CN115446551B - 一种凸轮轴生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种凸轮轴生产工艺，首先加工准备安装轴以及多个凸轮片；然后对特定工装上排列的多个凸轮片进行同步加热，与此同时对安装轴进行液氮冷却，操作完成后将安装轴快速穿过多个凸轮片，使得多个凸轮片对应的位于安装轴上相应的第一凸环外部，在常温下使各凸轮片与各对应第一凸环外部连接在一起；然后逐个压装凸轮片，即先通过同时转动凸轮片与安装走的方式进行两部件之间角度调整，然后以凸轮片与安装轴同时相向移动的方式将凸轮片压装至安装轴外壁上的第二凸环外部，实现各个凸轮片的最终位置定位。本发明提供一种凸轮轴生产工艺，加工周期短且重量轻，能耗小、制造成本低；组装成品合格率高。

Description

一种凸轮轴生产工艺

技术领域

本发明涉及凸轮轴技术领域，具体地说是一种凸轮轴生产工艺。

背景技术

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气缸组长度近似相同的圆柱形安装轴，在安转轴外壁上套有若干个凸轮，用于驱动气门。

目前凸轮轴的加工常规是采用整体铸造工艺，即圆柱形安装轴与若干个凸轮直接铸造为一体式结构，然后对其具体外形尺寸通过机加工方式精加工获得。另外的，常规的这种整体铸造工艺中需要经过多道工序处理，制造周期长；并且整体铸造凸轮轴重量大，材料浪费严重，不符合现代化车辆工程的轻量化要求。随着技术的革新，市场上也陆续出现了组装式加工方式，即分开加工安装轴与凸轮片，凸轮片与安装轴通过热胀冷缩方式装配，并且在安装轴外壁上设置预定位凸环和最终固定的安装凸环，组装时多个凸轮片先预定位在各对应的与定位环上，然后调整两部件的相对角度后，再将凸轮片继续压装至安装凸环外边，现有的组装工艺中在预定位凸环和安装凸环外壁上均设置有花键，这种结构导致在凸轮片与预定位凸环装配后进行角度转动时，安装轴容易变形；另外的，现有技术中在调整凸轮片与安装轴角度时，仅仅是安装轴转动而凸轮片不动，由于安装轴刚性较弱，容易变形；再者，凸轮片从预定位凸环上压装至安装凸台位置时，凸轮片动，安装轴不动，压装作用力主要集中在安装轴上，导致安装轴容易变形。

发明内容

本发明解决的问题是，为了克服现有技术中的缺陷，提供一种凸轮轴生产工艺，加工周期短且重量轻，能耗小、制造成本低；组装成品合格率高。

为解决上述问题，本发明提供一种凸轮轴生产工艺，包括以下步骤：

S1：凸轮片加工，按设计要求完成凸轮片的粗加工，粗加工完成后依次对各凸轮片进行热处理以及零下100℃液氮中深冷处理，然后对各凸轮片进行端面以及外表面的磨削精加工；

S2：安装轴加工，所述安装轴包括中空的钢套本体和多个沿轴向间隔设置在所述钢套本体外壁上的安装部，各安装部均包括不同直径的第一凸环和第二凸环，磨加工钢套本体以及第一凸环外周壁，然后在第二凸环的外壁上挤压成型花键，并且对各个花键外轮廓进行磨削加工，其中钢套本体直径为D1,第一凸环直径为D2，第二凸环直径为D3,且D1＜D2＜D3；

S3：预组装，将多个待组装的凸轮片沿着同一朝向并且以设定的间距依序定位在定位工装上，然后对多个凸轮片进行同时加热，促使凸轮片内孔膨胀，与此同时对安装轴进行冷却，促使安装轴外径收缩；

S4：将冷却后的安装轴快速穿过多个凸轮片的内孔，使得每一个凸轮片位于对应的第一凸环外部，在常温下恢复至各凸轮片分别固定在各自对应的第一凸环外壁上；

S5：逐个进行凸轮片校正安装，按顺序逐个旋转凸轮片，并且在每转动一个凸轮片时，同时转动安装轴，实现安装轴与凸轮片之间相对角度的调整；

S6：当每一片凸轮片与安装轴之间的相对角度调整到位后，沿轴向以相对的方向同时移动凸轮片与钢套，驱使预组装在第一凸环外壁上的凸轮片挤压装配至第二凸环的外侧壁上；

S7：重复步骤S5、S6，直至钢套外部的各个凸轮片依次安装至相应的第二凸环外侧壁上；

S8：组装完成后，整个凸轮轴进行涂油防锈处理。

本发明的凸轮轴生产工艺与现有技术相比具有以下优点：

1、将凸轮轴的安装轴与凸轮片分开加工，即安装轴采用中空的钢套，并且在钢套外壁上加工出相应的安装部；凸轮片采用锻造工艺加工而成，并且在锻造完成后将其端面以及外表面进行机加工，然后将各个凸轮片与安装轴通过热胀冷缩的方式压装至设定位置，此种工艺与现有技术相比生产周期短，能耗小，更重要的是中空的安装轴大大降低了凸轮轴整体重量，更加符合轻量化要求；

2、为了提高各个凸轮片的安装效率，预先将若干个凸轮片预定位在安装轴外壁上的第一凸环上，并且第一凸环外壁是光滑的，在预定位后进行凸轮片与安装轴之间旋转调整角度时，避免凸轮片内孔壁受损；另外的，在最终压装配合的第二凸环外壁上设置花键，从而保证凸轮片内孔从第一凸环位置压装至第二凸环位置后的连接强度；

3、通过两部件的同时转动来实现安装轴与凸轮片之间相对角度的调整，并且保证两部件一不同的速度进行旋转，虽然组装难度上明显提升，但是能够达到更加精确的角度调节，调整精度从传统的±0.5°提升到±0.1°，同时能够有效提升产品的合格率；

4、在二次压装时，驱使凸轮片与安装轴同时移动，使得凸轮片的压装挤压作用力可以同时分解到凸轮片和安装轴上，减小安装轴的变形，提升安装位置精度，保证产品合格率。

作为改进的，在步骤S7与S8之间，还可以在安装轴的一端压装信号轮以及驱动块，具体的先将信号轮安装至驱动块上，然后再将驱动块压装至安装轴的端部，使得信号轮与安装轴不接触。

优选的，所述驱动块的一端依次成型有轴向延伸的第一配装轴和第二配装轴，且第一配装轴直径大于第二配装轴直径，其中第一配装轴用于安装信号轮，所述第二配装轴用于与安装轴一端的内腔配装。

再改进的，步骤S5中，在旋转每一个凸轮片之前，可以先将水平移动第一凸环，使其从第一凸环上脱离进入相邻的安装部之间的钢套本体部分。

附图说明

图1为本发明中的凸轮轴的结构示意图；

图2为图1中凸轮轴的半剖结构图；

图3为本发明中的凸轮片的主视图；

图4为本发明中的安装轴的局部主视图；

图5为本发明中凸轮片定位在第一凸环外部时的局部结构图；

图6为本发明实施例三中凸轮片与安装轴调整角度的局部结构图；

图7为本发明中凸轮片压装至最终固定位置时的局部结构图；

图8为本发明中所有凸轮片压装至最终固定位置时的局部结构图；

图9为本发明实施例二中信号轮与驱动块的拆分结构图；

图10为本发明中信号轮、驱动块组件与安装轴的拆分结构图。

附图标记说明：

1、凸轮片；2、安装轴；2.1、钢套本体；2.2、第一凸环；2.3、第二凸环；3、信号轮；4、驱动块；4.1、第一配装轴；4.2、第二配装轴。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

实施例一：

本发明提供了一种凸轮轴生产工艺，包括以下步骤：

S12：凸轮片1加工，按设计要求完成凸轮片1的粗加工，粗加工完成后依次对各凸轮片1进行热处理以及零下100℃液氮中深冷处理，然后对各凸轮片1进行端面以及外表面的磨削精加工，此步骤中对于凸轮片1的端面以及外表面进行精加工，是为了保证后续安装定位时，能够保证凸轮片1位置的精度；

具体的，凸轮片1的热处理包括高温淬火以及回火，钢淬火后的组织是马氏体和残余奥氏体，处于亚稳定状态，回火是使其趋于稳定状态的处理。随着回火温度的升高，硬度、强度下降，而塑性、韧性提高；另外的，在回火完成后继续对各凸轮片1放入到零下100℃液氮中进行深冷处理，用于减少残余奥氏体，减小应力，保证凸轮片1内孔在收到扩张作用力时不容易开裂；

S2：安装轴2加工，此处的安装轴2包括中空的钢套本体2.1和多个沿轴向间隔设置在钢套本体2.1外壁上的安装部，并且各安装部均包括不同直径的第一凸环2.2和第二凸环2.3，磨加工钢套本体2.1以及第一凸环2.2外周壁，保持第一凸环2.2外壁为光滑面；然后在第二凸环2.3的外壁上挤压成型花键，并且对各个花键外轮廓进行磨削加工；这么做的目的是为了减小第二凸环2.3与凸轮片1内孔配装时的压装阻力；另外的，本实施中钢套本体2.1部分直径为D1,第一凸环2.2部分直径为D2，第二凸环2.3部分直径为D3,并且D1＜D2＜D3；另外的，每一个凸轮片1具有相应的内孔，内孔直径为D4,并且D1＜D4＜D2，至于具体为何这么设置，后续组装步骤中会说明；

更加具体的，本实施例中的安装轴2为采用整根的毛坯钢管通过机加工方式一体式成型，整体式结构保证强度，加工方便；

S3：预组装，本实施例中相较于传统的逐个凸轮片1安装不同的是，预先将多个待组装的凸轮片1沿着同一朝向并且以设定的间距依序定位在专用的定位工装上，然后通过专用的加热装置对多个凸轮片1进行同时加热，促使每一个凸轮片1受热后内孔得以膨胀，具体的，实际操作中对于凸轮片1的加热一般是加热到130℃-180℃，凸轮片1内孔直径尺寸变大0.1mm-0.15mm左右；并且与此同时对安装轴2进行冷却，具体的操作是，将安装轴2放入到液氮(-150℃-196℃)里面冷却250S～350S左右,使得安装轴2整体直径尺寸缩小0.03mm-0.08mm左右；

S4：在经过前述的热胀冷缩处理后，将冷却后的安装轴2快速穿过多个凸轮片1的内孔，此处的快速穿过是指，在凸轮片2以及安装轴2分别经过热胀冷缩处理后需要在30s-45s之内进行插装；插装后使得每一个凸轮片1位于对应的第一凸环2.2外部保持不动，在常温下冷却30s～60s,安装轴2直径以及凸轮片1的内孔逐渐恢复至正常尺寸，由于第一凸环2.2的直径D2大于凸轮片1内孔径D4，所以冷却后各凸轮片1分别固定在各自对应的第一凸环2.2外壁上，实现各个凸轮片1在安装轴2上的预定位，如图5所示，以方便后续每一个凸轮片2的最终压装定位；

此结构中，为了尽可以能减小凸轮片1与第一凸环2.2装配后对于后续角度位置调校的影响，第一凸环2.2的宽度一般为2.5mm～4.5mm左右，即在能保证凸轮片1位置预定位的情况下，该第一凸环2.2的宽度应该尽可能的小，避免凸轮片1内孔在相对转动或者平移滑动过程中变形过大影响最终成品的合格率；

S5：由于步骤S4中，凸轮片1与安装轴2只是在轴向上进行一个预定位，其定位角度以及位置并不是最终成品的位置，所以接下来需要对各个凸轮片1与安装轴2的角度进行校正，保证每一片凸轮片1以设定的角度以及轴向位置固定在安装轴2外壁上；具体的，以轴向的第一个凸轮片1为例，先旋转第一个凸轮片1，并且在转动第一个凸轮片1的同时对安装轴2也进行转动，相较于传统的仅转动凸轮片1或者仅转动安装轴2来说，通过两部件的同时转动来实现安装轴2与凸轮片1之间相对角度的调整，并且保证两部件一不同的速度进行旋转，虽然组装难度上明显提升，但是能够达到更加精确的角度调节；另外的，此步骤中凸轮片1与安装轴2在相对转动时，可以沿着同向转动，也可以是沿着反向转动；

本实施例中由于安装轴2为中空的钢管，管壁厚度小，即安装轴2的刚性较弱，受力易变形，所以在调节角度时，如果仅仅是依靠旋转安装轴2来实现，容易造成安装轴2变形，从而导致两部件组件的角度精度无法保证，所以本实施中采用安装轴2与凸轮片1同时转动的方式进行两部件之间的角度调节，可以后效减轻安装轴2变形量，保证定位角度的精度，调整精度从传统的±0.5°提升到±0.1°，同时能够有效提升产品的合格率；

再一方面的，此步骤中由于第一凸环2.2的外壁时光滑的，所以在凸轮片1与安装轴2之间转动调节角度时，凸轮片1也不容易变形；传统结构中第一凸环2.2以及第二凸环2.3的外侧壁上均设置有键槽，这种结构当它们两者相结合后再发生扭转或者轴向移动时所承受的扭矩或者轴向力较大，从而容易造成安装轴2发生塑形变形和扭转弹性变形：当每一片凸轮片1与安装轴2之间的相对角度调整到位后，沿轴向以相对的方向同时移动凸轮片1与安装轴2，驱使预组装在第一凸环2.2外壁上的凸轮片1挤压装配至第二凸环2.3的外侧壁上，如图7所示；

这一步骤中，在传统压装工艺中通常采用的是将凸轮片1直接从第一凸环2.2上推向第二凸轮片1，即凸轮片1动，安装轴2不动；同样的，由于安装轴2的刚性较弱，在凸轮片1水平运动挤压第二凸环2.3时，只有凸轮片1移动而安装轴2不动导致水平挤压作用力主要集中在安装轴2上，安装轴2容易发生变形；为此本实施例中对于凸轮片1的二次压装同样进行了改进，具体的是指，在压装时驱使凸轮片1与安装轴2同时移动，使得凸轮片1的压装挤压作用力可以同时分解到凸轮片1和安装轴2上，减小安装轴2的变形，提升安装位置精度，保证产品合格率；上述凸轮片1压装方式中，也有的厂家会采用安装轴2移动凸轮片1不动的形式压装，同样容易出现安装轴2变形的缺陷；

S7：重复步骤S5、S6，继续安装轴2向的下一个凸轮片1，直至安装轴2外部的各凸轮片1依次安装至相应的第二凸环2.3外侧壁上，如图8所示；

本实施例中，进一步为了方便多个凸轮片1的压装，多个安装部以两个一组形式划分，并且每一组两个相邻的安装部是对称设置的，即同一组两个安装部结构中两个第一凸环2.2相靠近，两个第二凸环2.3相远离，在凸轮片1压装时，每一组的两个凸轮片1都是沿着从中间往两边的方向进行压装，保证作用在安装轴2上的作用力更加均衡；

S8：组装完成后，整个凸轮轴进行涂油防锈处理，成品如图1、2所示。

实施例二：

如图9、10所示，在实施例一的基础上，进一步的在步骤S7与S8之间增加一个信号轮3以及驱动块4安装的工序，即先将信号轮3安装至驱动块4上，然后将驱动块4安装至安装轴2端部。

更加具体的，此步骤中，驱动块4的结构需要进行特殊设计，即在驱动块4的一端依次成型有轴向延伸的第一配装轴4.1和第二配装轴4.2，且第一配装轴4.1直径大于第二配装轴4.2直径，其中第一配装轴4.1用于安装信号轮3，第二配装轴4.2用于与钢套一端的内腔配装。并且此结构中，在第一配装轴4.1靠近第二配装轴4.2一端的端面形成限位凸台。

具体的，该安装工序的具体过程不同于现有技术中的安装，现有技术中对于凸轮轴上的这一类驱动块4、信号轮3安装时，通常是先将信号轮3套装在安装轴2一端的外壁上，然后再次的将驱动块4通过一插接柱以紧配的方式插装配合在安装轴2端部的内孔中，这种安装方式中，信号在一次与安装轴2套装时存在一次变形，在插装驱动块4过程中，由于插接柱对于安装轴2侧壁会产生往外撑开的作用力，因此在一定程度上又造成了信号轮3内孔的二次变形。

本实施例中，采用的是预先将信号轮3安装至驱动块4上的第一配装轴4.1上，然后将装有信号轮3的驱动块4以第二配装轴4.2与安装轴2端部内孔插装的方式进行连接，插装至设定位置时，通过限位凸台与安装轴2端部相抵接实现位置限位，避免连接过程中信号轮3与安装轴2接触，进而保证信号轮3不存在二次变形的损害，使得信号轮3最终安装后形变影响小，保证使用性能稳定。

实施例三：

如图6所示，在实施例一或者实施例二的基础上，还可以做出以下改进，即在步骤S5中，在旋转调整凸轮片1与安装轴2定位角度之前，可以先水平移动凸轮片1，使其从第一凸环2.2上脱离进入相邻两个安装部之间的钢套本体2.1部分，由于凸轮片1内孔径D4大于钢套本体2.1直径D1，所以在该位置时凸轮片1与安装轴2之间定位角度旋转调整时更加方便，转动时没有摩擦阻力，保证角度调整更加方便、准确，并且凸轮片1内孔的摩擦损伤更小。

虽然本发明公开披露如上，但本发明公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员，在不脱离本发明公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种凸轮轴生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：

S1：凸轮片(1)加工，按设计要求完成凸轮片(1)的粗加工，粗加工完成后依次对各凸轮片(1)进行热处理以及零下100℃液氮中深冷处理，然后对各凸轮片(1)进行端面以及外表面的磨削精加工；

S2：安装轴(2)加工，所述安装轴(2)包括中空的钢套本体(2.1)和多个沿轴向间隔设置在所述钢套本体(2.1)外壁上的安装部，各安装部均包括不同直径的第一凸环(2.2)和第二凸环(2.3)，磨加工钢套本体(2.1)以及第一凸环(2.2)外周壁，然后在第二凸环(2.3)的外壁上挤压成型花键，并且对各个花键外轮廓进行磨削加工，其中钢套本体直径为D1,第一凸环(2.2)直径为D2，第二凸环(2.3)直径为D3,且D1＜D2＜D3；

S3：预组装，将多个待组装的凸轮片(1)沿着同一朝向并且以设定的间距依序定位在定位工装上，然后对多个凸轮片(1)进行同时加热，促使凸轮片(1)内孔膨胀，与此同时对安装轴(2)进行冷却，促使安装轴(2)外径收缩；

S4：将冷却后的安装轴(2)快速穿过多个凸轮片(1)的内孔，使得每一个凸轮片(1)位于对应的第一凸环(2.2)外部，在常温下恢复至各凸轮片(1)分别固定在各自对应的第一凸环(2.2)外壁上；

S5：逐个进行凸轮片(1)校正安装，按顺序逐个旋转凸轮片(1)，并且在每转动一个凸轮片(1)时，同时转动安装轴(2)，实现安装轴(2)与凸轮片(1)之间相对角度的调整；

S6：当每一片凸轮片(1)与安装轴(2)之间的相对角度调整到位后，沿轴向以相对的方向同时移动凸轮片(1)与安装轴(2)，驱使预组装在第一凸环(2.2)外壁上的凸轮片(1)挤压装配至第二凸环(2.3)的外侧壁上；

S7：重复步骤S5、S6，直至安装轴(2)外部的各个凸轮片(1)依次安装至相应的第二凸环(2.3)外侧壁上；

S8：组装完成后，整个凸轮轴进行涂油防锈处理。

2.根据权利要求1所述的凸轮轴生产工艺，其特征在于：在步骤S7与S8之间，在安装轴(2)的一端压装信号轮(3)以及驱动块(4)，具体的先将信号轮(3)安装至驱动块(4)上，然后再将驱动块(4)压装至安装轴(2)的端部，使得信号轮(3)与安装轴(2)不接触。

3.根据权利要求2所述的凸轮轴生产工艺，其特征在于：所述驱动块(4)的一端依次成型有轴向延伸的第一配装轴(4.1)和第二配装轴(4.2)，且第一配装轴(4.1)直径大于第二配装轴(4.2)直径，其中第一配装轴(4.1)用于安装信号轮(3)，所述第二配装轴(4.2)用于与安装轴(2)一端的内腔配装。

4.根据权利要求1所述的凸轮轴生产工艺，其特征在于：步骤S5中，在旋转每一个凸轮片(1)之前，先将水平移动凸轮片（1），使其从第一凸环(2.2)上脱离进入相邻的安装部之间的钢套本体(2.1)部分。