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(jīng)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(qiáng) 度、耐磨性、抗氧化性、減震性及較小的缺口敏 感性。球墨鑄鐵的凸輪軸一般用在單缸內(nèi)燃機(jī)上，如 S195柴油機(jī)，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

2、元素。從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般用于 高轉(zhuǎn)速凸輪軸。如CAC480凸輪軸，凸輪軸整體 硬度 HB263-311。冷激鑄鐵：一般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)，而具有承受較大的彎 曲與接觸應(yīng)力，要求材料表面層抗磨且高的強(qiáng) 度，心部仍有一定的韌性。目前國內(nèi)所用的冷激 鑄鐵主要有兩大類：鉻、鉬、銅冷激鑄鐵和鉻、 鉬、鎳?yán)浼よT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HRC452,目 前，國內(nèi)冷激鑄鐵的硬度在 HRC47左右。中碳鋼：一

3、般用于大型發(fā)動機(jī)凸輪軸。如：6102 發(fā)動機(jī)采用模鍛鍛造成型，也有一部分用于摩托 凸輪軸，成型較簡單。模鍛后一般要進(jìn)行退火處 理以便于機(jī)械加工。凸輪軸加工的典型工藝一. 凸輪軸軸頸粗加工采用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。貫穿式無心磨削一般用于單砂 輪，它的導(dǎo)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，一般砂輪被修整 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(dǎo)輪為多 片盤狀組合而成，工件不能沿軸向移動，無論是 哪一種磨削方式，工件的中心都高于砂輪和導(dǎo)輪

4、的中心，一般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(dá)3.5mm單件磨削時間 18s，單件工時25s。用無心磨床加工凸輪軸是 一種新穎、獨特的新工藝，新方法，但又存在一 定的局限性，特別是不易磨削軸肩和端面，一般 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(chǎn)，若要更換所加工的凸輪軸品種， 就要更換導(dǎo)輪和砂輪，各砂輪間距需重新調(diào)整。 切入式無心磨床的修整一般采用單顆粒金剛石 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

5、度為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(zhǔn)，在銑端 面時，一般只限定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(chǎn)品設(shè)計中，該面應(yīng)提 出具體要求）。目前普遍采用的是自定心定位夾 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(zhǔn)尺寸和整個凸輪軸長度， 鑒于凸輪 軸皮帶輪軸頸尺寸較小，鉆中心孔時一般選用 B5中心鉆，鉆后的孔深用 © 10鋼球輔助檢查， 保證球頂?shù)胶蠖嗣娉叽绾?鋼球頂部之間的距 離，這樣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(zhì) 中，用適當(dāng)方式進(jìn)

6、行加熱、保溫和冷卻，使之獲 得人們所需要的力學(xué)或工藝性能的工藝方法。熱處理分類：一般熱處理、化學(xué)熱處理、表面熱 處理球墨鑄鐵凸輪軸一般都是等溫淬火。冷卻介質(zhì)為 10號、20號錠子油鹽浴或堿浴，淬火后經(jīng) 140°C-25O°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般采用中頻淬火： 淬火 頻率1000-10000Hz, 般選用7000Hz也就是感 應(yīng)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(yīng)，使凸輪由 外層向內(nèi)加熱、升溫，使表層一定深度組織轉(zhuǎn)變 成奧氏體，而后迅速淬硬的工藝，目前480凸輪 軸采用自

7、然回火的方法，其凸輪表面組織為針狀 馬氏體。凸輪軸經(jīng)表面熱處理：可較大地提高零件的扭轉(zhuǎn) 和彎曲疲勞強(qiáng)度和表面的耐磨性。感應(yīng)加熱淬火變形小、節(jié)能、成本低、勞動生產(chǎn) 率高、淬火機(jī)可放在冷加工生產(chǎn)線上，便于生產(chǎn) 管理。480凸輪軸中頻淬火機(jī)在感應(yīng)加熱時，要對電源、 變壓器、感應(yīng)線圈進(jìn)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(jī)床本身達(dá)不到要求，必須在 機(jī)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(jī)械加工中L/D>5時的孔加工可稱為深孔加 工，用普通麻花鉆鉆深孔時有以下困難。1.

8、鉆頭細(xì)長。剛性差，加工時鉆頭易彎曲和振動, 難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(jìn)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(kuò)孔、套料3種，而以在實心料上鉆孔用得最多， 如480凸輪所用的深孔都是由槍鉆經(jīng)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，一般適用于加工© 2- © 20mn孔，L/D>100、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©

9、; 2- © 6mn深孔加工的唯一辦法。槍鉆帶有 V 形切削刃和一個切削液孔的鉆頭、 鉆桿、及適用 于某專用設(shè)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(nèi)， 進(jìn)行冷卻、潤 滑并幫助排屑，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(zhì)合金，采 用焊接式結(jié)構(gòu)。切削用量一般為 0.06-0.1mm/r， 為了更好地控制刀具的破損程度，刀具采用徑向 負(fù)荷反饋，一旦刀具切削力達(dá)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，從而避免 槍鉆折斷，提高刀具的使用壽命。磨鈍后的刀具 換下，再重新進(jìn)行刃磨后方可使用。凸輪軸深孔加工冷卻液一般用錠子油， 雖然油的

10、 冷卻效果比乳化液差，但油的潤滑效果比冷卻液 要好得多。五、主軸頸快速點磨加工與 CBN砂輪快速點磨是德國勇克公司開發(fā)出來的一種先進(jìn) 的外圓高效磨削新工藝，該機(jī)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(zhuǎn)，通過頂尖和凸輪軸中心孔的摩擦 來驅(qū)動工件運(yùn)動，可以實現(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?？焖冱c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不會因此而發(fā)生變化，磨削 端面時，砂輪可傾斜土 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(dǎo)熱性，其導(dǎo)熱率是硬質(zhì)合金的 13倍，銅的3倍,

11、另外CBNM有遠(yuǎn)優(yōu)于金剛石的 熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性（金剛石與鐵簇元素易產(chǎn) 生親和作用），可耐13001500的高溫,并且與 鐵簇元素有很大的化學(xué)惰性，CBN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(qiáng)度和其它物理 性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于剛玉等系列磨料。在進(jìn)行磨削過程 中CBN自身磨損非常少，在大批量生產(chǎn)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(nèi)磨削溫度較低，可避免在磨 削的彈性變形階段工件所產(chǎn)生的裂紋和磨削燒 傷等現(xiàn)象的出現(xiàn)。CBN具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性與耐

12、熱性，與碳在 2000 C時才起反應(yīng)，在高溫下易與水產(chǎn)生反應(yīng)。 砂輪的耐用度高，機(jī)床的使用率可達(dá) 97%以上， 與一般砂輪磨削相比，可提高功效 600%-700% 當(dāng)砂輪在寬度方向的磨損量占砂輪寬度的 80%寸 便對砂輪進(jìn)行修整，砂輪每次修整量為0.006mm， 共分3部進(jìn)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，還可以防止凸輪軸的軸頸 表面氧化，防止磨削完后的工件表面生銹。磨削 液的供給是采用

13、噴射法提供的冷卻液， 冷卻較充 分，可使砂輪的壽命提高一倍，金屬切除率提高 一倍以上，同時采用冷卻液反沖的方法，沖洗砂 輪表面，防止砂輪堵塞，使CBN顆粒始終以鋒利 的狀態(tài)對工件進(jìn)行切削，再加上 CBN粒度較小， 凸輪軸軸頸單位面積上參加切削的磨粒比一般 砂輪要多，軸頸在被切削時所產(chǎn)生的彈性摩擦和 變形階段均較小，因此產(chǎn)生的彈性變形和塑性變 形均較小，提高了表面粗糙度，防止表面產(chǎn)生磨 削燒傷和因磨粒因素而引起的裂紋。 在磨粒切削 階段，對產(chǎn)生的熱應(yīng)力和變形應(yīng)力均較小。 由于磨削速度很高，磨削熱量來不及傳入工件的 深處，瞬時聚集在凸輪軸很薄的表層，形成切屑 被帶走。磨粒切削點的溫度達(dá)1000 C

14、以上，而內(nèi) 部只有幾十度 選用CBN砂輪磨削，磨粒鋒利，磨削力小，故磨 削區(qū)發(fā)熱量少CBN顯微硬度7300 9000HV 抗彎強(qiáng)度300MPa 抗壓強(qiáng)度800-1000MPa、熱穩(wěn)定性1250 C-1350 C應(yīng)用聲音傳感器嚴(yán)格限制砂輪和金剛滾輪間的 距離，主要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(jìn)給時，傳感器測頭與砂輪 間形成一小的縫隙，砂輪高速旋轉(zhuǎn)壓縮砂輪周圍 的空氣，根據(jù)空氣流通的通道大小不同，所產(chǎn)生 的氣阻聲音大小不一樣，從而判斷傳感器和砂輪 間的縫隙而做出反饋，一旦砂輪和金剛滾輪產(chǎn)生 接觸，修整器自動修整砂輪，而聲音傳感器能根 據(jù)聲音尖銳響聲大小來判斷砂輪修整的正確性

15、。 與樹脂類結(jié)合劑相比，陶瓷結(jié)合劑化學(xué)性能穩(wěn) 定，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，熱膨脹系數(shù)小，強(qiáng)度 較高，能保持好CBN勺幾何形狀，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并且是粘附在剛性鋼 盤上，剛性較好。工件轉(zhuǎn)速與砂輪轉(zhuǎn)速的比為:40/8000 無進(jìn)給磨削即光磨，可提高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(xì)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(dá)到要求的幾何形狀和精度，砂輪的幾何 形狀采用數(shù)控插補(bǔ)法進(jìn)行，修銳是除去磨粒間的 結(jié)合劑，使磨粒

16、露出結(jié)合劑一定高度，形成切削 刃，磨粒間空隙以容納切屑。金剛石滾輪磨削修整的特點：生產(chǎn)率高：以切入 法進(jìn)行修整，修整時間僅需2-10秒，可在進(jìn)行 凸輪軸更換工件時進(jìn)行修整，不耽誤生產(chǎn)節(jié)拍， 同時由于金剛滾輪的壽命長，修整時間短，大大 縮短了輔助時間，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(zhì)量也較好。 礦物油冷卻液的主要成份是輕質(zhì)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，以提高礦 物油在低溫低壓時的滲透和潤滑效果。礦物油的 供給方法是噴射法，這樣，可以提高供液壓力， 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

17、高速旋轉(zhuǎn)的氣流，使磨削液能 有效的進(jìn)入磨削區(qū)，改善磨削效果。由于砂輪的 氣孔小，磨削液必須經(jīng)過精密過濾。由于磨削過 程所產(chǎn)生的磨屑和砂粒等雜質(zhì)在磨削液中不斷 增加，以至磨削液變臟變臭，不僅影響磨削工件的質(zhì)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(zhì)過濾。六、凸輪的加工傳統(tǒng)的凸輪加工采用靠模加工，一般來講，第廠 進(jìn)、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，這種加工其實就是仿形加 工，母靠模的加工誤差也會復(fù)映到加工的成品凸 輪上。具體來說，有以下缺陷。1. 砂輪的利用率也較低，以現(xiàn)生產(chǎn)的480凸輪軸 為例，靠模機(jī)床砂輪線速度為 60m/s，剛換上的 砂輪直徑為©

18、 760mm但使用到© 710mn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© 760mr磨損到© 710mn凸輪型面誤差為 ± 0.015mm.2. 工件頭架電架為雙速電機(jī)，凸輪軸只能用固定 轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)、凸輪型面上多個磨削點的線速度不一 樣，磨削時單位時間的切除量和磨削力不一樣， 導(dǎo)致凸輪型面加工產(chǎn)生誤差，且容易產(chǎn)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 0.012mm3. 工件支承在裝有尾架、中心架的搖架上，搖架 機(jī)構(gòu)往復(fù)擺動勢頭影響凸輪型面精度、粗糙度和 生產(chǎn)效率的提高。4. 同一個靠模只能

19、用于同一種凸輪軸，因此只適 用于單一品種生產(chǎn)，否則就需要重新?lián)Q靠模，不 能實現(xiàn)柔性化，多品種生產(chǎn)。現(xiàn)代的凸輪軸加工用數(shù)控磨削，具有如下特點：1. 用一套數(shù)控裝置（目前世界上最新的是西門 子480D和FANAC210）既控制工件主軸的無級 變速旋轉(zhuǎn)和分度又控制砂輪架按凸輪型面的升 程數(shù)值和降程數(shù)值的往復(fù)運(yùn)動及橫向進(jìn)給。2. 工件主軸由NC裝置控制的伺服電機(jī)驅(qū)動， 實現(xiàn)無級變速傳動，不僅可以實現(xiàn)粗磨和精磨所 需要的不同轉(zhuǎn)速，而且可以實現(xiàn)工件主軸在每轉(zhuǎn) 內(nèi)按凸輪不同曲線進(jìn)行自動變速磨削。 這可以使 凸輪型面上每一磨削點的線速度，金屬切削量和 磨削力基本一致，對保證凸輪表面的磨削質(zhì)量是 非常重要的。3

20、. 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裝置可以存貯20個 凸輪輪廓數(shù)據(jù)和9個磨削數(shù)據(jù)。滿足了凸輪軸多 品種變化的柔性生產(chǎn)需要。5. 砂輪主軸采用內(nèi)平衡裝置，取代了以前的液 力平衡裝置和機(jī)械平衡裝置，平衡精度高，砂輪 幾乎不抖動，提高凸輪型面的磨削精度。6. 采用金剛滾輪修整，修整時采用聲速傳感器 來控制每次砂輪修整量，能得到好的砂輪修整精 度，并且每次砂輪修整后 NC裝置能自動記憶并 補(bǔ)償。7. 采用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4.5-5mm,從而保證凸輪 型面的一致性。七. 凸輪軸的化學(xué)處理編輯本段 化學(xué)處理是將金屬置于一定化學(xué)介質(zhì)中，通過化 學(xué)反應(yīng)在金屬表面生成一種化學(xué)覆蓋層使獲得 裝飾、耐蝕、絕緣等不同的性能?；瘜W(xué)處理一般 有氧化處理和磷化處理。磷化處理優(yōu)點：1. 凸輪軸的凸輪一般要經(jīng)過磷化處理，經(jīng)過磷 化處理后的凸輪在大氣中較穩(wěn)定耐蝕性高于氧 化處理，磷化后經(jīng)重鉻酸鉀溶液填充浸油處理后，能進(jìn)一步提咼耐蝕性。2. 磷化膜孔隙多，具有很強(qiáng)的吸附能力。3. 具有潤滑性和減摩性。4. 具有較高的絕緣性。一般經(jīng)磷化處理后的凸 輪，在經(jīng)過一段時間磨合后，在桃尖處磷化膜脫 落變得錚亮，有利于