淺析凸輪軸止推軸頸機加工工藝

范文賢

摘 要：針對HXN5內燃機車GEVO16柴油機重要部件-凸輪軸止推軸頸的結構特性及技術要求，提出該部件的機加工的關鍵點及難點，詳細闡述關鍵的工藝制作過程和主要的加工工藝參數。

關鍵詞：內燃機車；機加工工藝；凸輪軸軸頸；模塊化刀具

概述

GEVO16柴油機凸輪軸止推軸頸是柴油機一個重要部件，是凸輪軸傳動和支撐的關鍵連接件，工作時轉速較高，且需要承受較大的扭矩。因此，凸輪軸止推軸頸產品質量對整個柴油機的安全運轉乃至機車的行車安全，都是至關重要的。然而，穩定的產品質量必須依靠合理加工工藝。合理機加工工藝不僅僅能夠保證產品質量，還可以提高產品生產效率及降低生產的成本。為此，我們對GEVO16柴油機凸輪軸止推軸頸機加工工藝進行了分析、探討。

1 凸輪軸止推軸頸的結構特性及技術要求

凸輪軸止推軸頸材料為42CrMoA，該材料為超強度合金鋼，具有很高強度和韌性，調質處理后有較高的疲勞強度和抗沖擊的能力；該產品毛坯為鍛造毛坯，后由我公司機加工至成品，由成品圖1可知，該產品結構較為復雜，產品精度要求高，其主要精度要求如下：

（1）外圓直徑Φ178（0/-0.025）、兩端臺階槽直徑Φ125（+0.04/0）、兩端面臺階槽直徑Φ18（+0.05/0），均為關鍵的裝配尺寸，其精度必須保證。

（2）兩端面及止推面的跳動要求，Φ178外圓的同軸度要求及兩端面螺紋及臺階孔的位置度要求為主要的形位公差，必須保證。

（3）零件的各主要加工面的粗糙度要求，也是影響裝配的重要因素，尤其是止推面、Φ178外圓面及兩端面的粗糙度，必須滿足圖紙要求。

2 凸輪軸止推軸頸機加工工藝分析

根據產品的結構特性和技術要求，我們對該產品機加工工藝進行分析，其工藝的設計主要考慮怎樣解決以下幾個關鍵點和難點：

（1）該產品形位公差要求較高，尤其是兩端面及止推面跳動要求及外圓兩基準同軸度要求。采用傳統工藝、設備及量具很難保證。

（2）該產品的材料經過調質處理后，具有較高的強度和韌性，加工難度大，尤其是端面孔及螺紋的加工存在較大的困難，采用公司現有的刀具加工，無法有效的保證產品質量、控制生產的成本，且影響生產效率。

（3）該產品的表面粗糙度要求高，尤其是止推面Rz2粗糙度要求，公司現有設備，很難達到要求。

（4）該產品批量較大，應該盡可能的提高生產效率，降低生產成本。

因此，如何有效解決以上幾個關鍵點和難點，將是該工藝首要完成的任務，也是能否保證產品的質量，提高生產效率的關鍵所在。

圖1

3 凸輪軸止推軸頸機加工工藝

通過查閱相關資料，借鑒公司類似產品的工藝，結構公司現有的設備和工具。首先，對凸輪軸止推軸頸加工的難點進行逐個攻關，然后選擇合理的工藝流程設計相應的工裝，最終確定凸輪軸止推軸頸機加工工藝。

3.1 工藝攻關

3.1.1 有效保證外圓的同軸度及各端面的圓跳度。

在精車工序，采用一次裝夾工件，利用專用刀具同時加工兩端面Φ125槽、Φ111內孔（內孔留余量）及兩端60°工藝倒角，保證兩端面槽、內孔及兩端倒角同軸度；后用兩端倒角為定位基準，制作專用頂針，磨床加工外圓及兩端面，最后車床加工內孔Φ115內孔，去除工藝倒角。

3.1.2 提高了生產效率

首先采用公司先進的車削中心，代替普通設備來完成產品的半精車、精車的工序。同時，由于車削中心配有動力頭，可在半精車完成軸頸徑向Φ12及Φ7的油孔的加工，在保證產品質量的同時，省去傳統的劃線、鉆加工工序，節約調運和裝夾工件的時間，極大地提高了生產效率。

3.1.3 解決端面孔加工問題

端面孔加工主要問題是加工刀具的選擇，最初我們選擇了兩種不同材質刀具——高速鋼鉆頭與硬質合金鉆頭，進行試制，通過試加工發現，兩種刀具均不能滿足加工要求：高速鋼鉆頭，韌性好，但硬度、耐磨性差，刀具磨損快，產品質量不穩定，而且加工效率低；硬質合金鉆頭，硬度、耐磨性好，滿足產品加工精度要求，但其韌性差，加工過程中稍有誤差，就很容易折斷，容易造成產品報廢，而且該類刀具成本高。

最終結合上述兩種鉆頭的優點，采購先進模塊化鉆頭（圖2），該鉆頭分為刀片和刀體兩部分。刀體材質為高速鋼，韌性好，不易折斷，刀具材質為硬質合金，硬度高，耐磨性好，并且刀片磨損后更換方便。通過試加工得知，該分體式鉆頭，能夠滿足產品的精度及生產要求，并且成本低（約為整體硬質合金鉆頭的1/5）。

圖2

3.1.4 保證產品表面粗糙度

公司現有的砂輪磨粒較粗無法滿足產品粗糙度要求，經分析后采用粗精磨分開的方案，先利用公司現有磨粒較粗的砂輪粗磨，然后采購小磨粒砂輪精磨，保證了產品的精度。

3.2 工裝設計

由于止推軸頸兩端面需加工的孔和螺紋數量多、分布較為密集且孔的尺寸和位置精度要求均較高。傳統的劃線加工或是鉆模加工，無法有效的保證產品的精度要求，且加工效率低。因此，根據產品的結構特點設計、制作其專用鉆夾具如圖3所示。

圖3

由圖3可知，該夾具由兩個主要的壓裝工位組成，即工位1和工位2。工位1通過定位銷1、定位銷2及底板面分別以止推端面、Φ125臺階槽及Φ12油孔定位，加工端面的孔、螺紋及臺階孔。工位2以頂部端面、Φ125臺階槽及大、上工序加工的Φ18臺階孔定位，加工小端面的螺紋及臺階孔。該夾具相對于傳統鉆模定位精度高，裝夾方便，有效保證產品精度的同時，較大的提高了生產效率。

3.3 工藝方案確定

經過對產品工藝的分析、產品加工難點及關鍵點的攻關，最后確定凸輪軸止推軸頸的機加工工藝如下：

4 工藝的驗證及產品檢查驗收

為驗證該工藝的可行性，我們首先進行了小批量的試制。按照現行工藝試加工了40件產品，并利用三坐標檢測儀、粗糙度檢查儀等先進檢測儀器對加工的成品，進行了全尺寸檢查，檢查結果顯示試加工40件產品，無論是尺寸精度或是形位公差，亦或表面質量均滿足設計要求。然后我們進行了批量的生產，通過批量生產驗證得出，該工藝不僅能夠有效的保證了產品的質量，而且具有較高的生產效率，滿足了生產的需求。

5 結束語

本文通過對凸輪軸止推軸頸的機加工工藝的分析，闡述了一般零件機加工工藝的設計過程。但一個合理的機加工工藝的設計是一個通過不斷優化過程，隨著設備的更新，先進刀具、工裝夾具的引用，產品的工藝也需不斷優化、改進。

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