发动机凸轮轴的铸造工艺及机械加工工艺研究

发动机凸轮轴的铸造工艺及机械加工工艺研究

摘要：发动机是汽车、摩托车、内燃机的核心关键部位，没有了发动机，动力也就失去了来源，而凸轮轴又是发动机的核心零部件，凸轮轴的性能和质量决定着发动机的整机性能。本文通过发动机凸轮轴的铸造工艺、机械加工工艺的过程和控制方法，结合制造业的工厂实际，对汽车发动机的凸轮轴铸造工艺及凸轮轴加工工艺深入分析研究。

关键词：发动机；凸轮轴；铸造；加工；研究

1.发动机凸轮轴铸造工艺研究

1.1发动机的凸轮轴感应加热淬火铸铁

发动机的凸轮轴毛坯在铸态感应加热淬火过程中，就是把工件放入到感应器中，通过一次通电加热，喷淋介质冷却淬火。淬火后必须要有一定的余热，这样可以更好的利用余热回火，避免淬火的应力。通常控制方法有两种，一种是通过改变淬火介质的浓度来实现的，另一种是通过调整工件在淬火介质中的时间。发动机的凸轮轴感应加热淬火铸铁的优点是，铸造的设备相对简单，安装可靠，自动化的程度相对高，方便批量生产，并且淬火的质量稳定。但是其也有自身的缺点，淬火硬度不是很高，并且凸轮轴变形较大，不适合长凸轮轴的铸造。

1.2发动机的凸轮轴毛坯材料为冷激铸铁

发动机的凸轮轴毛坯材料为冷激铸铁的工艺方法，首先在铸造时，必须在发动机的凸轮轴模具内放置冷铁，再浇铸后使其凸轮急速冷却，以便凸轮轴迅速的凝固，在凸轮轴的表面形成莱氏体的硬化层。这样可以使发动机凸轮轴表面的洛氏硬度有50度，进而使得凸轮轴有良好的耐磨性。这种方法的优点是，避免了发动机凸轮轴热处理过程，不仅节约了能源，使得发动机凸轮铸造加工一次成形，而且还可以提高发动机凸轮轴的硬度和耐磨性，让凸轮轴的组织结构均匀。但是这种方法也有自身的缺点，其缺点是在铸造过程中要人工来放置冷铁，这就使得劳动强度相对较大。

1.3发动机的凸轮轴离子氮化加工法

发动机的凸轮轴离子渗氮是一种能够强化金属表面的化学热处理方法，这种方法被广泛适用到了铸铁、合金钢、碳钢等。发动机的凸轮轴在经过离子渗氮处理以后，能够明显的提高材料表面的硬度，让发动机的凸轮轴可以有很高的耐磨性、疲劳强度，以及抗蚀能力和抗烧伤性等。这种方法的优点，可以渗氮速度很快，并且渗氮层组织很容易控制，对环境也没有污染，还能够节约能源，不易变形等。但是这种方法也有自身的不足，对于那些不同形状、尺寸以及不同材料的零件来进行混合装炉渗氮时，必须要把各零件温度均匀一致是非常困难的。而且准确测定零件的温度是非常困难的，离子渗氮设备还非常复杂，价格也相对昂贵。

2.发动机凸轮轴机械加工工艺研究

2.1发动机凸轮轴加工阶段的工序的安排

在发动机凸轮轴的加工阶段首先要进行粗加工阶段，在粗加工完成后进入到半精加工阶段，再到精加工的阶段，最后到光整、精整加工的阶段，也就是完工的阶段。发动机凸轮轴工序顺序安排是先车，再进行粗磨，再进行精磨——抛光，加工工序从粗到精，其工序从主要表面和次要表面的加工工序来不断的交叉进行，其中要把淬火的工序在各主要表面半精加工之前来进行，以此来防止工件在淬火以后而变形引起精加工的困难。

2.2发动机凸轮轴的主要表面加工

首先要对发动机凸轮形面的粗加工，传统粗加工方法是利用模车床及和液压仿形凸轮铣床，对发动机凸轮轴铣削后的形状与尺寸精度都要优于车削，这样就可以对其直接进行精磨。进行大量生产发动机凸轮轴毛坯都是用精锻或者是精铸来成形，其毛坯的精度是非常高的，用于加工的余量比较小，目前很多的厂家都会采用以磨代车的新工艺来进行加工，这样在很大程度上较少了发动机凸轮形面加工的工作量。像那些棒料的毛坯，因为其余量比较大，在发达国家很多的厂家都会采用CNC 凸轮铣床，另外还有的厂家常采用先进的多刀仿形单靠模车削方法来进行加工，如图一所示。

图一：多刀仿形单靠模车削a）车刀b）工具的安装

其次在进行发动机凸轮形面精加工时，要采用立方氮化硼砂轮来进行数控发动机凸轮轴磨床，之后在进行多片砂轮高强度砂轮通过高速的磨削，之后再通过测量、自动补偿和自动修整等装置来进行处理。

2.3对发动机凸轮支撑轴颈的磨削

支撑轴颈的磨削的可以通过多砂轮磨床或者是无心磨床来进行，这些设备能够高效率、准确地磨削凸轮轴支撑轴颈。有的企业在进行凸轮轴的轴颈和桃形精磨后还要进行对其抛光，这些都和曲轴超精加工工艺大题相同。

2.4对发动机凸轮轴进行自动校直

发动机凸轮轴钢料在进行冷、热加工工艺进行处理后，都会使其形状发生弯曲，必须要经过校直后才能后继工艺的加工。一般的都是由传统工艺来对其进行校直，通常的校直工艺是压床人工校直，但是由于传统的校直方法在矫枉过正过程中要多次反复进行，因此会损害零件强度。但是目前的校直工艺自动校直是由传感器测出凸轮轴的弯曲度，再向校直压头控制器发出相应的指令，来凸轮轴运用最适当校直压程来对其进行校直，这种校直方法只需要对零件进行一次校直就可以达到校直的要求，并且所用的工时小，校直的准确性高，成本低。

3.结语：

通过对凸轮轴加工特点的分析，并详细分析了凸轮轴的工艺的重点和难点，并对加工工艺进行了优化设计，进而来保障凸轮轴的加工质量，而凸轮轴的性能和质量决定着发动机的整机性能。本文通过研究发动机凸轮轴的铸造工艺、机械加工工艺的过程和控制方法，结合制造业的工厂实际，对发动机凸轮轴制造工艺、设备以及检测进行了深入分析研究。

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