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摘要
本文通过大量质量缺陷分析、工艺分析并结合已有的工艺试验结果。对摩托车凸轮轴生产过程中各种缺陷及其产生原因进行了分析讨论，找出了影响凸轮轴最终性能和使用寿命的因素，并提出了对工艺的重点和难点控制措施。
结果表明，在现行工艺下，影响凸轮轴最终性能及使用寿命的因素是凸轮轴凸轮表面硬度及表面显微组织中残余共晶碳化物的数量。控制凸轮轴坯件化学成分中硅含量是控制凸轮轴坯件高温石墨化退火后残余共晶碳化物数量的关键因素，而采用调质热处理工艺代替凸轮轴低温退火，能有效避免凸轮轴高频淬火后的硬度不足、过热、过烧等质量缺陷的产生。
关键词：凸轮轴，质量缺陷，工艺重点及难点，调质
Motorcycle Camshaft Manufacturing Technology
Abstract
This study is according defect analysis of quality, technology analysis and the result of the craft test .analyzing and discussing about the reason which caused varies defect in the production of motor’s camshafts, found out the factor which affected the ultimate performance and life-span, and bring forward the methods for control point and crux of the technology.
Result show, under present processing, the factors which affecting the ultimate performance and life-span are the surface hardness of cam and quantity of remaining eutectic carbide in surface microstructure .the key to control the quantity of remaining eutectic carbide after high-temperature graphitization annealing is control the silicon quantity in the chemical indegrient of blank .it can efficiently to avoid the lack of hardness ,overheat and oversinter after camshaft’s high-frequency quenching, with the.employing of quench and high-temperature temper instead camshaft’s low-temperature annealing.
Keywords :Camshaft, The defect of quality ,The Craft point and crux , Temper
目录
1 绪论 (28)
1.1 凸轮轴工作概况 (28)
1.2 凸轮轴生产制造工艺 (28)
1.3 几种摩托车凸轮轴生产工艺比较 (29)
1.4 工艺控制的背景及预期效果和意义 (30)
2 影响凸轮轴坯件成品率的主要缺陷及对凸轮轴坯件性能指标的影响 (30)
2.1 KTZ650—02可锻铸铁凸轮轴坯件现行生产工艺流程 (30)
2.2 凸轮轴毛坯主要缺陷 (31)
2.3现行工艺条件下凸轮轴坯件的主要缺陷 (33)
2.4 坯件主要缺陷对凸轮轴坯件性能指标的影响 (33)
2.5.1 坯件缺陷对机械加工性能的影响 (34)
2.5.2 凸轮轴坯件缺陷对最终热处理性能的影响 (35)
3 凸轮轴成品主要缺陷 (36)
3.1 凸轮轴总成生产流程图 (36)
3.2 凸轮轴成品结构尺寸图 (37)
3.3 成品凸轮轴主要缺陷 (37)
3.3.1 宏观及性能指标缺陷。 (37)
3.3.2 显微组织缺陷 (38)
3.3.3 现行工艺条件下成品凸轮轴主要缺陷数学统计分析 (38)
4 影响凸轮轴工作寿命的主要性能指标和缺陷分析 (39)
4.1凸轮轴工作寿命评价指标 (39)
4.2影响凸轮轴工作寿命的主要性能指标 (39)
4.2.1凸轮表面硬度对凸轮轴工作寿命的影响 (39)
4.2.2凸轮轴表面粗糙度对凸轮工作寿命的影响 (40)
4.2.3凸轮轴凸轮表面显微组织对凸轮轴工作寿命的影响 (40)
5凸轮轴坯件生产工艺控制的重点和难点 (41)
5.1铸造工艺控制要点 (41)
5.1.1工艺控制要点 (41)
5.1.2工艺控制重点和难点 (42)
5.2凸轮轴坯件的热处理工艺 (42)
5.2.1热处理工艺要点 (43)
5.2.2热处理工艺控制重点和难点 (44)
6 凸轮轴成品生产工艺控制的重点和难点 (45)
6.1凸轮轴高频淬火工艺 (45)
6.1.1工艺要点 (45)
6.1.2工艺重点及难点 (46)
6.2凸轮轴精磨工艺 (46)
6.2.1凸轮轴精磨工艺控制要点 (46)
6.2.2凸轮轴精磨工艺控制的难点 (46)
7 结束语 (47)
致谢 (48)
参考文献 (21)
1 绪论
1.1 凸轮轴工作概况
摩托车配气机构的主要零件之一凸轮轴是摩托车发动机最大的摩擦件；在发动机中运行速度较高、接触应力大、润滑困难;特别是凸轮轴桃尖部位长期工作在高的接触疲劳应力下，极易产生刮伤、撕裂、割落、及早期磨损失效。严重时几个小时，甚至更短的时间就损坏，造成发动机异响、返修。凸轮轴的工作特点决定了它必须是具有一定的强度和刚度，一定韧性、良好的耐磨性。同时，由于凸轮轴的结构特点如图1.1所示，它还必须有好的机械加工性能。
图1.1 凸轮轴结构图
1.2 凸轮轴生产制造工艺
（1）采用钢件制造摩托车凸轮轴
早期摩托车凸轮轴的生产采用了碳钢或45号钢经锻造、切削加工成型，然后进行渗碳、淬火、回火处理或表面高频淬火处理，使桃尖部位的显微组织为针状马氏体淬硬层，其淬硬层深度一般为1~1.5μm，硬度为HRC55—63。这种工艺过程较为复杂、工序较多、周期长而且生产成本高。
（2）采用冷激铸铁制造凸轮轴
采用低合金冷激铸铁制造摩托车凸轮轴是一种加工工序少、成本低廉的制造工艺。它采用了在凸轮轴桃尖部位获得相当深度的白口组织来保证凸轮表面的耐磨性和心部的韧性。一般白口层的硬度控制在HRC45，有的企业为了进一步强化其耐磨性，还对凸桃部位进行高频淬火处理。
（3）采用灰铸铁制造凸轮轴
灰口铸铁以其良好的加工性和铸造性能被广泛应用于摩托车零部件生产。用灰口铸铁生产摩托车凸轮轴具有工艺简单，成本低廉、耐磨性和减震性较好的特点。其热处理一般采用淬火、回火或高频淬火处理来达到获得凸桃尖部耐磨性的目的。
（4）采用球墨铸铁制造摩托车凸轮轴
在铸铁中，当石墨呈球状时，石墨对金属基体连续性的破坏作用最小，同时还能避免石墨呈片状时造成的应力集中.所以，采用球墨铸铁等温淬火工艺生产摩托车凸轮轴，既能提供摩托车凸轮轴耐磨性所需的硬度，又能提供整体的强度和塑韧性。
（5）采用可锻铸铁制造摩托车凸轮轴
可锻铸铁是由一定成分的白口铸铁毛坯经石墨化退火而成。采用可锻铸铁制造摩托车凸轮轴是当今国内外比较常用的生产制造工艺。可锻铸铁凸轮轴一般需经过淬火、回火或高频淬火处理，才能获得应有的耐磨性和强度、韧性指标。1.3 几种摩托车凸轮轴生产工艺比较
由于凸轮轴的复杂结构，采用钢件生产制造摩托车凸轮轴工序多、工艺复杂、成本高.特别是钢制凸轮轴为保证凸桃的耐磨性，凸桃表面显微组织是以针状马氏体为基体组织，没有低硬度的组织形成的储存油凹谷。在摩托车凸轮轴高速转动时，润滑条件恶劣，极易发生早期磨损。所以，采用钢件生产制造摩托车凸轮轴的工艺在国内外己不多见。
相对钢而言，铸铁件本身具有良好的耐磨性、减振性，而且由于石墨的储油和自润滑作用，铸铁被大量应用于发动机零部件的生产上。其工艺简单，加工性能好，便于流水线生产。
在我国摩托车发展史上，采用灰口铸铁、冷激铸铁、球墨铸铁以及珠光体可锻铸铁生产制造摩托车凸轮轴，都形成了比较成熟的工艺，其生产出的产品也各有优缺点。
不可否认，单就耐磨性而言，采用冷激铸铁生产制造的摩托车凸轮轴具有相当高的耐磨性，但由于其主要显微组织是白口组织和灰口组织，整体的强度和韧性较差、脆性大，在长时间的弯曲疲劳应力的作用下，易发生疲劳断裂。从在市场发现的凸轮轴恶性断裂失效来看，有相当部分属冷激铸铁件。所以，采用冷激铸铁生产制造的凸轮轴只适应在低转速，小负荷的发动机中工作。
采用可锻铸铁和球墨铸铁生产制造摩托车凸轮轴是当今普遍流行的生产工艺。可锻铸铁和球墨铸铁有着相近的机械性能指标，即较高的强度、韧性、塑性指标，能够满足凸轮轴承受高的接触疲劳应力和弯曲疲劳应力的需要。根据统计资料表明，作为中国摩托车生产基地的重庆，采用可锻铸铁和球墨铸铁生产摩托
车凸轮轴的占98%以上。市场质量信息反馈也表明，采用可锻铸铁及球墨铸铁的凸轮轴发生A类恶性质量事故的几乎未发现，而采用灰口铸铁和冷激铸铁生产的凸轮轴发生A类恶性断裂事故的却时有发生。
1.4 工艺控制的背景及预期效果和意义
随着近年来国内摩托车企业的迅猛发展,各大摩托车生产厂商的竞争也日趋激烈,而用户的要求也越来越高,对发动机的三包期也相应延长,因而对发动机品质提出了更高的要求, ，据嘉陵公司不完全统计，仅2000年，州125车凸轮轴在三包期内发生凸桃裂纹、异常磨损造成的索赔金额达503400元，2001年3八4月份赔偿590件，金额35388元，占市场品质问题总金额的24%，凸轮轴质量问题己严重地影响了嘉陵车在用户中的质量信誉。经对市场反馈回来的凸轮轴的失效原因分析，造成凸轮轴三包期内失效的原因主要是来自凸轮轴生产制造过程中的各种缺陷，因而，对现行的凸轮轴生产工艺进行优化和改进，是防止凸轮轴早期失效，降低市场三包费用的根本途径。凸轮轴失效的主要形式是凸轮早期磨损，造成凸轮轴早期磨损的原因很多，它们主要是来自于凸轮轴生产制造的各个环节各类质量缺陷，主要可分为铸造缺陷、热处理缺陷和机械加工缺陷三大类，随着国内摩托车生产技术的不断发展，各个摩托车生产企业的工艺技术人员为了提高凸轮轴的使用寿命，对铸造、热处理、以及机械加工工艺的改进和优化都做出了不懈的探索和努力，如由原来的凸轮轴整体淬火工艺改进成凸轮的高频淬火工艺，大大增强了凸轮轴的冲击韧性和抗疲劳强。但在凸轮的早期磨损方面，由于影响因素太多、影响过程复杂，因凸轮轴凸轮磨损引起发动机失效一直以来都是困扰摩托车发动机质量的一大难解之题。
凸轮轴生产工艺的优化和控制将立足于中国嘉陵工业股份有限公司现行凸轮轴工艺及设备条件下开展的，通过大量的产品缺陷分析、工艺分析和工艺试验数据，对影响凸轮轴生产、加工以及最终使用寿命的各种工艺因素进行分析、讨论，研究出相应的工艺重点和难点并实施，从而形成一套更加合理的生产工艺。通过控制摩托车凸轮轴制造工艺，能有效提升摩托车发动机的质量，相应解决长期的发动机凸轮轴生产废品率高的难题，有效降低市场三包索赔金额，给企业带来巨大的经济效益和社会效益。同时，通过对凸轮轴生产工艺技术的实践与分析研究，能够使工艺人员加深对凸轮轴生产工艺的了解，提高对工艺的把握度，对企业生产和技术有着深远的意义。
2 影响凸轮轴坯件成品率的主要缺陷及对凸轮轴坯件性能指标的影响
2.1 KTZ650—02可锻铸铁凸轮轴坯件现行生产工艺流程
2.2 凸轮轴毛坯主要缺陷
凸轮轴坯件常见主要缺陷有宏观缺陷(包括宏观铸造缺陷和机械加工缺陷、微观铸造缺陷和热处理缺陷)。
（1）宏观缺陷
裂纹：凸轮轴坯件中的铸造裂纹分为冷裂纹和热裂纹，分别形成于高温和较低温度，热裂纹断口呈氧化色，裂纹走向曲折而不规则，是沿晶界断裂所致;冷裂纹是穿晶断裂，走向呈连续直线状，表面干净，具有金属光泽或有较轻的氧化色阁。产生裂纹的原因主要是在铸造过程中，铸件凝固时收缩受阻造成的。
缩孔、缩松：缩孔、缩松均存在于凸轮轴热节处。缩孔呈有树枝状晶的不规则棱角状孔洞，集中分布(如图2.2)，而缩松呈分散状，由许多细小的缩孔组成(如图2.3)。产生缩孔、缩松的主要原因是在铸造时的补缩不足，而补缩不足则跟浇冒口的设计、以及铁液的碳硅含量有关。
图2.1 KTZ650—02可锻铸铁凸轮轴坯件现行生产工艺流程
图2.2 缩孔图2.3 缩松
（2）微观缺陷
枝晶状石墨：对可锻铸铁来说，枝晶点状(如图2.4)和枝晶片状石墨(如图2.5)都属于灰口缺陷，会造成铸件机械性能的严重降低。凸轮轴坯件的轴颈部位最容易出现枝晶状石墨，在随后的机械加工过程中，极易发生破裂。造成该缺陷的主要原因是铁液的化学成分配比不当，浇注时轴颈部位壁薄、过冷度较大而产生。
（3）热处理缺陷
（1）残余共晶莱氏体:可锻铸铁是通过白口铸铁石墨化退火而成，如果退火不良，如保温时间不足，就会残余下部分共晶莱氏体组织，由于莱氏体是一个硬而脆的相，它会给凸轮轴的机械加工以及成品的使用寿命带来不良的影响，因此，残余共晶莱氏体量是凸轮轴毛坯件热处理质量的一个重要指标，一般不允许出现。（如图2.6）
（2）残余共晶碳化物:残余共晶碳化物实际上是凸轮轴白口生坯中莱氏体组织发生分解不完全，其中的碳化物还呈较大块状或短棒状，它对凸轮轴成品的使用寿命有不良的影响。其含量应小于1%，凡含量超过者，均为不良品。
（3）点状石墨:点状石墨是凸轮轴坯件中存在的一种松散的絮状石墨，主要是由于在高温石墨化退火时，温度过高而造成的石墨形态不良。
（4）脱碳:脱碳对于凸轮轴坯件来说，是一种较为常见的缺陷(如图2.7)，由于在高温下长时间的石墨化退火，凸轮轴表面的碳容易被烧损而出现脱碳，一般凸轮轴根据机械加工余量，允许小于0.1 mm深度的脱碳层，大于该深度即为废品。
（5）珠光体量不足：为了保证凸轮轴在最终的淬火热处理时能得到足够的硬度，凸轮轴坯件必须具备较高的珠光体含量，通常我公司将该指标控制在95%以上。产生珠光体量不足的原因，与低温石墨化退火时间较长有关。珠光体粒状
与片状比例不良:珠光体粒状与片状比例的要求，是凸轮轴毛坯特有的技术要求，主要是为了调节凸轮轴坯件的硬度，既要有较好的机加工性能，又有较好的淬火性能。
图2.4 枝晶点状石墨图2.5 枝晶片状石墨
图2.6 残余共晶莱氏体图2.7 脱碳
2.3现行工艺条件下凸轮轴坯件的主要缺陷
为了找出现行生产工艺的主要问题所在, 就必须掌握现行工艺条件下，凸轮轴坯件各种缺陷发生的频次，分布情况。根据有关资料统计表明,凸轮轴坯件各种缺陷的发生频率中, 珠光体粒状与片状比例不良、残余共晶碳化物、二次网状碳化物、枝晶状石墨、化学成分的影响这五个方面的影响最为严重。
2.4 坯件主要缺陷对凸轮轴坯件性能指标的影响
凸轮轴坯件性能指标主要是指机械加工性能和热处理性能。
凸轮轴坯件在铸造成型后还必须经过粗加工、粗磨凸轮等机械加工工序，部分车型的(如JH70)凸轮轴坯件还需加工深孔，在大规模生产的条件下，对凸轮轴坯件的机械加工性能的要求较高。凸轮的机械加工主要是切削和磨削，加工困难
主要体现在切削加工过程，由于切削加工性能和材料的基体硬度有紧密的关系随着基体硬度的提高，材料的切削性能呈下降趋势，反之，则呈上升趋势。
凸轮轴坯件在经机械加工后，最终进行高频淬火热处理以使凸轮部位获得所需要的表面硬度，所以，凸轮轴坯件缺陷对热处理的影响，实际上就是对凸轮轴高频淬火工艺的影响，而对凸轮轴高频淬火产生影响的坯件缺陷主要是组织缺陷。
2.5.1 坯件缺陷对机械加工性能的影响
（1）珠光体粒状与片状比例不良的影响
珠光体组织在凸轮轴坯件中是最主要的基体组织，其形态可分为粒状珠光体和片状珠光体;粒状珠光体的硬度低于片状珠光体，因此，切削性能比片状珠光体好;而片状珠光体比粒状珠光体有更好的高频淬火性能。为了兼顾淬火性能和机械加工性能，我公司对珠光体形态及数量做出了要求，即40%一60%片状，60%一40%粒状，当片状超过比例时，会造成硬度偏高，加工困难，特别是钻深孔，钻头的使用寿命大幅度降低。
（2）残余共晶碳化物的影响
残余共晶碳化物在凸轮轴坯件组织中属微量组成相，虽然其本身硬度很高，但对整体硬度的提高不大，它对切削加工性能的影响不完全是通过硬度来实现的。在残余共晶碳化物量超过3%，切削加工性能的大幅度降低，其影响甚至超过硬度对加工性能的影响。
（3）二次网状碳化物
二次网状渗碳体对凸轮轴机械加工性能的影响也是通过对基体硬度的影响来实现的，由于渗碳体呈网状分布，使凸轮表面硬度值有较大幅度的提高，增加了切削加工和磨削加工的难度，加快了刀具的磨损报废。
（4）枝晶状石墨
枝晶状石墨的存在使基体的塑韧性、强度、硬度值都大幅度的下降，它的存在有利于切削加工，但由于它的出现使凸轮轴坯件及成品的机械性能恶化，并且，在加工过程中凸轮轴颈部容易发生批量破裂而产生报废，所以，枝晶石墨整体对机械加工的影响是负面的。
（5）化学成分的影响
化学成分缺陷是现行工艺条件下主要的坯件缺陷之一，它对机械加工性能的影响是一个比较复杂而综合的过程，它主要是通过对铸造、对热处理、对金相组织的影响来间接影响凸轮坯件的硬度，从而影响机械加工性能。由于可锻铸铁的是有白口生坯经石墨化退火而成，石墨化的程度是直接影响凸轮游离渗碳体量的因素，石墨化越彻底，即是说渗碳体分解越彻底，石墨化程度越不完全，残余渗
碳体的量就越多。
因此，我们可以认为化学成分中各种元素对凸轮机械加工性能的影响按照对石墨形成的作用分为两类，即有促进石墨化作用的元素，能促进共晶渗碳体的分解，减少残余渗碳体量的作用，提高凸轮轴的机械加工性能；有阻碍石墨化作用的元素，有可能使石墨化退火后残余渗碳体量较多，不利于凸轮轴坯件的机械加工性能。特别是石墨中最主要的元素Si对凸轮轴固体石墨化过程具有较大的影响，随着硅含量的增高，共晶碳化物的分解过程加快，分解更彻底，机械加工性能越好，随着硅含量的降低，共晶碳化物的分解愈困难，机械加工性能也随之降低。
（6）珠光体量不足
珠光体量不足是指凸轮轴坯件珠光体量达不到规定的95%的含量，表现在基体硬度上会使硬度值达不到规定值或偏下限，有利于机械加工。
（7）其它缺陷的影响
由于凸轮轴坯件的其它缺陷影响非常小，可以认为凸轮轴坯件的其它缺陷对凸轮轴坯件的机械加工没有比较明显的影响。
2.5.2 凸轮轴坯件缺陷对最终热处理性能的影响
（1）珠光体粒状与片状比例不良的影响
珠光体粒状与片状比例不良是凸轮轴坯件最主要缺陷。作为珠光体可锻铸铁材料的凸轮轴坯件，为了便于大批量加工生产，需要具有良好的加工性能，因此，希望获得以粒状珠光体为主要成分的具有良好机械加工性能的基体组织;但由于高频淬火的工艺特殊性，即加热、保温时间极短，以粒状珠光体为主的基体组织在高频淬火时往往无法获得应有的表面硬度和硬化层深度，所以，对珠光体组织中片状与粒状比例的规定是在加工和淬火特定工艺条件下的坯件缺陷。
（2）残余共晶碳化物和二次网状碳化物的影响
残余共晶碳化物和二次网状碳化物都是凸轮轴坯件常见的组织缺陷，二者在形态上虽有所不同，但对凸轮轴高频淬火的影响是一致的。即由于淬火加热速度快，时间短，来不及溶入奥氏体中，在淬火后能基本保持淬火前的形态，而且在碳化物的周围，有时会使奥氏体中的碳过饱和而在淬火后产生较多的残余奥氏体，从而使硬度及耐磨性降低;除此之外，网状二次碳化物会增大高频淬火裂纹形成的敏感性，容易引起淬火裂纹。
（3）珠光体量不足
珠光体量不足对高频淬火的影响主要体现在奥氏体化不能完全实现，这是因为珠光体量不足必然导致铁素体量的增多，延缓奥氏体化的速度，使在正常工艺下淬火无法完全得到马氏体组织。
（4）化学成分的影响
化学成分缺陷对凸轮轴高频淬火的影响是通过化学成分缺陷引起的组织变化来实现的，如促进石墨形成元素会使残余共晶分解更彻底，使高频淬火时奥氏体均匀化时间缩短，有利于高频淬火。而阻碍石墨形成元素会使残余共晶碳化物的分解不彻底，造成高频淬火时奥氏体均匀化困难，或淬火后残余奥氏体量增多。
（5）石墨缺陷的影响
石墨缺陷本身对高频淬火没有大的影响，但象枝晶石墨、聚虫状石墨的大量存在，会引起坯件石墨周围贫碳而出现较多铁素体组织，不利于高频淬火。裂纹的影响是由于在粗磨时，坯件裂纹没有得到完全消除，在进行高频淬火时裂纹会在热应力和组织应力的作用下进一步发生扩展，使零件在高频淬火后报废。
小结：
（1）在凸轮轴机械加工过程中，对加工性能起决定性作用的因素是珠光体组织和渗碳体组织的形态和分布;其中，作为基体主要组成相的珠光体组织粒状和片状比例是主要影响因素，它直接通过对基体硬度的影响来影响凸轮轴坯件的机械加工性能，当片状珠光体量超过60%，凸轮轴的机械加工性能变差。
（2）现行工艺中影响凸轮轴坯件热处理性能的最主要因素是基体中珠光体组织粒状与片状比例，当片状珠光体量不足40%时，将不能保证高频淬火后凸轮表面的硬度和组织要求。
（3）现行工艺中其它一些坯件缺陷对凸轮轴机械加工性能和热处理性能的影响是轻微的和间接的。
3 凸轮轴成品主要缺陷
现行凸轮轴总成生产工艺凸轮轴坯件在钻深孔和粗磨凸轮后，还必须经过热处理成成品。
3.1 凸轮轴总成生产流程图
凸轮轴总成生产流程如图3.1所示：
图3.1凸轮轴总成生产流程图
3.2 凸轮轴成品结构尺寸图
图3.2 凸轮轴成品结构尺寸图
3.3 成品凸轮轴主要缺陷
成品凸轮轴主要缺陷可分为宏观及性能指标缺陷和显微组织缺陷。其中，两类缺陷互为因果，但受生产工艺的影响又有各自的特点。
3.3.1 宏观及性能指标缺陷。
（1）性能指标缺陷
凸轮轴性能指标缺陷主要是指硬度不足和淬硬层深度不良，不能提供凸轮轴工作所需要的耐磨性能。通常，引起凸轮轴硬度不足和淬硬层深度不良的原因很多，但总的来说可分为工艺因素和坯件自身的缺陷因素。由于高频淬火的时间很
短，如果高频淬火工艺参数选择不当，坯件原始组织状态不良都可能引起高频淬火后的硬度不足和淬硬层深度不良。
（2）宏观缺陷
宏观缺陷主要是指在精磨后发现的磨削裂纹，其产生原因分为两类，一类是淬火后回火不足或有组织缺陷，精磨时发生开裂形成;另一类是磨削工艺不当，产生的热应力超过材料所能承受的强度而发生开裂。
3.3.2 显微组织缺陷
（1）非马氏体组织
表现为应淬火区域有大量非马氏体组织，主要原因是高频淬火工艺参数选择不良或坯件原始组织不良，致使采用正常的淬火工艺无法得到所需的马氏体组织。非马氏体组织带来的后果是零件的硬度达不到技术要求，无法提供工作所需的耐磨性。
（2）过热
过热是由于高频淬火时温度过高或加热时间过长所致，其组织表现为马氏体针异常粗大，并出现大量残余奥氏体。因为感应淬火的尖角效应，它最容易发生在凸轮轴的桃尖部位，它的发生，使凸桃尖部的硬度大幅度降低而达不到应有的耐磨性。（如图3.3所示）
（3）过烧
过烧产生的原因与过热一样，只不过比过热更为严重，除了马氏体针极其粗大外，局部区域还有基体熔融现象和莱氏体组织出现。过烧也容易发生在凸桃尖部，使凸桃尖部的硬度达不到技术要求，无法提供要求的性能。（如图3.4所示）
图3.3过热组织图3.4过烧组织
3.3.3 现行工艺条件下成品凸轮轴主要缺陷数学统计分析
现以嘉陵公司凸轮轴生产单位一公司发动机二分厂自2001年12月到
2002年6月发现的有缺陷的凸轮轴成品为样本空间进行统计，总计47件，其各类缺陷的数量分布如表3.1所示
表3.1 成品凸轮轴质量缺陷数量分布表
从上表可看出，前三项缺陷的出现数量分布占了所有缺陷数量的86%，而位于第四、二、五、六位的非马氏体组织、过热、过烧、淬硬层深度不良四种缺陷在凸轮轴宏观性能上的表现也是硬度不足。所以，可以认为，现行工艺条件下，硬度不足和磨削裂纹是凸轮轴成品最主要的质量缺陷。
4 影响凸轮轴工作寿命的主要性能指标和缺陷分析
4.1凸轮轴工作寿命评价指标
凸轮轴的工作寿命是以摩托车发动机凸轮轴的升程曲线作为评价指标，按凸轮轴寿命试验规范，在进行摩托车发动机200小时台架试验或7000公里道路试验内，凸轮轴升程曲线应能够满足发动机配气的基本升程要求。在正常工作状态下，凸轮轴的凸轮的最大直径即桃尖部位是整个升程曲线中最容易受到破坏的地方，因此，我们也可以用凸轮的高度值来作为凸轮轴工作寿命的评价指标。
4.2影响凸轮轴工作寿命的主要性能指标
4.2.1凸轮表面硬度对凸轮轴工作寿命的影响
在正常工况下，凸轮为铸铁件，摇臂为钢件镀硬铬。凸轮表面与摇臂表面在正常情况下主要是发生粘着磨损。粘着磨损在材料方面起决定作用的是粘着磨损系数、磨损常数与材料的硬度，在确定的摩擦付中，磨损系数和常数一定的情况下，硬度是决定材料耐磨损性能的关键因素。随着材料硬度值的提高，材料的耐粘着磨损性能越好。
通过已知的大量实验结果表明，凸轮的粘着磨损过程随着凸轮表面硬度值的升高而逐渐减弱，特别是在反映摩托车发动机性能的强化台架试验中，当凸轮表面硬度达到HRC55以上时，粘着磨损的过程更为缓慢，是我们所希望的理想状
态。而在HRC50以下硬度时，粘着磨损的过程较为严重，容易使凸轮发生早期磨损失效。
4.2.2凸轮轴表面粗糙度对凸轮工作寿命的影响
凸轮轴的表面粗糙度对凸轮轴寿命的影响主要体现在对凸轮粘着磨损的影响，粗糙度越高，粘着磨损的过程越激烈，反之，就越轻微。
4.2.3凸轮轴凸轮表面显微组织对凸轮轴工作寿命的影响
凸轮轴表面显微组织对凸轮寿命的影响分为两个方面，即对凸轮粘着磨损过程的影响和对凸轮磨粒磨损过程的影响。
（1）显微组织对粘着磨损过程的影响
显微组织对粘着磨损过程的影响主要通过对凸轮表面硬度的影响反映出来，而不同显微组织的形态和分布对凸轮表面硬度值的影响是不一样的。按工艺要求，凸轮表面的显微组织应该为团絮状石墨细针马氏体+残余奥氏体+细粒状碳化物。
马氏体和残余奥氏体组织:马氏体和残余奥氏体是凸轮表面最主要的显微组织。马氏体是一种高硬度组织，有极好的抗粘着磨损性能，在凸轮表面，马氏体组织的形态随高频淬火工艺参数的变化而变化，一般来说，随着感应加热时间的延长、温度的升高，马氏体针逐渐趋于粗大，在马氏体针逐渐趋于粗大的同时，残余奥氏体的含量增高，由于残余奥氏体是一种低硬度的显微组织，它的含量的增高会降低整个凸轮表面的硬度，从而减弱凸轮的抗粘着磨损性能。所以，为了获得较好的抗粘着磨损性能，凸轮表面马氏体组织应尽可能的细，残余奥氏体含量应尽量少。
石墨:石墨是一种硬度极低的组织。一方面，它的低硬度，影响了凸轮表面的整体硬度，降低了凸轮的抗粘着磨损能力;另一方面，由于石墨在摩擦运动中良好的润滑作用，它对延缓凸轮的粘着磨损过程，起着重要的作用。综合来看，由于石墨在凸轮表面的量较少，它对硬度的负面影响是较小的，反而，作为一个高速转动的零件，润滑条件对凸轮粘着磨损过程的影响是占主要地位的。
因此，正常情况下，石墨的存在对凸轮的抗粘着磨损性能有着积极的影响。非正常表面组织:非正常表面组织主要是指非正常的高频淬火组淬火组织对粘着磨损的影响是不利的，它们主要是一些低硬度的组织的表面硬度达不到技术要求。
（2）显微组织对磨粒磨损过程的影响
由于磨粒磨损是磨粒显微切削和磨粒作用下疲劳脆裂破坏的一种综合过程，其最主要的特点是由磨料粒子的介入，对于正常工作状态下的凸轮来说，显微组
织中对磨粒磨损有影响的相主要是高硬度的碳化物，特别是由坯件组织带来的残余渗碳体呈较大块状和条状，在凸轮的磨损过程中从凸轮表面脱落，形成磨粒，加速凸轮的磨损过程。
小结：
通过已有的实验数据与分析，影响凸轮轴工作寿命的主要性能指标是凸轮淬硬层的表面硬度值。影响凸轮轴工作寿命的主要显微组织是马氏体、残余奥氏体及碳化物，它们的数量、形态、分布决定了凸轮轴的工作寿命。为了保证凸轮轴的工作寿命，我们在坯件生产中应尽可能避免残余渗碳体的存在，在高频淬火中，应避免各种淬火缺陷引起的硬度不足。
5凸轮轴坯件生产工艺控制的重点和难点
从第2章的缺陷统计资料表明，凸轮轴坯件缺陷发生频次最多的前五位是整个凸轮轴的缺陷重点而需要加以控制的，找出影响产生这些缺陷的主要工艺环节和因素，就能够有针对性地进行控制、改进和优化，凸轮轴坯件缺陷产生的主要工艺过程有铸造工艺和热处理工艺。
5.1凸轮轴坯件的铸造工艺控制要点
5.1.1工艺控制要点
（1）烘炉时炉衬必须缓慢加热烘烤，并保证彻底烘透而又不开裂。
（2）加料时应先加与柑祸内径相近的大块金属料(引炉块)作为开炉块，然后加入熔点较低而又元素烧损少的炉料，再加其它炉料，合金一般最后加。
（3）熔炼时先要低压供电，以预热炉料，然后提高功率，至铁水温度符合要求后，或停电扒渣出炉，或降低电压进行保温，这样可较为精确的控制和调节铁水温度。
（4）配料计算时，应掌握原材料的来源、质量及主要化学成分，凡不符合要求的原材料不能投入生产。
（5）生铁、废钢、回炉铁、合金应经检选后使用，严禁用合金钢代替废钢使用，使用前将原材料碎成小块。
（6）浇注中途不得停浇，以免发生渣孔、豆水、浇不足等缺陷。
（7）浇注时铁水从出炉到浇注完毕，应控制在15min以内，以免因时间太长而孕育衰退，或铁水流动性降低而浇不足，残余铁水必须倒掉。
（8）落砂时间70型必须控制在8—10min，125型必须控制在10—12min，以避免初生石墨的析出而导致产品报废。
（9）落砂后应该马上扒散激冷，以尽可能的白口化。
5.1.2工艺控制重点和难点
（1）凸轮轴坯件前十位的缺陷中，属于铸造缺陷的只有化学成分超差和枝晶状石墨，从枝晶状石墨、点状石墨及其它铸造石墨缺陷产生的工艺因素来看，在可锻铸铁的生产中，主要与铁液的化学成分及孕育不良有关。所以，对配料和孕育工序的控制，是控制凸轮轴坯件铸造缺陷的关键。
（2）在孕育剂的用量和孕育的时间上的控制上，要防止孕育衰退和孕育过度，前者会造成石墨化退火中石墨化的困难，后者会导致铸态石墨等缺陷的出现。
（3）配料是凸轮轴坯件工艺控制的难点所在，因为在凸轮轴坯件实际配料熔炼生产中，废钢的加入量是60kg，按照要求是低碳钢，由于废钢的来源比较复杂，在实际分选过程中有可能混入一些高碳钢甚至合金钢；另外，在激烈市场竞争的导向下，选用低成本的生铁是企业必然的选择，如嘉陵公司现在就使用了旺昌的214生铁代替原本溪生铁，由于不同产地生铁质量的差异，给配料计算的准确性造成相当大的难度。
5.2凸轮轴坯件的热处理工艺
第一阶段石墨化退火
现在以JH70型和JH125型的石墨化退火工艺为例，如图5.1
JH70型JH125型
图5.1 石墨化退火
第一阶段石墨化退火的目的是使凸轮轴白口生坯中的共晶碳化物不断溶入奥氏体而逐渐消失，同时团絮石墨逐渐形成。
第二阶段退火
凸轮轴低温石墨化退火工艺如图5.2
图5.2凸轮轴低温石墨化退火工艺
对凸轮轴坯件的第二阶段退火工艺来说，它不同于常规意义上的低温石墨化退火，其目的只是将基体中以片状珠光体为主的组织通过在共析转变温度附近的保温部分球化，以达到降低凸轮轴坯件硬度，提高机械加工性能的目的，所以，退火温度的选择比较低，鉴于对凸轮轴低温退火工艺的控制难度很大，从珠光体低温退火的目的，无非是要获得良好的机械加工性能和良好的高频淬火性能，结合第一阶段石墨化退火后冷却不良出现二次网状碳化物情况，我们考虑采用调质处理来代替第二阶段的低温回火工艺。从机械加工性能来看，以回火氏体为基体的凸轮轴具有介于以片状珠光体和以粒状珠光体为基体组织的凸轮轴坯件之间，而且，由于回火索氏体较粒、片混合组织有更好的均匀性，对刀具的磨损较小，有利于机械加工。从工艺性来看，由于采用了调质工艺，凸轮轴坯件的硬度值变得容易控制，对工艺控制精度的要求大大降低，便于在大批量生产时保证坯件质量。从高频淬火性能来看，由于在高频淬火前的坯件基体组织为调质组织，回火索氏体相对片状珠光体和粒状珠光体而言，有更高的弥散性，因而有更好的向奥氏体转变的条件，即使在很大的加热速度下，索氏体向奥氏体的转变也可以在较小的过热度下迅速完成，这就给高频淬火工艺参数的选择创造了有利的条件，可以在较高的加热速度下缩短加热时间，以提高淬火机工作效率而又能够保证淬火硬度。
5.2.1热处理工艺要点
（1）入炉前应检查电源、仪表、冷却水是否正常，热电偶是否接触炉壁，滴油系统是否畅通。
（2）高温石墨化退火，返工品正火，采用料筐堆装;低温退火及返工品高温回火采用专用夹具装入料格内，不能堆放。
（3）装炉后应柠紧炉盖，启动风扇，炉温升至800℃，滴入煤油巧卜200滴/min，并打开废气管点燃废气。
（4）出炉时应先关煤油，出炉后应迅速将堆放的产品散开，风冷采用大功率风扇强制冷却至室温，空冷采用自然冷却至室温。
（5）炉温应每月校检一次，以保证炉温及仪表的准确，校检及运行纪录应由专人保管备查。
（6）操作中应严格遵守工艺规程，不得擅自缩短或延长保温时间，引起石墨化不良。
5.2.2热处理工艺控制重点和难点
（1）通过前面的讨论可知，凸轮轴坯件的石墨化退火质量直接影响坯件的机械加工性能和最终热处理性能并对凸轮轴的工作寿命有直接的影响，控制产生缺陷的工艺环节是凸轮轴石墨化退火工艺控制的重点。
（2）凸轮轴坯件缺陷中，珠光体粒状与片状比例不良、残余共晶碳化物、二次网状碳化物都是石墨化退火过程产生的坯件缺陷;其中，残余共晶碳化物和二次网状碳化物是第一阶段石墨化退火不良产生的缺陷，而作为以获得合理珠光体粒、片比例为目的的第二阶段低温退火，珠光体粒状与片状比例不良显然是其主要缺陷。
（3）在第一阶段石墨化退火工艺过程中，影响退火后残余共晶碳化物量的因素主要是退火温度、保温时间和装炉量，退火温度偏低、保温时间不足、装炉量过大都会造成退火后的残余共晶碳化物量增高;所以，这些都是需要重点控制的要素，应严格按工艺要求执行:而产生二次网状碳化物的原因主要是退火后的冷却速度太慢引起，应该及时扒散风冷以确保冷却良好。
（4）在第二阶段低温退火工艺过程中，影响珠光体粒、片比例的要素有退火温度、退火保温时间和装炉量，当退火温度偏低、退火时间不足或装炉量过大都会使片状珠光体的球化过程延缓，从而使退火后的粒状珠光体量不足，反之，又会使片状珠光体量不足，影响高频淬火性能。所以，对工艺过程应严格按照工艺卡片的规定进行控制。
（5）凸轮轴坯件中共晶碳化物的分解除受到工艺参数的影响外，还受到坯件化学成分的影响，特别是凸轮轴化学成分中硅含量的影响，为了在铸造时抑制铸态石墨的析出，得到全部白口的基体组织，凸轮轴坯件的化学成分中硅的含量设计值在可锻铸铁中偏低，为1.0%一1.6%，低于常规的1.3%一2.0%，在实际工艺操作中，如果硅含量偏下限，甚至低于规定值，就会造成第一阶段石墨化退火在正常工艺时间内无法完成，残余共晶碳化物量超差;所以，如果不针对铸造后生坯的化学成分进行适当的工艺调整，靠正常工艺控制来保证凸轮轴第一阶段石墨化退火的质量是无法完全实现的。
（6）对于第二阶段低温退火工艺而言，要控制珠光体粒状与片状的比例，
解密汽车仪表板材料及制造工艺 随着汽车在安全及环保性方面的发展，人们对汽车饰件在安全性及环保性方面的要求也越来越高；随着仪表板外形设计美观的要求，越来越多的仪表板采用无缝气囊门的外观设计，因此对汽车仪表板来说，一个好的仪表板不仅要有设计新颖美观的外形，舒适的手感，而且还需具有优良的老化性能及与乘客的良好相容性(优良的散发特性)。 由于PVC材料具有良好的手感和花纹成型性且材料成本低等优点，因此目前PVC搪塑仍是使用最广的仪表板表皮加工工艺，PVC粉料占据了搪塑成型工艺的绝大部分市场。由于PVC材料的玻璃化温度较高，材料在低温环境下发脆，易造成无缝气囊仪表板在低温状态爆破时，气囊区域PVC表皮碎裂而飞出，对乘客产生安全隐患，PVC在抗老化性、增塑剂迁移等方面也存在问题，因此出于安全及环保原因，目前各主机、饰件及材料生产厂商相继开发出了PVC的替代材料及工艺。 由此可见，随着环保要求的不断提高，与环境相容性较差的材料将逐渐被替代。今后，仪表板表皮材料将在以下性能上不断改进：优良的安全性能，低温性能；优良的老化性能，抗UV性能；易于循环使用；减小成雾性；材料无害性、与环境及人的相容性。 根据仪表板表皮性能这些发展要求，世界各主机、饰件及材料生产厂商不断开发出新的材料及成型工艺以满足表皮性能的发展要求，以下将对仪表板饰面表皮的一些性能优异的新材料及其成型工艺进行介绍。 搪塑成型工艺 搪塑工艺是当前一项成熟并使用广泛的成型工艺，其加工成型工艺简单，是目前应用最广的工艺。目前搪塑模可采用的皮纹也越来越广，如缝纫线(StitchLine)，主要的环保新材料有热塑性聚烯烃(TPO)、热塑性聚氨酯(TPU)粉料。 1.热塑性聚氨酯TPU 热塑性聚氨酯TPU结合了橡胶的物理机械性能，具有优良热塑性及工艺加工性。其优点有：是一种环保型的材料，可回收循环使用；具有优良的物理机械性能、可使用较薄的表皮厚度；良好的耐化学性、耐老化性、抗摩损性；TPU搪塑料无须添加增塑剂，其具有良好的气味及散发特性；优良的低温性能，在低温状态下保持着优良的弹性，玻璃化温度为-50℃。 TPU搪塑粉料分二种，一种为芳香族聚氨酯，另一种为脂肪族聚氨酯。芳香族聚氨酯由芳香族异氰酸脂MDI及聚醚组成，脂肪族聚氨酯由脂肪族异氰酸脂如HDI、IPDI和聚酯或丙烯酸聚醚组成。由于芳香族异氰酸脂存在不饱和键，易产生变黄及粉化现象，因此早期使用的芳香族TPU搪塑表皮表面需喷上涂层，以防止表皮变黄。目前开发的TPU搪塑粉料一般都是脂肪族体系，脂肪族聚氨酯具有优良的抗紫外线、耐光性，因此无须对表皮表面进行喷涂处理，但脂肪族TPU一般的加工性能及高成本却影响了TPU材料的推广。由于脂肪族TPU优良的耐光性及舒适的手感，其在中高端的产品上应有较好的应用前景。
文献综述 凸轮轴简介：凸轮轴是活塞发动机里的一个部件.它的作用是控制气门的开启和闭合动作.凸轮轴的主体是一根与汽缸组长度相同的圆柱形棒体.上面套有若干个凸轮,用于驱动气门.凸轮轴的一端是轴承支撑点,另一端与驱动轮相连接。按照安装位置凸轮轴可分为OHV(底置凸轮轴）和SOHC（单顶置凸轮轴）. 按照凸轮轴数目的多少，可分为单顶置凸轮轴(SOHC)和双顶置凸轮轴(DOHC)两种。单顶置凸轮轴就是只有一根凸轮轴，双顶置凸轮轴就是有两根，这是太直白的解释。[1]目前，国内外广泛采用的凸轮轴材料有低碳钢、中碳钢、珠光体球墨铸铁及合金铸铁等。[2] 凸轮轴加工工艺 国外加工工艺 a 钢制锻造毛坯经切削加工后,凸轮桃间部分频淬火形成马氏体层.[3] b 20世纪70年代末德国和法国相继开发了凸轮轴氩弧重熔新工艺。在电弧高温作用下,利用氩气层流的保护，在凸轮表面形成微小熔池,电弧转以后,靠工件自身吸热使熔池激冷而得到细小的莱氏体组织.在重熔之前,首先要对凸轮轴进行预热,一般预热温度为250-330摄氏度.[4] 这种方法的优点是凸轮的晶粒细小、耐磨性比冷硬铸铁高、易于实现机械化、质量稳定、废品低、成本低等.目前我国已使用这项技术.[3] 但由于这种方法得到的凸轮轴的二次石墨颗粒大小不均匀,从零点几微米到几十微米甚至更大。导致在工作过程中容易出现凸轮桃形尤其是桃尖的点蚀，表层脱落以及早期磨损.[4] C 冷激铸铁凸轮轴.冷激铸铁由于具有高硬度的碳化组织物而具有良好的摩擦性和抗擦伤性。冷激铸铁中的白口层是莱氏体组织,在常温下是珠光体和碳化物的机械混合物,由于含有大量的碳化物,它起一个骨架作用,硬度较高，而珠光体起到一个储油作用.冷激铸铁凸轮轴低成本高性能,得到了广泛的应用.[5] d 以美国为主的可淬硬铸铁凸轮轴。低合金可淬硬铸铁凸轮轴是在普通铸铁中加入可增加淬透性的合金元素而制成的一种新材质.虽然是以灰铸铁为甚础，五大元素基本相同，但由于加入了多种合金元素，它的铸造性能发生了相应的改变，生产工艺及各方面控制也应随之采取相应的改变，否则产品质量很难保证.这种凸轮轴的抗擦伤性次于冷硬铸铁凸轮轴，但比钢制凸轮轴好；抗疲劳能力比冷硬铸铁凸轮轴好，但比钢制凸轮轴差.[6] e 装配式凸轮轴.由于传统式凸轮軸的制造特点很难同时保证发动机配气机构对凸轮轴各个部位不同的性能要求，凸轮的排列也不可能很紧凑,材料也不尽合理,后续加工复杂,在轻型化和控制成本方面难有新突破.在80年代焊接式凸轮轴呗研发出来.在80年代中期烧结连接式凸轮轴正式投入使用,同期出现了扩管法连接的凸轮轴.90年代中后期，滚花连接式凸轮轴开始研制.装配式凸轮轴的轴和凸轮分开制造,然后装配在一起.凸轮一般采用碳钢或粉末冶金材料,轴则采用冷拔薄壁无缝钢管.其连接方法主要有焊接式、烧结式、机械式.[7] 国内加工工艺 a 钢制锻造毛坯或者合金铸铁毛坯经切削加工后，凸轮桃尖部分经高频淬火形成马氏体层.如一汽CA1091型汽油机凸轮轴用45钢.[8] b 冷硬铸铁凸轮轴.冷硬铸铁具有成本低、工序少、加工周期短、零件使用寿命长等优点.但冷硬铸铁要控制冷硬层的白口深度、冷硬层内渗碳体量及形态分布、还有非冷硬部位的加工性能、因此需要选择最佳控制范围.[9] c 凸轮部位应用Cr-Mn-Mn合金涂料进行铸件表面合金化,获得一定厚度的白口层,从而保证工作部位的硬度，提高了耐磨性.
开题报告 题目名称凸轮轴结构设计及工艺编制 题目来源 A 题目类型 4 导师姓名 学生姓名班级学号专业 凸轮轴的功用是通过凸轮轴的不断旋转，推动气门顶杆上下运动，进而控制气门的开启与关闭。通过改变凸轮轴的曲线，可精确调整气门开启、关闭时间。 1、课题背景和意义： 凸轮轴是活塞发动机里的一个部件。它的作用是控制气门的开启和闭合动作。虽然在四冲程发动机里凸轮轴的转速是曲轴的一半（在二冲程发动机中凸轮轴的转速与曲轴相同），不过通常它的转速依然很高，而且需要承受很大的扭矩，因此设计中对凸轮轴在强度和支撑方面的要求很高，其材质一般是特种铸铁，偶尔也有采用锻件的。由于气门运动规律关系到一台发动机的动力和运转特性，因此凸轮轴设计在发动机的设计过程中占据着十分重要的地位。 2、凸轮轴的国内外发展趋势： 2.1凸轮轴的结构、位置及转动方式 凸轮轴的主体是一根与气缸组长度相同的圆柱形棒体。上面套有若干个凸轮，用于驱动气门。凸轮轴的一段时轴承支撑点，另一端与驱动轮相连接凸轮的侧面呈鸡蛋形。其设计的目的在于保证汽缸充分的进气和排气，具体来说就是在尽可能短的时间内完成气门的开、闭动作。另外考虑到发动机的耐久性和运转的平顺性，气门也不能因开闭动作中的加减速过程产生过多过大的冲击，否则就会造成气门的严重磨损、噪声增加或是其他严重后果。因此，凸轮和发动机的功率、扭矩输出以及运转的平顺性有很直接的关系。在以前的很长的一段时间里，底置式凸轮轴在内燃机中最为常见。通过这样的发动机中，气门位于发动机的顶部，即所谓的OHV(OverHeadValve，顶置气门）式发动机。此时通常凸轮轴位于曲轴箱的侧面，通过配气机构（如挺杆、推杆、摇臂等）对气门进行控制。因此底置式凸轮轴一般也叫侧置式凸轮轴。由于在这样的发动机凸轮轴距离气门较远，而且每个气缸通常只有2个气门，因此转速通常较慢，平顺性不佳，输出功率也较低。不过这种结构的引擎输出扭矩和低速性能比较出色，结构也比较简单，易于维修。按凸轮轴的数目多少，可分为单顶置凸轮轴（SOHC)和双顶置凸轮轴（DOHC)2种。单顶置凸轮轴就只有1根凸轮轴，双顶置凸轮轴有2根凸轮轴。底置式凸轮轴通常次用星形齿轮组（即所谓的“控制论”），辊子链或齿条与曲轴相连。为了控制噪声，直径大的凸轮轴端传动轮通常由塑料或者轻金属制造，而相对直径较小的曲
仪表板因其得天独厚的空间位置，因此越来越多的操作功能分布于其上，除反映车辆行驶基本状态的仪表外，对风口、音响、空调、灯光等的控制也给予行车以更多的安全和乐趣。因此，在汽车中，仪表板是集安全性、功能性、舒适性与装饰性于一身的部件。首先，它需要有一定的刚性以支撑其零件在高速和振动的状态下保证正常工作；同时又需要有较好的吸能性使其在发生意外时减少外力对正、副驾驶员的冲击。 仪表板生产的主要工艺 针对不同仪表板，涉及的工艺及流程也有较大差异，可粗略归纳为以下几种： 1. 硬塑仪表板：注塑（仪表板本体等零件）→焊接（主要零件，如需要）→装配（相关零件）； 2. 半硬泡仪表板：注塑/压制（仪表板骨架）→吸塑（表皮与骨架）→切割（孔及边）→装配（相关零件）； 3. 半硬泡仪表板：注塑（仪表板骨架等零件）→真空成型/搪塑（表皮）→发泡（泡沫层）→切割（边、孔等）→焊接（主要零件，如需要）→装配（相关零件）。 具体工艺 注塑工艺 是将干燥后塑料粒子在注塑机中通过螺杆剪切和料桶加热熔融后注入模具中冷却成型的工艺，也是仪表板制造中应用最广泛的加工工艺，用来制造硬塑仪表板本体、吸塑和软质仪表板的骨架及其它大部分相关零件。硬塑仪表板材料多使用PP，仪表板骨架的材料主要有PC/ABS、PP、SMA、PPO（PPE）等的改性材料。其它零件则根据作用、结构和表观要求的不同，可选择上述材料以及ABS、PVC、PC、PA等材料。注塑工艺在上世纪四、五十年代迅速兴起后，得到了大力发展。经过在设备、模具上的不断增加、改造、选装不同用途的设备，注塑工艺形成了多种分工艺：如气辅注塑、顺序阀注塑、复合注塑、嵌件注塑、双色注塑、二次注塑等。 气辅注塑：是气体辅助注塑的简称，发明于八十年代初，推广于九十年代，将熔融塑料粒子注入模具的同时注入一定量的惰性气体，并通过气路、结构的设计和工艺控制使零件的特定区域形成中空结构的注塑工艺。中空结构的形成在增强了零件的机械性能的同时，减小了零件壁厚以改善零件外观，降低了材料成本和成型周期。因此该工艺不仅在汽车制造业得以应用，在家电制造业也得到了长足的发展，主要应用于结构件，尤其是有外观要求的结构件。近年用水代替惰性气体的研究与应用也取得了一定成果。 顺序阀注塑：在九十年代由附有热流道模具的注塑演化而来，是通过与设备连锁的阀门，控制模具热流道中不同浇口的开闭，从而控制料流的注塑工艺。该工艺适用于薄壁长流程的产品，降低对设备锁模力的要求，优化表面质量，缩短成型周期。 复合注塑（laminate injection molding）：在注塑模的动模一侧放置与模具形状吻合或无形状的片材后注塑成型，使产品具有两层结构的同时有模具赋予的形状。其优点是减少了加工工序，产品表观质量好，零件间粘结力强。因其有形状片材在与模具配合时需精密控制，而无形状的平面片材需到达零件拉伸要求，因此该工艺在仪表板制造中应用范围很小，而在门内饰板和装饰板/条有一定的应用。 嵌件注塑：在家电业中较为普及，在仪表板生产中各电器开关的制造均采用该工艺。它是将需嵌于注塑件的金属零件在注塑前置于模具内，注塑后熔融的塑料将其部分包覆，成为一个零件。 双色注塑：在双色注塑机上，在同一生产周期内向专门的注塑模内同时或先后注射不同颜色、种类的原料，使产品具有不同的外观、性能，以满足相应的要求。但因双色注塑在设备和模具中的巨大投资而逐渐被二次注塑所取代。简单来说二次注塑就是注塑零件为嵌件，主要应用于机械性能和外观要求都较高的零件。材料的选择是该工艺的关键。
发动机凸轮轴检测方法综述 Summarize to The Measure Method of Engine Cam Shaft 摘要论述了凸轮轴测量仪的测量原理和凸轮测量数据的处理与评定方法。 Abstract: The article mainly introduces the principle of the cam shaft measuring system and the method of data processing and assess in cam shaft measuring system. 关键词凸轮轴测量数据处理评定 keywords: cam shaft ,measure, data processing , assess. 1概述 凸轮机构广泛应用于自动化机械、精密仪器、自动化控制系统中，作为发动机的关键部件，凸轮轴是影响发动机气门开闭间隙大小和配气效率的主要因素。随着凸轮轴自动化加工水平的不断提高，为了高精度、高效率地检测凸轮轴，并正确处理、评定它的各项工艺误差，及时快速地反馈凸轮轴的质量信息，传统的光学机械量仪以及采用人工数据处理的方法，已不能适应凸轮轴工艺质量管理的实际检测需要。为此广州威而信精密仪器有限公司研制了基于计算机为检测、处理核心的L系列凸轮轴测量仪，它可以实现对凸轮轴加工质量的高效、高精度检测，从而对凸轮轴磨床的磨削工艺进行实时监控，以保证产品质量和提高生产效率。 发动机凸轮轴的测量包括与设计有关因素的测量项目和与质量管理有关因素的测量项目。L-2000型凸轮轴测量仪的主要功能有： （1）检测凸轮轴的轴颈（凸轮轴的装配基准）误差（圆度，跳动）； （2）检测凸轮轴的桃型（包括基圆段，爬行段，升程段等）误差；
仪表板：汽车仪表板材料及制造工艺 随着汽车在安全及环保性方面的发展，人们对汽车饰件在安全性及环保性方面的要求也越来越高；随着仪表板外形设计美观的要求，越来越多的仪表板采用无缝气囊门的外观设计，因此对汽车仪表板来说，一个好的仪表板不仅要有设计新颖美观的外形，舒适的手感，而且还需具有优良的老化性能及与乘客的良好相容性(优良的散发特性)。 由于PVC材料具有良好的手感和花纹成型性且材料成本低等优点，因此目前PVC搪塑仍是使用最广的仪表板表皮加工工艺，PVC粉料占据了搪塑成型工艺的绝大部分市场。由于PVC材料的玻璃化温度较高，材料在低温环境下发脆，易造成无缝气囊仪表板在低温状态爆破时，气囊区域PVC表皮碎裂而飞出，对乘客产生安全隐患，PVC在抗老化性、增塑剂迁移等方面也存在问题，因此出于安全及环保原因，目前各主机、饰件及材料生产厂商相继开发出了PVC的替代材料及工艺。 由此可见，随着环保要求的不断提高，与环境相容性较差的材料将逐渐被替代。今后，仪表板表皮材料将在以下性能上不断改进：优良的安全性能，低温性能；优良的老化性能，抗UV性能；易于循环使用；减小成雾性；材料无害性、与环境及人的相容性。 根据仪表板表皮性能这些发展要求，世界各主机、饰件及材料生产厂商不断开发出新的材料及成型工艺以满足表皮性能的发展要求，以下将对仪表板饰面表皮的一些性能优异的新材料及其成型工艺进行介绍。 搪塑成型工艺 搪塑工艺是当前一项成熟并使用广泛的成型工艺，其加工成型工艺简单，是
目前应用最广的工艺。目前搪塑模可采用的皮纹也越来越广，如缝纫线(Stitch Line)，主要的环保新材料有热塑性聚烯烃(TPO)、热塑性聚氨酯(TPU)粉料。 1.热塑性聚氨酯TPU 热塑性聚氨酯TPU结合了橡胶的物理机械性能，具有优良热塑性及工艺加工性。其优点有：是一种环保型的材料，可回收循环使用；具有优良的物理机械性能、可使用较薄的表皮厚度；良好的耐化学性、耐老化性、抗摩损性；TPU搪塑料无须添加增塑剂，其具有良好的气味及散发特性；优良的低温性能，在低温状态下保持着优良的弹性，玻璃化温度为-50℃。 TPU搪塑粉料分二种，一种为芳香族聚氨酯，另一种为脂肪族聚氨酯。芳香族聚氨酯由芳香族异氰酸脂MDI及聚醚组成，脂肪族聚氨酯由脂肪族异氰酸脂如HDI、IPDI和聚酯或丙烯酸聚醚组成。由于芳香族异氰酸脂存在不饱和键，易产生变黄及粉化现象，因此早期使用的芳香族TPU搪塑表皮表面需喷上涂层，以防止表皮变黄。目前开发的TPU搪塑粉料一般都是脂肪族体系，脂肪族聚氨酯具有优良的抗紫外线、耐光性，因此无须对表皮表面进行喷涂处理，但脂肪族TPU一般的加工性能及高成本却影响了TPU材料的推广。由于脂肪族TPU优良的耐光性及舒适的手感，其在中高端的产品上应有较好的应用前景。 2.热塑性聚烯烃TPO TPO搪塑粉料是一种新型的聚烯烃材料，目前只有少量应用，如Inteva公司。主要存在以下缺点待解决：表皮耐刮擦性差，脱模时易产生明显脱模痕而造成大量报废；耐油性差；脱模较困难，对仪表板外形设计局限性较大；成型温度范围较窄。 真空成型工艺
摘要 我的毕业设计课题是凸轮轴的工艺工装，凸轮轴对其工作要求、部分精度较高，如轴上的油孔的加工、法兰盘孔的加工等。凸轮轴的工艺过程，我们尽量做到清晰明了，在保证表达清楚的基础上，尽量做到简练。在此设计中，巩固了机械制造专业的专业知识，学习机械加工工艺、夹具设计、金属切削原理与刀具及金属切削机床。在此，我们设计了两套钻床夹具，并进行了一些机构的设计，如分度机构、顶尖机构、液压传动机构等，还借用了机床尾座、手轮等大量通用件，既有利于加工，又节省不少力气。其中，夹具设计需要保证被加工面的位置精度；减少辅助时间，提高劳动生产虑；扩大机床的使用范围；实现工件的装夹加工并减轻劳动强度，改善工作条件，保证了生产安全。此次设计，由于我的水平有限，难免会出现错误，望读者进行批评指正。 关键词：凸轮轴；钻床夹具；分度机构；液压传动机构
Abstract My graduation project subject is a craft frock of the camshaft, the camshaft is by their job requirements. To the precision being relatively high, for instance, oil processing of hole of axle. Processing of the hole of the ring flange, etc., the course of the camshaft, we try our best to accomplish clearly, on the ground of guaranteeing to express clearly. Try one’s best to accomplish as perfect as crystal. In the course of design, consolidate our knowledge about mechanism manufacturing, and I have grasped mechanic craft, tongs design, the principle of metal cutting tools and the metals cutting the machine tools. In this design, we have designed two sets of drilling machines digs. In the design, I have designed some sets of mechanisms. Such as, graduation organization, top structure, hydraulic transmission mechanism and so on. I take advantage of lathe tail flat also, as large amount of common parts, such as handwheel favorable to process and so on. Save much strength. Among them, the tongs design demand guarantee which is processed the position accuracy; Reduce to lend support the time and increasements labor produce, extend the usage scope of the machine tools. Realize the work piece pack to clip to process to combine alleviative labor strength, improve the work term and guarantee the production safety. This design, because we have limited level. Unavoidable to appear some mistakes, so I hope that readers can make some re-comments. Keyword:camshaft; drilling machines digs; graduation organization; hydraulic transmission mechanism
凸轮轴加工工艺分析 粗基准的选择： 常选择其支承轴颈的毛坯外柱圆面及其一个侧面作为定位基准 端面加工：国内各厂家采用铣削加工。国外一些（美国福特）以磨代铣 1、对于毛坯是模锻件尤其是精磨锻件来说，毛坯精度是由锻模来保证的，其精度较高，加工余量也较小。毛坯锻造后已经过喷丸处理，表面平整、光洁、无飞边、毛刺等缺陷 2、对于毛坯是铸件尤其是精铸件来说，不仅具有较好的加工性，而且加工余量也较精确，其毛坯精度比锻件还高，完全能保证定位可靠 3、在凸轮轴加工过程中，选择粗基准还要考虑加工余量的分配均匀、合理。这对于工件长径比较大、刚度低的特点来说，不仅有利于减小因切削余量不均、切削力剧烈变化而使工件产生的弯曲变形，对于保证精加工质量和提高劳动生产率具有重要的意义 精基准的选择 对于各支承轴、正时齿轮、齿轮轴颈和连接轴颈外圆表面的粗加工、半精加工、精加工及支承轴、正时齿轮轴颈的光整加工凸轮、偏心轮的半精加工、精加工及光整加工，均是以两顶尖孔作为精基准 对于凸轮、偏心轮的粗加工，一般是以经过加工后的支承轴颈、正时齿轮轴颈作为定位基准 各表面精加工之前、热处理之后，通常安排中心孔的修整工序修整中心孔时以支承轴进行定位，常用的方法是研磨 二、加工阶段的划分和工序顺序的安排 1、加工阶段的划分 四个阶段： 粗加工：各支承轴颈、正时齿轮轴颈和螺纹轴颈外圆、车凸轮、偏心轮等 半精加工：粗磨凸轮、偏心轮等 精加工：精磨正时齿轮轴颈和止推面、四个支承轴颈外圆，精磨凸轮、偏心轮 光整加工：抛光支承轴颈、凸轮和偏心轮 四、凸轮形面的加工 凸轮形面粗加工： 按刀具：单刀仿形；多刀仿形 按车床：双靠模切削：单靠模切削 定位：以一个支承轴颈端面作为轴向定位；以正时齿轮和一个支承轴外圆作为定位基准；加工中采用滚轴式辅助支承。 也可用铣削加工或者磨削加工代替车削
仪表板表皮成型工艺概述及发展动态
延锋伟世通汽车饰件系统有限公司 侯剑锋 上海 200233 摘要：对目前汽车仪表板表皮成型的各种工艺及其对应的材料现状进行了综述，并
展望其未来发展趋势。作者认为，对于中高档仪表板，主要的表皮成型工艺将为 PVC 搪 塑、TPU 搪塑、TPO 阴模成型，在较长时间内 PVC 搪塑仍将保持较高份额；对于高档仪 表板，主要工艺将集中在 PUR 喷涂、真皮包覆工艺；TPU 吹塑成型将有良好的应用前景。
关键词：仪表板 表皮 搪塑 阴模真空成型 模塑 喷涂 吹塑 真皮包覆
一、 前言
随着汽车在安全及以及环保方面的发展，人们对汽车饰件在安全性及环保 性方面的要求也越来越高，对汽车仪表板来说，一个好的仪表板不仅要有设计 新颖美观的外形，舒适的手感，而且还需具有优良的高低温性能及与乘客的良 好相容性（优良的散发特性）。鉴于这些要求，对仪表板表皮制造的材料及工 艺就提出了更高的要求。例如，过去仪表板表皮较多是采用 PVC/ABS 真空成 型工艺生产，但由于 PVC/ABS 表皮存在老化性能差，高温下增塑剂等助剂易 挥发，造成起雾现象，并且使车内环境变差，造成气味、散发等指标不合格。 正由于 PVC/ABS 表皮存在这些问题，目前使用 PVC/ABS 表皮的仪表板在市场 中的占有率正不断下降，从以下二个图中，可看出 PVC/ABS 的使用率从 1997 年的 50％下降到 2002 年的 36％。
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由此可见，与环境相容性较差的材料将逐渐被替代。今后，仪表板表皮材 料将在以下性能上不断改进： ? ? ? ? ? 优良的安全性能，低温性能 抗 UV 性能 易于循环使用 减小成雾性 材料无害性、与环境及人的相容性
根据仪表板表皮性能这些发展要求，世界各主机、饰件及材料生产厂商不 断开发出新的材料及成型工艺以满足表皮性能的发展要求，以下将对中高档仪 表板饰面表皮的一些新材料及成型工艺进行介绍。
二、 表皮成型工艺、材料综述
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2011年 第 7 期 https://www.doczj.com/doc/492154315.html, MC策划 C Plan M ■ 河南中轴控股集团股份有限公司/苗祥利 凸轮轴是汽车发动机关键部件之一，主要由凸轮、支承轴颈、轴颈等几部分组成（见图1）。凸轮轴的作用是控制气门的开启和闭合动作，其制造品质影响发动机的功率指标、排放指标、节油指标等。目前，在我国发动机凸轮轴的制造方法中通常有两种：第一种，冷激铸铁凸轮轴，主要用于 轿车发动机；第二种，碳钢楔横轧凸轮轴，主要用于载货汽车发动机。另外，还有一种是两种以上材料组合装 配的凸轮轴，国内暂未大批量推广使 用。 冷激铸铁凸轮轴制造工艺冷激铸铁凸轮轴基本性能要求是：凸轮表层冷激区为耐磨的白口组织，冷激过渡区为麻口组织，其余为珠光体灰口组织。工艺流程主要包括：铸造、铣削、钻孔、车削、磨削、抛光和清洗以及检验等。 1.铸造 通过铸造工序来获得内部组织和外 在几何尺寸合格的凸轮轴毛坯，铸造凸轮 轴毛坯如图2所示。通常方法是，将制作 的专用冷铁放置在砂型中，如图3所示， 然后合箱、浇注、冷却，从而制得铸造毛 坯。冷铁的厚度和凸轮轴的化学成分是控 制凸轮轴内部组织的关键；冷铁凹面的形 状和表面粗糙度决定凸轮的几何尺寸和精 度。汽车发动机 凸轮轴的制造 图2 铸造凸轮轴毛坯 图1 发动机凸轮轴结构1.轴颈 2.支承轴颈 3.凸轮 123
45 2011年 第 7 期 汽车发动机制造图3 放置有专用冷铁的砂型 图4 冷激铸铁凸轮轴成品 图5 凸轮轴油孔（道）密封试验装置 图6 碳钢楔横轧凸轮轴 https://www.doczj.com/doc/492154315.html,
2011年 第 7 期 https://www.doczj.com/doc/492154315.html, MC策划 C Plan M 关键词：汽车 发动机 凸轮轴 制造查询编号201107009（收稿日期20110531）Web Info 图7 美国产凸轮轴综合检测仪 图8 组合装配凸轮轴
浅谈仪表板制造工艺
浅谈仪表板制造工艺 作者:浙江众泰汽车技术中心王智 仪表板简称“IP（Instrument panel）”,是汽车内饰的重要组成部分。由于具有得天独厚的空间位置，使得仪表板成为诸多操作功能的载体：驾驶者不仅可通过仪表板了解车辆的基本行驶状态，而且可对风口、音响、空调和灯光等进行控制，从而在确保安全的同时，享受到更多的驾乘乐趣。近年来，随着技术的不断进步，更多的操作功能被集成到了仪表板中。显然，为了确保所支撑的各种仪表和零件能够在高速行驶及振动状态下正常工作，仪表板必须具有足够的刚性，而为了减少发生意外时外力对正、副驾驶的冲击，还要求仪表板具有良好的吸能性。与此同时，出于舒适和审美的要求，仪表板的手感、皮纹、色泽和色调等也日益受到人们的重视。 总之，作为一种独特的内饰部件，仪表板集安全性、功能性、舒适性和装饰性于一身，这些性能的好坏已成为评判整车等级的重要标准之一。一般，不同的车型所配备的仪表板等级是完全不同的。根据车型的配置要求，可选择适合的仪表板生产工艺，以达到降低生产成本的目的。 仪表板种类及生产工艺
目前，常使用的仪表板主要包括：硬质仪表板、半硬质仪表板、搪塑发泡仪表板、阴模成型仪表板和聚氨酯喷涂仪表板等几种类型。不同的仪表板，其生产工艺也不尽相同。 一般，硬质仪表板（注塑件）的工艺流程为：注塑成型仪表板本体零件→焊接主要零件（如需要）→组装相关零件；半硬质仪表板(阳模吸塑件)的工艺流程为：注塑/压制仪表板骨架→吸塑成型表皮与骨架→切割孔和边→组装相关零件；搪塑发泡仪表板的工艺流程为：注塑成型仪表板骨架→真空成型/搪塑表皮→泡沬层的发泡处理→切割孔和边→焊接主要零件（如需要）→装配相关零件；阴模成型仪表板（阴模成型及表皮压纹）的工艺流程为：注塑成型仪表板骨架→真空成型/吸塑表面压纹→泡沬层的发泡→切割孔和边→焊接主要零件（如需要）→组装相关零件；聚氨酯喷涂仪表板的工艺流程为：注塑成型仪表板骨架→PU喷涂→发泡层发泡→切割孔和边→焊接主要零件（如需要）→组装相关零件。 仪表板的注塑成型 对于全塑的硬质仪表板和发泡仪表板而言，其骨架的注塑成型一般需要使用锁模力为2000～3000T的注塑机，骨架材料可以采用PC/ABS、SMA或PP+GF，表1对这3种材料的成型性、成本和使用性能做了比较。 表1 注塑成型骨架材料的比较 仪表板的注塑工艺可分为高压注塑和低压注塑两种方式。高压注塑的特点是：材料在经螺杆加热后被注入到闭模中成型。一般，经高压注塑成型的部件易出现缩印、变形和熔接痕等质量问题，这通常是由加强筋和/或浇口位置设计不当引起的，此外，材料或产品结构的不合理也会对此有所影响。低压注塑的主要特点是：经螺杆加热后的材料被注入到微闭合的模具中，模具在二
汽车发动机制造工艺介 绍精 集团文件版本号：（M928-T898-M248-WU2669-I2896-DQ586-M1988）
发动机制造工艺介绍 1．发动机主要零件的加工工艺 2．发动机的结构与装配过程 3．发动机的现状与发展 一、发动机主要零件的加工工艺 1、凸轮轴加工 传统材料：优质碳素钢、合金结构钢、冷激铸铁、可锻铸铁、珠光体球墨铸铁及合金铸铁等。 1）凸轮轴的粗加工的传统工艺方法是采用靠模车床及液压仿形凸轮铣床，铣削的凸 轮尺寸精度和形状都优于车削，事直接进行精磨。对于加工余量大，较为先进的加工 方法为采用CNC凸轮铣床（无靠模），铣削方法有外铣和轮廓回转铣削两种。提供外 铣技术的公司主要有：HELLER公司，日本小松、日本片冈等。 长期以来，凸轮轴磨床采用靠模，滚轮摆动仿形机构。现凸轮磨床完全靠CNC控制获 得精密的凸轮轮廓，同时工件无级变速旋转，广泛采用CBN（立方氮化硼）砂轮加工凸轮轴，这不仅摆脱了靠模精度对凸轮精度的影响，而且砂轮的磨损不影响加工精度 2、连杆加工 传统材料：中碳钢、中碳合金钢、非调质钢、粉末冶金等。 1）毛坯 连杆毛坯的各项在求中，最大的问题是重量和厚度方向的精度。为保证这两项要求，除 了锻造设备处，模具的质量是至关重要的，只有采用CAD/CAM模具制造技术，才能保证模具的重复制造精度，从而保证连杆毛坯的厚度和重量公差。 连杆传统的热处理方法是调质，现较为先进的连杆热处理方法是锻造余热淬火。连杆最常用的、最有效的强化方法是喷丸处理。 2)机械加工 对配合精度要求待别高的部位，如连杆小头衬套孔，需进行尺寸分组；应遵循基准统一原 则，尽量避免基准的更换，以减少定位误差； a) 大小头两端面加工：
凸轮轴工艺设计的概述 设计的目的 这次毕业设计的目的就是要对轴类零件的半成品以后的磨削加工有所了解，运用所学的关于磨削加工的理论知识培养自己分析和解决问题的能力，提高自己的设计能力和创新设计能力。对整个的知识体系有个更好的串联！ 设计任务 本次设计的任务是让我们综合运用我们所学的机械设计基础、数控编程、机械制图、CAD 制图技术、机械制造工艺等知识，来完成凸轮轴零件的三维造型设计、凸轮轴零件工艺规程文件编制、相关数控程序编制和相关夹具的设计。 凸轮轴设计方法 常规设计方法 他们是根据力学和数学建立的理论公式和经验公式，运用图表和手等技术资料，以实践经验为基础，进行设计计算、绘图和编写设计说明书，利用普通凸轮磨机床进行加工。 创新设计方法 现代设计方法强调是以计算机为工具，以工程软件为基础，运用现代设计理念，进行机械产品的设计，如凸轮轴设计就是运用UG辅助制图，这样就可以优化设计，提高其生产效率。凸轮轴设计的结果和意义 凸轮轴设计的结果 运用计算机辅助制图软件，优化设计，在提高生产效率、提高产品质量的前提下，寻求最好的工艺方案，以至于减少砂轮的磨损。这些将在工艺和编程上体现。 凸轮轴设计的意义 凸轮轴是一个精密零件，也是轴类零件中比较复杂的一种曲轴，他的磨削要求也比较严格，每一个凸轮角度都要控制在公差范围内。但是还有一些复杂的问题没有得到改善，在工艺规程设计方面也欠佳，数控编程方面也不是很完好以及其它地方还存在很大问题。 3.4 夹具的设计 磨床家具按其通用化的程度和结构特点，可分为通用夹具、专用夹具、组合夹具和成组可调夹具等等。凸轮轴加工时采用的是传动夹头，属于组合夹具类型。 组合夹具是在夹具零部件标准化的基础上发展起来的一种新型工艺装备。它是由一套预先制造好的标准元件组装而成的。这些元件有各种不同的形状、不同规格的尺寸，它们相互配合部分的尺寸精度高、硬度好、耐磨性好，且具有完全的互换性。根据加工工艺的要求，可通过选择和使用标准原件和组合元件，很快装配出机械加工、检验、装配等所需的夹具来。使用完毕，可方便拆卸、清洗、存放、留待以后再使用。 组合夹具的特点： 1、灵活多变； 2、保证加工质量； 3、节省人力和物理； 4、减少夹具存放面积。 组合夹具的元件按其用途不同可以分为八大类，即：基础元件、支撑元件、定位元件、导向元件、压紧元件、紧固元件、辅助元件及合件。其中，紧固元件包括各种螺栓、螺钉、螺母和垫圈等，这些紧固元件均为常用的标准件。如图6 3.61外圆磨削 1、机床选定：选用最常见的有MB1320外圆磨床和MK1620端面外圆磨床 2、夹紧方案：利用螺母和两顶尖进行夹紧
机械制造毕业论文
目录 摘要及关键词 (1) 1 引言 (1) 1.1汽车发动机行业的发展状况 (1) 1.2凸轮轴的性能要求 (2) 1.3本文研究内容 (3) 2 凸轮轴生产线前期规划 (3) 2.1产品规格 (3) 2.2工艺设计原则及凸轮轴加工工艺分析 (4) 2.3小结 (5) 3 凸轮轴生产线工艺分析 (5) 3.1生产线布置 (5) 3.2工艺设计 (6) 3.3工艺分析 (7) 3.4工艺特点 (9) 3.5工艺难点 (11) 4 凸轮廓形理论计算及加工控制参数 (12) 4.1凸轮轴凸轮的廓形要求 (12) 4.2包络线理论 (15) 4.3凸轮廓形坐标 (16) 4.4砂轮的中心坐标 (19) 4.5磨削圆周进给量计算 (20) 4.6等周速曲线 (22) 4.7砂轮座加速度 (22) 4.8光顺处理 (22) 4.9工件主轴转速配置 (23) 4.10磨削用量数据 (23) 5 总结 (24) 参考文献 (26) 谢辞 (26)
汽车凸轮轴加工工艺分析 摘要：凸轮轴作为汽车发动机配气机构中的关键部件，其性能直接影响着发动机整体性能。因此凸轮轴的加工工艺有特殊要求，合理的加工工艺对于降低加工成本、减少生产环节以及合理布置凸轮轴生产线具有很大的现实意义。本文针对凸轮轴的加工特点，结合工厂的实际，从前期规划开始，对凸轮轴的加工工艺进行了深入的分析、研究。建立了用数控无靠模方法。对凸轮廓形进行计算和推倒，对凸轮轮廓的加工进行了探讨并提出适用于发动机凸轮轴的加工方法。 关键词：发动机；凸轮轴；工艺分析 1 引言 1.1汽车发动机行业的发展状况 现代汽车发动机行业的发展十分迅速，这种趋势要求各发动机厂家不仅要具有大批量生产的能力，也同时要具有小批量、多品种的生产技术。所以，在汽车发动机厂家现在已经普及了互换性、自动化生产，做到了流水线式生产线布置及工艺安排，实现了按节拍生产。现在汽车的发动机的节拍为1.75分钟/台。1.75分钟包括辅助时间和机加工时间。辅助时间包括上料、输送、检验时间，而机加工时间则是指从夹具定位、夹紧到机加工完成，夹具松开并推出工件这段时间。 除按节拍生产以外，我国的发动机生产厂家多数采用流水线布置。生产线分为半自动生产线与全自动生产线两种形式。半自动生产线与全自动生产线的区别在于前者靠人工在工序间输送工件，而后者则实现了无人操作、输送、加工及检验全部实现自动化。全自动生产线虽然自动化程度高，质量稳定、可靠，但是投资巨大，成本太高，而我们国家人力资源丰富，人工价格偏低，所以大部分发动机生产厂家采用半自动生产线与局部全自动化生产线相结合的方式布置生产线，在保证生产节拍和产品质量的前提下，尽可能的降低产品的成本。 此外，在各种发动机的零部件的设计及生产上均采用了一些先进的形式及工艺。例如多气缸多气门的设计，从直列三缸到V型双列十二缸，从二气门到四气门、五气门。多气门的布置可以增加充气效率，便于阻止缸内气流压力。顶置式凸轮轴设计，精密加工，柔性生产，在线自动测量及自动补偿等等，这些都为机加工生产及工艺安排增加了难度，向技术人员提出了更高的要求。 人们对发动机的性能要求概括为以下几点：⑴高的动力性能。⑵高的燃料经济性。⑶高的工作可靠性和足够的使用寿命。⑷结构紧凑，外形小，重量轻。⑸高的环境性能，低排放，低消耗，低污染。尤其是最后一点，在近些年中得到很大的关注。由于发动机性能指标的不断提高，其加工精度、难度也不断增加，所以在发动机行业中，数控机床，精密
凸轮轴的检测方法的综述 3 凸轮轴的升程公差，常用的有两种标注方法：①标注的是带正负号的公差值，公差带的位置由凸轮轴升程的理论正确尺寸确定，且公差带位置是固定的，升程公差控制的仅是实际凸轮的轮廓尺寸。这时，凸轮轴的升程误差应按尺寸公差来处理：凸轮轴的升程公差要求，设定了两个极限尺寸——最大实体尺寸（MMS）和最小实体尺寸（LMS）来限制升程的实际尺寸，要求凸轮轴升程的任一局部尺寸不得超出两个极限尺寸；②标注的是不带正负号的公差值，公差带的方向随凸轮的实际形状而定（变动），公差带的位置是浮动的，升程公差控制要素是实际凸轮轴的轮廓形状。这时，凸轮的升程误差应按形位公差来处理（升程误差的测量数据，应按“最小条件”要求进行评定）：凸轮的升程公差要求，设定了两个平行（或等距）的界面或界线，构成形状公差带来限制实际被测要素。 凸轮测量数据按尺寸公差要求处理时，应把升程误差与升程公差联系起来，最大限度的保证凸轮升程的合格（图2）；凸轮测量数据按形位公差要求处理时，应把升程误差与“最小条件”联系起来，保证凸轮 升程误差（包容区域的宽度）的最大值为最小（图3）。处理时可根据设计要求，选择相应的处理方法。 在此应强调指出：当凸轮异侧（左、右侧）升程公差相等时，“等距”误差点也是“等值”误差点。 尺寸误差和形位误差数据的处理方法相一致。所不同的只是，形位公差带位置浮动，尺寸公差带位置固定。 5 凸轮轴测量仪的工作原理 凸轮轴的测量是二维测量系统。目前凸轮轴测量仪的分度装置大都采用圆光栅编码器测量系统，线值 装置采用直线光栅测量系统。凸轮轴测量仪的原理框图[3] 如图4所示：由计算机发出的控制信号启动直 流同步电机旋转，由驱动机构带动被测凸轮轴转动，通过Y轴圆光栅传感器，X轴直线光栅传感器分别将凸 轮轴的角位移、径向、轴向位移转换成明暗条纹的光强变化信号，经光电转换电路转换成电压信号，再经前置放大和整形滤波，形成角度脉冲和径向位移脉冲经T/C计数板送入计算机。经计算机处理后，就获得了每个凸轮轮廓对应于各个转角的径向测量值（升程）。应用计算机控制技术，凸轮测量仪的机械运动、测量数据的采集和处理均可由计算机自动控制完成。 这里，应特别强调：凸轮测量时，测头的形状应与凸轮机构中的从动件的形状一致，这样才能更好的模拟凸轮机构的实际工作情况，使测量出的凸轮升程值准确反映凸轮机构从动件的工作位移和运动规律。 6 凸轮轴各项参数的自动测量 以广州威而信精密仪器有限公司L系列凸轮轴测量仪为例：仪器结构采用立式安装和测量方式，旋转轴系由精密气浮主轴与气浮顶尖构成，双气浮直线导轨为直线运动基准，由进口电机驱动；电器部分由高级计算机及德国海德汉公司（HEIDEHAIN）精密圆光栅传感器、精密光栅位移传感器组成。测量软件采用基于中文版WINDOWS操作系统平台的WILSON测量软件，完成参数输入、测量选择、数据采集、处理及测量数据管理和测量结果打印输出等工作。它可以准确、快速地完成凸轮轴各项参数的测量、处理、管理、打印输出等，达到了高精度、高效率地检测凸轮轴的目的。 （1）定位销中心位置的确定 如图5，设测头（球）的半径为SR C，定位销（圆柱）的半径为R X，定位销中心运动轨迹圆的半径为 R Z，定位销（凸轮）的虚拟基圆半径为，轴的转角为，测头（球）中心到轴的旋转中心的距离L（O C O）， 则可由 O C OO X依据余弦定理求出： L=R Z cos + 式中的取值范围为 定位销（凸轮）的升程、升程变化率为： =L-（R0+R C）=R Z cos + -（R0+R C） 式中虚拟基圆半径
凸轮轴加工工艺模板 1
凸轮轴的加工工艺 凸轮轴的加工工艺 凸轮轴的材料: 球墨铸铁、合金铸铁、冷激铸铁、中碳钢 球墨铸铁: 将接近灰铸铁成份的铁水经镁或镁的合金或其它球化剂球化处理后而获得具有球状石墨的铸铁。石墨呈球状, 大大减轻了石墨对基体的分割性和尖口作用, 球墨铸铁具有较高的强度、耐磨性、抗氧化性、减震性及较小的缺口敏感性。 球墨铸铁的凸轮轴一般用在单缸内燃机上, 如S195柴油机, 做凸轮轴用的球墨铸铁用QT600-3或QT700-2, 要求球化为2级( 石墨球化率90-95%) 石墨粒度大小大于6级。凸轮轴整体硬度HB230-280 合金铸铁: 将接近灰铸铁成份的铁水加入Mn、 Cr、 Mo、 Cu等 元素。从而与珠光体形成合金, 减少铁素体的数量。合金铸铁的凸轮轴一般用于高转速凸轮轴。如CAC480凸轮轴, 凸轮轴整体硬度HB263-311。 冷激铸铁: 一般用于低合金铸铁表面冷激处理, 使外层为白口或麻口组织, 心部仍是灰口组织。如: 372凸轮轴。使用冷激铸铁的凸轮轴处于干摩擦或半干摩擦工作状态, 而具有承受较大的弯曲与接触应力, 要求材料表面层抗磨且高的强度, 心部仍有一定的韧性。当前国内所用的冷激铸铁主要有两大类: 铬、钼、铜冷激铸铁和铬、钼、镍冷激铸铁, 冷硬层的金相组织:莱氏体+珠光体(索氏体) 2
冷激铸铁硬度为HRC45—52,当前, 国内冷激铸铁的硬度在HRC47左右。 中碳钢: 一般用于大型发动机凸轮轴。如: 6102发动机采用模锻锻造成型, 也有一部分用于摩托凸轮轴, 成型较简单。模锻后一般要进行退火处理以便于机械加工。 凸轮轴加工的典型工艺 一．凸轮轴轴颈粗加工采用无心磨床磨削 无心磨床的磨削方式有2种: 贯穿式无心磨削和切入式无心磨削。贯穿式无心磨削一般用于单砂轮, 它的导轮是单叶双曲面, 推动凸轮轴沿轴向移动, 仅仅用于磨削光轴。切入式无心磨削是由多砂轮磨削( 若是单砂轮磨削, 一般砂轮被修整成成型砂轮, 如: 磨削液压挺柱的球面) , 如现有480凸轮轴的磨削, 可磨削阶梯轴, 导轮为多片盘状组合而成, 工件不能沿轴向移动, 无论是哪一种磨削方式, 工件的中心都高于砂轮和导轮的中心, 一般切入式磨削都有上料工位、磨削工位、测量工位、卸料工位组成。砂轮线速度60m/s, 轴颈径向磨削余量可达3.5mm, 单件磨削时间18s, 单件工时25s。用无心磨床加工凸轮轴是一种新颖、独特的新工艺, 新方法, 但又存在一定的局限性, 特别是不易磨削轴肩和端面, 一般不用于多品种凸轮轴的加工, 只用于单一品种、大批量的生产, 若要更换所加工的凸轮轴品种, 就要更换导轮和砂轮, 各砂轮间距需重新调整。 3