柴油机凸轮轴精车工艺改进

116028 大连交通大学 辽宁 大连|袁安家 王旭



柴油机凸轮轴精车工艺改进

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柴油机凸轮轴在精车工序中属于细长轴车削，在加工中容易出现颤刀和打刀，不但对工件的质量有所影响，同时也增加了刀具的磨损，本文通过对加工刀具、切削参数、加工方法等方面改进来提高该工序质量，减少废品率。凸轮轴；精车；加工方法

研究背景

凸轮轴材质大多为50Mn，毛坯经锻造而成，在精车前凸轮轴经过调质处理，硬度HB260-300，以左凸轮轴一为例，其工序简图如图1所示。

在以往的生产中经常出现的问题为：中间容易产生弯曲导致尺寸超差、在加工中容易颤刀和打刀、整根轴容易产生锥度、光洁度达不到等。加工时主要采用硬质合金刀加工，但由于刀具角度及切削参数的选择不合理以及加工方法不足，导致在该工序中刀具损耗比较严重，加工成本较高，容易造成次品和废品。

从刀具角度分析

a刀具选择

车刀的设计与合理使用对工件的加工质量至关重要，车刀材质、几何形状和角度是影响车刀本身性能的主要因素。在加工外圆时，由于加工面积多，切削余量大，考虑到刀具的耐用程度，应选用硬度和强度相对较高的硬质合金刀。一般选用牌号为YT15的45度尖刀。

但由于该尖刀的含碳量较高，虽然硬度提高了，但刃磨时在高温下最容易出现质量问题的是刀头裂纹，从而影响刀的使用寿命，所以在刃磨时应注意，不要长时间刃磨同一位置，要轻轻的频繁的变换角度，经过多次实践总结，得出加工该工序较为合适的角度选择为：首先，前角不要磨得过小，最好是在20°左右，后角不要磨得过大，最好不要超过6度，在此基础上还要磨有长10mm，宽4mm的倾斜式的圆弧型卷屑槽，这样便于铁屑的排出。同时，主切削刃还要打上复刃，这样在切削时就不容易出现崩口和裂纹。对于切削参数的选择总结如下：切削速度，进给量和吃刀深度都不要过高，切削速度约为335r/min，进给量0.52mm/min，切削深度在2-3mm之间。在车削中不要使用冷却液，这样便于铁屑的排出。

b选择法兰盘车刀

在加工凸轮两侧法兰盘时，其主要的进给运动为横向进给，选择加工的刀具牌号为YT15的切刀。在切削时相对外圆切削有着切削变形大、切削力较大、切削热比较集中、刀具刚度差等特点，这种刀在刃磨时也容易出现裂纹，所以在刃磨时要加以注意，主切削刃一定要磨得平而直，后角不要过大，不要超过5度，要磨有长5mm，宽7mm倾斜式的圆弧型卷屑槽，主切削刃还要打上复刃，这样在切削时就不容易出现崩口和裂纹，在选择切削参数时，切削速度、走刀量和吃刀深度都不宜过高，切削切削速度最好在335r/min，进给量在0.56mm/min，切削深度在1.5mm左右。

c选择圆弧车刀

在加工凸轮两侧圆角时，需要选择一把专用成形刀具，不但提高加工效率，同时保证了加工质量。这里同样选用牌号为YT15的切刀，该刀具的刃磨方法同加工凸轮两侧的切刀刃磨方法一样，同时刀柄部分要小于刀头圆弧。在车削圆根时，切削速度、吃刀深度不宜过高。

从加工方法角度分析

针对凸轮轴在该工序中经常出现的质量问题，如刀具磨损严重、表面粗糙度不高等。这就需要对以前的加工方法予以改进，下面主要从工艺和工装两个方面进行叙述。

a工艺

在精车时工艺安排一般为：车轴颈——倒角R3 ——架中心架，撤顶尖——车端面及凸台——车端面。

该工件在精车时上道工序留量为3mm，如果一次加工，不仅会出现刀具磨损严重同时也会影响工件表面质量，由于该轴属于细长轴，一次的切削深度过大，很容易造成工件成“腰鼓”型。两端尺寸小，而中间尺寸相对较大。

为保证加工质量，这里采用少量多次的进给方式，通过两到三次进刀，最终完成切削加工。在具体的操作时，切削力一定不能太大，否则刀具会极巨磨损或打刀，先轻轻的试切一刀后把刀退一点，再逐渐加大力量把刀车削到工艺尺寸，后再走刀，这样既提高了刀具的耐用度又能保证加工质量。在车外圆时，一般留给最后精加工的量为1mm以下，同样，在加工端面时，余量如果大于1.5mm以上时，也要分两次进给车削，否则容易出现刀具磨损及产品质量问题。

b工装

车削夹具时车床的一种附属装置，用于确定零件在车床上的位置，并可靠地夹紧零件。工件的装夹方式直接影响加工质量和劳动效率。在车床上加工轴类零件常用的装夹方式为一夹一顶。

左端利用自定心卡盘夹住，另一端用活动顶尖顶住的装夹方法。为了防止工件由于切削力作用而产生轴向位移，必须在卡盘内装一限位支撑。但在精车凸轮轴时，由于凸轮轴法兰盘较窄，在卡爪夹紧时无法靠到卡盘端面或者是其法兰内侧难以加工。在保证加工质量时会导致加工中装夹次数过多，效率低下，同时容易产生质量问题。

经过分析，在机床卡盘与凸轮轴之间采用一个过渡的主轴定位用夹具，其主要作用将定位面转移，在装夹时以凸轮轴端面靠在胎具右侧端面上。利用该夹具有利于凸轮轴的装卸，同时提高了劳动效率和减少了产生质量问题的机会。

总结

在该凸轮轴的工艺编制中，精车是图纸中一些非关键尺寸的最后一道工序，通过对现有加工中存在的问题进行分析，同时在刀具和加工方法上经过改进后，在实践中凸轮轴在精车工序中废品率明显下降，同时刀具费也在以前的基础上节省约30%。

参考：

［1］刘杰华，任昭容编著.《金属切削与刀具实用技术》.国防工业出版社

［2］魏凤兰，张云，陈逢凯主编.《机械制造基础》.辽宁科学技术出版社