凸輪軸加工工藝

1、凸輪軸加工工藝 凸輪軸的加工工藝 凸輪軸的材料：球墨鑄鐵、合金鑄鐵、冷激鑄鐵、中碳鋼 球墨鑄鐵：將接近灰鑄鐵成份的鐵水經鎂或鎂的合金或其它球化劑球化處 理后而獲得具有球狀石墨的鑄鐵。石墨呈球狀，大大減輕了石墨對基體的 分割性和尖口作用，球墨鑄鐵具有較高的強度、耐磨性、抗氧化性、減震 性及較小的缺口敏銳性。 球墨鑄鐵的凸輪軸一樣用在單缸內燃機上，如 S195 柴油機，做凸輪軸用的 球墨鑄鐵用QT600-3或QT700-2,要求球化為2級（石墨球化率90-95%） 石墨粒度大小大于 6 級。凸輪軸整體硬度 HB230-280 合金鑄鐵：將接近灰鑄鐵成份的鐵水加入 Mn、Cr、Mo、Cu 等元素。從

2、而 與珠光體形成合金，減少鐵素體的數(shù)量。合金鑄鐵的凸輪軸一樣用于高轉 速凸輪軸。如 CAC480 凸輪軸，凸輪軸整體硬度 HB263-311。 冷激鑄鐵：一樣用于低合金鑄鐵表面冷激處理，使外層為白口或麻口組織， 心部仍是灰口組織。如： 372 凸輪軸。使用冷激鑄鐵的凸輪軸處于干摩擦或 半干摩擦工作狀態(tài)，而具有承擔較大的彎曲與接觸應力，要求材料表面層 抗磨且高的強度，心部仍有一定的韌性。目前國內所用的冷激鑄鐵要緊有 兩大類：鉻、鉬、銅冷激鑄鐵和鉻、鉬、鎳冷激鑄鐵，冷硬層的金相組織 : 萊氏體+珠光體（索氏體）冷激鑄鐵硬度為HRC4552, 目前，國內冷激鑄鐵的 硬度在 HRC47 左右。 中碳鋼

3、：一樣用于大型發(fā)動機凸輪軸。如： 6102發(fā)動機采納模鍛鍛造成型， 也有一部分用于摩托凸輪軸，成型較簡單。模鍛后一樣要進行退火處理以 便于機械加工。 凸輪軸加工的典型工藝 一凸輪軸軸頸粗加工采納無心磨床磨削 無心磨床的磨削方式有 2種：貫穿式無心磨削和切入式無心磨削。貫 穿式無心磨削一樣用于單砂輪，它的導輪是單葉雙曲面，推動凸輪軸沿軸 向移動，僅僅用于磨削光軸。切入式無心磨削是由多砂輪磨削（若是單砂 輪磨削，一樣砂輪被修整成成型砂輪，如：磨削液壓挺柱的球面） ，如現(xiàn)有 480凸輪軸的磨削， 可磨削階梯軸，導輪為多片盤狀組合而成，工件不能沿 軸向移動，不管是哪一種磨削方式，工件的中心都高于砂輪和

4、導輪的中心， 一樣切入式磨削都有上料工位、磨削工位、測量工位、卸料工位組成。砂 輪線速度60m/s,軸頸徑向磨削余量可達3.5mm,單件磨削時刻18s,單件 工時25s。用無心磨床加工凸輪軸是一種新穎、專門的新工藝，新方法，但 又存在一定的局限性,專門是不易磨削軸肩和端面,一樣不用于多品種凸 輪軸的加工,只用于單一品種、大批量的生產,若要更換所加工的凸輪軸 品種,就要更換導輪和砂輪,各砂輪間距需重新調整。切入式無心磨床的 修整一樣采納單顆粒金剛石修整,修整器所走的路線是凸字形,修整器靠 模各段差值與凸輪軸的各段軸頸差值相等。粗磨凸輪軸軸頸所用的砂輪都 屬于碳化物系列,粒度為 60,砂輪線速度為

5、 45m/。 二、銑端面,鉆中心孔 中心孔加工是以后加工工序的定位基準,在銑端面時,一樣只限定 5 個自由度即可,用 2 個 V 型塊限定 4 個自由度,軸向自由度是由凸輪軸 3# 軸頸前端面或后端面（在產品設計中,該面應提出具體要求） 。目前普遍采 納的是自定心定位夾緊,密齒刀盤銑削。軸向尺寸保證后端面到毛坯的粗 定位基準尺寸和整個凸輪軸長度,鑒于凸輪軸皮帶輪軸頸尺寸較小,鉆中 心孔時一樣選用B5中心鉆，鉆后的孔深用 10鋼球輔助檢查，保證球頂 到后端面尺寸和 2 鋼球頂部之間的距離,如此可保證以后定位的一致性。 三、凸輪軸的熱處理 熱處理：將原材料或未成品置于空氣或特定介質中,用適當方式進

6、行 加熱、保溫順冷卻,使之獲得人們所需要的力學或工藝性能的工藝方法。 熱處理分類：一樣熱處理、化學熱處理、表面熱處理 球墨鑄鐵凸輪軸一樣差不多上等溫淬火。 冷卻介質為 10號、 20號錠子油鹽 浴或堿浴，淬火后經140 C-250。C低溫回火，回火后的組織為黑色針葉 狀馬氏體,硬度 HRC50-54。 合金鑄鐵和鋼件凸輪軸一樣采納中頻淬火：淬火頻率1000-10000HZ 一樣選 用7000Hz。也確實是感應加熱表面淬火，其原理是：將凸輪軸的凸輪放入 加熱線圈中，由于電流的集膚效應，使凸輪由外層向內加熱、升溫，使表 層一定深度組織轉變成奧氏體，而后迅速淬硬的工藝，目前480 凸輪軸采 納自然回

7、火的方法，其凸輪表面組織為針狀馬氏體。 凸輪軸經表面熱處理：可較大地提升零件的扭轉和彎曲疲勞強度和表面的 耐磨性。 感應加熱淬火變形小、節(jié)能、成本低、勞動生產率高、淬火機可放在冷加 工生產線上，便于生產治理。 480凸輪軸中頻淬火機在感應加熱時， 要對電源、變壓器、 感應線圈進行冷 卻，要求冷卻水的溫度在25 C-30 C,淬火冷卻液的溫度為53 C-62 C, 若機床本身達不到要求，必須在機床外提一套附加冷卻裝置，用來給冷卻 水制冷。 四、凸輪軸的深孔加工 在機械加工中 L/D5 時的孔加工可稱為深孔加工，用一般麻花鉆鉆深 孔時有以下困難。 1. 鉆頭細長。剛性差，加工時鉆頭易彎曲和振動，難

8、以保證孔的直線度與加 工精度。 2. 切屑多，而排除切屑的通道長而狹窄，切屑不容易排出。 3. 孔深切削液不易進入，切削溫度過高，散熱困難，鉆頭容易斷。 深孔鉆按工藝的不同可分為在實心物體上鉆孔、擴孔、套料 3種，而以在 實心料上鉆孔用得最多，如 480凸輪所用的深孔差不多上由槍鉆經 2頭加 工而成的。每次鉆孔深為 L/2+10mm。 槍鉆鉆削是單刃外排屑式的，一樣適用于加工 2- 20mm孔，L/D100、 表面粗糙度Ra12.5-3.2mm精度H8-H10級的深孔。單刃外排屑深孔鉆， 最早用于加工槍管，故稱槍鉆，也是 2- 6mm 深孔加工的唯獨方法。槍 鉆帶有 V 形切削刃和一個切削液孔

9、的鉆頭、鉆桿、及適用于某專用設備的 鉆柄組成。高壓切削液（7MPa）通過鉆頭的小孔送到切削區(qū)域內，進行冷 卻、潤滑并關心排屑，然后再將切屑與切削液順著 V 型刀桿排入集中冷卻 系統(tǒng)中。鉆頭為硬質合金，采納焊接式結構。切削用量一樣為 0.06-0.1mm/ r，為了更好地操縱刀具的破舊程度，刀具采納徑向負荷反饋，一旦刀具切 削力達到一定的數(shù)值，在數(shù)控系統(tǒng)的作用下，刀具能自動退回，從而幸免 槍鉆折斷，提升刀具的使用壽命。磨鈍后的刀具換下，再重新進行刃磨后 方可使用。 凸輪軸深孔加工冷卻液一樣用錠子油，盡管油的冷卻成效比乳化液差，但 油的潤滑成效比冷卻液要好得多。 五、主軸頸快速點磨加工與CBN砂輪

10、 快速點磨是德國勇克公司開發(fā)出來的一種先進的外圓高效磨削新工 藝，該機床加工凸輪軸只需兩頂尖定位夾緊，無需任何夾緊工具，利用前 頂尖的高速旋轉，通過頂尖和凸輪軸中心孔的摩擦來驅動工件運動，能夠 實現(xiàn)軸類零件在一次裝夾后，用一片砂輪完成7個軸頸、一個端面和一個 磨削圓角的工藝。 快速點磨砂輪是橫向磨損，在磨損過程中，被磨削的凸輪軸外形尺寸可不 能因此而發(fā)生變化，磨削端面時，砂輪可傾斜士 0.5 ，使砂輪與工件的接 觸面只有傳統(tǒng)磨削端面的1/2。 CBN具有良好的導熱性，其導熱率是硬質合金的13倍，銅的3倍另外CBN 具有遠優(yōu)于金剛石的熱穩(wěn)固性和化學穩(wěn)固性（金剛石與鐵簇元素易產生親 和作用），可耐

11、13001500的高溫，同時與鐵簇元素有專門大的化學惰性，C BN是制作切削黑色金屬的理想刀具材料。 CBN屬于立方晶系，它的硬度、強度和其它物理性能遠遠優(yōu)于剛玉等系列 磨料。在進行磨削過程中CBN自身磨損專門少，在大批量生產過程中，單 個零件所需要的成本較小。砂輪的形狀、尺寸變化極小，耐用度較高，修 整頻次約為剛玉系列的1/20,每次修整量約為剛玉系列的1/25,砂輪與工 件的磨削區(qū)內磨削溫度較低，可幸免在磨削的彈性變形時期工件所產生的 裂紋和磨削燒傷等現(xiàn)象的顯現(xiàn)。 CBN具有良好的化學穩(wěn)固性與耐熱性，與碳在2000 C時才起反應，在高溫 下易與水產生反應。砂輪的耐用度高，機床的使用率可達

12、97%以上，與一 樣砂輪磨削相比，可提升功效 600%-700%。 當砂輪在寬度方向的磨損量占砂輪寬度的 80%時便對砂輪進行修整，砂輪 每次修整量為0.006mm,共分3部進行修整，每一步修整量為 0.002mm, 每修整一次可磨削120根凸輪軸，砂輪線速度為120m/s,可獲得較高的金 屬切除率，使用冷卻油做為冷卻液，不僅僅是給砂輪和工件提供冷卻液， 同時也給砂輪和工件提供更好的潤滑，同時由于油膜的吸附作用，還能夠 防止凸輪軸的軸頸表面氧化，防止磨削完后的工件表面生銹。磨削液的供 給是采納噴射法提供的冷卻液，冷卻較充分，可使砂輪的壽命提升一倍， 金屬切除率提升一倍以上，同時采納冷卻液反沖的

13、方法，沖洗砂輪表面， 防止砂輪堵塞，使CBN顆粒始終以銳利的狀態(tài)對工件進行切削，再加上 C BN粒度較小，凸輪軸軸頸單位面積上參加切削的磨粒比一樣砂輪要多，軸 頸在被切削時所產生的彈性摩擦和變形時期均較小，因此產生的彈性變形 和塑性變形均較小，提升了表面粗糙度，防止表面產生磨削燒傷和因磨粒 因素而引起的裂紋。在磨粒切削時期，對產生的熱應力和變形應力均較小。 由于磨削速度專門高，磨削熱量來不及傳入工件的深處，瞬時集合在凸輪 軸專門薄的表層，形成切屑被帶走。磨粒切削點的溫度達1000 C以上，而 內部只有幾十度 選用CBN砂輪磨削，磨粒銳利，磨削力小，故磨削區(qū)發(fā)熱量少 CBN顯微硬度7300 90

14、00HV，抗彎強度300MPa、抗壓強度800-1000MP a、熱穩(wěn)固性 1250 C-1350 C。 應用聲音傳感器嚴格限制砂輪和金剛滾輪間的距離，要緊是防止砂輪修整 時砂輪和金剛滾輪發(fā)生撞擊。砂輪架縱向進給時，傳感器測頭與砂輪間形 成一小的縫隙，砂輪高速旋轉壓縮砂輪周圍的空氣，按照空氣流通的通道 大小不同，所產生的氣阻聲音大小不一樣，從而判定傳感器和砂輪間的縫 隙而做出反饋，一旦砂輪和金剛滾輪產生接觸，修整器自動修整砂輪，而 聲音傳感器能按照聲音尖銳響聲大小來判定砂輪修整的正確性。 與樹脂類結合劑相比，陶瓷結合劑化學性能穩(wěn)固，耐熱、抗酸、堿，氣孔 率大，工作時不易發(fā)熱，在磨削過程中易脫落

15、，熱膨脹系數(shù)小，強度較高， 能保持好CBN的幾何形狀，且磨具易修整。 用于磨削凸輪軸軸頸和端面的 CBN砂輪立方氮化硼厚度只有4.5 5MM， 同時是粘附在剛性鋼盤上，剛性較好。 工件轉速與砂輪轉速的比為：40/8000 無進給磨削即光磨，可提升工件的幾何精度和降低表面粗糙度參數(shù)值，表 面粗糙度隨光磨次數(shù)的增加而降低，細粒度砂輪比粗粒度好 砂輪的修整：修整通常包括整形和修銳，整形是使砂輪達到要求的幾何形 狀和精度，砂輪的幾何形狀采納數(shù)控插補法進行，修銳是除去磨粒間的結 合劑，使磨粒露出結合劑一定高度，形成切削刃，磨粒間間隙以容納切屑。 金剛石滾輪磨削修整的特點：生產率高：以切入法進行修整，修整

16、時刻僅 需 2-10 秒，可在進行凸輪軸更換工件時進行修整，不耽擱生產節(jié)拍，同時 由于金剛滾輪的壽命長，修整時刻短，大大縮短了輔助時刻，單件工件的 消耗較低，金剛滾輪的精度較高，修整后的砂輪表面質量也較好。 礦物油冷卻液的要緊成份是輕質礦物油，加入適量的油溶性防銹添加劑。 為了增加礦物油的潤滑性能，常加入油性添加劑如脂肪酸等，以提升礦物 油在低溫低壓時的滲透和潤滑成效。礦物油的供給方法是噴射法，如此， 能夠提升供液壓力，增大磨削液供給速度，以便將磨削熱量迅速帶走，并 能沖破砂輪高速旋轉的氣流，使磨削液能有效的進入磨削區(qū)，改善磨削成 效。由于砂輪的氣孔小，磨削液必須通過周密過濾。由于磨削過程所產

17、生 的磨屑和砂粒等雜質在磨削液中持續(xù)增加，以至磨削液變臟變臭，不僅阻 礙磨削工件的質量，還會危害環(huán)境衛(wèi)生，快速點磨所用的過濾是柱狀紙質 過濾。 六、凸輪的加工 傳統(tǒng)的凸輪加工采納靠模加工，一樣來講，第廠進、排氣凸輪都 有一 個母靠模，凸輪軸上有幾個凸輪就有幾個靠模，這種加工事實上確實是仿 形加工，母靠模的加工誤差也會復映到加工的成品凸輪上。具體來講，有 以下缺陷。 1. 砂輪的利用率也較低， 以現(xiàn)生產的 480 凸輪軸為例， 靠模機床砂輪線速度 為60m/s,剛換上的砂輪直徑為 760mm,但使用到 710mm后就必須重 新?lián)Q砂輪，否則凸輪的型面的誤差會增大，砂輪從 760mm磨損到 710

18、mm 凸輪型面誤差為 0.015mm. 2. 工件頭架電架為雙速電機, 凸輪軸只能用固定轉速旋轉、 凸輪型面上多個 磨削點的線速度不一樣,磨削時單位時刻的切除量和磨削力不一樣,導致 凸輪型面加工產生誤差，且容易產生磨削燒傷和裂紋。凸輪等速磨削時型 面誤差為0.036mm。凸輪變速磨削時型面誤差為 0.012mm。 3. 工件支承在裝有尾架、 中心架的搖架上， 搖架機構往復擺動勢頭阻礙凸輪 型面精度、粗糙度和生產效率的提升。 4. 同一個靠模只能用于同一種凸輪軸， 因此只適用于單一品種生產， 否則就 需要重新?lián)Q靠模，不能實現(xiàn)柔性化，多品種生產。 現(xiàn)代的凸輪軸加工用數(shù)控磨削，具有如下特點： 1.

19、用一套數(shù)控裝置（目前世界上最新的是西門子 480D和FANAC210i）既 操縱工件主軸的無級變速旋轉和分度又操縱砂輪架按凸輪型面的升程數(shù)值 和降程數(shù)值的往復運動及橫向進給。 2. 工件主軸由NC裝置操縱的伺服電機驅動，實現(xiàn)無級變速傳動，不僅能 夠實現(xiàn)粗磨和精磨所需要的不同轉速，而且能夠實現(xiàn)工件主軸在每轉內按 凸輪不同曲線進行自動變速磨削。這能夠使凸輪型面上每一磨削點的線速 度，金屬切削量和磨削力差不多一致，對保證凸輪表面的磨削質量是專門 重要的。 3. 砂輪可實現(xiàn)高速、恒線速度磨削。如 480凸輪軸kopp磨床80m/s. 4. 具有較大的柔性。 CNC 裝置能夠存貯 20個凸輪輪廓數(shù)據(jù)和

20、9個磨削數(shù) 據(jù)。滿足了凸輪軸多品種變化的柔性生產需要。 5. 砂輪主軸采納內平穩(wěn)裝置，取代了往常的液力平穩(wěn)裝置和機械平穩(wěn)裝 置，平穩(wěn)精度高，砂輪幾乎不抖動，提升凸輪型面的磨削精度。 6. 采納金剛滾輪修整， 修整時采納聲速傳感器來操縱每次砂輪修整量，能 得到好的砂輪修整精度，同時每次砂輪修整后 NC 裝置能自動經歷并補償。 7. 采納 CBN 砂輪，剛換上的新砂輪與換下來廢砂輪之間半徑方向只有4. 5-5m m,從而保證凸輪型面的一致性。 七. 凸輪軸的化學處理 化學處理是將金屬置于一定化學介質中,通過化學反應在金屬表面生 成一種化學覆蓋層使獲得裝飾、耐蝕、絕緣等不同的性能?；瘜W處理一樣 有氧化處理和磷化處理。 磷化處理優(yōu)點： 1. 凸輪軸的凸輪一樣要通過磷化處理， 通過磷化處理后的凸輪在大氣中較 穩(wěn)固耐蝕性高于氧化處理，磷化后經重鉻酸鉀溶液填充浸油處理后，能進 一步提升耐蝕性。 2. 磷化膜孔隙多，具有專門強的吸附能力。 3. 具有潤滑性和減摩性。 4. 具有較高的絕緣性。 一樣經磷化處理后的凸輪， 在通過一段時刻磨合后， 在桃尖處磷化膜脫落變得錚亮，有利于凸輪和挺