CN111958488A - 一种自润滑凸轮轴磨削毛化夹头及其自润滑方法 - Google Patents

Abstract

一种自润滑凸轮轴磨削毛化夹头及其自润滑方法，包括夹头定位销、夹头定位销座和磨夹头；所述夹头定位销座采用储油结构设计；所述磨夹头内圈采用激光器制备毛化织构。本发明针对磨夹头装夹凸轮轴进行磨削时，由于频繁装夹引起夹头定位销定位精度降低，凸轮轴在磨夹头中容易打滑，导致凸轮轴磨削精度难以控制问题，本发明所述的带储油结构的定位销座可以为定位销与定位销座接触区域实现持续润滑，减少相互磨损；具有毛化织构的磨夹头内圈可以增强夹头的夹紧力，从而实现凸轮轴在磨夹头中的牢固可靠夹持，有效保证凸轮轴的加工质量。

Description

一种自润滑凸轮轴磨削毛化夹头及其自润滑方法

技术领域

本发明属于凸轮轴夹具设计与精密装夹领域，具体涉及一种自润滑凸轮轴磨削毛化夹头及其自润滑方法。

背景技术

凸轮轴是活塞发动机里的一个重要部件，用以控制发动机气门的开启和闭合，由于发动机的转速较高，凸轮轴的精度对发动机的进排气性能影响很大。由于凸轮轴具有形状复杂、刚性差、加工精度要求高等特点，实现高精度加工一直是汽车内燃机零部件制造的难点之一。凸轮轴通常采用先铸造或锻造出凸轮轴毛坯，然后对毛坯进行车削，最后送到数控凸轮轴磨床上进行磨削，其中磨削是最后一道工序也是关键工序之一，在加工工艺中处于非常重要的地位，磨削质量的好坏直接影响到整根凸轮轴乃至发动机的性能。

凸轮轴磨削时所用的夹具一般称之为凸轮轴磨夹头，用于装夹凸轮轴，并带动凸轮轴转动进行磨削。凸轮轴磨夹头的装夹精度直接决定了凸轮轴的磨削质量。由于频繁装夹，磨夹头上相对运动的零部件常常发生严重磨损，使凸轮轴装夹精度难以保证。同时，在凸轮轴磨削过程中，由于磨削力较大，磨夹头中的凸轮轴容易发生微微松动，导致凸轮轴磨削精度难以控制。因此，改善磨夹头相互运动部位的润滑条件和提高磨夹头夹紧的可靠性成为急需解决的工程问题。

中国专利文献CN103737489B，公开日为2016年11月23日，公开了一种数控凸轮轴磨床工件夹持与驱动装置，该专利所述的凸轮轴夹持装置没有考虑到凸轮轴在磨削过程中易发生轻微松动的问题，难以保证磨削精度。

中国专利文献CN111251129A，公开日为2020年6月9日，公开了一种凸轮轴磨削用的凸轮夹头结构，其特征在于，采用防过压磨伤机构避免凸轮轴转动导致的误差，但所述的微调楔形块与固定楔形块接触区域缺乏持续润滑，频繁的微量滑动引起防过压磨伤机构的误差变大。

发明内容

针对凸轮轴在装夹和磨削过程中，定位销与定位销座容易发生磨损，定位销定位精度下降；磨夹头夹紧力不足，凸轮轴易发生偏转，凸轮轴磨削质量难以控制难题，本发明提出一种自润滑凸轮轴磨削毛化夹头及其自润滑方法，解决了由于频繁装夹引起定位销与定位销座发生严重磨损，导致定位销周向定位精度降低的问题，同时克服了磨削过程中的凸轮轴发生松动及磨夹头夹紧力不足的问题。

本发明的技术方案如下：

本发明的第一个目的是提供一种自润滑凸轮轴磨削毛化夹头，包括夹头定位销、夹头定位销座和磨夹头；其特征是，所述夹头定位销座内部设有储油结构，所述储油结构由进油道、出油道和分流道组成，所述进油道通过分流道与若干出油道连通，所述进油道的进油口位于夹头定位销座外侧壁，所述出油道的出油口与夹头定位销座的夹头定位销孔连通。

进一步的，所述磨夹头内圈设有激光毛化织构。

进一步的，所述进油道内部设有钢珠一、弹簧一和柱状海绵一，所述进油道为盲孔结构，所述弹簧一设置于进油道盲孔结构内，所述柱状海绵一设置于弹簧一内腔中，所述钢珠一设置于弹簧一的端面与进油道的进油口之间；在弹簧一弹力作用下，钢珠一外突于夹头定位销座外侧壁。

进一步的，所述出油道内部设有钢珠二、弹簧二和柱状海绵二，所述柱状海绵二设置于弹簧二内腔中，所述弹簧二设置于出油道的内腔中，所述钢珠二位于弹簧二端面与出油口之间；所述出油口的内径小于钢珠二的外径，在弹簧二作用下，钢珠二外突于夹头定位销座的夹头定位销孔内壁。

进一步的，所述夹头定位销座外侧壁设有盖板，所述盖板在与进油口对应位置处设有进油孔，所述进油孔的内径小于钢珠一的外径，以使钢珠一外突于盖板的进油孔；所述出油道为通孔结构，与出油口位置相对的一端位于夹头定位销座外侧壁，并和进油口共用一块盖板；该盖板与进油道、出油道端面之间采用密封结构。

进一步的，所述激光毛化织构为微凸起的微梗。

进一步的，所述微梗的高度为1~10μm、宽度60~120μm。

进一步的，所述微梗沿磨夹头的内圈环形均匀分布，相邻两个微梗之间的跨角为10°~60°。

进一步的，所述的激光毛化织构采用光纤毫秒激光器进行制备，加工参数为：激光波长为1064nm，加工功率为10~100W，脉冲宽度为0.3~3ms，重复频率为50~100Hz，扫描速度10~20mm/s。

本发明的第二个目的是提供一种自润滑凸轮轴磨削毛化夹头的自润滑方法，其特征是，包括：

1）进油

在弹簧一作用下，钢珠一外突于盖板，挤压钢珠一，钢柱一与进油孔之间产生间隙，向进油口内注入润滑油，柱状海绵一吸油；弹簧一复位后，柱状海绵一储油，避免润滑油快速流失；挤压钢珠一后，若无外部进油动作，可促使柱状海绵一内的润滑油通过分流道进入出油道，由柱状海绵二吸收。

2）出油

在弹簧二的作用下，钢珠二外突于夹头定位销孔内壁，夹头定位销插入夹头定位销孔内，挤压钢珠二，由于盖板和密封结构，迫使润滑油从钢珠二和出油口之间的间隙流入夹头定位销孔内，对夹头定位销和夹头定位销座的接触区域实现自润滑。

本发明的创新点如下：

1）本发明的自润滑磨夹头是根据夹头定位销座与夹头定位销的结构特点，在夹头定位销座内设计储油结构，实现持续润滑效果，从而降低定位销与定位销座的相互磨损，保障定位销的定位精度。储油结构的进出油道装有钢珠、弹簧和吸油柱状海绵，可以实现有效储油，避免转动中的定位销座内的润滑剂发生泄漏。

2）本发明所述磨夹头表面激光处理方法是根据磨夹头与凸轮轴的安装特点，在磨夹头内圈表面设有激光毛化织构，通过凸起的微梗增加凸轮轴与磨夹头的摩擦力，提高磨夹头的夹紧力，避免凸轮轴在磨削过程中发生转动从而影响磨削质量。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1）本发明所述的自润滑磨夹头在定位销座上设计储油结构，为定位销与定位销座的接触区域提供持续润滑，减少摩擦磨损。

2）本发明所述的储油结构的进出油道采用钢珠、弹簧和吸油柱状海绵设计，通过弹簧压缩与复位来控制润滑油的流动，同时由于柱状海绵的吸油作用，避免润滑油的快速流失。

3）本发明所述的磨夹头表面激光处理方法在于磨夹头内圈制备激光毛化织构，通过增大摩擦力来提高磨夹头对凸轮轴的夹紧力，避免在磨削过程中发生松动。

4）本发明所述的激光表面毛化织构处理方法具有高效可控、绿色环保等优势；本发明所述一种自润滑凸轮轴磨削毛化夹头可以应用于其他凸轮轴夹持机构中。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明，其中：

图1为本发明实施例的凸轮磨夹头示意图；

图2为本发明实施例的夹头定位销座储油结构示意图；

图3为本发明实施例的夹头定位销座出油道部件安装示意图；

图4为本发明实施例的夹头定位销座进油道部件安装示意图；

图5为本发明实施例的具有激光毛化织构磨夹头内圈示意图；

图6为本发明实施例的具体激光毛化微梗截面尺寸测量图；

图中，1-夹头定位销；2-夹头定位销座；3-磨夹头；4-进油道；5-出油道；6-分流道；7-钢珠二；8-弹簧二；9-柱状海绵二；10-密封圈；11-盖板；12-毛化织构（H为毛化织构高度，W为织构宽度，R为相邻织构间跨角）；13-弹簧一；14-柱状海绵一；15-钢珠一。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

一种自润滑凸轮轴磨削毛化夹头，包括夹头定位销1、夹头定位销座2和磨夹头3；所述的夹头定位销座2采用储油结构设计；所述的磨夹头3内圈表面设有激光毛化织构12。

本发明根据凸轮磨夹头结构和装夹工况，对定位销1与定位销座2的接触区域设计储油结构实现有效润滑，防止频繁装夹导致定位销1与定位销座2发生相互磨损导致定位精度降低。根据凸轮轴磨削要求，在磨夹头3内圈面设计激光毛化织构，提高磨夹头3内圈对凸轮轴的夹紧力，避免凸轮轴在磨削过程中打滑。

具体的，储油结构由进油道4、出油道5和分流道6组成，通过进油道4注入润滑油，出油道5为定位销1与定位销座2的接触区域供油，实现持续润滑。

具体的，进油道4内部设有钢珠一15、弹簧一13和柱状海绵一14。所述的出油道5内部设有钢珠二7、弹簧二8和柱状海绵二9。通过密封圈10（盖板与进油道、出油道端口之间采用密封垫密封，在与进油孔位置开设通孔，形成密封圈）和盖板11将弹簧一、钢柱一、弹簧二、钢柱二固定在夹头定位销座2内部的储油结构中，采用钢珠、弹簧和柱状海绵设计，可以避免润滑油在磨夹头旋转过程中发生泄漏。

具体的，磨夹头3内圈的毛化织构12为微凸起的微梗，具有增大摩擦力的作用，从而提高磨夹头3对凸轮轴的夹紧力。

具体的，毛化织构12沿磨夹头3的内圈环形分布，相邻两个毛化织构12之间的跨角（R）为10°~60°，毛化织构（12）的高度（H）为1~10μm，宽度60~120μm。通过微调织构间的跨角（R）、毛化织构高度（H）及织构宽度（W），在不同转速下提高磨夹头3对凸轮轴的夹紧力。

具体的，激光毛化织构12采用光纤毫秒激光器进行制备，加工参数为：激光波长为1064nm，加工功率为10~100W，脉冲宽度为0.3~3ms，重复频率为50~100Hz，扫描速度10~20mm/s。

本发明针对磨夹头装夹凸轮轴进行磨削时，由于频繁装夹引起夹头定位销定位精度降低，凸轮轴在磨夹头中容易打滑，导致凸轮轴磨削精度难以控制问题。本发明所述的带储油结构的定位销座可以为定位销与定位销座接触区域实现持续润滑，减少相互磨损；具有毛化织构的磨夹头内圈可以增强夹头的夹紧力，从而实现凸轮轴在磨夹头中的牢固可靠夹持，有效保证凸轮轴的加工质量。

实施例（以某6缸柴油机凸轮轴加工为例，轴颈直径φ55.58mm，长950mm,材料:锻钢）

如图1所示为本发明所述的一种自润滑凸轮轴磨削毛化夹头的一种较佳实施方式。所述自润滑磨夹头包括夹头定位销1、夹头定位销座2和磨夹头3（材料Cr12淬火钢）。所述夹头定位销座2采用储油结构设计；所述磨夹头3内圈设有激光毛化织构12，如图1所示。

本实施例根据夹头定位销座2结构，在夹头定位销座2侧端设置进油道4、出油道5和分流道6，如图2所示。所述的进油道4内部设有钢珠一15、弹簧一13和柱状海绵一14。所述的出油道5内部设有钢珠二7、弹簧二8和柱状海绵二9，如图3、4所示。在进油和出油过程中，弹簧压缩，润滑油沿着钢珠与油道的间隙处流动；弹簧复位，润滑油密封在油道中，不会发生泄漏。

本实施例根据磨夹头3结构，在磨夹头3内圈面制备激光毛化织构12，毛化织构为凸起的微梗；织构高度H为4μm，宽度81μm，长度30mm，相邻织构间跨角为30°，具体如图5、图6所示。通过在磨夹头3内圈面制备激光毛化织构，可使装夹表面毛化微梗显微硬度提高约93%，摩擦系数较未织构普通光滑表面提高约36%，进而提高摩擦力约36%。

设定光纤毫秒激光器的加工参数为，激光波长为1064nm，加工功率为70W，脉冲宽度为0.3ms，重复频率为50Hz，扫描速度15mm/s，在磨夹头3内圈制备激光毛化织构12。

采用1200#金相砂纸精研已加工区域，并清除表面杂质与浮渣。

将加工后的零部件根据装配要求进行装配，如图1所示。

Claims (10)

1.一种自润滑凸轮轴磨削毛化夹头，包括夹头定位销（1）、夹头定位销座（2）和磨夹头（3）；其特征是，所述夹头定位销座（2）内部设有储油结构，所述储油结构由进油道（4）、出油道（5）和分流道（6）组成，所述进油道通过分流道与若干出油道连通，所述进油道的进油口位于夹头定位销座外侧壁，所述出油道的出油口与夹头定位销座的夹头定位销孔连通。

2.根据权利要求1所述的一种自润滑凸轮轴磨削毛化夹头，其特征是，所述磨夹头（3）内圈设有激光毛化织构（12）。

3.根据权利要求1所述的一种自润滑凸轮轴磨削毛化夹头，其特征是，所述进油道（4）内部设有钢珠一（15）、弹簧一（13）和柱状海绵一（14），所述进油道为盲孔结构，所述弹簧一设置于进油道盲孔结构内，所述柱状海绵一设置于弹簧一内腔中，所述钢珠一设置于弹簧一的端面与进油道的进油口之间；在弹簧一弹力作用下，钢珠一外突于夹头定位销座外侧壁。

4.根据权利要求3所述的一种自润滑凸轮轴磨削毛化夹头，其特征是，所述出油道（5）内部设有钢珠二（7）、弹簧二（8）和柱状海绵二（9），所述柱状海绵二设置于弹簧二内腔中，所述弹簧二设置于出油道的内腔中，所述钢珠二位于弹簧二端面与出油口之间；所述出油口的内径小于钢珠二的外径，在弹簧二作用下，钢珠二外突于夹头定位销座的夹头定位销孔内壁。

5.根据权利要求4所述的一种自润滑凸轮轴磨削毛化夹头，其特征是，所述夹头定位销座外侧壁设有盖板（11），所述盖板在与进油口对应位置处设有进油孔，所述进油孔的内径小于钢珠一的外径，以使钢珠一外突于盖板的进油孔；所述出油道为通孔结构，与出油口位置相对的一端位于夹头定位销座外侧壁，并和进油口共用一块盖板；该盖板与进油道、出油道端面之间采用密封结构。

6.根据权利要求2所述的一种自润滑凸轮轴磨削毛化夹头，其特征是，所述激光毛化织构（12）为微凸起的微梗。

7.根据权利要求6所述的一种自润滑凸轮轴磨削毛化夹头，其特征是，所述微梗的高度为1~10μm、宽度60~120μm。

8.根据权利要求7所述的一种自润滑凸轮轴磨削毛化夹头，其特征是，所述微梗沿磨夹头的内圈环形均匀分布，相邻两个微梗之间的跨角为10°~60°。

9.根据权利要求8所述的一种自润滑凸轮轴磨削毛化夹头，其特征是，所述的激光毛化织构采用光纤毫秒激光器进行制备，加工参数为：激光波长为1064nm，加工功率为10~100W，脉冲宽度为0.3~3ms，重复频率为50~100Hz，扫描速度10~20mm/s。

10.根据权利要求5所述的一种自润滑凸轮轴磨削毛化夹头的自润滑方法，其特征是，包括：

1）进油

在弹簧一作用下，钢珠一外突于盖板，挤压钢珠一，钢柱一与进油孔之间产生间隙，向进油口内注入润滑油，柱状海绵一吸油；弹簧一复位后，柱状海绵一储油，避免润滑油快速流失；挤压钢珠一后，若无外部进油动作，可促使柱状海绵一内的润滑油通过分流道进入出油道，由柱状海绵二吸收；

2）出油

在弹簧二的作用下，钢珠二外突于夹头定位销孔内壁，夹头定位销插入夹头定位销孔内，挤压钢珠二，由于盖板和密封结构，迫使润滑油从钢珠二和出油口之间的间隙流入夹头定位销孔内，对夹头定位销和夹头定位销座的接触区域实现自润滑。

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