CN109048212A - 一种发动机凸轮轴上油泵凸轮的连接工艺 - Google Patents

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陈华清
齐雷
严贤方
李迪
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王平
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Abstract

本发明提供了一种发动机凸轮轴上油泵凸轮的连接工艺，属于发动机制造技术领域。它解决了现有发动机凸轮轴升级后成本较高等技术问题。本发动机凸轮轴上油泵凸轮的连接工艺包括以下步骤：a、对凸轮轴本体上油泵凸轮装配处外径精磨加工；b、用专用数控压装机将油泵凸轮用液压或伺服电缸缓慢压入凸轮轴本体外径上；c、压装完成后对油泵凸轮两侧面压装处挤压出的铁屑进行清理；d、采用激光焊接方式，在压装连接缝处进行激光焊接。本发明中的工艺能够实现铸铁材料的凸轮轴本体与锻钢材料的油泵凸轮相连接，可避免由于凸轮轴功能升级需要配有锻钢油泵凸轮时选用成本更高的材质生产凸轮轴带来的成本压力。

Description

一种发动机凸轮轴上油泵凸轮的连接工艺
技术领域
本发明属于发动机制造技术领域，涉及一种发动机凸轮轴，特别是一种发动机凸轮轴上油泵凸轮的连接工艺。
背景技术
凸轮轴是发动机五大核心部件之一，目前我国汽车的发动机凸轮轴材料主要是冷激合金铸铁、球墨铸铁、优质钢或表面渗碳的低碳合金钢等。整个凸轮轴采用同一材料，通过热处理、机械加工后制造出合格的凸轮轴。涡轮增压技术在发动机上的应用也越来越广泛，涡轮增压技术一般都要求凸轮轴配有耐高压的油泵凸轮，油泵凸轮工作条件往往比其他进、排气凸轮较恶劣，而目前主流的灰铸铁(或球墨铸铁)材料的材料特性无法满足油泵凸轮的工作使用。因此，为了降低生产制造成本，目前行业内通常是灰铸铁(或球墨铸铁)材料的凸轮轴本体配有锻钢材料的油泵凸轮，而不同材质的油泵凸轮与凸轮轴本体的连接技术是关键点。
我国专利(公告号：CN102562201B；公告日：2015-12-02)公开了一种组合式凸轮轴，包括轴体，轴体为无缝钢管，以轴体为载体，在轴体上压装有成对粉末冶金凸轮，在每对粉末冶金凸轮之间设有一粉末冶金轴颈；一信号盘与轴体一端部的外壁配合连接；粉末冶金凸轮采用耐磨性能好的FN-0208粉末冶金材料制作，并通过热处理使其表面硬度大于45HRC，淬硬深度大于2mm；粉末冶金凸轮通过热压方式安装在轴体上，与轴体成为一体；进一步，所述粉末冶金轴颈通过充分浸油处于饱和状态后通过热压方式安装在轴体上，与轴体成为一体。
上述专利文献中的粉末冶金凸轮与凸轮轴轴体通过热压方式安装；存在两方面的问题：1、此装配后的粉末冶金凸轮的扭矩强度主要靠过盈量保证，故通常过盈量选择比较大，从而使装配后的凸轮内部应力非常大，有撑裂的风险；2、在装配时，采用热套工艺，需将工件加热较高温度，而装配后又需快速冷却至常温，凸轮本身带有淬火y要求，这快速的加热和冷却过程，对凸轮的金相组织结构有一定的影响，从而影响整体性能。
发明内容
本发明针对现有的技术存在的上述问题，提供一种发动机凸轮轴上油泵凸轮的连接工艺，本发明所要解决的技术问题是：如何提高凸轮轴轴向孔加工时工件上料的效率和定位精准度。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：
一种发动机凸轮轴上油泵凸轮的连接工艺，凸轮轴采用铸铁材料制成，油泵凸轮采用锻钢材料制成，其特征在于，所述连接工艺包括以下步骤：
a、对凸轮轴本体上油泵凸轮装配处外径精磨加工，粗糙度Ra0.3～Ra0.6；
b、用专用数控压装机将油泵凸轮用液压或伺服电缸缓慢压入凸轮轴本体外径上，油泵凸轮与凸轮轴本体的配合轴径名义尺寸为φ24～φ28，过盈配合量为0.01mm～0.03mm；
c、压装完成后对油泵凸轮两侧面压装处挤压出的铁屑进行清理；
d、采用激光焊接方式，在压装连接缝处进行激光焊接；
e、焊接完成后，采用影像检测手段，对焊缝进行外观和尺寸检测。
其原理如下：本发明中是使用铸铁材料的凸轮轴本体和锻钢材料的油泵凸轮相连接，选用过盈配合，采用冷压装方式将油泵凸轮装配在凸轮轴本体上，再在油泵凸轮两侧面同时用高能激光头进行激光焊接。相对于现有技术中采用的过盈配合的热装工艺，本技术方案中过盈配合量较小，装配后的凸轮轴本体与油泵凸轮之间内部应力小，降低了油泵凸轮被撑裂的风险。同时由于不需要骤然加热或冷却来改变温度，不会对油泵凸轮的金相组织结构产生影响，整体性能好。
本发明中铸铁材料的凸轮轴本体较钢管或锻钢本体成本更低，且技术门槛低，是目前市场主要的凸轮轴产品采用形式，生产技术成熟，采用本技术方案实现铸铁材料的凸轮轴本体与锻钢材料的油泵凸轮相连接后，可避免由于凸轮轴功能升级需要配有锻钢油泵凸轮时，选用成本更高的材质生产凸轮轴带来的成本压力。另外，本发明中由于油泵凸轮的工作扭矩传递主要靠焊接焊缝实现，因而在冷压装时，对压装的压力要求和过盈配合量要求都比钢管或锻钢本体组合式凸轮轴要求低很多，生产更加容易。
在上述的发动机凸轮轴上油泵凸轮的连接工艺中，上述步骤d中，对油泵凸轮的两侧面都进行激光焊接，每一侧激光焊接包括多个间隔的不同位置，而且油泵凸轮的两侧面的焊接位置一致。
在上述的发动机凸轮轴上油泵凸轮的连接工艺中，上述步骤d中，所述激光焊接的焊缝长度为8mm～12mm，焊缝数量与油泵凸轮的桃尖数量一致，且焊缝位置为油泵凸轮的桃尖对应位置。进一步的，作为优选，激光焊接的焊缝长度为10mm，这样既能够保证连接的牢固性，也能够提高焊接效率，减少加工成本。
在上述的发动机凸轮轴上油泵凸轮的连接工艺中，所述油泵凸轮的桃尖数量为四个且沿圆周方向均匀间隔分布，上述的焊缝位置也分四段焊接且与油泵凸轮的四个桃尖一一对应。
在上述的发动机凸轮轴上油泵凸轮的连接工艺中，所述凸轮轴采用灰铸铁或球墨铸铁材料制成。这样成本较低，便于加工，而且能够满足使用要求。
与现有技术相比，本发明中的夹具具有以下优点：
1、本发明能够实现铸铁材料的凸轮轴本体与锻钢材料的油泵凸轮相连接，在凸轮轴功能升级需要配有锻钢油泵凸轮时，依旧可以选用成本低廉的铸铁材料生产凸轮轴，从而避免了生产成本的大幅提高。
2、本发明中由于油泵凸轮的工作扭矩传递主要靠焊接焊缝实现，因而在冷压装时，对压装的压力要求和过盈配合量要求都比钢管或锻钢本体组合式凸轮轴要求低很多，生产更加容易。而且采用冷压装方式将油泵凸轮装配在凸轮轴本体上，两者之间过盈配合量较小，装配后的凸轮轴本体与油泵凸轮之间内部应力小，降低了油泵凸轮被撑裂的风险。
3、本发明中由于不需要骤然加热或冷却来改变油泵凸轮的温度，不会对油泵凸轮的金相组织结构产生影响，使得其整体性能好。
附图说明
图1是本发动机凸轮轴上连接油泵凸轮后的立体结构示意图。
图2是图1中A处的局部放大结构示意图。
图中，1、凸轮轴；11、凸轮轴本体；12、凸轮；2、油泵凸轮；21、桃尖；22、焊缝。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
结合图1和图2所示，本凸轮轴1呈长条形，凸轮轴1上具有若干个凸轮12，凸轮轴1靠近一端的位置装配油泵凸轮2，油泵凸轮2具有四个桃尖21且沿圆周方向均匀间隔分布。凸轮轴1采用灰铸铁或球墨铸铁材料制成，油泵凸轮2采用锻钢材料制成。
本连接工艺包括以下步骤：
a、对凸轮轴本体11上油泵凸轮2装配处外径精磨加工，粗糙度Ra0.3～Ra0.6；
b、用专用数控压装机将油泵凸轮2用液压或伺服电缸缓慢压入凸轮轴本体11外径上，油泵凸轮2与凸轮轴本体11的配合轴径名义尺寸为φ24～φ28，过盈配合量为0.01mm～0.03mm；
c、压装完成后对油泵凸轮2两侧面压装处挤压出的铁屑进行清理；
d、采用激光焊接方式，在压装连接缝处进行激光焊接；进一步的，作为优选，对油泵凸轮2的两侧面都进行激光焊接，每一侧激光焊接包括四个间隔的不同位置，而且油泵凸轮2的两侧面的焊接位置一致；激光焊接的焊缝22长度为8mm～12mm，且焊缝22位置为油泵凸轮2的桃尖21对应位置。再进一步的，激光焊接的焊缝22长度为10mm；
e、焊接完成后，采用影像检测手段，对焊缝22进行外观和尺寸检测。
本实施例中是使用铸铁材料的凸轮轴本体11和锻钢材料的油泵凸轮2相连接，选用过盈配合，采用冷压装方式将油泵凸轮2装配在凸轮轴本体11上，再在油泵凸轮2两侧面同时用高能激光头进行激光焊接。相对于现有技术中采用的过盈配合的热装工艺，本实施例中两者过盈配合量较小，装配后的凸轮轴本体11与油泵凸轮2之间内部应力小，降低了油泵凸轮2被撑裂的风险。同时由于不需要骤然加热或冷却来改变温度，不会对油泵凸轮2的金相组织结构产生影响，整体性能好。
本实施例中铸铁材料的凸轮轴本体11较钢管或锻钢本体成本更低，且技术门槛低，是目前市场主要的凸轮轴1产品采用形式，生产技术成熟，采用本工艺实现铸铁材料的凸轮轴本体11与锻钢材料的油泵凸轮2相连接后，可避免由于凸轮轴1功能升级需要配有锻钢油泵凸轮2时，选用成本更高的材质生产凸轮轴1带来的成本压力。另外，本实施例中由于油泵凸轮2的工作扭矩传递主要靠焊接焊缝22实现，因而在冷压装时，对压装的压力要求和过盈配合量要求都比钢管或锻钢本体组合式凸轮轴1要求低很多，生产更加容易。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (5)

1.一种发动机凸轮轴上油泵凸轮的连接工艺，凸轮轴(1)采用铸铁材料制成，油泵凸轮(2)采用锻钢材料制成，其特征在于，所述连接工艺包括以下步骤：
a、对凸轮轴本体(11)上油泵凸轮(2)装配处外径精磨加工，粗糙度Ra0.3～Ra0.6；
b、用专用数控压装机将油泵凸轮(2)用液压或伺服电缸缓慢压入凸轮轴本体(11)外径上，油泵凸轮(2)与凸轮轴本体(11)的配合轴径名义尺寸为φ24～φ28，过盈配合量为0.01mm～0.03mm；
c、压装完成后对油泵凸轮(2)两侧面压装处挤压出的铁屑进行清理；
d、采用激光焊接方式，在压装连接缝处进行激光焊接；
e、焊接完成后，采用影像检测手段，对焊缝(22)进行外观和尺寸检测。
2.根据权利要求1所述的发动机凸轮轴上油泵凸轮的连接工艺，其特征在于，上述步骤d中，对油泵凸轮(2)的两侧面都进行激光焊接，每一侧激光焊接包括多个间隔的不同位置，而且油泵凸轮(2)的两侧面的焊接位置一致。
3.根据权利要求2所述的发动机凸轮轴上油泵凸轮的连接工艺，其特征在于，上述步骤d中，所述激光焊接的焊缝(22)长度为8mm～12mm，焊缝(22)数量与油泵凸轮(2)的桃尖(21)数量一致，且焊缝(22)位置为油泵凸轮(2)的桃尖(21)对应位置。
4.根据权利要求3所述的发动机凸轮轴上油泵凸轮的连接工艺，其特征在于，所述油泵凸轮(2)的桃尖(21)数量为四个且沿圆周方向均匀间隔分布，上述的焊缝(22)位置也分四段焊接且与油泵凸轮(2)的四个桃尖(21)一一对应。
5.根据权利要求4所述的发动机凸轮轴上油泵凸轮的连接工艺，其特征在于，所述凸轮轴(1)采用灰铸铁或球墨铸铁材料制成。
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