116028 大連交通大學(xué) 遼寧 大連|袁安家 王旭

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柴油機(jī)凸輪軸精車工藝改進(jìn)

116028 大連交通大學(xué) 遼寧 大連|袁安家 王旭

柴油機(jī)凸輪軸在精車工序中屬于細(xì)長(zhǎng)軸車削，在加工中容易出現(xiàn)顫刀和打刀，不但對(duì)工件的質(zhì)量有所影響，同時(shí)也增加了刀具的磨損，本文通過對(duì)加工刀具、切削參數(shù)、加工方法等方面改進(jìn)來提高該工序質(zhì)量，減少?gòu)U品率。凸輪軸；精車；加工方法

研究背景

凸輪軸材質(zhì)大多為50Mn，毛坯經(jīng)鍛造而成，在精車前凸輪軸經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理，硬度HB260-300，以左凸輪軸一為例，其工序簡(jiǎn)圖如圖1所示。

在以往的生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)的問題為：中間容易產(chǎn)生彎曲導(dǎo)致尺寸超差、在加工中容易顫刀和打刀、整根軸容易產(chǎn)生錐度、光潔度達(dá)不到等。加工時(shí)主要采用硬質(zhì)合金刀加工，但由于刀具角度及切削參數(shù)的選擇不合理以及加工方法不足，導(dǎo)致在該工序中刀具損耗比較嚴(yán)重，加工成本較高，容易造成次品和廢品。

從刀具角度分析

a刀具選擇

車刀的設(shè)計(jì)與合理使用對(duì)工件的加工質(zhì)量至關(guān)重要，車刀材質(zhì)、幾何形狀和角度是影響車刀本身性能的主要因素。在加工外圓時(shí)，由于加工面積多，切削余量大，考慮到刀具的耐用程度，應(yīng)選用硬度和強(qiáng)度相對(duì)較高的硬質(zhì)合金刀。一般選用牌號(hào)為YT15的45度尖刀。

但由于該尖刀的含碳量較高，雖然硬度提高了，但刃磨時(shí)在高溫下最容易出現(xiàn)質(zhì)量問題的是刀頭裂紋，從而影響刀的使用壽命，所以在刃磨時(shí)應(yīng)注意，不要長(zhǎng)時(shí)間刃磨同一位置，要輕輕的頻繁的變換角度，經(jīng)過多次實(shí)踐總結(jié)，得出加工該工序較為合適的角度選擇為：首先，前角不要磨得過小，最好是在20°左右，后角不要磨得過大，最好不要超過6度，在此基礎(chǔ)上還要磨有長(zhǎng)10mm，寬4mm的傾斜式的圓弧型卷屑槽，這樣便于鐵屑的排出。同時(shí)，主切削刃還要打上復(fù)刃，這樣在切削時(shí)就不容易出現(xiàn)崩口和裂紋。對(duì)于切削參數(shù)的選擇總結(jié)如下：切削速度，進(jìn)給量和吃刀深度都不要過高，切削速度約為335r/min，進(jìn)給量0.52mm/min，切削深度在2-3mm之間。在車削中不要使用冷卻液，這樣便于鐵屑的排出。

b選擇法蘭盤車刀

在加工凸輪兩側(cè)法蘭盤時(shí)，其主要的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)為橫向進(jìn)給，選擇加工的刀具牌號(hào)為YT15的切刀。在切削時(shí)相對(duì)外圓切削有著切削變形大、切削力較大、切削熱比較集中、刀具剛度差等特點(diǎn)，這種刀在刃磨時(shí)也容易出現(xiàn)裂紋，所以在刃磨時(shí)要加以注意，主切削刃一定要磨得平而直，后角不要過大，不要超過5度，要磨有長(zhǎng)5mm，寬7mm傾斜式的圓弧型卷屑槽，主切削刃還要打上復(fù)刃，這樣在切削時(shí)就不容易出現(xiàn)崩口和裂紋，在選擇切削參數(shù)時(shí)，切削速度、走刀量和吃刀深度都不宜過高，切削切削速度最好在335r/min，進(jìn)給量在0.56mm/min，切削深度在1.5mm左右。

c選擇圓弧車刀

在加工凸輪兩側(cè)圓角時(shí)，需要選擇一把專用成形刀具，不但提高加工效率，同時(shí)保證了加工質(zhì)量。這里同樣選用牌號(hào)為YT15的切刀，該刀具的刃磨方法同加工凸輪兩側(cè)的切刀刃磨方法一樣，同時(shí)刀柄部分要小于刀頭圓弧。在車削圓根時(shí)，切削速度、吃刀深度不宜過高。

從加工方法角度分析

針對(duì)凸輪軸在該工序中經(jīng)常出現(xiàn)的質(zhì)量問題，如刀具磨損嚴(yán)重、表面粗糙度不高等。這就需要對(duì)以前的加工方法予以改進(jìn)，下面主要從工藝和工裝兩個(gè)方面進(jìn)行敘述。

a工藝

在精車時(shí)工藝安排一般為：車軸頸——倒角R3 ——架中心架，撤頂尖——車端面及凸臺(tái)——車端面。

該工件在精車時(shí)上道工序留量為3mm，如果一次加工，不僅會(huì)出現(xiàn)刀具磨損嚴(yán)重同時(shí)也會(huì)影響工件表面質(zhì)量，由于該軸屬于細(xì)長(zhǎng)軸，一次的切削深度過大，很容易造成工件成“腰鼓”型。兩端尺寸小，而中間尺寸相對(duì)較大。

為保證加工質(zhì)量，這里采用少量多次的進(jìn)給方式，通過兩到三次進(jìn)刀，最終完成切削加工。在具體的操作時(shí)，切削力一定不能太大，否則刀具會(huì)極巨磨損或打刀，先輕輕的試切一刀后把刀退一點(diǎn)，再逐漸加大力量把刀車削到工藝尺寸，后再走刀，這樣既提高了刀具的耐用度又能保證加工質(zhì)量。在車外圓時(shí)，一般留給最后精加工的量為1mm以下，同樣，在加工端面時(shí)，余量如果大于1.5mm以上時(shí)，也要分兩次進(jìn)給車削，否則容易出現(xiàn)刀具磨損及產(chǎn)品質(zhì)量問題。

b工裝

車削夾具時(shí)車床的一種附屬裝置，用于確定零件在車床上的位置，并可靠地夾緊零件。工件的裝夾方式直接影響加工質(zhì)量和勞動(dòng)效率。在車床上加工軸類零件常用的裝夾方式為一夾一頂。

左端利用自定心卡盤夾住，另一端用活動(dòng)頂尖頂住的裝夾方法。為了防止工件由于切削力作用而產(chǎn)生軸向位移，必須在卡盤內(nèi)裝一限位支撐。但在精車凸輪軸時(shí)，由于凸輪軸法蘭盤較窄，在卡爪夾緊時(shí)無(wú)法靠到卡盤端面或者是其法蘭內(nèi)側(cè)難以加工。在保證加工質(zhì)量時(shí)會(huì)導(dǎo)致加工中裝夾次數(shù)過多，效率低下，同時(shí)容易產(chǎn)生質(zhì)量問題。

經(jīng)過分析，在機(jī)床卡盤與凸輪軸之間采用一個(gè)過渡的主軸定位用夾具，其主要作用將定位面轉(zhuǎn)移，在裝夾時(shí)以凸輪軸端面靠在胎具右側(cè)端面上。利用該夾具有利于凸輪軸的裝卸，同時(shí)提高了勞動(dòng)效率和減少了產(chǎn)生質(zhì)量問題的機(jī)會(huì)。

總結(jié)

在該凸輪軸的工藝編制中，精車是圖紙中一些非關(guān)鍵尺寸的最后一道工序，通過對(duì)現(xiàn)有加工中存在的問題進(jìn)行分析，同時(shí)在刀具和加工方法上經(jīng)過改進(jìn)后，在實(shí)踐中凸輪軸在精車工序中廢品率明顯下降，同時(shí)刀具費(fèi)也在以前的基礎(chǔ)上節(jié)省約30%。

參考：

［1］劉杰華，任昭容編著.《金屬切削與刀具實(shí)用技術(shù)》.國(guó)防工業(yè)出版社

［2］魏鳳蘭，張?jiān)?，陳逢凱主編.《機(jī)械制造基礎(chǔ)》.遼寧科學(xué)技術(shù)出版社