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发动机凸轮轴的加工工艺分析
F-DIESEL工程机械动力部件 2015/1/7 15:14:05
[关键词]
凸轮轴加工
一、凸轮轴的功用
 
对各气缸进、排气门的开启和关闭起控制作用,同时,还用来驱动分电器、汽油泵等辅助装置。
 

二、凸轮轴的结构特点与技术要求 
支承轴颈、进、排气凸轮、偏心轮、驱动发动机辅助装置的齿轮、正时齿轮轴颈。

特点:结构复杂、长径比大、工件刚性差。

技术要求:
1、支承轴颈的尺寸精度及各支承轴颈之间的同轴度。

2、正时齿轮轴颈的尺寸精度及相对于支承轴颈的同轴度。
 
3、键槽的尺寸和位置精度。
 
4、止推面相对于支承轴颈线的垂直度。
 
5 、凸轮基圆的尺寸精度和相对于支承轴颈轴线的同轴度。
 
6 、凸轮的位置精度。
 
7、凸轮的形状精度(曲线升程)等。
 
三、凸轮轴的材料和毛坯制造
工作条件:受冲击性载荷:要求凸轮轴和支承轴颈表面耐磨。凸轮本身具有足够的韧性和刚度,需要进行热处理。
 
材料:铸铁(冷硬铸铁、可淬硬的低合金铸铁、球墨铸铁);钢:中碳钢、渗碳钢。

冷硬铸铁多用于凸轮承受随动件高负荷的场合(英国)。

可淬硬的低合金铸铁凸轮轴多用于凸轮轴承受随动件低负荷的场合(美国) 。

钢凸轮轴:45钢模锻。

加热-模锻(滚压、顶锻、终锻)-热切边-磨残余飞刺(消除锻造内应力、热处理、校直)。

精度:铸件(8-9)的精度高于锻件(5)。

直接棒料加工:美国冠明斯柴油机厂、英国Gardner柴油机厂、德国奔驰汽车公司400系列柴油机。
 
四、凸轮轴加工工艺性分析 
影响加工精度的因素

易变形:刚度低、切削力大、表面残余应力。

钢的凸轮轴热处理产生变形。

影响后续加工工序余量的安排、变形过大导致无法完成后续加工、报废。直接影响到装配后凸轮轴的使用性能。

措施:粗精分开、及时修正、适时安排校直工序,加工过程中安排辅助装置。
 
加工难度大
凸轮和偏心轮。

凸轮要求:相位角准确、升程满足气门开启和关闭时升降的规律。靠模加工中加工半径和切削力、切削速度时刻变化。


凸轮轴加工工艺分析
一、定位基准的选择
两顶尖孔作为轴类零件的定位基准:  避免了工件在多次装夹中因定位基准的转换而引起的定位误差,也可用作,后续工序的定位基准,符合“基准统一”,  装夹方便、可靠、简化了工艺规程,一次装夹加工多面
 
粗基准的选择
常选择其支承轴颈的毛坯外柱圆面及其一个侧面作为定
位基准

端面加工:国内各厂家采用铣削加工。国外一些(美国福特)以磨代铣

1、对于毛坯
是模锻件尤其是精磨锻件来说,毛坯精度是由锻模来保证的,其精度较高,加工余量也较小。毛坯锻造后已经过喷丸处理,表面平整、光洁、无飞边、毛刺等缺陷 

2、对于毛坯是铸件尤其
是精铸件来说,不仅具有较好的加工性,而且加工余量也较精确,其毛坯精度比锻件还高,完全能保证定位可靠 

3、在凸轮轴加工过程中,选择粗基准还要考虑加工余量的分配均匀、合理
。这对于工件长径比较大、刚度低的特点来说,不仅有利于减小因切削余量不均、切削力剧烈变化而使工件产生的弯曲变形,对于保证精加工质量和提高劳动生产率具有重要的意义

精基
准的选择 
 对于各支承轴、正时齿轮、齿轮轴颈和连接轴颈外圆表面的粗加工、半精加工、
精加工及支承轴、正时齿轮轴颈的光整加工凸轮、偏心轮的半精加工、精加工及光整加工,均是以两顶尖孔作为精基准 
 
对于凸轮、偏心轮的粗加工,一般是以经过加工后的支承轴颈、正时齿轮轴颈作为定位基准 
 
各表面精加工之前、热处理之后,通常安排中心孔的修整工序修整中心孔时以支承轴进行定位,常用的方法是研磨 

二、加工阶段的划分和工序顺序的安
 
1、加工阶段的划分四个阶段: 
粗加工:各支承轴颈、正时齿轮轴颈和螺纹轴颈外圆、
车凸轮、偏心轮等 

半精加工:粗磨凸轮、偏心轮等 

精加工:精磨正时齿轮轴颈和止推面、四
个支承轴颈外圆,精磨凸轮、偏心轮
 
光整加工:抛光支承轴颈、凸轮和偏心轮 
 
2、工序顺序安排 
对各轴颈:车--粗磨--精磨--抛光

淬火加工安排在各
主要表面的半精加工之前进行,防止经过淬火后变形过大而造成精加工时的困难。

 三、校直 
结构特点:刚度低、易变形 

第一次:打中心孔后(保证二、三支承轴外
圆加工中余量合理分配) 

第二次:磨第二、三支承轴之前,车削四个支承轴外圆后,(纠正车
削支承轴颈时的变形,保磨削证第二、三支承轴颈时余量均匀)  
 
第三
次:精磨正时齿轮轴颈、四个支承轴、螺纹轴颈、齿轮外圆之前,车削凸轮侧面和连接轴颈之后(保证磨削时余量均匀) 

第四次:粗磨凸轮、偏心轮之前,凸轮轴淬火之后(减小和消除
工件因淬火引起的变形) 

第五次:精磨正时齿轮轴颈外圆和止推面、四个支承轴颈外圆、凸轮
和偏心轮之前,粗磨凸轮和偏心轮之后(保证精磨时余量均匀) 

第六次:全部凸轮、偏心轮
和支承轴颈抛光之后,作为终检前的最后一次校直。
 
四、凸轮形面的加工 
凸轮形面粗加工: 
按刀具:单刀仿形 ;多刀仿形 按车床:双靠模切削:单靠
模切削。 

定位:以一个支承轴颈端面作为轴向定位;以正时齿轮和一个支承轴外圆作为定位基
准;加工中采用滚轴式辅助支承。也可用铣削加工或者磨削加工代替车削。
 
凸轮形面精加工: 
1、双靠模凸轮磨床
机床有两套靠模:靠模自动更换,通过对砂轮直径的控制提高凸轮外形的精度。 

2、双循环
凸轮磨床:可在一次安装后对凸轮轴上全部凸轮连续粗精磨削。 
先以60m/s的速度大进给量粗磨全部凸轮,以30m/s的磨削速度依次精磨全部凸轮,结束后进行修正。 
 
3、采用立方氮化硼砂轮,提高寿命,减小砂轮磨损,提高精度。 
 
4、数控凸轮磨床:应用计算机进行数控编程,摆脱靠模精度对凸轮精度的影响。 
 
5、计算机数控-立方氮化硼砂轮凸轮磨床该磨床能迅速变换磨削的凸轮 形状,达到甚至超过目前一般仿形凸轮磨床的生产率。 
 
6、采用电-液脉冲马达控制头架、砂轮架 的同步。 
 
7、采用多片砂轮、高强度砂轮进行高速磨削。 
 
8、采用砂轮轴摆动装置减小凸轮形面的表面粗糙度。 
 
9、采用预选粗、精磨削余量等预选装置。 
 
10、采用主动测量装置。 
 
11、采用自动补偿、自动修整等装置。

砂带抛光 
光整加工-砂带抛光 螺纹加工。

螺纹分类:紧固和传动螺纹;圆柱和圆锥;内螺纹
和外螺纹;左旋和右旋;单头和多头;三角形、梯形、矩形和锯齿形。 

加工方法:小直接内螺
纹-丝锥功丝;外螺纹-车削、用梳齿螺纹铣刀铣削、用螺纹切头和滚压。
 
五、中频淬火 
原理:通过感应方法产生的交流电流沿导体截面分布是不均匀的。愈靠近导体表
面部分的截面处电流密度愈大,在导体中心部分,电流几乎等于零。当交流电频率越高时,电流分布越不均匀。可选用不同的电流频率来达到不同的淬透深度。增加淬硬层深度可延长表面的耐磨寿命,但却使脆性破坏的倾向增加。
 
凸轮轴加工中易出现的质量问题和解决措施
精车支承轴后磨不圆
可能问题:用单板机加工,程序易乱,加工尺寸不稳定,跳动超差。无法在精车时得到纠正

解决措施:更换车削支承轴颈设备,改变控制系统,单板机定期巡检。  

凸轮升程超差
可能问题:机床靠模磨损,靠模精度下降。

解决措施:定期检查、修整、及时更换靠模。在磨削凸轮形面时,采用改变工件回转方向的方法,以提高凸轮曲线的形状精度。

凸轮基面跳动超差
可能问题:机床靠模磨损,靠模精度下降。联轴器与导轴间隙加大。     

解决措施:定期检查、修整、即使更换靠模和联轴器导轴。

凸轮轴各主要工作表面精磨后有微小波纹

解决措施:定期检查、调整机床间隙。控制精磨时的进给量,增加走刀次数和无火化磨削。
(中国工程机械动力部件网)
 
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