凸轮轴是柴油机的五大关键部件之一,其作用是控制气门的开启和关闭。在工作过程中凸轮轴除受一定的弯曲和扭转载荷外,凸轮部分还承受变化的挤压应力以及挺柱的摩擦,因此,表面极易产生磨损,进而影响柴油机的工作效率和使用寿命。CF53钢具有强度高、加工工艺性良好且成本低廉的优点,但其在抗磨损性能方面仍然存在不足。本课题将喷丸强化技术应用于改善CF53钢的表面性能,从而提高其减摩耐磨能力,延长零件的使用寿命。通过正交试验探究CF53钢的热处理工艺参数组合。优选出在800℃下保温25 min,随后采用15%Na Cl溶液进行淬火,再将试样置于360℃下保温2 h,最后空冷至室温的热处理工艺方案。经该方案热处理后材料的显微硬度达到481.2 HV0.2,静力韧度达到14694 MPa·%,其中抗拉强度为1580 MPa,伸长率为9.3%。研究了喷丸气压、弹丸直径和覆盖率等喷丸工艺参数对CF53钢试样表面性能的影响。结果表明,喷丸处理会使试样表层发生塑性变形,显著细化试样的表层组织并增大表面残余压应力,提高表层显微硬度,但也增大了表面粗糙度。随着喷丸气压和弹丸直径的增大,试样的组织细化层、显微硬度、表面残余压应力和表面粗糙度提高明显,而覆盖率增加对试样各项表面性能的影响较小。经喷丸处理后,试样的表面显微硬度由481.2 HV0.2增至575.5 HV0.2;表面残余应力由-340 MPa增至-619 MPa;表面粗糙度Ra由0.627μm增至2.604μm。研究了不同喷丸工艺参数处理后CF53钢试样摩擦磨损性能。结果表明,喷丸强化能有效降低试样的平均摩擦系数与磨损率,二者的降幅分别达到43.0%和69.1%,试样的耐磨性得到显著改善。未处理试样的磨损机理主要为以犁沟和裂纹为主要特征的严重疲劳磨损,经喷丸处理后试样的磨损机理转变为以剥层为主要特征的疲劳磨损。以磨损率最低作为优化目标,优选出0.5 MPa喷丸气压、0.8 mm弹丸直径和200%覆盖率作为CF53钢凸轮轴零件的喷丸处理工艺参数。设计并搭建了柴油机配气机构台架试验装置,并对喷丸强化的CF53钢凸轮轴与不同强化方式的平底挺柱进行500小时的疲劳试验考核和寿命预测研究。结果表明,喷丸强化凸轮与未强化挺柱接触副的磨损深度最低,较未强化接触副降低了35.7%～84.8%,可见喷丸强化应用于CF53钢凸轮轴能显著提高其耐磨性,延长使用寿命。针对该CF53钢凸轮轴-平底挺柱接触副,建立基于Archard理论的磨损深度计算模型用于凸轮轴和平底挺柱的寿命预测,与台架试验结果比较,模型求解的计算误差在10%以内,有助于对凸轮轴和平底挺柱零件使用寿命的可靠性评估。