『壹』 S195柴油機凸輪軸加工工藝
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鎂或鎂的合金或其它球化劑球化處理後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燃機上，如S195柴油機，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%）石墨粒度大小大於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等元素。從而與珠光體形成合金，減少鐵素體的數量。合金鑄鐵的凸輪軸一般用於高轉速凸輪軸。如CAC480凸輪軸，凸輪軸整體硬度HB263-311。
冷激鑄鐵：一般用於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於干摩擦或半干摩擦工作狀態，而具有承受較大的彎曲與接觸應力，要求材料表面層抗磨且高的強度，心部仍有一定的韌性。目前國內所用的冷激鑄鐵主要有兩大類：鉻、鉬、銅冷激鑄鐵和鉻、鉬、鎳冷激鑄鐵，冷硬層的金相組織:萊氏體+珠光體(索氏體)冷激鑄鐵硬度為HRC45—52,目前，國內冷激鑄鐵的硬度在HRC47左右。
中碳鋼：一般用於大型發動機凸輪軸。如：6102發動機採用模鍛鍛造成型，也有一部分用於摩托凸輪軸，成型較簡單。模鍛後一般要進行退火處理以便於機械加工。凸輪軸加工的典型工藝 編輯本段一．凸輪軸軸頸粗加工採用無心磨床磨削 編輯本段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於單砂輪，它的導輪是單葉雙曲面，推動凸輪軸沿軸向移動，僅僅用於磨削光軸。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），如現有480凸輪軸的磨削，可磨削階梯軸，導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，工件的中心都高於砂輪和導輪的中心，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，軸頸徑向磨削餘量可達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，一般不用於多品種凸輪軸的加工，只用於單一品種、大批量的生產，若要更換所加工的凸輪軸品種，就要更換導輪和砂輪，各砂輪間距需重新調整。切入式無心磨床的修整一般採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於碳化物系列，粒度為60，砂輪線速度為45m/。二、銑端面，鑽中心孔 編輯本段中心孔加工是以後加工工序的定位基準，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#軸頸前端面或後端面（在產品設計中，該面應提出具體要求）。目前普遍採用的是自定心定位夾緊，密齒刀盤銑削。軸向尺寸保證後端面到毛坯的粗定位基準尺寸和整個凸輪軸長度，鑒於凸輪軸皮帶輪軸頸尺寸較小，鑽中心孔時一般選用B5中心鑽，鑽後的孔深用φ10鋼球輔助檢查，保證球頂到後端面尺寸和2鋼球頂部之間的距離，這樣可保證以後定位的一致性。三、凸輪軸的熱處理 編輯本段熱處理：將原材料或未成品置於空氣或特定介質中，用適當方式進行加熱、保溫和冷卻，使之獲得人們所需要的力學或工藝性能的工藝方法。
熱處理分類：一般熱處理、化學熱處理、表面熱處理
球墨鑄鐵凸輪軸一般都是等溫淬火。冷卻介質為10號、20號錠子油鹽浴或鹼浴，淬火後經140°C-250°C低溫回火，回火後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採用中頻淬火：淬火頻率1000-10000Hz,一般選用7000Hz。也就是感應加熱表面淬火，其原理是：將凸輪軸的凸輪放入加熱線圈中，由於電流的集膚效應，使凸輪由外層向內加熱、升溫，使表層一定深度組織轉變成奧氏體，而後迅速淬硬的工藝，目前480凸輪軸採用自然回火的方法，其凸輪表面組織為針狀馬氏體。
凸輪軸經表面熱處理：可較大地提高零件的扭轉和彎曲疲勞強度和表面的耐磨性。
感應加熱淬火變形小、節能、成本低、勞動生產率高、淬火機可放在冷加工生產線上，便於生產管理。
480凸輪軸中頻淬火機在感應加熱時，要對電源、變壓器、感應線圈進行冷卻，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，若機床本身達不到要求，必須在機床外提一套附加冷卻裝置，用來給冷卻水製冷。四、凸輪軸的深孔加工 編輯本段在機械加工中L/D>5時的孔加工可稱為深孔加工，用普通麻花鑽鑽深孔時有以下困難。
1.鑽頭細長。剛性差，加工時鑽頭易彎曲和振動，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.孔深切削液不易進入，切削溫度過高，散熱困難，鑽頭容易斷。
深孔鑽按工藝的不同可分為在實心物體上鑽孔、擴孔、套料3種，而以在實心料上鑽孔用得最多，如480凸輪所用的深孔都是由槍鑽經2頭加工而成的。每次鑽孔深為L/2+10mm。
槍鑽鑽削是單刃外排屑式的，一般適用於加工φ2-φ20mm孔， L/D>100、表面粗糙度Ra12.5-3.2mm、精度H8-H10級的深孔。單刃外排屑深孔鑽，最早用於加工槍管，故稱槍鑽，也是φ2-φ6mm深孔加工的唯一辦法。槍鑽帶有V形切削刃和一個切削液孔的鑽頭、鑽桿、及適用於某專用設備的鑽柄組成。高壓切削液（7MPa）通過鑽頭的小孔送到切削區域內，進行冷卻、潤滑並幫助排屑，然後再將切屑與切削液順著V型刀桿排入集中冷卻系統中。鑽頭為硬質合金，採用焊接式結構。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，刀具採用徑向負荷反饋，一旦刀具切削力達到一定的數值，在數控系統的作用下，刀具能自動退回，從而避免槍鑽折斷，提高刀具的使用壽命。磨鈍後的刀具換下，再重新進行刃磨後方可使用。
凸輪軸深孔加工冷卻液一般用錠子油，雖然油的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 編輯本段快速點磨是德國勇克公司開發出來的一種先進的外圓高效磨削新工藝，該機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，通過頂尖和凸輪軸中心孔的摩擦來驅動工件運動，可以實現軸類零件在一次裝夾後，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。
快速點磨砂輪是橫向磨損，在磨損過程中，被磨削的凸輪軸外形尺寸不會因此而發生變化，磨削端面時，砂輪可傾斜±0.5°，使砂輪與工件的接觸面只有傳統磨削端面的1/2。
CBN具有良好的導熱性,其導熱率是硬質合金的13倍，銅的3倍,另外CBN具有遠優於金剛石的熱穩定性和化學穩定性（金剛石與鐵簇元素易產生親和作用）,可耐1300—1500的高溫,並且與鐵簇元素有很大的化學惰性，CBN是製作切削黑色金屬的理想刀具材料。
CBN屬於立方晶系，它的硬度、強度和其它物理性能遠遠優於剛玉等系列磨料。在進行磨削過程中CBN自身磨損非常少，在大批量生產過程中，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內磨削溫度較低，可避免在磨削的彈性變形階段工件所產生的裂紋和磨削燒傷等現象的出現。
CBN具有良好的化學穩定性與耐熱性,與碳在2000°C時才起反應，在高溫下易與水產生反應。砂輪的耐用度高，機床的使用率可達97%以上，與一般砂輪磨削相比，可提高功效600%--700%。
當砂輪在寬度方向的磨損量占砂輪寬度的80%時便對砂輪進行修整，砂輪每次修整量為0.006mm，共分3部進行修整，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，同時由於油膜的吸附作用，還可以防止凸輪軸的軸頸表面氧化，防止磨削完後的工件表面生銹。磨削液的供給是採用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，同時採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對工件進行切削，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生的彈性摩擦和變形階段均較小，因此產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，對產生的熱應力和變形應力均較小。
由於磨削速度很高，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1000°C以上,而內部只有幾十度
選用CBN砂輪磨削，磨粒鋒利，磨削力小，故磨削區發熱量少
CBN顯微硬度7300—9000HV，抗彎強度300MPa、抗壓強度800--1000MPa、熱穩定性1250°C--1350°C。
應用聲音感測器嚴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生撞擊。砂輪架縱向進給時，感測器測頭與砂輪間形成一小的縫隙，砂輪高速旋轉壓縮砂輪周圍的空氣，根據空氣流通的通道大小不同，所產生的氣阻聲音大小不一樣，從而判斷感測器和砂輪間的縫隙而做出反饋，一旦砂輪和金剛滾輪產生接觸，修整器自動修整砂輪，而聲音感測器能根據聲音尖銳響聲大小來判斷砂輪修整的正確性。
與樹脂類結合劑相比，陶瓷結合劑化學性能穩定，耐熱、抗酸、鹼，氣孔率大，工作時不易發熱，在磨削過程中易脫落，熱膨脹系數小，強度較高，能保持好CBN的幾何形狀，且磨具易修整。
用於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，並且是粘附在剛性鋼盤上，剛性較好。
工件轉速與砂輪轉速的比為:40/8000
無進給磨削即光磨，可提高工件的幾何精度和降低表面粗糙度參數值，表面粗糙度隨光磨次數的增加而降低，細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，整形是使砂輪達到要求的幾何形狀和精度，砂輪的幾何形狀採用數控插補法進行，修銳是除去磨粒間的結合劑，使磨粒露出結合劑一定高度，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：生產率高：以切入法進行修整，修整時間僅需2-10秒，可在進行凸輪軸更換工件時進行修整，不耽誤生產節拍，同時由於金剛滾輪的壽命長，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，修整後的砂輪表面質量也較好。
礦物油冷卻液的主要成份是輕質礦物油，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，並能沖破砂輪高速旋轉的氣流，使磨削液能有效的進入磨削區，改善磨削效果。由於砂輪的氣孔小，磨削液必須經過精密過濾。由於磨削過程所產生的磨屑和砂粒等雜質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量，還會危害環境衛生，快速點磨所用的過濾是柱狀紙質過濾。六、凸輪的加工 編輯本段傳統的凸輪加工採用靠模加工，一般來講，第廠進、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，以現生產的480凸輪軸為例，靠模機床砂輪線速度為60m/s，剛換上的砂輪直徑為φ760mm，但使用到φ710mm後就必須重新換砂輪，否則凸輪的型面的誤差會增大，砂輪從φ760mm磨損到φ710mm凸輪型面誤差為±0.015mm.
2.工件頭架電架為雙速電機，凸輪軸只能用固定轉速旋轉、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，導致凸輪型面加工產生誤差，且容易產生磨削燒傷和裂紋。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0.012mm。
3.工件支承在裝有尾架、中心架的搖架上，搖架機構往復擺動勢頭影響凸輪型面精度、粗糙度和生產效率的提高。
4.同一個靠模只能用於同一種凸輪軸，因此只適用於單一品種生產，否則就需要重新換靠模，不能實現柔性化，多品種生產。
現代的凸輪軸加工用數控磨削，具有如下特點：
1. 用一套數控裝置（目前世界上最新的是西門子480D和FANAC210i）既控制工件主軸的無級變速旋轉和分度又控制砂輪架按凸輪型面的升程數值和降程數值的往復運動及橫向進給。
2. 工件主軸由NC裝置控制的伺服電機驅動，實現無級變速傳動，不僅可以實現粗磨和精磨所需要的不同轉速，而且可以實現工件主軸在每轉內按凸輪不同曲線進行自動變速磨削。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量是非常重要的。
3. 砂輪可實現高速、恆線速度磨削。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個凸輪輪廓數據和9個磨削數據。滿足了凸輪軸多品種變化的柔性生產需要。
5. 砂輪主軸採用內平衡裝置，取代了以前的液力平衡裝置和機械平衡裝置，平衡精度高，砂輪幾乎不抖動，提高凸輪型面的磨削精度。
6. 採用金剛滾輪修整，修整時採用聲速感測器來控制每次砂輪修整量，能得到好的砂輪修整精度，並且每次砂輪修整後NC裝置能自動記憶並補償。
7. 採用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.凸輪軸的化學處理 編輯本段化學處理是將金屬置於一定化學介質中，通過化學反應在金屬表面生成一種化學覆蓋層使獲得裝飾、耐蝕、絕緣等不同的性能。
化學處理一般有氧化處理和磷化處理。
磷化處理優點：
1. 凸輪軸的凸輪一般要經過磷化處理，經過磷化處理後的凸輪在大氣中較穩定耐蝕性高於氧化處理，磷化後經重鉻酸鉀溶液填充浸油處理後，能進一步提高耐蝕性。
2. 磷化膜孔隙多，具有很強的吸附能力。
3. 具有潤滑性和減摩性。
4. 具有較高的絕緣性。
一般經磷化處理後的凸輪，在經過一段時間磨合後，在桃尖處磷化膜脫落變得錚亮，有利於凸輪和挺柱的初期磨合。一般來說，凸輪軸的磷化膜厚度為0.0025—0.006mm，為了保證凸輪軸的表面精度，要求磷化前的凸輪表面粗糙度0.6。八、凸輪軸的拋光 編輯本段 凸輪軸的主軸頸、油封軸頸要求表面粗糙度0.2，所以必須除去主軸頸和油封軸頸的表面磷化膜，為了保證主軸頸和油封軸頸表面粗糙度，必須對它們進行拋光處理，在拋光過程中，由於摩擦生熱少，磨；粒散熱時間長，可有效地減少工件的變形、燒傷，主要是提高表面的加工精度，使凸輪軸軸頸獲得光亮光滑的表面，但不能提高產品尺寸和幾何精度，對零件的形位誤差不產生任何改變，按目前的工藝水平，拋光砂帶採用紙質砂帶，砂粒的粒度280—320，拋光液選用煤油，拋光機的專用工裝為硬質樹脂制的上下兩個半圓。九、凸輪軸的探傷 編輯本段 由於凸輪與挺桿接觸時，表面接觸應力較大，凸輪表面不允許有任何缺陷，所以凸輪軸表面需要經過探傷，探傷分為兩類：磁粉探傷和熒光探傷，主要探測凸輪在淬火過程中產生的淬火裂紋和磨削過程中產生的磨削裂紋。探傷也是一種無損檢測方法，按現有的生產水平，熒光探傷比較干凈，優於磁粉探傷，因為磁粉探傷除了要配置磁懸液外，現場生產也難得保持干凈，並且經過退磁後，仍然有一部分磁通量流在凸輪軸上。十、凸輪軸的清洗 編輯本段 凸輪軸不僅僅要進行表面清洗，更主要的是主油道的清洗和油孔的清洗，防止鐵屑等臟物滯留在主油道孔的搭結處，除去油孔孔口毛刺，一般來講，單根凸輪軸的清潔度為10毫克左右，若清潔度超標，將加速發動機零件的磨損，縮短發動機的壽命，清洗後的凸輪軸，還要吹乾，塗上防銹油，並且做好防塵工作，存放在零件庫內。 希望對你有所幫助、