[發明專利]一種組合式凸輪軸的制造方法

無效

• 申請號: 200910243827.4
• 申請日: 2009-12-23
• 公開（公告）號: CN101733632A
• 公開（公告）日: 2010-06-16
• 發明（設計）人: 石文;李一;李楠;霍靜;柳學全;孟溟灝
• 申請（專利權）人: 鋼鐵研究總院
• 主分類號: B23P19/04
• 分類號: B23P19/04;B23K26/20
• 代理公司: 北京華誼知識產權代理有限公司 11207
• 代理人: 呂中強

技術領域：

本發明屬機械加工技術領域，涉及一種組合式凸輪軸的制造方法，特別是具有空心管芯軸的組合式凸輪軸的制造方法，

技術背景：

凸輪軸是汽車發動機五大核心部分之一，傳統的汽車發動機凸輪軸制造方法主要是采用整體鑄造或整體鍛造凸輪軸毛坯，然后切削加工生產，個別也有采用碳鋼坯料直接切削加工制造。鑄造式凸輪軸主要有冷硬鑄鐵，淬火鑄鐵等，是目前汽車凸輪軸的主要生產形式。在日本以冷硬鑄鐵凸輪軸為主，在美國以淬火鑄鐵凸輪軸為主。

在發動機配氣機構中，對凸輪軸各個部位的性能要求是不同的。對于凸輪，要求耐磨損、耐膠著、耐點蝕；對于軸頸要求滑動性能好；對于軸則要求剛性、彎曲、扭轉性能好。傳統的凸輪軸主要是鑄造或鍛造加工而成，各個部位金屬性能相同，這種由單一金屬組成的凸輪軸很難同時保證發動機配氣機構對凸輪軸各個部位不同性能的要求；而且傳統凸輪軸的制造特點也決定了凸輪的排列也不可能很緊湊，材料利用也不盡合理，后續加工復雜，在輕型化及減少成本方面難有新的突破。因此，質量小、加工成本低、材料利用合理的組合式凸輪軸受到業內人士的高度重視，是凸輪軸未來發展的必然趨勢。

組合式凸輪軸制造技術優點主要體現在：(1)可實現柔性設計、柔性生產與敏捷制造。(2)有利于材料分體優化與凸輪軸結構形式選擇。(3)采用近凈成形工藝成形凸輪，可大幅度降低制造成本。(4)可使凸輪軸整體重量降低20％～40％，節約材料可達30％以上。對降低能耗及促進環保具有促進作用。(5)可針對不同零件采用最適宜的熱處理技術與表面強化技術。(6)凸輪軸的全部部件分體加工，并裝配集成，降低裝配工時與裝配成本。(7)提高凸輪軸整體剛度。(8)凸輪工作型面任意。(9)可大幅度節省凸輪軸機械加工設備與工時。(10)凸輪在芯軸上的排列可以非常緊湊，在多氣門頂置凸輪軸的加工制造方面顯示出巨大的優越性。(11)大幅度提高凸輪軸生產的自動化及集約化程度。

目前，組合式凸輪軸的連接方式主要有焊接式、燒結式、機械式。焊接連接式凸輪軸由于焊接時容易產生熱變形，使凸輪軸的尺寸精度降低，激烈的熱變化也容易使焊接部位產生裂紋，質量難以保證；燒結連接式凸輪軸在進行粉末燒結成形凸輪的同時，凸輪又要在液相狀態下與鋼管擴散連接，此過程必須在1000℃以上燒結爐內進行，在高溫下軸容易產生彎曲，造成尺寸精度誤差，而且在燒結時，對材料的性能也有限制，需大型燒結爐，熱效率不高。相比之下機械式連接技術較為成熟，應用較廣泛，是目前組合式凸輪軸生產的主要方法。

專利CN1433871A所述的滾花法，是將芯軸外壁與凸輪的內壁沿軸向滾壓出槽子，然后將凸輪套在芯軸上并推入滾花處。芯軸表面和凸輪內壁存在錐度，并且發生塑性變形，使之間的連接非常牢固。但是制槽的工藝要求十分苛刻，效率低，制造成本較高。

專利US28925254及CN1222379C所述的內部高壓成型法，在一相應于最終凸輪軸形狀的模具中，使凸輪軸上突出部分或者凸輪整件從一個空心軸中成型。這種裝配工藝所需設備昂貴，模具加工復雜，成本較高。

專利CN101249541A選用空心管作為主軸，通過定制的工裝將主軸上的零件定位。雖然簡化了工藝，但是定制工裝誤差較大，并且在擴管過程中容器產生相對位移，導致凸輪軸精度降低，最終影響使用。

發明內容：

本發明為解決目前滾花法制槽的工藝要求苛刻、效率低、制造成本較高，內部高壓成型法所需設備昂貴，模具加工復雜，成本較高以及空心管作為主軸，通過定制的工裝將主軸上的零件定位定制工裝誤差較大等問題，提供了一種組合式凸輪軸的裝配與連接方法。此方法可實現零部件的精確定位，并保證芯軸與凸輪等部件之間緊密連接，且凸輪軸整體質量小、加工成本低、材料利用率高。

一種組合式凸輪軸的制造方法，其具體工藝步驟為：首先將空心管芯軸校直，然后采用數控裝配機進行凸輪、軸頸等部件與芯軸的緊配合冷裝定位，進而通過機械擴徑實現凸輪、軸頸等部件與芯軸的緊密連接，使發生塑性變形的芯軸與發生彈性變形的凸輪、軸頸等牢固結合，最后采用激光焊接方法將傳動部件固定在凸輪軸兩端。

所述的凸輪、軸頸等部件在芯軸上的定位采用數控裝配機緊配合冷裝定位，凸輪、軸頸等部件的軸向位置裝配精度為±0.05mm，角向裝配精度為±20’。

所述的機械擴徑是將中部最大直徑為D的錐形拉頭通過液壓牽引的方式穿過原內徑為A1芯軸，使芯軸擴徑。D減去A1的值為空心管壁厚的5％至10％。

所述的凸輪等部件的孔徑C與芯軸原外徑B1的差值為0.01-0.02mm。