整體式凸輪軸加工工藝包括粗加工、半精加工和精加工。目前，大部分發(fā)動機(jī)制造企業(yè)都采用整體式凸輪軸，其材料有的采用中碳低合金鍛鋼(經(jīng)高頻淬火)，有的采用球墨鑄鐵。生產(chǎn)中采用自動線多工位機(jī)床，設(shè)備投資較大，生產(chǎn)線占地面積多，生產(chǎn)成本較高。而裝配式凸輪軸只需半精加工和精加工，凸輪、齒輪、軸套可采用不同的材料，因此產(chǎn)品質(zhì)量可減輕30％~50％；可柔性化生產(chǎn)，設(shè)備投資小，生產(chǎn)線占地面積少，生產(chǎn)成本較低。
裝配式凸輪軸工藝流程為校直→加工兩端面中心孔、螺紋孔、驅(qū)動孔(2臺加工中心并行加工)→車軸頸、齒輪毛坯、前止端面及導(dǎo)向輪轂→磨軸頸及導(dǎo)向輪轂→滾齒→壓銷→磨凸輪(3臺磨床并行加工)→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。
裝配式凸輪軸內(nèi)凸輪、軸套、偏心環(huán)、齒輪等零部件先后聯(lián)成完整凸輪軸。裝配過程是人工將所有凸輪軸組裝。部件包括凸輪、主軸頸、齒坯放到安裝上料盒中，鋼管穿到各部件孔中，在安裝上料盒中進(jìn)行初定位。啟動設(shè)備后，該上料盒進(jìn)入設(shè)備中，首先用工裝測頭進(jìn)行部件到位檢測，并驗證凸輪放置位置是否正確。驗證通過后，使用機(jī)械手將凸輪軸上料到凸輪軸壓球工位，然后各部件定位塊啟動以精確定位凸輪、軸頸、齒輪。到位后同時夾緊各部件，并伸出頂桿將直徑超過管子內(nèi)徑的鋼球穿過整個鋼管內(nèi)徑，鋼管外的凸輪軸部件在受到鋼管膨脹伸展作用力下和鋼管相互彈性變形最終形成裝配式凸輪軸，這種凸輪軸組合工藝稱為管內(nèi)滾壓擴(kuò)張法。
2 凸輪軸裝配工藝方法
2．1 熱套法
常溫下，外部零件的孔和內(nèi)部鋼管的外徑之間有過盈，裝配之前先對外部零件(凸輪、軸套)進(jìn)行加熱，對內(nèi)部鋼管進(jìn)行冷卻，借以消除過盈。這種工藝方法在短暫時間內(nèi)完成聯(lián)接過程，在軸向尺寸和角度位置方面都有很高精度。
2．2 內(nèi)部高壓成形法(IHU)
已經(jīng)淬硬的凸輪圈與利用內(nèi)部的高壓力，使鋼管變形形成軸向聯(lián)接。通過在凸輪旁將鋼管材料往外壓出1／10 mm左右而達(dá)到凸輪的軸向定位。這種IHU工藝制成的裝配式凸輪軸已成功應(yīng)用在奧迪公司2003年投入批量生產(chǎn)的V6TDI轎車柴油機(jī)中。IHU裝配式凸輪軸是由壁厚為2．5 mm或3．0 mm精密鋼管上安裝等溫淬火的凸輪和鋼管堵頭組成。
整個周長上等壁厚的凸輪被置入一臺專門的設(shè)備中，這臺設(shè)備可保證軸向?qū)?zhǔn)凸輪中心線和凸輪轉(zhuǎn)角位置。鋼管穿過如此定位好的凸輪推入，一臺真空抓取機(jī)將預(yù)先定位好的各個零件放到帶IHU工具的液壓機(jī)上，IHU工具的模腔形狀正好與制好的毛坯軸的外形輪廓相一致。將液體介質(zhì)注入管內(nèi)后，鋼管兩端用軸向塞頭封死。通過將管內(nèi)壓力提高，使整個鋼管發(fā)生塑性變形，直到貼合在IHU工具上。此時，鋼管和凸輪之間接產(chǎn)生了力聯(lián)接和形狀聯(lián)接。
2．3 管內(nèi)滾壓擴(kuò)張法
利用滑動滾壓原理使得薄壁鋼管在帶孔的外部零件中發(fā)生局部的擴(kuò)張。可以利用帶有滾壓過盈量，穿過內(nèi)管的滾壓工具，使內(nèi)管發(fā)生塑性擴(kuò)張。上海通用汽車有限公司發(fā)動機(jī)裝配式凸輪軸就采用鋼球在鋼管內(nèi)部擴(kuò)張方式。
2．4 凸輪壓力套裝定位法
這種工藝首次在鋼管外面滾壓加工出圓周方向的槽子，凸輪的孔內(nèi)加工出軸向的線槽，然后從軸向?qū)⒓庸ず玫耐馆喬咨箱摴懿⑼迫?，由于鋼管外徑和凸輪孔之間有過盈，所以當(dāng)凸輪推入到鋼管上面以后就會發(fā)生塑性變形，鋼管表面和凸輪孔都有一些錐度，推入之后非常牢固。蒂森克虜伯集團(tuán)在大連的裝配式凸輪軸的裝配工藝就是采取這種方法。
3 裝配式凸輪軸制造工藝特點
a．省略了毛坯件粗加工，工藝流程簡單。裝配式凸輪軸的各個零件加工余量小，精度高，不像整體式凸輪軸要從毛坯件(鑄件或鍛件)開始進(jìn)行大量的毛坯粗加工和繁雜的工藝后，才能達(dá)到所要求的形狀。裝配式凸輪軸只需要在裝配后進(jìn)行半精加工和精加工，從而縮短了整個工藝流程。
b．加工余量小，便于高效率生產(chǎn)。各凸輪采用精鑄部件，因而加工余量小。設(shè)備加工單件時間短，產(chǎn)能高，有利于規(guī)?；a(chǎn)。如凸輪按最終形狀精鑄，減少了磨削余量，從而縮短了磨削時間。
c．不同的零件可使用不同的材料，以提高產(chǎn)品性能和加工性能。發(fā)動機(jī)對不同零件(軸套、凸輪、齒輪)有著不同的性能要求，裝配式凸輪軸可在不同零件上采用不同材料。如凸輪采用粉末冶金或鑄鋼，凸輪軸采用冷拔鋼管。這不僅有利于優(yōu)化產(chǎn)品性能，也有利于改善凸輪軸加工性能和優(yōu)化成本。
d．適應(yīng)產(chǎn)品多品種柔性化要求。通過更換不同的軸頸和磨削不同的凸輪型線即可生產(chǎn)出多品種的凸輪軸。該系列產(chǎn)品的基本參數(shù)是一致的，包括軸頸、凸輪基圓半徑、鋼管直徑、軸方向、長度間距等，生產(chǎn)線只需通過更換安裝盒中的軸頸模具和切換磨床程序即可。
4 裝配式凸輪軸加工工藝發(fā)展方向
a．柔性化的生產(chǎn)線布局。生產(chǎn)線布置采用單元自動化模塊。單元內(nèi)有龍門架式機(jī)械手上、下料，在瓶頸單元內(nèi)預(yù)留位置便于擴(kuò)展。單元問輸送可采用自動化或人工運(yùn)輸，這樣有利于生產(chǎn)線開動率的提高。
b．柔性化的產(chǎn)品。凸輪軸的材料和結(jié)構(gòu)可根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計需要靈活變化，以更多地滿足市場要求，通過軸頸和凸輪型線的變化提供多品種產(chǎn)品。
c．高速磨削、高速磨削CBN(氮化硼)工具的使用。可以大幅度提高磨削效率，減少設(shè)備使用臺數(shù)。磨削力小，零件加工精度高，工件表面粗糙度降低。砂輪壽命延長，生產(chǎn)成本降低。
d．多砂輪磨削和兩個砂輪頭架的使用。在提高砂輪轉(zhuǎn)速的同時采用多砂輪磨削是另一種減少加工節(jié)拍的方法，如多砂輪磨削凸輪的同時磨軸頸外徑，一臺磨床使用兩個砂輪頭架同步加工凸輪等。
e．在線量儀的使用。為保證尺寸穩(wěn)定性，裝配式凸輪軸加工的關(guān)鍵設(shè)備越來越多地使用在線檢測自動補(bǔ)償功能。
f．粉末冶金等材料的使用。
g．工序集中方式加工。該方式就是將車、銑、鉆、磨削的工序內(nèi)容分別集中在一起，采用柔性設(shè)備組成的制造單元集中式加工。這樣，將最大限度地減少工件裝夾次數(shù)和上下料輸送等輔助時間，有利于減少誤差和提高生產(chǎn)效率。
h．設(shè)備單元可采用雙主軸或雙機(jī)床來減少加工節(jié)拍，如一個磨削單元可組合兩臺磨床，共用一套控制系統(tǒng)，并通過內(nèi)置的龍門架式上下料裝置輸送工件。與采用兩臺獨(dú)立的機(jī)床相比，不但節(jié)省了設(shè)備費(fèi)用，而且大大減小了占地面積，并且每臺磨床可使用多主軸完成磨床組合。車床和加工中心也都可以采用雙主軸的方式來提高效率。蒂森克虜伯集團(tuán)在大連建立了裝配式凸輪軸工廠，為發(fā)動機(jī)制造企業(yè)提供裝配式凸輪軸。
采用裝配式凸輪軸，發(fā)動機(jī)性能得到提高，明顯改善了燃油經(jīng)濟(jì)性，降低了排放，減少了振動，同時也降低了制造成本。目前，裝配式凸輪軸已越來越受到發(fā)動機(jī)制造企業(yè)的歡迎。
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