轴本文件规定了汽车发动机凸轮轴的分类与结构型式、技术要求、试验方法、检验规则、标志、包装、运输、贮存。本文件适用于汽车发动机用整体式凸轮轴和机械过盈连接组合式凸轮轴(以下简称凸轮轴)。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T223.58钢铁及合金化学分析方法亚砷酸钠-亚硝酸钠滴定法测定锰量GB/T223.60钢铁及合金化学分析方法高氯酸脱水重量法测定硅含量GB/T223.61钢铁及合金化学分析方法磷钼酸铵容量法测定磷量GB/T223.83钢铁及合金高硫含量的测定感应炉燃烧后红外吸收法GB/T223.85钢铁及合金硫含量的测定感应炉燃烧后红外吸收法GB/T223.86钢铁及合金总碳含量的测定感应炉燃烧后红外吸收法GB/T224钢的脱碳层深度测定法GB/T226钢的低倍组织及缺陷酸蚀检验法GB/T228.1金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法GB/T230.1金属材料洛氏硬度试验第1部分：试验方法GB/T231.1金属材料布氏硬度试验第1部分：试验方法GB/T699优质碳素结构钢GB/T700碳素结构钢GB/T1182产品几何技术规范（GPS）几何公差形状、方向、位置和跳动公差标注GB/T1184形状和位置公差未注公差值GB/T1348球墨铸铁件GB/T1591低合金高强度结构钢GB/T1800.1产品几何技术规范（GPS）线性尺寸公差ISO代号体系第1部分：公差、偏差和配合的基础GB/T1804一般公差未注公差的线性和角度尺寸的公差GB/T1958产品几何技术规范（GPS)几何公差检测与验证GB/T1979结构钢低倍组织缺陷评级图GB/T2828.1计数抽样检验程序第1部分：按接收质量限(AQL)检索的逐批检验抽样计划GB/T2829周期检验计数抽样程序及表（适用于对过程稳定性的检验）GB/T3077合金结构钢GB/T3821中小功率内燃机清洁度限值和测定方法GB/T5617钢的感应淬火或火焰淬火后有效硬化层深度的测定GB/T6394金属平均晶粒度测定方法GB/T7216灰铸铁金相检验GB/T7963烧结金属材料（不包括硬质合金）拉伸试样GB/T8731易切削结构钢GB/T9439灰铸铁件GB/T9441球墨铸铁金相检验GB/T9450钢件渗碳淬火硬化层深度的测定和校核2QC/T544—XXXXGB/T10128金属材料室温扭转试验方法GB/T10561钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法GB/T12443金属材料扭矩控制疲劳试验方法GB/T13320钢质模锻件金相组织评级图及评定方法GB/T18254高碳铬轴承钢GB/T19055汽车发动机可靠性试验方法GB/T19076烧结金属材料规范GB/T31315机械结构用冷拔或冷轧精密焊接钢管GB/T34891滚动轴承高碳铬轴承钢零件热处理技术条件JB/T6729内燃机曲轴、凸轮轴磁粉检测JB/T9204钢件感应淬火金相检验JB/T9205珠光体球墨铸铁零件感应淬火金相检验ISO683-17热处理钢、合金钢和易切钢第17部分:滚球和滚柱轴承钢（Heat-treatedsteels,alloysteelsandfree-cuttingsteels—Part17:Ballandrollerbearingsteels）3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1整体式凸轮轴integralcamshaft由同一种材料，将凸轮和轴制成一体的凸轮轴。3.2组合式凸轮轴assembledcamshaft将各凸轮等子零件采用机械过盈连接在组合式凸轮轴钢管上的凸轮轴。注：组合式凸轮轴子零件一般包括钢管、端件、气门凸轮、油泵凸轮3.3组合式凸轮轴钢管assembledcamshaftsteeltube用于连接组合式凸轮轴其他子零件的载体。3.4组合式凸轮轴端件assembledcamshaftendpiece用于连接正时齿轮、链轮等的子零件。3.5组合式凸轮轴凸轮assembledcamshaftcamlobe用于驱动气门等的子零件。3.6真空泵驱动部件vacuumpumpdrivecomponents用于驱动真空泵工作的子零件。3.7信号轮targetwheel用于提供凸轮轴的位置信号的子零件。3.8偏心轮eccentricwheel与凸轮轴轴心线有偏心的圆体，用于驱动燃油泵的子零件。4分类与结构型式4.1分类凸轮轴按照制造工艺分为：整体式凸轮轴、组合式凸轮轴。3QC/T544—XXXX4.2结构型式图1和图2分别给出了整体式凸轮轴和组合式凸轮轴的结构示意图。图1整体式凸轮轴结构示意图565图2组合式凸轮轴结构示意图5技术要求5.1材质5.1.1整体式凸轮轴采用合金铸铁、球墨铸铁或优质碳钢、低碳合金钢以及能满足使用性能的其他材料制造，并符合下列要求：a)合金铸铁材质的主要化学成分宜按表1的规定，力学性能应符合表2的规定；b)球墨铸铁的力学性能不应低于GB/T1348中QT600-3的规定；c)表面淬火的优质碳钢，其材质和力学性能应符合GB/T699的规定；4QC/T544—XXXXd)表面渗碳（氮）的低碳合金钢，其材质和力学性能应符合GB/T3077的规定。表1合金铸铁凸轮轴主要化学成分CPS表2合金铸铁凸轮轴力学性能5.1.2组合式凸轮轴的材质符合下列要求。a)组合式凸轮轴钢管符合下列规定：1)材料宜采用符合GB/T1591中Q355D钢制造；2)抗拉强度应不低于650MPa，硬度应不低于200HV10，其他机械性能应不低于GB/T313153)铁素体晶粒度应不小于GB/T6394中规定的6级；4)夹杂物按GB/T10561判定，级别应不大于2级；5)全脱碳层深度应不大于0.02mm，局部脱碳层深度应不大于0.1mm。b)组合式凸轮轴端件宜采用符合GB/T8731中Y40Mn钢制造。c)组合式凸轮轴凸轮宜采用符合ISO683-17中100Cr6或GB/T18254中GCr15钢制造，按GB/T10561判定，夹杂物级别不大于表3的规定。表3夹杂物级别2115.1.3组合式凸轮轴其他子零件的材质应满足下列规定：a)信号轮宜符合GB/T19076的规定；b)碗型塞宜采用GB/T700中规定的Q235钢制造；c)钢球宜采用GB/T18254中规定的GCr15钢制造；d)真空泵驱动部件宜采用GB/T699规定的45钢制造。5.2扭矩及轴向载荷5.2.1凸轮轴子零件相对于整体式凸轮轴本体或组合式凸轮轴钢管的扭矩及轴向载荷应满足产品图样和技术文件的规定。5.2.2整体式凸轮轴真空泵驱动部件相对于凸轮轴本体的最小静态扭矩和最小动态扭矩、信号轮相对于凸轮轴本体的最小静态扭矩和/或最小轴向载荷宜符合表A.1的规定，试验后应无失效。5.2.3组合式凸轮轴子零件相对于组合式凸轮轴钢管的扭矩和轴向载荷宜符合附录A的规定，试验后应无失效。5.3热处理和硬度5.3.1整体式凸轮轴5.3.1.1合金铸铁凸轮轴5QC/T544—XXXX5.3.1.1.1冷激凸轮轴非冷激区硬度为180HBW～285HBW，并符合下列要求：a)只作凸轮型线表面冷激的凸轮（即半冷激），凸轮升程段冷激层深度应不小于2mm，表面硬度不应低于45HRC；凸轮基圆段表面硬度不应低于25HRC；b)周边360。均作表面冷激的凸轮（即全冷激），凸轮工作段冷激层深度应不小于3mm，表面硬度不应低于45HRC；凸轮缓冲段冷激层表面硬度不应低于40HRC；凸轮基圆段表面硬度不应低于35HRC。5.3.1.1.2可淬硬凸轮轴基体硬度为220HBW～321HBW，凸轮、偏心轮、齿轮表面经感应淬火（或火焰淬火），凸轮、偏心轮硬化层深度1.5mm～5mm。凸轮工作段硬化层深度应大于5mm，表面硬度不应低于48HRC。齿轮齿廓可淬透，齿轮硬化层深度应不小于0.5mm，表面硬度不应低于43HRC。5.3.1.2球墨铸铁凸轮轴5.3.1.2.1等温淬火球墨铸铁凸轮轴经淬火处理后，表面硬度不应低于43HRC。5.3.1.2.2凸轮、偏心轮、齿轮表面须再经感应淬火（或火焰淬火）的球墨铸铁凸轮轴，其处理正火硬度为220HBW～290HBW。淬火后凸轮、偏心轮硬化层深度1.5mm～5mm，凸轮升程段硬化层深度应大于5mm，表面硬度不应低于43HRC。齿轮齿廓可淬透，齿轮硬化层深度应不小于0.5mm，表面硬度不应低于43HRC。5.3.1.3钢制凸轮轴5.3.1.3.1凸轮轴的坯件宜采用棒料、楔横轧制或模锻。5.3.1.3.2优质碳钢制凸轮轴符合下列要求：a)坯件应正火或调制处理，正火硬度170HBW～240HBW，调质硬度190HBW～260HBW；b)凸轮轴的各工作轴颈、凸轮、偏心轮、齿轮表面应经感应淬火（或火焰淬火）。其中工作轴颈、凸轮、偏心轮有效硬化层深度1.5mm～5mm，凸轮升程段有效硬化层深度应大于5mm,表面硬度55HRC～63HRC；c)齿轮齿廓可淬透，齿根有效硬化层深度应不小于0.5mm，表面硬度不应低于43HRC～58HRC；d)凸轮基圆距两端面2mm、偏心轮周边距两端面1mm以及工作轴颈周边距两端面3mm范围内的表面硬度可降至50HRC。5.3.1.3.3低碳合金钢制凸轮轴，其坯件应经正火处理，正火硬度170HBW～240HBW。凸轮轴的各工作轴颈，凸轮、偏心轮、齿轮等部位应进行表面渗碳或碳氮共渗淬火处理，有效硬化层深度0.7mm～1.6mm，表面硬度58HRC～63HRC。5.3.2组合式凸轮轴5.3.2.1组合式凸轮轴凸轮采用100Cr6、GCr15等高碳轴承钢材料时，应进行球化退火处理，球化退火处理后硬度为179HBW～207HBW或88HRB～94HRB。5.3.2.2气门凸轮、制动凸轮经淬火及回火处理后，有效硬化层深度应不小于0.4mm，硬化层硬度应不低于55HRC。5.3.2.3油泵凸轮经淬火及回火处理后，有效硬化层深度应不小于0.75mm，硬化层硬度应不低于55HRC。5.3.2.4工作轴颈宜根据需要进行淬硬处理，经淬硬后，有效硬化层深度应不小于0.5mm，有效硬化层硬度应不低于40HRC。5.4金相组织5.4.1整体式凸轮轴5.4.1.1合金铸铁凸轮轴5.4.1.1.1冷激凸轮轴的凸轮截面组织由表层至心部依次为外层冷激区、过渡区（外层与心部之间）和心部以及轴颈等非冷激区的组织，应符合下列要求：a)外层冷激区为白口组织，其金相组织为：莱氏体+细针状碳化物+细片状（或粒状）珠光体。可有少量游离点状石墨存在；b)过渡区为麻口组织，其金相组织为：莱氏体＋珠光体+碳化物+少量片状石墨；6QC/T544—XXXXc)全冷激凸轮的心部（其心部直径应≥10mm）或半冷激凸轮的心部和基圆部分为珠光体灰口铸铁，其金相组织为：细片状（或中等片状）珠光体+石墨（石墨形状：A型或A+E型）。下列组织应符合GB/T7216中石墨类型的规定：石墨长度为4级～7级；碳化物数量为1级～5级；珠光体数量为1级～2级；d)轴颈等非冷激部分为珠光体灰口铸铁，其金相组织为：细片状（或中等片状）珠光体+石墨（石墨形状：A型或A+E型）。下列组织应符合GB/T7216中石墨类型的规定：石墨长度为4级~7级；碳化物数量为1级～4级；珠光体数量为1级～2级。5.4.1.1.2可淬硬凸轮轴应符合下列要求：a)基体的金相组织为珠光体+半网状或网状分布的针、块状碳化物+石墨（石墨形状：A型或A+少量E型）。下列组织应符合GB/T7216中石墨类型的规定：石墨长度为3级～6级；珠光体数量为1级～2级；碳化物数量为2级～5级；b)表面感应淬火部位的金相组织为针状、细针状、隐针状马氏体+少量残余奥氏体+碳化物，可有少量屈氏体。5.4.1.2球墨铸铁凸轮轴5.4.1.2.1凸轮轴等温淬火后所获得的贝氏体组织为细小针状、细针状或中等针状下贝氏体组织。其余金相组织应符合GB/T9441规定：a)石墨球化级别为1级～4级；b)石墨球径大小为5级～8级；c)游离碳化物和磷共晶均不大于2%，且其总量不大于3%。5.4.1.2.2表面淬火的球墨铸铁凸轮轴应符合下列规定。a)基体金相组织应符合GB/T9441规定：1)石墨球化级别为1级～4级；2)石墨球径大小为5级～8级；3)珠光体含量不低于75级；4)游离碳化物和磷共晶均不大于2%，且其总量不大于3%。b)工作轴颈、凸轮、偏心轮、齿轮表面硬化层金相组织应符合JB/T9205规定的3级～6级。5.4.1.3钢制凸轮轴5.4.1.3.1优质中碳钢制凸轮轴应符合下列规定：a)正火坯件金相组织为：片状珠光体+铁素体，应符合GB/T13320规定的1级～4级，晶粒度应符合GB/T6394规定5级～8级。调质坯件金相组织为：细粒状索氏体，可有少量屈氏体，晶粒度应符合GB/T6394规定的6级～9级；b)工作轴颈、凸轮、偏心轮、齿轮表面淬火后硬化层金相组织应符合JB/T9204规定的3级～85.4.1.3.2低碳合金钢制凸轮轴应符合下列规定：a)正火坯件金相组织为：珠光体+铁素体，应符合GB/T13320规定的1级～5级，晶粒度应符合GB/T6394规定5级～8级；b)工作轴颈、凸轮、偏心轮、齿轮表面淬火后硬化层金相组织主要为细针状马氏体，可少量残余奥氏体和碳（氮）化物存在，不应有针状或连续网状碳化物存在。5.4.2组合式凸轮轴5.4.2.1组合式凸轮轴凸轮采用100Cr6、GCr15等高碳轴承钢材料时，其成品磨削表面的金相组织应为细针状马氏体、少量残余奥氏体和碳（氮）化物，不应有连续网状渗碳体和脱碳层存在。5.4.2.2组合式凸轮轴钢管、组合式凸轮轴端件的金相组织应符合产品图样或技术文件的规定。5.5尺寸公差5.5.1凸轮轴下列部位的尺寸公差等级应不低于以下要求，标准公差数值应符合GB/T1800.1的规定：7QC/T544—XXXXa)工作轴颈直径IT7；b)装正时齿轮轴颈直径IT7；c)凸轮基圆半径IT12，但在同一支凸轮轴上所有同名凸轮基圆半径最大相对差值≤0.084mm；d)偏心轴直径IT12；e)齿轮齿顶圆直径IT10；f)键槽宽度IT9；g)正时销孔直径IT8。5.5.2其余尺寸公差应符合下列要求：a)凸轮、偏心轮、工作轴颈对凸轮轴安装基准面的轴向部位尺寸公差值均应相等，其偏差值为±1mm；b)其余切削加工部位的一般公差按GB/T1804中m级规定；c)铸造凸轮轴最大错型值为0.5mm。5.6几何公差5.6.1被测部位几何公差定义应符合GB/T1182的规定。5.6.2当凸轮轴工作于两端的轴颈上时，主要部位的圆跳动或全跳动应符合表4的规定。表4主要部位的跳动5.6.3凸轮轴各主要部位的几何公差应符合GB/T1184的下列规定：a)工作轴颈的圆柱度公差等级不低于7级；b)装正时齿轮轴颈的键槽对所在轴颈轴线的对称度公差等级不低于9级；c)无倾斜角度要求的凸轮，凸轮母线相对于两端工作轴颈公共轴线的平行度公差等级不低于55.6.4凸轮的相位角偏差(即各凸轮升程最高点与其基圆轴线构成的平面与装正时齿轮轴颈的键槽对称平面或定位销孔轴线与所在轴颈轴线构成的平面的角度位置偏差)为±0°25′。5.6.5凸轮轴其余未注形位公差应符合下列要求：a)形状公差的未注公差值按GB/T1184规定的L公差等级；b)位置公差的未注公差值按GB/T1184规定的K公差等级。5.6.6凸轮轮廓曲线升程偏差和速率偏差不应大于表5规定的数值：表5凸轮轮廓曲线升程偏差和速率偏差5.7表面粗糙度凸轮轴各主要加工表面的表面粗糙度Ra的数值不应大于下列要求：a)凸轮、工作轴颈、油封轴颈表面Ra0.63；8QC/T544—XXXXb)装正时齿轮轴颈及偏心轮表面Ra0.8；c)止推端面Ra0.8；d)齿轮渐开线表面Ra3.2。5.8表面质量5.8.1凸轮轴非加工表面：铸造凸轮轴不应有裂纹,局部疏松、夹渣、结疤等缺陷；钢制凸轮轴和组合式凸轮轴不应有折叠、夹层、充不满、裂纹、锈蚀等缺陷。凸轮轴的加工表面：不应有碰伤、划痕、裂纹、缩松、毛刺、锈蚀、斑点等缺陷。5.8.2铸造凸轮轴的工作轴颈、凸轮基圆、偏心轮的下半圆周可有轻微的、不影响使用性能的铸造缺陷存在：每个工作轴颈表面可有面积不大于1mm2、深度不大于0.8mm的孔洞或凹坑一处，凸轮基圆及偏心轮的下半圆周表面可有面积不大于1.2mm2、深度不大于1.2mm的孔洞或凹坑二处，且二处间距不小于8mm，同时整支凸轮轴上不得有半数凸轮存在上述缺陷。5.8.3磨削表面应光洁，不应有明显的振纹，应符合产品图样或技术文件的规定。5.8.4组合式凸轮轴非工作轴颈划痕应符合产品图样或技术文件的规定。5.9磁粉探伤凸轮轴应进行磁粉探伤，其缺陷磁痕允许极限值及磁痕的判定应符合JB/T6729的规定。5.10清洁度凸轮轴清洁度应符合产品图样或技术文件的规定。5.11烧伤凸轮表面、轴颈表面不应有烧伤，并符合产品图样或技术文件的规定。5.12残余应力凸轮轴残余应力应符合产品图样或技术文件的规定。5.13剩磁凸轮轴剩磁不大于5×10-4T。6试验方法6.1材质6.1.1整体式凸轮轴按下列规定执行：a)材质化学分析采用本体取样，按GB/T223.58、GB/T223.60、GB/T223.61、GB/T223.83、GB/T223.85、GB/T223.86的规定进行；b)力学性能试验：合金铸铁凸轮轴按照GB/T9439的规定取样，球墨铸铁凸轮轴按GB/T1348的规定取样，钢制凸轮轴试样在凸轮轴本体上截取，试验方法按GB/T228.1的规定进行。6.1.2组合式凸轮轴按下列规定执行：a)组合式凸轮轴钢管按GB/T31315、GB/T6394、GB/T10561规定进行；b)组合式凸轮轴端件按GB/T8731的规定进行；c)组合式凸轮轴凸轮按ISO683-17或GB/T18254的规定进行。6.1.3组合式凸轮轴其他子零件按下列规定进行：a)信号轮按GB/T19076的规定进行；b)碗型塞按GB/T700的规定进行；c)钢球按GB/T18254的规定进行；d)真空泵驱动部件按GB/T699的规定进行。6.2扭矩和轴向载荷9QC/T544—XXXX静态扭矩按GB/T10128的规定进行，动态扭矩按GB/T12443的规定进行，轴向载荷按GB/T228.1的规定进行。6.3热处理和硬度6.3.1整体式凸轮轴6.3.1.1硬化层深度的取样和试验方法如下：a)取样部位：硬化层试样在凸轮或工作轴颈宽度的1/2～1/3处剖切：b)试验方法：1)冷激合金铸铁凸轮轴从凸轮桃尖表面向中心测量至45HRC止，此测量点距凸轮桃尖表面的距离即为冷激层深度；2)可淬硬合金铸铁凸轮轴从凸轮桃尖表面向中心测量至48HRC止，此测量点距凸轮桃尖表面的距离即为硬化层深度；3)球墨铸铁凸轮轴按JB/T9205的规定进行；4)钢制凸轮轴按GB/T9450和GB/T5617的规定进行。6.3.1.2硬度的取样和试验方法如下：a)取样部位：在凸轮轴本体上取样，硬化层试样在凸轮或工作轴颈宽度的1/2～1/3处剖切，本体组织可在其他部位截取；b)试验方法：按GB/T230.1、GB/T231.1或无损检测的方式的规定进行。6.3.2组合式凸轮轴6.3.2.1硬化层深度的取样和试验方法如下：a)取样部位：硬化层试样在组合式凸轮轴凸轮或工作轴颈宽度的1/2～1/3处剖切；b)试验方法：——组合式凸轮轴凸轮按GB/T5617的规定进行；——工作轴颈按GB/T5617的规定进行。6.3.2.2硬度的取样和试验方法如下：a)取样部位：在组合式凸轮轴凸轮或工作轴颈上取样，硬化层试样在组合式凸轮轴凸轮或工作轴颈宽度的1/2～1/3处剖切；b)试验方法：按GB/T230.1、GB/T231.1或无损检测的规定进行。6.4金相组织6.4.1整体式凸轮轴的取样和试验方法如下：a)取样部位：硬化层试样在凸轮或工作轴颈宽度的1/2～1/3处剖切，本体组织可在其他部位截b)试验方法：合金铸铁凸轮轴按GB/T7216的规定进行：球墨铸铁凸轮轴按GB/T9441和JB/T9205的规定进行；钢制凸轮轴按JB/T9204的规定进行。6.4.2组合式凸轮轴的取样和试验方法如下：a)取样部位；硬化层试样在组合式凸轮轴凸轮或工作轴颈宽度的1/2～1/3处剖切；b)试验方法：组合式凸轮轴钢管按GB/T224、GB/T6394和GB/T10561的规定进行。组合式凸轮轴端件按GB/T226和GB/T1979的规定进行。组合式凸轮轴凸轮按GB/T34891和GB/T10561的规定进行。6.5尺寸公差6.5.1凸轮、偏心轮、工作轴颈、装正时齿轮轴颈直径使用千分尺、气动量仪、极限量规等测量。6.5.2宽度、部位长度、孔深等尺寸使用游标卡尺、轮廓仪、三坐标仪等测量。6.6几何公差6.6.1各加工部位的形状和位置公差按GB/T1958规定。6.6.2凸轮相位角偏差和凸轮的升程曲线误差应采用凸轮检测仪测量，也可采用光学分度头、量块(精QC/T544—XXXX度不低于5等)、百分表、三坐标仪等测量。6.7表面粗糙度各加工表面的表面粗糙度应采用表面粗糙度仪测量，也可采用其他方法测量。6.8表面质量6.8.1凸轮轴表面外观采用目视检查。6.8.2铸造缺陷采用透明测板等等仪器进行测量，按照图样或技术文件规定的位置进行检验测量。6.8.3振纹采用凸轮径向轮廓综合检测仪等仪器进行测量，按照图样或技术文件规定的位置进行检验。6.8.4划痕的宽度和深度采用轮廓仪等仪器进行测量，按照图样或技术文件