廖禮鵬++彭錦華

摘 要：本文介紹了凸輪軸及凸輪軸所使用材料，通過對比了傳統(tǒng)靠模磨加工凸輪軸與CNC8325型超高速凸輪軸復合磨床加工凸輪軸中的優(yōu)缺點，提出了凸輪軸的高速、超高速磨削加工技術將成為凸輪軸磨削加工零件的主要制造工藝方法及國內外的凸輪軸磨削加工的發(fā)展趨勢。

關鍵詞：凸輪軸 高速 超高速 磨削加工

中圖分類號：TG580.6 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）11（a）-0119-02

作為內燃機發(fā)動機的重要零件之一凸輪軸，它的產量大、使用面廣，其加工的精度、表面的質量、燒傷的程度直接決定著發(fā)動機的工作質量和效率。凸輪軸的高速、超高速磨削加工技術對進一步提高凸輪軸加工質量和生產效率，使其達到高精度、低成本、高效率和智能化，具有很高的工程應用價值。

1 凸輪軸

凸輪軸作為發(fā)動機里的關鍵部件之一。它所起到的作用是根據(jù)內燃機的工作順序、配氣正時和升程規(guī)律來驅動氣門及時開啟和關閉。

1.1 構造

凸輪軸由以下部分組成：一根與氣缸組尺寸一樣的圓柱形棒體、若干組凸輪，通過驅動氣門及時開啟和關閉。

凸輪軸輪廓型面一般有基圓段1、緩沖端2、加（減）速度3（4）、頂端5等五部分組成，如圖1所示。

1.2 位置

凸輪軸的位置通常有3類：下置式、中置式、上置式。

下置式凸輪軸容易布置，同時缸蓋的結構也相對比較簡單，但有時會破壞氣門的運動規(guī)律和氣門的定時啟閉，所以只能用于轉速較低的內燃機。中置式凸輪軸推桿相對較短，由于該機構的凸輪軸相距較遠，一般采用一對正時鏈輪或者一對正時齒帶輪傳動。凸輪軸上置式配氣機構是現(xiàn)代轎車上最常見的一種結構，簡稱為OHC（Over-head Camshaft）。凸輪軸安放在氣缸蓋上，可以通過搖臂驅動氣門工作。由于凸輪軸距離曲軸遠，需要采用鏈條或者齒帶輪進行遠距離驅動力傳遞，優(yōu)點是配氣機構氣門的傳動組部件是最少的，往復的運動質量也最小，同時慣性也最低，非常適宜在高速的內燃機中使用，缺點是該機構是氣缸蓋結構相對比較復雜。

1.3 分類

凸輪軸按照數(shù)量來分，可以分為單頂置凸輪軸、雙頂置凸輪軸。單頂置凸輪軸就是只有一根凸輪軸，雙頂置凸輪軸就是有兩根凸輪軸。

1.4 傳動

目前常用的傳動機構有鏈條式傳動、齒輪式及齒形帶式傳動等。

2 凸輪軸材料

凸輪軸的加工材料有鑄鐵、鍛鋼、鑄鋼、硬質合金等。

2.1 鑄鐵凸輪軸

常見的鑄鐵凸輪軸有球墨鑄鐵凸輪經過淬硬和冷激鑄鐵。冷激鑄鐵：在灰鐵表面用激光或氬弧重熔硬化，其中冷激鑄鐵凸輪軸由于使用的是冷鐵，從而可使的鑄件各個部位得到實際所需的金相組織。一方面凸輪的桃尖部分表面冷激硬化層厚度可以達到16mm，同時洛氏硬度大于50HRC，另一方面其余部分表面冷激硬化層的厚度也可達到8mm，凸輪軸表面硬度可達HB 187～235，所以冷激鑄鐵凸輪軸在汽車發(fā)動機里面使用的較多。

2.2 鑄鋼凸輪軸

在氣缸壓力很高的情況下，凸輪上承受的赫茲擠壓力過大，當突破了冷硬鑄件及燒結凸輪軸所能承受的極限值時，就必須使用鑄鋼凸輪軸。

2.3 鍛鋼凸輪軸

我國常用的鍛鋼凸輪軸有以下類型，合金滲透鋼、合金調質鋼，在使用中如15Cr、45Mn2；國外鋼制的凸輪應用的有100Cr6。在應用中將其鑄造成為空心構造以減輕其質量。一般情況下，用在超出鑄造凸輪軸工作時所能承受零件的機械載荷的時候，如用在重型卡車上。

2.4 硬質合金凸輪軸

硬質合金凸輪軸屬于裝備凸輪軸中的一種，通常由凸輪軸桿和一組硬質合金凸輪通過組裝而成。特點是機械加工工藝復雜，加工所要求的機床精度要求高，應用范圍為非重負載的發(fā)動機，價格比鑄鐵凸輪軸高出15%左右。

3 凸輪軸的高速磨削加工技術

高速、超高速磨削加工技術是機械制造的一項先進技術。凸輪軸的高速磨削加工是指在砂輪線速度（60m/s

（1）大幅度提高磨削效率，減少設備使用臺數(shù)。已有實驗數(shù)據(jù)表明，在砂輪線速度為200m/s的超高速磨削加工狀態(tài)下，金屬的切除率在磨削力不變時比在砂輪線速度為80m/s時磨削效率提高了約150%，磨削效率顯著提高。

（2）加工精度高、質量易于控制。在傳統(tǒng)靠模磨加工凸輪軸中，不僅要求機床的精度高，同時對靠模的精度及分度機構的精度等提出非常高的要求，而且凸輪各點磨削速度相差很大，很容易造成燒傷、振動、輪廓精度誤差等磨削的缺陷，而CNC8325型超高速凸輪軸復合磨床因數(shù)控系統(tǒng)精度較高，所以在加工時，很容易加工出高精度的凸輪軸，從而可以有效減少磨削缺陷。

（3）磨削力小。磨削加工中，在其它參數(shù)一定的條件下，隨著砂輪速度的逐漸提高，單位時間內參與切削的磨粒數(shù)也隨之增加，從而每個磨粒切下的磨屑厚度也隨之變小，磨屑厚度變薄，單個磨粒承受的磨削力變小，因此總磨削力大大下降了。

（4）砂輪磨損小，提高砂輪使用壽命。實驗數(shù)據(jù)表明：在磨削力不變的條件下，砂輪線速度200m/s磨削砂輪壽命比砂輪線速度為80m/s提高1倍。

（5）實現(xiàn)了對難加工材料的加工。能加工陶瓷等硬脆材料，以塑性變形形式產生磨屑，磨削速度的增加對高塑性的材料也可以獲得良好的磨削效果，

（6）加工范圍變廣。CNC技術的特點是系統(tǒng)可以即時準確地計算并定位出每個坐標軸瞬間的運動量，能夠加工曲線和曲面等復雜的零部件。

（7）數(shù)控系統(tǒng)還可以對加工位差、砂輪磨損引起的誤差進行補償。砂輪加工中存在磨損，但由于加工時系統(tǒng)能根據(jù)實際加工進行磨損補償，加工精度得到可靠的保證。

（8）自動報警、監(jiān)控，操作簡單等多種功能，因此可無人看管加工。CNC8325型超高速凸輪軸復合磨床的控制系統(tǒng)，采用先進的計算機，實現(xiàn)了高度的人機對話，只要把凸輪的各種參數(shù)輸入，按操作規(guī)程操作，NC程序就自動生成，只要執(zhí)行該程序，便可完成凸輪的磨削。同時只需要要改換一個程序，就能夠實現(xiàn)其他工件的自動化，因而被稱為“柔性自動化”。該型號的凸輪軸復合磨床配備多種傳感器，可以自動監(jiān)控，因而可以減少工裝，節(jié)省勞動力，降低勞動強度，縮短生產品的生產周期。總體來說，CNC8325型超高速凸輪軸復合磨床擁有眾多仿形磨削無可比擬的優(yōu)點，隨著時間的推移，傳統(tǒng)的機械靠模仿型凸輪軸磨削技術所占市場份額將越來越少，直至退出凸輪軸的加工歷史舞臺，被CNC凸輪磨削技術所淘汰。

4 結語

凸輪軸是汽車發(fā)動機配氣機構中重要的零件，凸輪軸的結構設計與加工質量好壞，直接影響發(fā)動機的性能。隨著科技的快速發(fā)展，凸輪軸的制造材料和工藝也快速發(fā)展著。而作為凸輪軸的新型生產技術，裝配式凸輪軸正越來越受到人們的關注。超高速凸輪軸復合磨床擁有眾多仿形磨削無可比擬的優(yōu)點，該技術優(yōu)點是機床結構簡單、加工精度很高、質量很容易控制，是凸輪軸加工的發(fā)展趨勢。

參考文獻

[1] 王力民.汽車凸輪軸的高速精密磨削技術[J].汽車零部件先進加工技術，2011，26（3）：52-55.

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