裝配式凸輪軸加工工藝及其優(yōu)越性

1、0引言傳統(tǒng)制造整體式凸輪軸所用的加工設(shè)備和方法成本高;改進凸輪軸的制造工藝,提高生產(chǎn)效率,降低制造成本很有必要。裝配式凸輪軸是近20年來開發(fā)的新型內(nèi)燃機零件,它與鑄造或鍛造整體式的凸輪軸相比,具有質(zhì)量輕、加工成本低、材料利用合理等優(yōu)點;可將凸輪寬度減小,并排列緊湊,可以降低汽車的成本、減輕發(fā)動機質(zhì)量、提高發(fā)動機性能。目前,世界上許多汽車制造廠家越來越多地生產(chǎn)裝配式凸輪軸并用于高性能發(fā)動機上。因此,了解裝配式凸輪軸的生產(chǎn)工藝及應(yīng)用,對促進我國汽車產(chǎn)業(yè)向高精度、高效率、低成本、高柔性的方向發(fā)展具有重要意義1。1傳統(tǒng)整體式凸輪軸工藝流程及主要問題21.1傳統(tǒng)整體式凸輪軸的工藝流程毛坯毛坯檢查銑端面,

2、鉆中心孔,車軸頸粗磨軸頸鉆油道孔,擴鉸球座孔,擴螺紋底孔,攻絲,倒角,鉆軸頸油孔粗磨凸輪清洗凸輪表面淬火校直精磨軸頸精磨凸輪磁粉探傷精車止推面磷化拋光軸頸和止推面清洗檢測軸頸及跳動壓裝鋼球及定位銷。1.2傳統(tǒng)整體式凸輪軸存在的主要問題(1配氣機構(gòu)對凸輪軸各個部位的性能要求有很大不同:凸輪要求耐磨損、耐膠著、耐點蝕;軸頸要求滑動性能好;芯軸要求剛性、彎曲、扭轉(zhuǎn)性能好。傳統(tǒng)凸輪軸很難同時滿足上述要求,材料利用也不盡合理。(2傳統(tǒng)整體式鑄造或鍛造生產(chǎn)模式很難制造出凸輪密布排列的緊湊結(jié)構(gòu)。(3傳統(tǒng)方法制造凸輪軸需大量的機械加工工序,耗費大量的機械加工工時,機床、刀具、夾具、操作人員和作業(yè)面積方面較難有

3、新突破。(4傳統(tǒng)加工需對凸輪表面進行耐磨性強化處理(如鑄造凸輪軸的激冷、淬火或重熔,鍛造凸輪軸的表面滲碳淬火等,是對整體凸輪軸進行的并伴有的變形多數(shù)是用人工校直,費時費力不易保證精度。(5凸輪型面的機械加工較難進行,也是影響加工質(zhì)量的重要因素。傳統(tǒng)方法制造凸輪軸,不僅使大量材料變成廢屑,生產(chǎn)效率低、材料消耗與能源消耗大,自動化水平較低。在降低零件重量方面也難有作為。2 裝配式凸輪軸技術(shù)原理及連接方式3裝配式凸輪軸亦稱組合式輪軸,是將凸輪軸分解成凸輪、芯軸、軸頸等可裝配件(見圖1,分別進行材料優(yōu)化及精益加工后,再組裝成凸輪軸的新型組合設(shè)計與現(xiàn)代制造模式。裝配式凸輪軸采用芯軸和凸輪分體制造后連接成

4、一體;其連接方式主要為焊接式、燒結(jié)式、機械式;很少采用粘結(jié)劑粘接,是因其硬化時間較長及加工繁雜,對溫度、油及振動等環(huán)境都有要求。2.1焊接式連接為確保發(fā)動機對凸輪軸強度、剛度的要求,同時考慮可焊性及成本,一般選擇冷拔無縫碳鋼管作為芯軸。凸輪采用冷精鍛、熱模鍛、機械加工等方式生產(chǎn),但最佳選擇是冷精鍛。凸輪材料可選用碳鋼或鉻鉬合金,采用高頻淬火或滲碳處理。焊接前,采用熱套法將凸輪壓入芯軸上。為使凸輪較容易壓入,又不使凸輪表面滲碳層退火,裝配溫度可選為140。熱裝配后,采用焊接的方法將凸輪固定在軸上。焊接式連接凸輪軸主要用于高性能及大型柴油機上。凸輪軸的裝配在三軸自動裝配機上進行:先將芯軸一端夾緊于

5、裝配機上方夾頭上,將加熱的凸輪擺放于下方的回轉(zhuǎn)臺上。夾頭向下運行將凸輪套在芯軸所定的位置。熱套完成后,將凸輪軸作者簡介:賈毅朝,男,1962年生,太原理工大學(xué)在讀碩士研究生,講師。裝配式凸輪軸加工工藝及其優(yōu)越性賈毅朝1劉英林2張慧鵬1(1.山西運城學(xué)院機電系山西運城044000;2.太原理工大學(xué)機械工程學(xué)院山西太原030024【摘要】分析了傳統(tǒng)整體式凸輪軸及其加工工藝;闡述了裝配式凸輪軸的技術(shù)原理及其連接方法(主要包括機械式、燒結(jié)式、焊接式等;裝配式凸輪軸是發(fā)動機凸輪軸的新技術(shù),它與傳統(tǒng)整體式凸輪軸相比,具有質(zhì)量輕、加工成本低、材料利用合理等優(yōu)點?！娟P(guān)鍵詞】裝配式凸輪軸;加工工藝;連接方法【中

6、圖分類號】TH706【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A【文章編號】1003-773X (200704-0091-03圖1裝配式凸輪軸結(jié)構(gòu)簡圖第4期(總第97期機械管理開發(fā)2007年8月No.4(SUM No.97MECHANICAL MANAGEMENT AND DEVELOPMENTAug.200791擺放于特定的焊接臺上,由機械手進行焊接。2.2燒結(jié)式連接將芯軸放入粉末冶金凸輪中,然后送入燒結(jié)爐內(nèi),通過液態(tài)燒結(jié)擴散使凸輪與芯軸連接,加熱時間約為30min。燒結(jié)過程中有液相發(fā)生,燒結(jié)材料約有8%的收縮,這使燒結(jié)結(jié)構(gòu)更加致密,使與芯軸連接更加牢固。軸頸的連接可在凸輪連接的同時采用釬焊的方法連接。凸輪材料一般采用

7、Fe-C-P-Ni-Cr-Mo合金,它具有較強的耐磨損、耐膠著、耐點蝕的能力,芯軸為無縫冷拔碳鋼管。燒結(jié)式連接凸輪軸主要用于高性能OHC, OHV結(jié)構(gòu)發(fā)動機上。2.3機械式連接機械式連接分為熱套法、冷套法、液壓擴管法、機械擴管法、滾花法。機械式連接凸輪軸主要用于高性能OHC,OHV結(jié)構(gòu)發(fā)動機上。(1熱套法:熱套法是將過盈尺寸的凸輪加熱至150200,然后壓入軸上,實現(xiàn)過盈連接。(2冷套法:冷套法是將過盈尺寸的凸輪在室溫下壓入軸上,實現(xiàn)過盈連接。(3擴管法:擴管法加工分為液壓式和機械式,在常溫下進行。凸輪和芯軸連接前先進行熱處理。凸輪的位置由夾具決定,可保證凸輪的軸向誤差為±0.5mm

8、、相位角誤差為±0.5°。1整根鋼管液壓擴管法:先將凸輪預(yù)先套在鋼管上(二者為間隙配合,用夾具將凸輪定位。后在鋼管內(nèi)通液體加壓,使鋼管塑性擴脹,實現(xiàn)連接。軸頸也可通過鋼管變形直接由擴脹產(chǎn)生。為防止凸輪連接處及軸頸以外的部位膨脹,應(yīng)在此部位附加限脹工裝,以保證鋼管僅在凸輪連接處及軸頸部位產(chǎn)生擴脹變形。2局部鋼管液壓擴管法:將鋼管需要擴管與不需要擴管的部位用密封裝置間隔開,然后通過液體加壓方式使僅需擴管部位產(chǎn)生擴脹變形,實現(xiàn)鋼管與凸輪的連接。3機械擴管法:將凸輪預(yù)先套在鋼管上(二者為間隙配合并用夾具固定,然后將帶拉頭的拉桿在鋼管內(nèi)拉過,使鋼管產(chǎn)生塑性擴脹變形,實現(xiàn)連接。(4滾花

9、法:滾花法是在芯軸表面采用機械加工方法做預(yù)處理,后將凸輪在常溫下壓入軸上,實現(xiàn)牢固連接。3裝配式凸輪軸加工工藝流程及優(yōu)勢4校直加工端面中心孔、螺紋孔、驅(qū)動孔車軸頸、凸輪毛坯、前止端面及導(dǎo)向輪轂?zāi)ポS頸及導(dǎo)向輪轂滾齒壓銷子磨凸輪凸輪淬火去毛刺校直軸頸凸輪軸頸及凸輪拋光清洗綜合檢測。與傳統(tǒng)凸輪軸加工方法相比,裝配式凸輪軸加工的優(yōu)勢見表1。4結(jié)束語裝配式凸輪軸構(gòu)思新穎,加工方便經(jīng)濟性好,突破了以往凸輪軸設(shè)計及制造理念的局限,是對凸輪軸傳統(tǒng)設(shè)計與制造技術(shù)的一次變革,屬于新型生產(chǎn)技術(shù)。裝配式凸輪軸越來越受到人們的關(guān)注,裝配式凸輪軸在減輕重量、降低生產(chǎn)成本、大幅度節(jié)省凸輪輪廓加工工序及精加工設(shè)備方面具有傳統(tǒng)

10、凸輪軸及其加工方法無法比擬的優(yōu)勢,并且具有凸輪工作型面隨意、凸輪軸結(jié)構(gòu)形式隨意、材料分體優(yōu)化選擇、整體剛性及強度高、柔性加工、敏捷制造等顯著優(yōu)點5。裝配式凸輪軸的加工技術(shù)符合精益生產(chǎn)原則,是高精度、高效率、低成本、高柔性的先進生產(chǎn)技術(shù),是凸輪軸制造技術(shù)的發(fā)展和升級,是實現(xiàn)創(chuàng)新跨越的關(guān)鍵。在大力提倡環(huán)境保護、開發(fā)低能耗、無污染發(fā)動機,并使其達(dá)到成本低、輕型化的今天,裝配式凸輪軸以其相應(yīng)優(yōu)勢,可以廣泛用于汽車、鐵路、船舶發(fā)動機領(lǐng)域,發(fā)展前景十分廣闊。參考文獻(xiàn)1沈捷.凸輪軸制造工藝的新發(fā)展J.世界制造技術(shù)與裝備市場,2002(6:27.2張弛,楊慎華,寇淑清.裝配式凸輪軸生產(chǎn)工藝及應(yīng)用J.汽車技術(shù),

11、2004(1:3234.3寇淑清,楊慎華,趙勇,等.發(fā)動機裝配式凸輪軸極具競爭力的新技術(shù)J.中國機械工程,2004,15(6:474477. 4Muller H et al.Thermal Shrink Fit Process for CompositeCamshafts.Automot Engineering:1997,105(9.5上海通用汽車有限公司.2005汽車發(fā)動機工藝與裝備(第十二屆國際研討會系列(三/裝配式凸輪軸制造工藝J.汽車與配件,2006(3:1820.(收稿日期:2007-05-22比較項目裝配式凸輪軸經(jīng)濟性整體式凸輪軸經(jīng)濟性工藝流程只有半精加工和精加工,工藝流程簡單、設(shè)

12、備少+有粗加工、半精加工、精加工,設(shè)備多-加工余量加工余量少,只精磨主軸頸和凸輪+加工余量大,需粗磨、半精磨、精磨主軸頸和凸輪-柔性化工藝簡單,采用CNC加工中心、車床、磨床集中式加工,具有較高的柔性化+加工工藝程序多,多用自動線多工位方式,柔性化程度低-設(shè)備投資根據(jù)預(yù)期產(chǎn)量規(guī)模分期實施,逐步擴展,分期投資,可降低投資風(fēng)險+采用自動線,設(shè)備數(shù)和工位數(shù)多,初期投資較大,也不便于產(chǎn)能的擴大-生產(chǎn)占地面積較少場地+較多場地-生產(chǎn)在本由于采用粉末冶金等材料,加工余量少,減少生產(chǎn)成本,料廢率較低+多次磨削不僅使設(shè)備投資大,也使也具成本大-毛坯成本各組裝件加工作余量控制嚴(yán)格,精度較高,所以毛坯成本較省-毛

13、坯件成本較低+產(chǎn)品性能凸輪軸總重量減輕30%50%,強度高,改善發(fā)動機性能+表1裝配式凸輪軸與整體式凸輪軸的優(yōu)越性比較表(下轉(zhuǎn)第94頁921.6效果確認(rèn)(12006年11月底三級站抽查結(jié)果為“小盒玻璃紙皺”在不合格中的比率由原來的61%下降至13%,下降了48%。(210月、11月工序檢得分分別為98.5、99.3比活動前8月、9月得分97.0、97.5有了明顯提高,說明車間產(chǎn)品合格率上升趨勢,達(dá)到了預(yù)定目標(biāo)。2結(jié)論2.1效益通過全面質(zhì)量管理PDCA 循環(huán),明顯提高了產(chǎn)品質(zhì)量,直接經(jīng)濟效益不可計算,但從提高產(chǎn)品信譽,減少次品,降低消耗,節(jié)約成本等方面,創(chuàng)造的效益是很大的。2.2鞏固措施課題經(jīng)過

14、PDCA 循環(huán),初見成效,因此及時地總結(jié)經(jīng)驗,通過鑒定卷包車間的生產(chǎn)活動列入日常標(biāo)準(zhǔn)化工作中,進一步鞏固成果,并從2007年1月開始執(zhí)行。(1日常設(shè)備維修工作程序納入標(biāo)準(zhǔn)化管理,并與經(jīng)濟責(zé)任制掛鉤。(2設(shè)備檢修工作程序納入標(biāo)準(zhǔn)化,并與經(jīng)濟考核掛鉤。(3車速控制在375包/min 385包/min 范圍內(nèi)。(4車間質(zhì)量分析會每周三召開一次,及時反饋相關(guān)信息。把質(zhì)量隱患問題解決在萌芽狀態(tài)。(5質(zhì)量管理制度化,加大考核力度,獎罰分明,開展質(zhì)量競賽。2.3遺留問題及下步打算“小盒玻璃紙皺”是煙草產(chǎn)品質(zhì)量的共性問題,為更好的攻克這一難關(guān),還要解決以下問題:(1設(shè)備修理工技術(shù)水平參差不齊,對穩(wěn)步提高產(chǎn)品質(zhì)

15、量有一定影響,有待進一步采取相關(guān)措施。(2質(zhì)量管理和質(zhì)量攻關(guān)活動,要堅持不懈地開展下去,為企業(yè)創(chuàng)優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品、創(chuàng)名牌產(chǎn)品,奠定基礎(chǔ)。(收稿日期:2007-05-22Production Process and Advantages of Assembled CamshaftsJia Yichao Liu YinglinZhang Huipeng(1.College of Mechanical an Eletrical Engineering of Yuncheng University,Yuncheng 044000;2.College of Mechanical Engineering,Taiy

16、uan University of Technology,Taiyuan 030024,Shanxi,ChinaAbstract The assembled camshaft is a new technology in engine camshaft production.Compared with traditionalforged or casting camshafts,assembled camshafts have advantages of lighter mass,lower machining cost and better utilization of materials.

17、In the paper,the conventional camshafts as well as production techniques are analyzed,the principle and advantages of the assembled camshafts are discussed,There are three main connecting methods,including of welding,sintering and mechanical connecting.Key words Assembled camshafts;Production proces

18、s;Connecting methodsVigorously Promote Equipment Maintenance to Improve ProcedureInspection QualityLi HuijuanWang Jianhu(Shanxi Kunming Tobacco Co.,Ltd.Taiyuan 030012,Shanxi,ChinaAbstract This proposition is proceeded by means of worksite investigation for unqualified product and statisticanalysis to establish proposition target,mainly grasp equipment maintenance quality combined with the execution of the correspondent management system to improve procedure inspection score.This proposition is carried out through actualities survey etc.si