柴油機凸輪軸精車工藝改進

116028 大連交通大學 遼寧 大連|袁安家 王旭

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柴油機凸輪軸精車工藝改進

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柴油機凸輪軸在精車工序中屬于細長軸車削，在加工中容易出現顫刀和打刀，不但對工件的質量有所影響，同時也增加了刀具的磨損，本文通過對加工刀具、切削參數、加工方法等方面改進來提高該工序質量，減少廢品率。凸輪軸；精車；加工方法

研究背景

凸輪軸材質大多為50Mn，毛坯經鍛造而成，在精車前凸輪軸經過調質處理，硬度HB260-300，以左凸輪軸一為例，其工序簡圖如圖1所示。

在以往的生產中經常出現的問題為：中間容易產生彎曲導致尺寸超差、在加工中容易顫刀和打刀、整根軸容易產生錐度、光潔度達不到等。加工時主要采用硬質合金刀加工，但由于刀具角度及切削參數的選擇不合理以及加工方法不足，導致在該工序中刀具損耗比較嚴重，加工成本較高，容易造成次品和廢品。

從刀具角度分析

a刀具選擇

車刀的設計與合理使用對工件的加工質量至關重要，車刀材質、幾何形狀和角度是影響車刀本身性能的主要因素。在加工外圓時，由于加工面積多，切削余量大，考慮到刀具的耐用程度，應選用硬度和強度相對較高的硬質合金刀。一般選用牌號為YT15的45度尖刀。

但由于該尖刀的含碳量較高，雖然硬度提高了，但刃磨時在高溫下最容易出現質量問題的是刀頭裂紋，從而影響刀的使用壽命，所以在刃磨時應注意，不要長時間刃磨同一位置，要輕輕的頻繁的變換角度，經過多次實踐總結，得出加工該工序較為合適的角度選擇為：首先，前角不要磨得過小，最好是在20°左右，后角不要磨得過大，最好不要超過6度，在此基礎上還要磨有長10mm，寬4mm的傾斜式的圓弧型卷屑槽，這樣便于鐵屑的排出。同時，主切削刃還要打上復刃，這樣在切削時就不容易出現崩口和裂紋。對于切削參數的選擇總結如下：切削速度，進給量和吃刀深度都不要過高，切削速度約為335r/min，進給量0.52mm/min，切削深度在2-3mm之間。在車削中不要使用冷卻液，這樣便于鐵屑的排出。

b選擇法蘭盤車刀

在加工凸輪兩側法蘭盤時，其主要的進給運動為橫向進給，選擇加工的刀具牌號為YT15的切刀。在切削時相對外圓切削有著切削變形大、切削力較大、切削熱比較集中、刀具剛度差等特點，這種刀在刃磨時也容易出現裂紋，所以在刃磨時要加以注意，主切削刃一定要磨得平而直，后角不要過大，不要超過5度，要磨有長5mm，寬7mm傾斜式的圓弧型卷屑槽，主切削刃還要打上復刃，這樣在切削時就不容易出現崩口和裂紋，在選擇切削參數時，切削速度、走刀量和吃刀深度都不宜過高，切削切削速度最好在335r/min，進給量在0.56mm/min，切削深度在1.5mm左右。

c選擇圓弧車刀

在加工凸輪兩側圓角時，需要選擇一把專用成形刀具，不但提高加工效率，同時保證了加工質量。這里同樣選用牌號為YT15的切刀，該刀具的刃磨方法同加工凸輪兩側的切刀刃磨方法一樣，同時刀柄部分要小于刀頭圓弧。在車削圓根時，切削速度、吃刀深度不宜過高。

從加工方法角度分析

針對凸輪軸在該工序中經常出現的質量問題，如刀具磨損嚴重、表面粗糙度不高等。這就需要對以前的加工方法予以改進，下面主要從工藝和工裝兩個方面進行敘述。

a工藝

在精車時工藝安排一般為：車軸頸——倒角R3 ——架中心架，撤頂尖——車端面及凸臺——車端面。

該工件在精車時上道工序留量為3mm，如果一次加工，不僅會出現刀具磨損嚴重同時也會影響工件表面質量，由于該軸屬于細長軸，一次的切削深度過大，很容易造成工件成“腰鼓”型。兩端尺寸小，而中間尺寸相對較大。

為保證加工質量，這里采用少量多次的進給方式，通過兩到三次進刀，最終完成切削加工。在具體的操作時，切削力一定不能太大，否則刀具會極巨磨損或打刀，先輕輕的試切一刀后把刀退一點，再逐漸加大力量把刀車削到工藝尺寸，后再走刀，這樣既提高了刀具的耐用度又能保證加工質量。在車外圓時，一般留給最后精加工的量為1mm以下，同樣，在加工端面時，余量如果大于1.5mm以上時，也要分兩次進給車削，否則容易出現刀具磨損及產品質量問題。

b工裝

車削夾具時車床的一種附屬裝置，用于確定零件在車床上的位置，并可靠地夾緊零件。工件的裝夾方式直接影響加工質量和勞動效率。在車床上加工軸類零件常用的裝夾方式為一夾一頂。

左端利用自定心卡盤夾住，另一端用活動頂尖頂住的裝夾方法。為了防止工件由于切削力作用而產生軸向位移，必須在卡盤內裝一限位支撐。但在精車凸輪軸時，由于凸輪軸法蘭盤較窄，在卡爪夾緊時無法靠到卡盤端面或者是其法蘭內側難以加工。在保證加工質量時會導致加工中裝夾次數過多，效率低下，同時容易產生質量問題。

經過分析，在機床卡盤與凸輪軸之間采用一個過渡的主軸定位用夾具，其主要作用將定位面轉移，在裝夾時以凸輪軸端面靠在胎具右側端面上。利用該夾具有利于凸輪軸的裝卸，同時提高了勞動效率和減少了產生質量問題的機會。

總結

在該凸輪軸的工藝編制中，精車是圖紙中一些非關鍵尺寸的最后一道工序，通過對現有加工中存在的問題進行分析，同時在刀具和加工方法上經過改進后，在實踐中凸輪軸在精車工序中廢品率明顯下降，同時刀具費也在以前的基礎上節省約30%。

參考：

［1］劉杰華，任昭容編著.《金屬切削與刀具實用技術》.國防工業出版社

［2］魏鳳蘭，張云，陳逢凱主編.《機械制造基礎》.遼寧科學技術出版社