CN104625583A - 一种发动机装配式凸轮轴的制造方法 - Google Patents

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董小江
王林山
穆艳如
刘一浪
谢开
汪礼敏
刘廷勇
王福来
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BEIJING HENGYUAN TIANQIAO POWDER METALLURGY Co Ltd
GRIPM ADVANCED MATERIALS (BEIJING) CO Ltd
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BEIJING HENGYUAN TIANQIAO POWDER METALLURGY Co Ltd
GRIPM ADVANCED MATERIALS (BEIJING) CO Ltd
Beijing General Research Institute for Non Ferrous Metals
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Abstract

本发明公开了属于发动机零部件制备技术领域的一种发动机装配式凸轮轴的制造方法。其凸轮片为粉末冶金压制生坯，齿轮、轴颈等装配件为粉末冶金生坯或机加工半成品，基体轴为中空无缝钢管，将基体轴与装配部分连接后通过键槽或定位卡具保证各部件的位置和角度，利用粉末冶金材料烧结收缩特性，将粉末冶金生坯与基体轴进行高温烧结焊结在一起，利用加入铜箔等钎料的方式，将机加工装配件与基体轴钎焊到一起，完成装配工艺。本发明的凸轮轴的制造工艺是将粉末冶金烧结焊工艺与普通钎焊工艺结合在一起；与传统轴制造工艺相比，该凸轮轴各部分材质选择空间大，装配部分与基体轴之间扭矩大，且制造工序少，周期短，具有明显的节省能源优势。

Description

一种发动机装配式凸轮轴的制造方法
技术领域
本发明属于发动机零部件制备技术领域，特别涉及一种发动机装配式凸轮轴的制造方法。
背景技术
凸轮轴是发动机中关键的五大部件之一，控制配气系统，凸轮轴的性能直接决定发动机的动力、效率等，传统的凸轮轴使用铸造或者锻造的毛坯经机加工而成，存在质量重、材料利用率低、加工工序长、能耗大等缺点。20世纪90年代，日本及欧美开始研究中空装配式凸轮轴替代传统凸轮轴，并实现产业化。中空凸轮轴具有质量轻（比传统凸轮轴减重20%-60%）、材料利用率高、加工工序短、耗能少、耐磨性好、凸轮片间距可控等优点，是目前和未来凸轮轴的发展趋势。
宝马、奔驰、大众、通用、福特、现代、斯巴鲁等汽车都已将中空凸轮轴成功的应用于汽车发动机。2010年，我国的汽车产销量为1800多万辆，而我国自己生产的发动机基本上全是铸造或锻造凸轮轴，如果将中空凸轮轴替代传统凸轮轴可以使我国的零部件的生产水平发展到一个新的高度。
本发明所研制的中空凸轮轴，将粉末冶金烧结焊工艺与普通钎焊工艺结合在一起，利用高温烧结将各组元结合到一起，不仅可以灵活控制各部件的材料成分，还减少组合工序，节省能源。
发明内容
本发明的目的是提供一种发动机装配式凸轮轴的制造方法，其特征在于，该凸轮轴的制造工艺是将粉末冶金烧结焊工艺与普通钎焊工艺结合在一起，利用高温烧结将各组元结合到一起，具体步骤如下：
（1）各组件材料的选择：对于硬度要求比较高的组件，采用粉末冶金材料压制而成；基体轴及硬度要求比较低的组件，采用钢件机加工而成；
（2）粉末冶金部分与基体轴的装配：采用粉末冶金烧结焊工艺，将粉末冶金生坯与基体组装在一起，利用生坯高温烧结会发生收缩的特性，将基体轴与装配件焊接到一起；
（3）机加工部分与基体轴的装配：采用钎焊工艺，将机加工半成品组元与基体轴组装到一起，中间加入铜或其他金属或合金作为焊料，通过高温烧结，将基体轴与装配件焊接到一起；
（4）装配角度的保证：通过在基体轴上拉槽或使用烧结卡具的方式，对各组件的位置及角度进行保证；
（5）精加工：通过凸轮轴磨床及外圆磨等对凸轮轴毛坯进行精加工，保证成品轴的尺寸精度。
本发明的有益效果是所研制的中空凸轮轴，将粉末冶金烧结焊工艺与普通钎焊工艺结合在一起，利用高温烧结将各组元结合到一起，不仅可以灵活控制各部件的材料成分，还减少组合工序，节省能源。
附图说明
图1为483发动机装配式凸轮轴示意图。
具体实施方式
本发明提供一种发动机装配式凸轮轴的制造方法。以下通过实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
图1所示为483发动机装配式凸轮轴示意图，该凸轮轴由钎焊和粉末冶金烧结焊组装而成，具体步骤如下：
（1）各组件材料的选择：凸轮片1采用粉末冶金材料压制而成；轴颈3及两端头4采用钢件机加工而成；基体轴2采用无缝管精加工而成；粉末冶金凸轮片成分体系为Fe-Cu-Cr-Mo-P-Si-C，其中，按照重量比，Cu含量为0.5-3.0%，Cr含量为3-8%，Mo含量为0.5-5.0%，P含量为0.3-0.7%，Si含量为0.3-1.0%，C含量为1.8-3.0%，Fe为余量；
（2）凸轮片与基体轴采用粉末冶金烧结焊工艺装配；轴颈及两端头以Cu作为焊料，采用钎焊工艺装配；其中，高温烧结及钎焊温度为1120℃，烧结时间为60min，气氛为氨分解保护气氛；
（3）分别通过通过在基体轴上拉槽，及使用烧结卡具的方式，对各组件的位置及角度进行保证；
（4）烧结完毛坯轴经过精磨制造出成品。
从图1可以看出，采用该方法制造的凸轮轴，通过键槽或烧结卡具保证相位，本实施例将粉末冶金烧结焊与钎焊结合到一起，简化了工艺，节省了能源。

Claims (6)

1.一种发动机装配式凸轮轴的制造方法，其特征在于，该凸轮轴的制造工艺是将粉末冶金烧结焊工艺与普通钎焊工艺结合在一起，利用高温烧结将各组元结合到一起，具体步骤如下： 
（1）各组件材料的选择：对于硬度要求比较高的组件，采用粉末冶金材料压制而成；基体轴及硬度要求比较低的组件，采用钢件机加工而成； 
（2）粉末冶金部分与基体轴的装配：采用粉末冶金烧结焊工艺，将粉末冶金生坯与基体组装在一起，利用生坯高温烧结会发生收缩的特性，将基体轴与装配件焊接到一起； 
（3）机加工部分与基体轴的装配：采用钎焊工艺，将机加工半成品组元与基体轴组装到一起，中间加入铜或其他金属或合金作为焊料，通过高温烧结，将基体轴与装配件焊接到一起； 
（4）装配角度的保证：通过在基体轴上拉槽或使用烧结卡具的方式，对各组件的位置及角度进行保证； 
（5）精加工：通过凸轮轴磨床及外圆磨等对凸轮轴毛坯进行精加工，保证成品轴的尺寸精度。 
2.根据权利要求1所述一种发动机装配式凸轮轴的制造方法，其特征在于，凸轮轴各部分组元由粉末冶金材料和钢件构成。 
3.根据权利要求1所述一种发动机装配式凸轮轴的制造方法，其特征在于，粉末冶金材料成分体系为Fe-Cu-Cr-P-Si-C，其中，按照重量比为Cu含量为0.5-3.0%，Cr含量为3-8%，Mo含量为0.5-5.0%，P含量为0.3-0.7%，Si含量为0.3-1.0%，C含量为1.8-3.0%，Fe为余量。 
4.根据权利要求1所述一种发动机装配式凸轮轴的制造方法，其特征在于，所述步骤（2）、（3）中，组合烧结焊及钎焊的烧结温度为1080-1180℃。 
5.根据权利要求1所述一种发动机装配式凸轮轴的制造方法，其特征在于，步骤（2）、（3）中，组合烧结焊及钎焊的烧结时间为10-120min。 
6.根据权利要求1所述一种发动机装配式凸轮轴的制造方法，其特征在于，步骤（2）、（3）中，组合烧结焊及钎焊的烧结气氛为氨分解保护气氛。 
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