凸轮轴工艺基础知识

1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：20J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330工序打标记35工序粗磨中间主轴径440工序粗精车全部轴径，台肩，清根槽并倒角547工序精磨中间主轴径50工序精磨其余主轴径660工序精磨小轴径，台肩及第一主轴径前端面770工序铣键槽100工序粗精磨全部凸轮8105工序去毛刺9110工序磁粉探伤10130工序抛光11140工序清洗12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13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14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15C．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16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。