凸轮轴工艺基础知识.docx

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凸轮轴工艺基础知识

凸轮轴工艺基础知识

凸轮轴的种类

在现代发动机中，凸轮轴的位置已经从下置式改成了上置式。

以往一般采用的下置凸轮轴，即凸轮轴在气缸侧面，由正时齿轮直接驱动。

为了把凸轮轴的转动变换为气门的往复运动，必须使用气门挺杆来传递动力。

这样，往复运动的零件较多，惯性质量大，不利于发动机高速运动。

而且，细长的挺杆具有一定的弹性，容易引起振动，加速零件磨损，甚至使气门失去控制。

上置凸轮轴分为上置单凸轮轴和上置双凸轮轴。

上置单凸轮轴在气缸盖上用一根凸根轴，直接驱动进、排气门，它具有结构简单，适用于高速发动机，但对凸轮轴的加工质量要求较高。

上置双凸轮轴是在缸盖上装有两根凸轮轴，一根用于驱动进气门，另一根用于驱动排气门。

采用顶置双凸轮轴对凸轮轴和气门弹簧的设计和加工要求不高，特别适用于气门V形配置的半球形燃烧室，也便于和四气门配气机构配合使用，在高速强化发动机上应用较多，如ZD30发动机的凸轮轴，每个发动机上有进气凸轮轴和排气凸轮轴各一根，都不需要抛光，而康明斯几种凸轮轴抛光后，凸轮表面粗糙度要求Ra0.2,主轴颈表面粗糙度要求Ra0.4。

康明斯作业部4B凸轮轴加工工艺：

零件号：

3929885材料：

冷激铸铁

硬度：

HB230-320

加工工艺流程：

0J毛坯检查10铣端面钻中心孔20钻油孔去毛刺30打标记35粗磨第三主轴径40粗精车全部轴径，台肩，清根槽并倒角45手动校直47精磨第三主轴径50精磨其余主轴径60精磨小轴径，台肩及第一主轴径前端面70铣键槽100粗精磨全部凸轮105去毛刺110磁粉探伤130抛光140清洗150J最终检查160防锈包装

康明斯作业部6B（欧Ⅱ）凸轮轴加工工艺：

零件号：

3283179材料：

冷激铸铁硬度：

HB230-320

加工工艺流程：

0J毛坯检查10铣端面钻中心孔20钻油孔，去毛刺30打标记35粗磨第四主轴径40粗精车全部轴径，台肩，清根槽并倒角

45手动校直47精磨第四主轴径50精磨其余主轴径60精磨小轴径，台肩及第一主轴径前端面70铣键槽100粗精磨全部凸轮105去毛刺110磁粉探伤130抛光140清洗150J最终检查160防锈包装

康明斯作业部6C凸轮轴加工工艺：

零件号：

3923478材料：

冷激铸铁硬度：

HB230-320

加工工艺流程：

0J毛坯检查10铣端面钻中心孔20钻油孔，去毛刺30打标记

35粗磨第四主轴径40粗精车全部轴径，台肩，清根槽并倒角45手动校直47精磨第四主轴径50精磨其余主轴径60精磨小轴径，台肩及第一主轴径前端面70铣键槽100粗精磨全部凸轮105去毛刺110磁粉探伤130抛光140清洗150J最终检查

160防锈包装

10工序铣端面钻中心孔

20工序钻油孔，去毛刺

30工序打标记

35工序粗磨中间主轴径

40工序粗精车全部轴径，台肩，清根槽并倒角

47工序精磨中间主轴径

50工序精磨其余主轴径

60工序精磨小轴径，台肩及第一主轴径前端面

70工序铣键槽

100工序粗精磨全部凸轮

105工序去毛刺

110工序磁粉探伤

130工序抛光

140工序清洗

加工工艺简介：

A．凸轮轴强化加工工艺

1．凸轮轴毛坯材料为冷激铸铁：

a）工艺方法：

铸造时，在凸轮轴模具内放冷铁，浇铸后凸轮急速冷却，促使其迅速的凝固，在表面形成莱氏体硬化层。

凸轮表面的洛氏硬度达到45，使凸轮具有很好的耐磨性。

b）优点：

取消凸轮轴热处理过程，节约能源，凸轮铸造加工可一次成形。

增加凸轮的硬度和耐磨性，组织结构均匀。

c）缺点：

铸造时需人工放置冷铁，劳动强度较大。

2．凸轮轴感应加热淬火

凸轮轴毛坯在铸态进行感应加热淬火，这一工艺方法就是工件进入感应器中，一次通电加热，工件退出感应器后转入淬火介质，浸液冷却淬火。

淬火后的工件露出液面时要有一定的余热，以便利用余热回火，消除淬火应力。

控制工件出液温度高低的方法有两种，一种是调整工件在淬火介质中的停留时间，可以通过改变运输机构运动时间的长短来实现，另一种方法是改变淬火介质的浓度。

一般情况下，其冷却能力随淬火介质的浓度的提高而下降。

该工艺除对表面硬度和硬化层深度有要求外，还不容许有淬火裂纹。

a）优点：

设备简单，安装可靠，自动化程度高，有利于大批量生产，且淬火质量稳定。

b）缺点：

需预钻中心孔，且凸轮轴变形较大，不适合较长的凸轮轴。

3．凸轮轴离子氮化

离子渗氮作为强化金属表面的一种化学热处理方法，广泛适用于铸铁、碳钢、合金钢、不锈钢及钛合金等。

凸轮轴经离子渗氮处理后，可显著提高材料表面的硬度，使其具有高的耐磨性、疲劳强度，抗蚀能力及抗烧伤性等。

a）离子氮化作为七十年代兴起的一种新型渗氮方法，具有渗氮速度快、渗氮层组织易于控制、脆性小、无环境污染、节约电能，气源、变形小等优点。

b）不同形状，尺寸，材料的零件混合装炉渗氮时，要使各零件温度均匀一致比较困难。

c）离子渗氮设备较复杂，价格也比较贵。

d）准确测定零件温度较困难。

B．凸轮轴的粗加工

1．铣端面钻中心孔

凸轮轴的加工基准大都为中心孔，为保证在轴两端所钻出的中心孔具有正确的位置，则第一道工序必须在钻中心孔前铣两端面。

轴向毛基准为轴的中央部分，这样可保证铣切时轴两端的加工余量差值最小，也就是最为均匀。

2．钻油孔或工艺孔

以中心孔为轴向定位和凸轮轴的凸台为径向定位钻油孔和工艺孔。

3．打标记

以油孔定位，用压板将凸轮轴压住，在凸轮轴两端面打标记。

4．粗磨中间主轴径

以中心孔为轴向定位,将拨销插在工艺孔驱动凸轮轴，来粗磨中间主轴径。

5．粗精车全部轴径，台肩，清根槽并倒角

以中心孔为轴向定位，以中间主轴径为支撑，加工其它轴径。

因凸轮轴为细长零件，加工时易变形，需以中间主轴径为支撑。

而且上道工序粗磨中间主轴径后，提高了其圆度，能保证粗精车其它主轴径时各主轴径的圆度和同轴度要求。

这也是先粗磨中间主轴径的原因。

6．手动校直

消除粗加工对凸轮轴的变形，为精加工作准备。

8．磁粉探伤

在磨完凸轮后，检查凸轮是否有磨削裂纹。

可在抛光工序后，也可在抛光工序前。

9．清洗

重要工序，决定凸轮轴的清洁度。

10．终检，防锈包装

C．精加工

1．精磨主轴径

与粗加工相似，先磨中间主轴径，在以中间主轴径为支撑，磨其余主轴径。

但现代多砂轮磨床，也可一次磨全部主轴径，但对中心架要求比较高，需要跟踪式中心架。

2．铣键槽

其实铣键槽并不算精加工，但因为对凸轮加工的要求很高，而加工凸轮以键槽（也有以工艺孔）为角向定位，所以该工序都在精磨完主轴径且轴向精加工已完成时才铣键槽。

3．粗精磨全部凸轮和输油泵凸轮

目前磨凸轮已逐步取消靠模式磨床，在康明斯凸轮轴工段，加工多种凸轮轴，是用CBN数控凸轮磨床加工。

通过输入不同凸轮轴的升程来编程，很方便加工不同的凸轮轴。

适应多品种凸轮轴混流。

原来靠模式磨床，安装和拆卸靠模很不方便，且精度不能保证，靠模的加工周期很长，成本也高，不能加工不同的凸轮。

砂轮和凸轮之间的接触区（也称接触弧）随着砂轮通过凸轮角圆周的不同位置而不断变化。

接触区在相对扁平的侧面最大，而在凸轮轴比较圆的基圆和端部则比较小。

因此，在侧面最可能发生烧伤和产生“刀痕”（磨削产生的加工痕迹，眼睛可看出）。

凸轮磨削一般被分成粗加工和精加工阶段，尽管它们是在一个加工循环中完成的。

粗加工的目的是去除尽可能多的材料。

此时，烧伤问题不是很大，因为连续的粗加工足以去除前面任何材料损伤层留下的痕迹。

但是，在最后的粗加工中，热损伤一定不能太深，而使得采用较小进给量的精加工过程无法消除它。

凸轮产生烧伤和“刀痕”的因素很复杂，主要有进给量，砂轮转速，光整次数，切削液和中心架的跳动度有关。

4．抛光

减小凸轮轴的表面粗糙度。

定位基准的选择：

凸轮轴的轴向定位基准，最常用的是两中心孔。

因为轴类零件各外圆表面的圆度，同轴度及端面对轴线的垂直度是相互位置精度的主要项目，而这些表面的设计基准一般都是轴的中心线，采用两中心孔定位就能符合基准重合原则。

而且由于多数工序都采用中心孔作为定位基面，能最大限度地加工出多个外圆和端面，这也符合基准统一原则。

凸轮轴的配气相位对凸轮的角度误差要求很高，一般以精度高的键槽或工艺孔作为角向定位基准。