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淺（qiǎn）談發動機凸輪軸（zhóu）孔和曲軸子L的加工（gōng）工藝

2018-1-16 來源：浙吉（jí）利羅佑發動（dòng）機（jī）寧波（bō）吉利羅佑發（fā）動機作者：史丁丁（dīng）朱葛（gě）明羊奎王瑞平

摘要：為保（bǎo）證凸輪軸和曲軸高（gāo）速運轉（zhuǎn）並擁有良好的動（dòng）力輸出環境．發動機（jī）缸體的曲軸孔和（hé）缸蓋的（de）凸輪（lún）軸孔必須具有高（gāo）的精度。為提高發動機性能，對（duì）發動機曲軸孔和（hé）凸輪軸孔的機械加工工藝方法進行了研究，通過對（duì）加工工藝（yì）方法、設備精（jīng）度和工裝（zhuāng）夾具的可（kě）靠性進行改進．保證了兩軸孔孔隙的尺（chǐ）寸精度、形狀精度和位置精度，加工（gōng）質量和效率得到有效提升。

關鍵詞：曲軸孔凸輪軸（zhóu）孔工（gōng）藝方法（fǎ）同軸度鏜杆

隨著汽車工業的不斷發展，發動機作為汽車心髒，其（qí）性能要求也更加苛刻。凸輪軸作為進排氣機構的主要動力，曲軸作為整機動力（lì）輸出的主要（yào）機構，兩者對發動機的性能起到關鍵的作用。為保證凸輪軸和曲軸高速（sù）運轉並（bìng）具有良好的動力輸出環（huán）境，發動機缸體（tǐ）的曲軸孔和缸蓋（gài）的凸輪軸孑L必須具有高的精度。由於凸輪軸孔和曲（qǔ）軸孔的長度和（hé）間隔性的特點．其加工在發動機製造行業仍是（shì）一個比較棘手的難題（tí）。筆者旨在探討兩軸孑L孑L隙的精度要求（qiú）和在加工過程中的工藝方法、影響因素、失效模式以及質量控製方法等。

1 、凸（tū）輪軸孑L和曲軸孔的（de）技術要求

4G發動機的缸蓋材料為鑄鋁．缸體材料為鑄鋁和鑄鐵混合材質，參數見表（biǎo）1。由於發動機最高轉（zhuǎn）速可達6 ooo r／min以（yǐ）上。兩軸的高速運（yùn）轉對兩軸孔孔隙技術條件有（yǒu）很高要求，詳細技（jì）術參數見表2和（hé）表3。

表l 材料參數

表2 凸輪軸孔主要技術參數

表3 曲軸孔主要技術參數

2、凸輪軸孔（kǒng）和曲軸孔的加工工藝

凸輪軸孔結構如圖1所示，曲軸孔結構如圖2所示。對於普（pǔ）通的四缸機型來說，凸輪軸孑L和曲軸孔均為五擋的長孔加（jiā）工，其相似的精度要求和結構（gòu）決（jué）定其（qí）加工方法具（jù）有相似性。

2．1 凸輪軸孔和曲軸子（zǐ）L的加工結構分（fèn）析

從兩者結構圖（tú）可以看出，它們直徑大小不一樣，均為五擋通（tōng）孔式，整體結構（gòu）相似。曲軸孔缸體為開放式，凸輪軸孔缸體一端為（wéi）封閉狀態，刀具無法實現（xiàn）在整個缸體上的貫通，導（dǎo）致在加工方式上會存在一定差別。

2．2加工工藝方法

曲（qǔ）軸孔和凸輪軸孑L的精加（jiā）工是缸體和缸蓋加工過（guò）程中的關鍵（jiàn）工序，其尺寸、形狀和位置精度（dù）直（zhí）接影響發動機的性能及壽命，所以兩（liǎng）軸TL-子L隙的加工工藝方案會涉及到設備、刀具和加（jiā）工方式（shì）等。

(1)工件定位夾緊。工件的正確定位是保證加工精度的（de）基礎，凸（tū）輪軸（zhóu）孔和曲軸孔的加工采用一（yī）麵兩銷定位，用液壓夾緊（jǐn）可以保證工件定（dìng）位（wèi）位置不變。

(2)刀具的（de）選擇。目前兩軸（zhóu）孑L孔（kǒng）隙的加工主要采用單刃組合（hé）鏜刀加工，單刃鏜刀結（jié）構簡單，加工穩定（dìng）性好（hǎo），加工（gōng）表麵具有良好的光潔度，在較高精度的擴孔加工中得到廣泛應用。

為了保證同（tóng）軸度，兩軸孔加（jiā）工均采用5個單刃鏜刀組合在1個鏜（táng）杆上（shàng），對鏜杆的剛度要求提高了（le），采用硬質合金（jīn）材（cái）質可以（yǐ）達到剛度要（yào）求。鏜刀片也采用硬質合金材質，以提高切削效（xiào）率和刀具壽命。曲（qǔ）軸孑L鏜（táng）杆具有內冷結構，而凸輪軸鏜杆由於直徑（jìng）較小，為提高其（qí）強度，將內冷（lěng）集成在導套上。

(3)加工方式。凸輪軸孔的（de）一端為封閉，采用刀具從缸體另一端進刀的方式進行（háng）加工．但由於鏜杆的（de）懸伸量較大，對刀具采（cǎi）用在1、3、5擋用3個導套支撐的方式．如圖（tú）3所示。

曲軸孔兩端均為開口方式，可以采取兩端支撐，從一端進刀的（de）方式。如圖4所示。

曲（qǔ）軸孑L和凸輪軸孔在加（jiā）工（gōng）中的進刀方式均為1、3、5擋進行推鏜方式加工，2、4擋采用拉鏜方式加工，以減（jiǎn）少刀杆在加（jiā）工過程中的受力。

2．3加工影響因素（sù）

兩軸（zhóu）孑L孔隙的精（jīng）加（jiā）工精度要求（qiú）較高，除了工藝上加工餘量、毛坯缺陷等因（yīn）素的影響外，機床環境因（yīn）素也（yě）會在一定程度上影響精鏜的加工。

(1)導套過定位的影響。高速運轉的鏜杆（gǎn）在加工凸輪軸孔過程中，加工材料（liào）材質相同，鏜杆受力均勻，鏜杆自身會起到自（zì）導向作用，在不受外力（lì）影響的（de）情況下，它繞著同一條軸線運轉。這就（jiù）要求導套在起輔助（zhù）支撐作用時要與夾具支架保持較好的間隙，不可過大（dà）亦不可過小，使導套在（zài）支架（jià）中有一定的（de）活動量。間隙（xì）太小鏜（táng）杆運轉受影響，間隙過大失去了導套自身的導向作用。

而（ér）曲軸（zhóu）孔的加工不同於凸輪軸孑（jié）L，鏜杆（gǎn）在加工過程中。加工材（cái）料材質不同，曲軸孔為兩端支撐，在鏜杆剛度滿（mǎn）足要求的前提下，要保證鏜杆兩（liǎng）端在一條軸（zhóu）線運轉。所以（yǐ）曲軸孔加工時，對導套活動量要（yào）進行限製，壓縮因為加工材料材質（zhì）不同造成的（de）鏜杆彈性變（biàn）形[2j。

(2)內冷壓（yā）力和過濾精度的影響。在曲軸孔的加工過程中，前後導套均由（yóu）軸承支撐，受外界冷卻液因素影響較小。而凸輪軸孔和導套之間（jiān）靠（kào）冷卻液潤滑，這就對冷卻液壓力和過濾（lǜ）精度有一定要求。內冷壓力過小不利於切削熱和切屑的（de）排（pái）出，造成導套磨損，加工精度丟失。過濾精度對於兩者同（tóng）樣重要，過濾精度低，粗的鋁屑會劃（huá）傷加工表麵和導套。

3、凸輪軸孔和（hé）曲軸孔加工的失效形式

曲軸孔和凸輪（lún）軸孑（jié）L作為發動機缸體兩（liǎng）大重要（yào）部位，其加（jiā）工質量直接影（yǐng）響到發動機性能（néng），兩（liǎng）者加工質量（liàng）不滿足（zú）要求都會對發（fā）動機性能造成直接的影響。

(1)直（zhí）徑（jìng）超差。直徑過小會增加兩軸（zhóu）在運轉時的摩擦．嚴重情況下會造成兩軸抱死或劃傷；直徑過大則會造（zào）成軸的竄動，產生噪聲。直徑（jìng）超差可調節鏜刀片（piàn）的高（gāo）度（dù）進行修正。

(2)圓度、圓柱度超（chāo）差（chà）。圓度、圓柱度（dù）超差會使主（zhǔ）軸頸旋轉中心產生跳動，影響發動機的節氣門開度和曲軸的動力輸出。圓度、圓柱度精度的加工質量（liàng）由刀杆本身（shēn）剛性來決定（dìng）。減小刀杆運（yùn）轉時的跳動和（hé）提高刀杆剛度，可以保（bǎo）證圓度和（hé）圓柱度的尺寸要求。

(3)同軸度（dù）超差（chà）。即5個孔的中心不在同一條軸線上。會導致軸旋轉（zhuǎn）時受力不（bú）均而產（chǎn）生軸瓦加速磨損，嚴重時會造成軸抱死。同軸度的超差主要由（yóu）刀杆剛性和機床本身的精度低造成，提高刀杆剛性和機床精度，可（kě）以改善同軸度的超差。

(4)位置度超差。位置度超差分為軸在軸線方向偏移或傾斜（xié）及（jí）垂直方向偏移或傾斜兩種情況（kuàng）。當EHj軸孔中心不在4個缸孔軸向中心（xīn）線上時，可能會出現敲缸情況，且曲（qǔ）軸旋轉中心偏離缸子L中心會導致活塞（sāi）上（shàng）下止點偏移．改變燃燒室容積使壓縮比發生變（biàn）化[3j。凸輪軸孔發生偏移或傾斜會造成4個缸配氣不同。發動機抖動或加速挺柱孔偏磨。位置度超差主要由夾具定位不（bú）準確造成．可以通過改善夾（jiá）具設計（jì）及定位基準（zhǔn）解決（jué）。

4、結束語

通過對曲軸孔和凸輪軸孔失效形式的了解，可以認（rèn）識到兩軸加工對發動機性能所（suǒ）起到的重要作用。綜合考慮加工工藝、刀具（jù）和加工設備（bèi）在技術整（zhěng）改過程中積累的加工經驗，結（jié）合目前的先進加工技術，筆（bǐ）者介紹（shào）的發動機曲軸孑L和凸（tū）輪軸孔的加工方法，具有很高的實用價值。采用上述加工方法，兩軸孔加工均能很好地滿足技術要求（qiú），並且加工精度長期穩定，解決了缸蓋和缸體加工過程的兩大難題，生產的發動機性能有了（le）進一步提（tí）升。

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