CN85105131A - 凸轮轴制造法 - Google Patents

Abstract

一种有若干装配件如轴颈(11)和凸轮凸出部(14)等的符合凸轮轴，用含Cu量为重量的17％到35％的Fe-C-Cu配方金属粉末制造，依靠Cu的结合作用和一根轴杆(12)连接，Cu从装配件中熔出，充分渗入装配件和轴杆之间的空隙中去，使二者结成一体。

Description

本发明有关凸轮轴的制造方法，例如用于内燃机的汽门机构的凸轮轴，更具体讲，有关凸轮轴的配备方法，其中每一个装配件，诸如凸轮凸出部或轴颈都易于和杆结合，结合后易于作机加工。

一种复合凸轮轴一般有一根钢质管形杆和若干装配件，诸如凸轮凸出部和轴颈安装在杆上。这种凸轮轴质量轻，功能可与传统的铸成一体的凸轮轴比拟。在传统上，装配件和轴杆结合采用熔焊或钎焊方式，需要许多人力操作焊机或安排钎焊材料很不便利。而且，由于热应力，熔焊易于造成产品的应变，而钎焊不能提供装配件和轴杆之间的充分接触。

曾经有人提出过另一种方法，用液态烧结材料制造装配件，在钢轴杆上烧结。制成的凸轮轴有优良的耐磨性，但不利之处是加工性能差，因为液态烧结的材料太硬，极难加工。

已知的凸轮制造方法中有在凸轮轴中制作油道的，从每一个装配件的外缘径向伸进管形轴杆内的中空部分。但是用JP·A·57-154    556号专利公布的已知方法（这方法是在烧结淬硬的装配件中机加工出油道）制造油道费用高昂。

最理想的是能够制造一种复合凸轮轴，其装配件易于和钢轴杆连接，烧结后可作机加工，并且可以不需作机加工而制作油道，从装配件的外缘伸向轴杆的中空部分。

本发明提出一种方法，其步骤包括用固态烧结材料成形每一个装配件生坯，坯中有孔，作为在轴杆上安装用，烧结材料成分为一种Fe-C-Cu配方，其中Cu占重量的17%-35%;把每一个生坯在轴杆上安装;然后在烧结炉中把安装在轴杆上的生坯烧结。

在理想的方法中，凸轮轴上有从每一个装配件外周边，径向通入中空管形轴杆的油道，一个生坯有两个（最好是精确的）半部，每个半部的连接表面上带有一条径向的槽，当把两个半部安装在轴杆上时，两个半部合在一起，使径向槽和先前在轴杆上做就的径向孔中的一个，共同形成一个同轴心的孔。

复合凸轮轴易于组装，因为既不需要焊接机，也不需要钎焊材料，并且装配件，诸如凸轮凸出部和轴颈的可加工性和可切削性都有提高，因为它们都是用固态烧结材料制造，比传统的液态烧结材料硬度低、传统材料由于由含磷的共晶体或斯氏体形成，所以硬度非常高。固态烧结材料硬度比液态烧结材料硬度低，所以耐磨性比较好，因为成分中含有碳和铜，前者既能使粒子间有扩散接合，而且能形成碳化物，而铜固化后提高了强度和耐磨性。另外还有一个优点是有油道的凸轮轴可以不经切削而制造。

通过举例，参照附图将对本发明作进一步的叙述，附图内容如下：

图1是通过一个复合凸轮轴的纵向剖面片段;

图2沿图1线Ⅱ-Ⅱ的横截面;

图3是凸轮轴另一实施方案的部分剖面正视图;

图4和5是准备连接的轴颈生坯两个半部的侧视图，图示各个的连接表面;

图6及7是分别沿图4及5线Ⅵ-Ⅵ及Ⅶ-Ⅶ的截面;

图8是凸轮轴一部分的放大正视图，图示有一个轴颈安装在管形轴杆上。

图9是沿图8中的线Ⅸ-Ⅸ的截面。

图示的复合凸轮轴有若干用固态烧结材料制造的装配件，诸如轴颈和凸轮凸出部，用冶金方法和钢质轴杆连接。装配件的固态烧结材料的成分为Fe-C-Cu配方，含Cu占重量17-35%。

固态烧结材料中含有的铜是纯铜或铜合金。铜含量是重要的。假使铜的含量低于重量的17%，那么装配件和轴杆之间的结合强度便不足。而另一方面，假使含量超过重量的35%，便只是增高成本而并不提高结合强度。碳是固态烧结材料中必要的成分，最好含量在重量的0.6-1.5%之间，当碳含量低于重量的0.6%时，提高的铁素体含量降低耐磨性。而相反，假如含量高于重量的1.5%，那么碳化物太多便使产品的可加工性降低。当按意愿加入Mn、Si、Ni、Mo和类似元素以调节产品的性能时（如强度和耐磨性等），占0.2-4.0%重量便已足够。烧结材料还含有小量的附随杂质。固态烧结材料中的熔化铜在烧结时，向轴杆里面扩散并渗透，因此固态烧结材料要求具有适当的多孔性，最好孔隙侣体积的10-40%。

固态烧结材料按每一个装配件（例如凸轮凸出部或轴颈）形成生坯，内有孔腔，作在轴杆上安装用。孔腔的直径一般几乎和轴杆的直径相同。把装配件安装在单独的轴杆的预定的位置上。轴杆可以用实心或管状，最好使用的材料如JIS    STKM13（机械-结构碳钢管），其成分包括重量0.17%的C，重量0.14%的Si，重量0.54%的Mn，重量0.013%的P，重量0.004%的S，其余部分为铁。

在把装配件按预定的位置在轴杆上安装后，将组装件放在烧结炉中烧结，选定的烧结条件为固态烧结材料中含有的铜，熔化后向轴杆中扩散并渗透。例如，在1100-1200℃下烧结30-150分钟，烧结时铜从烧结材料中熔出，渗透进孔腔和轴杆之间的空隙中，然后固化，把装配件和轴杆牢固结合在一起。

参看图1和2，轴颈11是用Fe-C-Cu配方的固态烧结材料制造的，其中含Cu占重量20%，C占重量1.0%，其余为铁，制造时作安装孔腔13，用以在钢质管状轴杆12上安装。然后在烧结炉中烧结。铜从固态烧结材料中熔出，渗透进轴颈11和轴杆12之间的空隙中，然后固化，把轴颈和轴杆连接。

图3中为凸轮轴10，一般有若干装配件，诸如轴颈11和凸轮凸出部14，安装在钢质的管状轴杆12上。轴颈11和凸轮凸出部14和管状轴杆12紧密连接，并有形成的油孔15，16，从凸轮凸出部和轴颈的滑动表面，向轴杆的中空内部伸展。管形轴杆里贮存的油，用离心力通过油孔，供给滑动表面，而凸轮轴由一个图中未示的的发动机转动。供给滑动表面的油还作汽门机构润滑用。

在图4至7所示的方法中，每一个在制造中的装配件的生坯，都是用和图1和图2相同的材料粉末制造的，但预先都是形成两个半部，最好是准确的两个半部。例如，用金属粉末压成两个精确的半部，即图4和6里的21a及图5和7里的21b，每一个半部的连接表面上都有一条径向槽16a，16b;连接表面用于互相连接。两个半部21a，21b分别在轴向上加压，如图6的箭头A-A′和图7的箭头B-B′所示。图4及5表示两个半部21a，21b的相应连接表面。

如从图8可以看出，配对的半部21a，21b互相连接，形成制造轴颈的生坯21，而各个径向槽16a，16b准确相对，形成一个油孔16。然后把对接的生坯21安装在一根管形的轴杆12上组装成凸轴轮。管形轴杆12一般用钢制造，预先在相应的位置上成形有若干个径向孔，和每一个装配件上的油孔对正。

如从图9中可见，生坯21上的油孔16，和轴杆12上的一个径向孔15对正。有一根直铜管可以通过轴颈上的油孔和轴杆上的一个油孔插入，从滑动表面插入轴杆的中空内部，固定轴颈和轴杆的相对位置。把这样组装的凸轮轴放在图中未示的烧结炉中烧结，把生坯烧结成装配件。在烧结过程中，铜从每一个半部中熔出，渗透进两个半部和轴杆的空隙中去，然后在里面固化，结果两个半部和轴杆牢固结合成一个整体。

Claims (6)

1、一种制造在轴杆上有装配件的凸轮轴的方法，特征为方法包括用固态烧结材料制造成形每一个装配件的生坯，其中有孔腔，用以和轴杆作安装连结，固态烧结材料有Fe-C-Cu配方的组成成分，其中含Cu占重量的17-35%；其次是把生坯安装在轴杆上；然后在烧结炉中把生坯烧结在轴杆上，通过烧结从生坯中熔出的熔化铜，渗透进轴杆和生坯之间的空隙内，作为二者之间的连接剂。

2、如权利要求第1项中之方法，特征为生坯有占体积10到40%的孔隙。

3、如权利要求第1或第2项中之方法，特征为轴杆为钢质。

4、如权利要求第1至3项中任何一项的方法，特征为轴杆为管形，其中有若干径向的孔，每一个生坯有两个半部有一个带一条径向槽的连接面，两个半部在轴杆上相互连接的方式是使两条径向槽形成一个油孔，和轴杆上的径向孔中的一个同轴。

5、如权利要求第1项至第4项中任何一项里的方法，特征为装配件中包括一个轴颈。

6、一种制造一个凸轮轴的方法，基本上如按附图所叙述者。

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