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。
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