淺析凸輪軸止推軸頸機加工工藝

范文賢

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

關(guān)鍵詞：內(nèi)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(guān)鍵連接件，工作時轉(zhuǎn)速較高，且需要承受較大的扭矩。因此，凸輪軸止推軸頸產(chǎn)品質(zhì)量對整個柴油機的安全運轉(zhuǎn)乃至機車的行車安全，都是至關(guān)重要的。然而，穩(wěn)定的產(chǎn)品質(zhì)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(chǎn)品質(zhì)量，還可以提高產(chǎn)品生產(chǎn)效率及降低生產(chǎn)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(jié)構(gòu)特性及技術(shù)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(diào)質(zhì)處理后有較高的疲勞強度和抗沖擊的能力；該產(chǎn)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(chǎn)品結(jié)構(gòu)較為復雜，產(chǎn)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(guān)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(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特性和技術(shù)要求，我們對該產(chǎn)品機加工工藝進行分析，其工藝的設(shè)計主要考慮怎樣解決以下幾個關(guān)鍵點和難點：

（1）該產(chǎn)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(tǒng)工藝、設(shè)備及量具很難保證。

（2）該產(chǎn)品的材料經(jīng)過調(diào)質(zhì)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(xiàn)有的刀具加工，無法有效的保證產(chǎn)品質(zhì)量、控制生產(chǎn)的成本，且影響生產(chǎn)效率。

（3）該產(chǎn)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(xiàn)有設(shè)備，很難達到要求。

（4）該產(chǎn)品批量較大，應(yīng)該盡可能的提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。

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

圖1

3 凸輪軸止推軸頸機加工工藝

通過查閱相關(guān)資料，借鑒公司類似產(chǎn)品的工藝，結(jié)構(gòu)公司現(xiàn)有的設(shè)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(guān)，然后選擇合理的工藝流程設(shè)計相應(yīng)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(guān)

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(nèi)孔（內(nèi)孔留余量）及兩端60°工藝倒角，保證兩端面槽、內(nèi)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(nèi)孔Φ115內(nèi)孔，去除工藝倒角。

3.1.2 提高了生產(chǎn)效率

首先采用公司先進的車削中心，代替普通設(shè)備來完成產(chǎn)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(chǎn)品質(zhì)量的同時，省去傳統(tǒng)的劃線、鉆加工工序，節(jié)約調(diào)運和裝夾工件的時間，極大地提高了生產(chǎn)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(zhì)刀具——高速鋼鉆頭與硬質(zhì)合金鉆頭，進行試制，通過試加工發(fā)現(xiàn)，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(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，而且加工效率低；硬質(zhì)合金鉆頭，硬度、耐磨性好，滿足產(chǎn)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(chǎn)品報廢，而且該類刀具成本高。

最終結(jié)合上述兩種鉆頭的優(yōu)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(zhì)為高速鋼，韌性好，不易折斷，刀具材質(zhì)為硬質(zhì)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(chǎn)品的精度及生產(chǎn)要求，并且成本低（約為整體硬質(zhì)合金鉆頭的1/5）。

圖2

3.1.4 保證產(chǎn)品表面粗糙度

公司現(xiàn)有的砂輪磨粒較粗無法滿足產(chǎn)品粗糙度要求，經(jīng)分析后采用粗精磨分開的方案，先利用公司現(xiàn)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(chǎn)品的精度。

3.2 工裝設(shè)計

由于止推軸頸兩端面需加工的孔和螺紋數(shù)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(tǒng)的劃線加工或是鉆模加工，無法有效的保證產(chǎn)品的精度要求，且加工效率低。因此，根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點設(shè)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(tǒng)鉆模定位精度高，裝夾方便，有效保證產(chǎn)品精度的同時，較大的提高了生產(chǎn)效率。

3.3 工藝方案確定

經(jīng)過對產(chǎn)品工藝的分析、產(chǎn)品加工難點及關(guān)鍵點的攻關(guān)，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(chǎn)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(xiàn)行工藝試加工了40件產(chǎn)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(jié)果顯示試加工40件產(chǎn)品，無論是尺寸精度或是形位公差，亦或表面質(zhì)量均滿足設(shè)計要求。然后我們進行了批量的生產(chǎn)，通過批量生產(chǎn)驗證得出，該工藝不僅能夠有效的保證了產(chǎn)品的質(zhì)量，而且具有較高的生產(chǎn)效率，滿足了生產(chǎn)的需求。

5 結(jié)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(shè)計過程。但一個合理的機加工工藝的設(shè)計是一個通過不斷優(yōu)化過程，隨著設(shè)備的更新，先進刀具、工裝夾具的引用，產(chǎn)品的工藝也需不斷優(yōu)化、改進。

參考文獻

[1]傅水根.機械制造工藝基礎(chǔ)[M].北京：清華大學出版社，1998.

[2]韓秋實.機械制造技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2006.

[3]劉舜堯，李燕，鄧曦明.制造工程工藝基礎(chǔ)[M].長沙：中南大學出版社，2002.

[4]鄧文英.金屬工藝學（上、下冊）[M].北京：高等教育出版社，2000.

[5]何少平，李國順，舒金波.機械結(jié)構(gòu)工藝性[M].長沙：中南大學出版社，2004.

[6]嚴紹華.材料成形工藝基礎(chǔ)[M].北京：清華大學出版社，2001.

[7]周澤華.金屬切削原理（第二版）[M].上海：上?？茖W技術(shù)出版社，2005.

[8]袁澤俊.金屬切削刀具[M].上海：上?？茖W技術(shù)出版社，2004.

[9]陳日曜.金屬切削原理（第二版）[M].武漢：華中科技大學出版社，2003.

[10]呂廣庶，張遠明.工程材料及成形技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，2001.

[11]王啟平.機床夾具設(shè)計[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)出版社，1996.

[12]馬賢志.夾具與輔具標準應(yīng)用手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，1996.