凸轮轴的几种加工工艺

无论哪种加工工艺，在多工序轴件的批量加工中，铣端面打中心孔机床都是第一道工序，下面就是具体的加工工艺：

凸轮轴是活塞发动机里的一个部件。它的作用是控制气门的开启和闭合动作。虽然在四冲程发动机里凸轮轴的转速是曲轴的一半（在二冲程发动机中凸轮轴的转速与曲轴相同），不过通常它的转速依然很高，而且需要承受很大的扭矩，因此设计中对凸轮轴在强度和支撑方面的要求很高，其材质一般是特种铸铁，偶尔也有采用锻件的。由于气门运动规律关系到一台发动机的动力和运转特性，因此凸轮轴设计在发动机的设计过程中占据着十分重要的地位。

凸轮轴的重要加工工艺

3.1中心孔的加工

加工中心孔的刀具一般都采用标准中心（特殊中心孔区别对待),工艺安排上分2次

进行热处理之前和热处理之后。此道工序的关键是控制好60°的定位锥面的公差(±15′～±20′),且需用专用工具(模拟后续机床的定位顶针)进行全数检查,以控制凸轮轴的轴向开档精度(要求±0.2～±0.5mm),防止凸轮铣时出现未铣出的毛边。

3.2热处理3.2.1淬火

感应淬火时应根据不同的工件材质。在满足硬度要求的前提下找出淬火的边界条件,控制输出的最大最小电压、电流范围,同时控制淬入液的浓度、流量和温度,并定期对淬火液的冷却速率进行分析,以此作为更换淬火液的依据。

3.2.2各种凸轮轴材料及热处理工艺

各种凸轮轴材料及热处理工艺如下表1所示3.3凸轮磨

随着磨削余量的减少和磨削速度的提高(由传统的35～60m/s发展到125～200m/s)使用高速磨削将是必然的趋势。对树脂结合剂的刚玉、碳化硅、立方氮化硼磨料的砂轮,其使用速度可达125m/s陶瓷结合剂砂轮磨削速率可达200m/s。对于选用CBN的砂轮进行磨削,要求注意选配合适的砂轮宽度、浓度、硬度和切削液。正确选择切削液种类和冷却工艺参数,对砂轮在磨削过程中的机械磨损、化学侵蚀和热损伤的程度将产生非常大的影响。尤其是在凸轮轴上同时具有凹面凸轮(也被称作负曲率半径(NROC)凸轮)的情况下,设备供应商一般都建议采用双磨头全数控磨床。关于凸轮的磨削工艺设计,一般用户依托设备供应商解决。供应商根据用户提供凸轮的0°～360°的离散点,通过选用恰当的数控系统,主要解决:1)将离散点变成连续的封闭曲线。2)将生成曲线转为磨削曲线。由于凸轮磨削时磨削点与生成点不在一个点,必须进行数学模换,而且这种变换还与凸轮的测量方式有关。3)建立C轴调速曲线。在凸轮磨削中,为保证凸轮加速度恒定,必须根据C轴角度来调整C轴转速的调速曲线。其中在凸轮磨削NC程序生成之前,关键是首先要编制凸轮生成曲线(通过对数据平滑处理,将离散点形成封闭曲线)和速度曲线的计算程序,即将给定的凸轮生成表转换为磨削用的磨削曲线(C坐标值、x轴坐标值)。

4.1传统式凸轮轴大多是由铸造或锻造生产，个别的也有用碳钢切削加工制造。铸造式凸轮轴主要有冷硬铸铁，淬火铸铁等。为了减轻重量，有些凸轮轴采用型芯铸造，使轴呈空心状。在日本以冷硬铸铁凸轮轴为主，在美国以淬火铸铁凸轮轴为主。为了使发动机性能更好，近年开发了重融冷硬铸铁、淬火球墨铸铁等多种形式的凸轮轴，但因成本等原因其应用范围仅限于个别领域；锻造式凸轮轴以碳钢为主进行热锻，凸轮部分采用高频淬火处理，主要应用于大中型发动机上。由于它的耐点蚀性能较好，多与气门顶置式(OHV)机构的挺杆组合使用，也有与摇臂配合应用于柴油发动机凸轮上置式(OHC)结构上。由于锻造式凸轮轴无法实现轻量化，发展潜力很小。传统凸轮轴的制造特点很难同时保证发动机配气机构对凸轮轴各个部位不同性能的要求，凸轮的排列也不可能很紧凑，材料利用也不尽合理，后续加工复杂，在轻型化及减少成本方面难有新的突破。

4.2金属塑料复合凸轮轴已在美国应用。将粉末金属成型并经磨削加工的凸轮片和中空钢轴放入模具内,在中空轴周围注射塑料。凸轮片和轴之间不再有金属直接接触,而是由塑料固定形成一体。这种凸轮轴的成本及重量均可减少40%,可降低发动机噪声,加工准备时间由原来的几小时缩短至几分钟。

4.3而装配式凸轮轴目前以较快的速度发展,主要应用于高性能发动机上。目前,世界上许多汽车工业发达的汽车制造厂正在越来越多使用装配式凸轮轴制造新技术,但因技术掌握的程度、方法不同,使用装配式凸轮轴的种类也不同。

4.3.1装配式凸轮轴的优点

装配式凸轮轴的轴和凸轮分开制造，然后装配在一起。凸轮一般采用碳钢或粉末冶金材料，轴则采用冷拔薄壁无缝钢管。碳钢凸轮可进行高频淬火或渗碳处理，具有较高的耐胶着、耐点蚀性能。烧结合金材料为Fe—C—P—Ni—Cr—Mo合金，是制作凸轮的理想的材料。在设计方面可将凸轮宽度设计较窄，间隔亦可很小，凸轮的排列非常紧凑。它与传统凸轮轴相比具有重量轻、加工成本低、材料利用合理等优点。

4.3.2装配式凸轮轴连接种类及制造方法

装配式凸轮轴的连接方式主要分为焊接式、烧结式、机械式三种，也有几种方法结合使用的。

凸轮轴材料和生产工艺的发展

国内外生产凸轮轴的材质很多,有45钢、球墨铸铁、合金铸铁。目前,常使用的铸造方法是壳型铸造,其中包括铁型覆砂和壳型填铁丸两种铸造工艺,其他还有如消失模铸造等。壳型铸造是20世纪40年代由德国约翰尼斯克朗宁(Johanes2Corning)发明的,亦称为克朗宁法,壳型铸造生产的铸件具有表面粗糙度低,尺寸精度高等优点,能够满足冷铁多,形状复杂的零件的铸造,适用于凸轮轴、曲轴等轴类零件的生产,在世界上属先进工艺,具有很广阔的应用前景。

清华大学李双寿等人研究了球铁凸轮轴的激光表面处理[10],发现经过该技术处理之后,球铁凸轮轴的表层由外而内分别是熔凝层、淬硬层和基体,并且其硬度均大于58HRC,搭接处的硬度也没有降低。AstashkevichBM等人研究了激光表面处理在所有的铸铁、中碳钢以及工具钢中的应用,指出材料的淬透性和硬度等都受到激光处理的一些可变参数的限制,比如能量大小、光束直径、光束形状、扫描速度以及聚焦条件等的限制。

在国外,ChernyshevAN等人通过试验研究发现灰铸铁和具有球状石墨的高强铸铁不适合于使用重熔工艺来进行表面强化,其原因有3点:1)产量大幅度降低2)熔池内的碳没有完全分解,耐磨性降低3)钨电极消耗太大。他们指出用蠕墨铸铁来代替灰铸铁和具有球状石墨的高强铸铁效果更好,还指出参数的变化会影响激冷层中片状渗碳体的分布。英国哥伦比亚大学AMitchell教授又将以前只是应用于精炼的电渣冶炼重熔法和真空电弧重熔法成功应用于工业纯铁生产的凝固控制阶段。

6.结论

凸轮轴是汽车发动机配气机构中重要的零件，凸轮轴的结构设计与加工质量好坏，直接影响发动机的性能。随着科技的快速发展，凸轮轴的制造材料和工艺也快速发展着。而作为凸轮轴的新型生产技术，装配式凸轮轴正越越受到人们的关注。装配式凸轮轴的加工技术符合精益生产原则，是高精度、高效率、低成本、高柔性的先进生产技术，是凸轮轴制造技术的发展和升级，是实现创新跨越的关键。在大力提倡环境保护，开发低能耗、无污染发动机并使其达到成本低、轻型化的今天，装配式凸轮轴以其传统凸轮轴所不具备的优势，已广泛应用于汽车领域，发展前景十分广阔

凸轮可以用数控铣床加工。

凸轮可以定义为一个具有曲面或曲槽之机件，利用其摆动或回转，可以使另一组件—从动子提供预先设定的运动。从动子之路径大部限制在一个滑槽内，以获得往覆运动。在其回复的行程中，有时依靠其本身之重量，但有些机构为获得确切的动作，常以d簧作为回复之力，有些则利用导槽,使其在特定的路径上运动。

1、首先用样板对着磨哪里与样板接触就把哪里向下磨一点。

2、其次后刀的圆弧面要符合图纸要求，刀子的各处都要有合理的后角。

3、最后达到样板与刀全部接触即可解决磨自动车床凸轮机的圆弧刀的问题。

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