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【兆恒機(jī)械】發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸的加工工藝分析

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  • 添加日期:2020年09月29日

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凸輪軸的加工
一、凸輪軸的功用 
對(duì)各氣缸進(jìn)、排氣門(mén)的開(kāi)啟和關(guān)閉起控制作用,同時(shí),還用來(lái)驅(qū)動(dòng)分電器、汽油泵等輔助裝置。 

二、凸輪軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與技術(shù)要求 
支承軸頸、進(jìn)、排氣凸輪、偏心輪、驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)輔助裝置的齒輪、正時(shí)齒輪軸頸。
特點(diǎn):結(jié)構(gòu)復(fù)雜、長(zhǎng)徑比大、工件剛性差。

技術(shù)要求:
1、支承軸頸的尺寸精度及各支承軸頸之間的同軸度。

2、正時(shí)齒輪軸頸的尺寸精度及相對(duì)于支承軸頸的同軸度。

3、鍵槽的尺寸和位置精度。

4、止推面相對(duì)于支承軸頸線(xiàn)的垂直度。

5 、凸輪基圓的尺寸精度和相對(duì)于支承軸頸軸線(xiàn)的同軸度。

6 、凸輪的位置精度。

7、凸輪的形狀精度(曲線(xiàn)升程)等。


三、凸輪軸的材料和毛坯制造
工作條件:受沖擊性載荷:要求凸輪軸和支承軸頸表面耐磨。凸輪本身具有足夠的韌性和剛度,需要進(jìn)行熱處理。
材料:鑄鐵(冷硬鑄鐵、可淬硬的低合金鑄鐵、球墨鑄鐵);鋼:中碳鋼、滲碳鋼。

冷硬鑄鐵多用于凸輪承受隨動(dòng)件高負(fù)荷的場(chǎng)合(英國(guó))。
可淬硬的低合金鑄鐵凸輪軸多用于凸輪軸承受隨動(dòng)件低負(fù)荷的場(chǎng)合(美國(guó)) 。
鋼凸輪軸:45鋼模鍛。
加熱-模鍛(滾壓、頂鍛、終鍛)-熱切邊-磨殘余飛刺(消除鍛造內(nèi)應(yīng)力、熱處理、校直)。

精度:鑄件(8-9)的精度高于鍛件(5)。
直接棒料加工:美國(guó)冠明斯柴油機(jī)廠(chǎng)、英國(guó)Gardner柴油機(jī)廠(chǎng)、德國(guó)奔馳汽車(chē)公司400系列柴油機(jī)。


四、凸輪軸加工工藝性分析 
影響加工精度的因素
易變形:剛度低、切削力大、表面殘余應(yīng)力。鋼的凸輪軸熱處理產(chǎn)生變形。影響后續(xù)加工工序余量的安排、變形過(guò)大導(dǎo)致無(wú)法完成后續(xù)加工、報(bào)廢。直接影響到裝配后凸輪軸的使用性能。
措施:粗精分開(kāi)、及時(shí)修正、適時(shí)安排校直工序,加工過(guò)程中安排輔助裝置。

加工難度大
凸輪和偏心輪。
凸輪要求:相位角準(zhǔn)確、升程滿(mǎn)足氣門(mén)開(kāi)啟和關(guān)閉時(shí)升降的規(guī)律??磕<庸ぶ屑庸ぐ霃胶颓邢髁Α⑶邢魉俣葧r(shí)刻變化。


凸輪軸加工工藝分析

一、定位基準(zhǔn)的選擇

兩頂尖孔作為軸類(lèi)零件的定位基準(zhǔn): 避免了工件在多次裝夾中因定位基準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換而引起的定位誤差,也可用作,后續(xù)工序的定位基準(zhǔn),符合“基準(zhǔn)統(tǒng)一”, 裝夾方便、可靠、簡(jiǎn)化了工藝規(guī)程,一次裝夾加工多面。

粗基準(zhǔn)的選擇

常選擇其支承軸頸的毛坯外柱圓面及其一個(gè)側(cè)面作為定位基準(zhǔn)。
端面加工:國(guó)內(nèi)各廠(chǎng)家采用銑削加工。國(guó)外一些(美國(guó)福特)以磨代銑。
1、對(duì)于毛坯是模鍛件尤其是精磨鍛件來(lái)說(shuō),毛坯精度是由鍛模來(lái)保證的,其精度較高,加工余量也較小。毛坯鍛造后已經(jīng)過(guò)噴丸處理,表面平整、光潔、無(wú)飛邊、毛刺等缺陷。 
2、對(duì)于毛坯是鑄件尤其是精鑄件來(lái)說(shuō),不僅具有較好的加工性,而且加工余量也較精確,其毛坯精度比鍛件還高,完全能保證定位可靠。 
3、在凸輪軸加工過(guò)程中,選擇粗基準(zhǔn)還要考慮加工余量的分配均勻、合理。這對(duì)于工件長(zhǎng)徑比較大、剛度低的特點(diǎn)來(lái)說(shuō),不僅有利于減小因切削余量不均、切削力劇烈變化而使工件產(chǎn)生的彎曲變形,對(duì)于保證精加工質(zhì)量和提高勞動(dòng)生產(chǎn)率具有重要的意義。
精基準(zhǔn)的選擇 
對(duì)于各支承軸、正時(shí)齒輪、齒輪軸頸和連接軸頸外圓表面的粗加工、半精加工、精加工及支承軸、正時(shí)齒輪軸頸的光整加工凸輪、偏心輪的半精加工、精加工及光整加工,均是以?xún)身敿饪鬃鳛榫鶞?zhǔn)。 對(duì)于凸輪、偏心輪的粗加工,一般是以經(jīng)過(guò)加工后的支承軸頸、正時(shí)齒輪軸頸作為定位基準(zhǔn)。各表面精加工之前、熱處理之后,通常安排中心孔的修整工序修整中心孔時(shí)以支承軸進(jìn)行定位,常用的方法是研磨。


二、加工階段的劃分和工序順序的安排 
1、加工階段的劃分四個(gè)階段: 
粗加工:各支承軸頸、正時(shí)齒輪軸頸和螺紋軸頸外圓、車(chē)凸輪、偏心輪等。 
半精加工:粗磨凸輪、偏心輪等。 
精加工:精磨正時(shí)齒輪軸頸和止推面、四個(gè)支承軸頸外圓,精磨凸輪、偏心輪。

光整加工:拋光支承軸頸、凸輪和偏心輪。

2、工序順序安排 
對(duì)各軸頸:車(chē)--粗磨--精磨--拋光
淬火加工安排在各主要表面的半精加工之前進(jìn)行,防止經(jīng)過(guò)淬火后變形過(guò)大而造成精加工時(shí)的困難。

三、校直 
結(jié)構(gòu)特點(diǎn):剛度低、易變形 
第一次:打中心孔后(保證二、三支承軸外圓加工中余量合理分配) 
第二次:磨第二、三支承軸之前,車(chē)削四個(gè)支承軸外圓后,(糾正車(chē)削支承軸頸時(shí)的變形,保磨削證第二、三支承軸頸時(shí)余量均勻) 
第三次:精磨正時(shí)齒輪軸頸、四個(gè)支承軸、螺紋軸頸、齒輪外圓之前,車(chē)削凸輪側(cè)面和連接軸頸之后(保證磨削時(shí)余量均勻) 
第四次:粗磨凸輪、偏心輪之前,凸輪軸淬火之后(減小和消除工件因淬火引起的變形) 
第五次:精磨正時(shí)齒輪軸頸外圓和止推面、四個(gè)支承軸頸外圓、凸輪和偏心輪之前,粗磨凸輪和偏心輪之后(保證精磨時(shí)余量均勻) 
第六次:全部凸輪、偏心輪和支承軸頸拋光之后,作為終檢前的最后一次校直。


四、凸輪形面的加工 
凸輪形面粗加工: 
按刀具:單刀仿形 ;多刀仿形 按車(chē)床:雙靠模切削:?jiǎn)慰磕G邢鳌?nbsp;
定位:以一個(gè)支承軸頸端面作為軸向定位;以正時(shí)齒輪和一個(gè)支承軸外圓作為定位基準(zhǔn);加工中采用滾軸式輔助支承。也可用銑削加工或者磨削加工代替車(chē)削。

凸輪形面精加工: 
1、雙靠模凸輪磨床

機(jī)床有兩套靠模:靠模自動(dòng)更換,通過(guò)對(duì)砂輪直徑的控制提高凸輪外形的精度。

2、雙循環(huán)

凸輪磨床:可在一次安裝后對(duì)凸輪軸上全部凸輪連續(xù)粗精磨削。 
先以60m/s的速度大進(jìn)給量粗磨全部凸輪,以30m/s的磨削速度依次精磨全部凸輪,結(jié)束后進(jìn)行修正。

3、采用立方氮化硼砂輪,提高壽命,減小砂輪磨損,提高精度。

4、數(shù)控凸輪磨床:應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)控編程,擺脫靠模精度對(duì)凸輪精度的影響。

5、計(jì)算機(jī)數(shù)控-立方氮化硼砂輪凸輪磨床該磨床能迅速變換磨削的凸輪 形狀,達(dá)到甚至超過(guò)目前一般仿形凸輪磨床的生產(chǎn)率。

6、采用電-液脈沖馬達(dá)控制頭架、砂輪架 的同步。

7、采用多片砂輪、高強(qiáng)度砂輪進(jìn)行高速磨削。

8、采用砂輪軸擺動(dòng)裝置減小凸輪形面的表面粗糙度。

9、采用預(yù)選粗、精磨削余量等預(yù)選裝置。

10、采用主動(dòng)測(cè)量裝置。

11、采用自動(dòng)補(bǔ)償、自動(dòng)修整等裝置。

砂帶拋光 
光整加工-砂帶拋光 螺紋加工。
螺紋分類(lèi):緊固和傳動(dòng)螺紋;圓柱和圓錐;內(nèi)螺紋和外螺紋;左旋和右旋;單頭和多頭;三角形、梯形、矩形和鋸齒形。 
加工方法:小直接內(nèi)螺紋-絲錐功絲;外螺紋-車(chē)削、用梳齒螺紋銑刀銑削、用螺紋切頭和滾壓。


五、中頻淬火 
原理:通過(guò)感應(yīng)方法產(chǎn)生的交流電流沿導(dǎo)體截面分布是不均勻的。愈靠近導(dǎo)體表面部分的截面處電流密度愈大,在導(dǎo)體中心部分,電流幾乎等于零。當(dāng)交流電頻率越高時(shí),電流分布越不均勻。可選用不同的電流頻率來(lái)達(dá)到不同的淬透深度。增加淬硬層深度可延長(zhǎng)表面的耐磨壽命,但卻使脆性破壞的傾向增加。


六、凸輪軸加工中易出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題和解決措施

1、精車(chē)支承軸后磨不圓
可能問(wèn)題:用單板機(jī)加工,程序易亂,加工尺寸不穩(wěn)定,跳動(dòng)超差。無(wú)法在精車(chē)時(shí)得到糾正
解決措施:更換車(chē)削支承軸頸設(shè)備,改變控制系統(tǒng),單板機(jī)定期巡檢。 
2、凸輪升程超差
可能問(wèn)題:機(jī)床靠模磨損,靠模精度下降。
解決措施:定期檢查、修整、及時(shí)更換靠模。在磨削凸輪形面時(shí),采用改變工件回轉(zhuǎn)方向的方法,以提高凸輪曲線(xiàn)的形狀精度。
3、凸輪基面跳動(dòng)超差
可能問(wèn)題:機(jī)床靠模磨損,靠模精度下降。聯(lián)軸器與導(dǎo)軸間隙加大。 
解決措施:定期檢查、修整、即使更換靠模和聯(lián)軸器導(dǎo)軸。
4、凸輪軸各主要工作表面精磨后有微小波紋
解決措施:定期檢查、調(diào)整機(jī)床間隙??刂凭r(shí)的進(jìn)給量,增加走刀次數(shù)和無(wú)火化磨削。