汽車凸輪軸制造工藝大全

2016-10-18 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

凸輪軸是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵部件之一,主要由凸輪、支承軸頸、軸頸等幾部分組成。凸輪軸的作用是控制氣門的開啟和閉合動(dòng)作,其制造品質(zhì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)的功率指標(biāo)、排放指標(biāo)、節(jié)油指標(biāo)等。目前,在我國(guó)發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸的制造方法中通常有兩種:第一種,冷激鑄鐵凸輪軸,主要用于轎車發(fā)動(dòng)機(jī);第二種,碳鋼楔橫軋凸輪軸,主要用于載貨汽車發(fā)動(dòng)機(jī)。另外,還有一種是兩種以上材料組合裝配的凸輪軸,國(guó)內(nèi)暫未大批量推廣使用。

冷激鑄鐵凸輪軸制造工藝

冷激鑄鐵凸輪軸基本性能要求是:凸輪表層冷激區(qū)為耐磨的白口組織,冷激過渡區(qū)為麻口組織,其余為珠光體灰口組織。工藝流程主要包括:鑄造、銑削、鉆孔、車削、磨削、拋光和清洗以及檢驗(yàn)等。

1.鑄造

通過鑄造工序來獲得內(nèi)部組織和外在幾何尺寸合格的凸輪軸毛坯,鑄造凸輪軸毛坯如圖2所示。通常方法是,將制作的專用冷鐵放置在砂型中,如圖3所示,然后合箱、澆注、冷卻,從而制得鑄造毛坯。冷鐵的厚度和凸輪軸的化學(xué)成分是控制凸輪軸內(nèi)部組織的關(guān)鍵;冷鐵凹面的形狀和表面粗糙度決定凸輪的幾何尺寸和精度。

2.銑削

銑削工序主要完成凸輪軸毛坯兩端平面的加工和取總長(zhǎng)度,一般采用高效率的專用銑床。

3.鉆孔

鉆孔工序要完成定位中心孔、油孔等加工,一般多采用專用中心孔鉆床和專用數(shù)控鉆床,以此來保證質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

4.車削

車削主要完成軸頸等非激冷部位尺寸的加工,目前多采用數(shù)控車床來完成,精度和效率皆可保證。

5.磨削

磨削主要完成冷激凸輪外表和軸頸外表的加工,目前技術(shù)要求較高的多采用德國(guó)或日本進(jìn)口的專用數(shù)控磨床來完成。國(guó)產(chǎn)凸輪磨床與進(jìn)口凸輪磨床的差距正在逐漸縮小。

6.拋光和清洗

通常采用專用拋光機(jī)來完成凸輪軸近成品表面微小毛刺和斑痕的拋光清理,然后用專用清洗機(jī)床完成凸輪軸成品的清潔。

7.檢驗(yàn)

檢驗(yàn)內(nèi)容包括產(chǎn)品的化學(xué)成分、金相組織、硬度、抗拉強(qiáng)度、延伸率、幾何尺寸、油孔(道)密封試驗(yàn)、清潔度試驗(yàn)等。鑄造過程鐵水化學(xué)成分檢驗(yàn)多采用光譜分析儀;成品幾何尺寸檢驗(yàn)多采用美國(guó)進(jìn)口的凸輪軸專用檢測(cè)儀;油孔(道)密封試驗(yàn)由專用裝置來完成。圖5為自制的凸輪軸油孔(道)密封試驗(yàn)裝置。

碳鋼楔橫軋凸輪軸制造工藝

碳鋼楔橫軋凸輪軸基本性能要求是:凸輪表層為耐磨的淬火組織,其余為正火組織。主要工藝流程包括:楔橫軋、正火、校直、銑削、鉆孔、車削、磨削、淬火、拋光和清洗以及檢驗(yàn)等。

1.楔橫軋

通常方法是,將加熱的定尺寸圓鋼放置在裝有專用模具的楔橫軋?jiān)O(shè)備上,滾壓而制得凸輪軸坯件。所用模具的設(shè)計(jì)、制作及維護(hù)對(duì)楔橫軋凸輪軸毛坯成形的質(zhì)量非常關(guān)鍵。目前,精軋及直接軋制出凸輪的技術(shù)正在研究和突破。

2.正火

碳鋼楔橫軋凸輪軸為了獲得良好的力學(xué)性能,坯件應(yīng)正火或調(diào)質(zhì)處理。一般用連續(xù)式正火爐來完成。

3.校直

碳鋼凸輪軸在楔橫軋、正火及后續(xù)金屬切削加工過程中,由于易彎曲或扭曲變形,在整個(gè)加工過程中需要2~3次校直。目前國(guó)產(chǎn)的多點(diǎn)數(shù)控校直機(jī)應(yīng)該是完成碳鋼凸輪軸校直任務(wù)的首選。

4.銑削

銑削工序除了完成凸輪軸毛坯兩端平面的加工和取總長(zhǎng)度外,更重要和繁重任務(wù)是由圓形輪銑削出凸輪。銑凸輪需要用專用的凸輪銑床。

5.鉆孔

鉆孔工序一般采用專用的中心孔鉆床完成凸輪軸兩端定位中心孔的加工,用專用數(shù)控鉆床完成油孔(道)的加工。

6.車削

目前多采用數(shù)控車床完成碳鋼凸輪軸軸頸、支承軸頸以及凸輪兩側(cè)面的加工。

7.磨削

磨削主要完成凸輪和軸頸外表的加工,一般要經(jīng)過粗磨(淬火前)和精磨(淬火后)。

8.淬火

碳鋼凸輪軸的各支承軸頸、凸輪等要求耐磨的部位,在粗磨工序后,要經(jīng)過感應(yīng)淬火來獲得有效硬化層和表面硬度。一般采用國(guó)產(chǎn)專用數(shù)控中頻淬火機(jī)床即可完成。

9.檢驗(yàn)

檢驗(yàn)內(nèi)容包括產(chǎn)品的化學(xué)成分、金相組織、硬度、抗拉強(qiáng)度、延伸率、幾何尺寸、清潔度實(shí)驗(yàn)等。圖7為美國(guó)產(chǎn)凸輪軸綜合檢測(cè)儀。組合裝配凸輪軸特點(diǎn)與應(yīng)用組合裝配凸輪軸與冷激鑄鐵凸輪軸和碳鋼楔橫軋凸輪軸等一體式凸輪軸相比,優(yōu)點(diǎn)是在同一件凸輪軸的不同位置可有目的地選擇不同性能的材料。其凸輪和支承軸頸一般可通過鍛造、冷激鑄造或粉末冶金等方式而制得,軸頸通常為冷拔鋼管,然后將凸輪、支承軸頸與軸頸組合裝配在一起。圖8為組合裝配凸輪軸樣件。

目前,組合裝配凸輪軸連接技術(shù)在我國(guó)高校和研究機(jī)構(gòu)研究比較成功的有內(nèi)高壓漲接法、機(jī)械過盈連接法等。國(guó)產(chǎn)技術(shù)制造組合裝配凸輪軸,不久將在我國(guó)進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段,它的推廣應(yīng)用將推動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的進(jìn)步。

結(jié)語

隨著我國(guó)汽車工業(yè)的快速發(fā)展,發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸專業(yè)制造廠家通過引進(jìn)、消化、吸收國(guó)際先進(jìn)的制造技術(shù)和裝備,廣泛采用國(guó)內(nèi)數(shù)控自動(dòng)化技術(shù),不斷探索創(chuàng)新,有效提升了我國(guó)發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸的制造水平。當(dāng)然,我國(guó)要實(shí)現(xiàn)從汽車大國(guó)向汽車強(qiáng)國(guó)的邁進(jìn),作為發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸關(guān)鍵部件的凸輪軸,其制造水平仍亟待繼續(xù)提高。

微信編輯:中良

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