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单节凸轮轴两段法兰孔加工工艺改进

发布时间:2018-04-16
姚进 孙毅
  [摘 要]随着铸造机体的试验成功,公司设计了互换性较好的单节凸轮轴,因为是新产品,没有成熟的工艺,在开始加工的时候出现了很多的问题,特别是法兰盘定位孔的加工精度达不到图纸的设计要求无法组装。通过对加工工艺以及钻镗两端法兰孔时夹具的定位、夹紧方式进行深入的研究试验,改进了加工工艺及夹具的定位夹紧方式,改进后加工的单节凸轮轴基本上都能达到设计要求。
  [关键词]单节凸轮轴;法兰孔;轴颈;工艺孔;夹具
  一、单节凸轮轴的优点及加工难度
  凸轮轴是柴油机的关键件,其质量好坏直接影响柴油机燃油系统的供油性能及配气机构的配气正时,即在规定的时刻内完成进气、压缩、燃烧膨胀、排气四个冲程,以保证工作循环的不断进行。单节凸轮轴做为更新换代产品是国内外机车用柴油机凸轮轴的发展方向,其优点为:
  1.实现互换性
  当前机床加工业零部件生产正朝着专业化、系列化的方向发展,对产品的通用性、互换性要求越来越高。单节凸轮轴拚弃了以往以固定缸固定凸轮轴的设计方法,将凸轮轴设计成统一形式,实现完全互换。
  2.组装方便
  一節两缸凸轮轴每组由4节凸轮轴组成,长3475mm,由于各节相位不同,不能互换,组装时必须对各缸凸轮夹角和各轴颈跳动进行长时间的手工调整,然后,再手工将法兰孔铰圆,用螺栓固定。单节凸轮轴因其互换性好,品种简单,一轴一缸的特点决定了其长度为一节两缸凸轮轴的一半,长度为400mm,给生产管理带来方便,由于零件的高精度能够保证各轴颈的跳动公差和各缸凸轮的相位公差,无须进行长时间的人工调整,极大地方便了组装。
  3.热处理性能、机械性能好
  单节凸轮轴采用低碳钢渗碳淬火,芯部韧性好,表面硬度高,能够抵抗磨损和擦伤。单节凸轮轴长度缩短一半,热处理变形相对减小,凸轮型面硬化层深度比较均匀,表面硬度一致,能够有效地提高凸轮型面的热处理性能,避免凸轮型面过早的出现拉伤、点蚀、剥离。
  4.维修方便
  单节凸轮轴由于互换通用,除整组拆装外,也可以单节拆装。单节拆装时由于尺寸短小,只需将机体侧盖打开就可以进行拆装,极大地方便了机务段的维修与更换。
  5.节省材料
  一节两缸凸轮轴如果发现一片凸轮损坏需要更换时,必须是两缸同时更换;而单节凸轮轴如果损坏,更换的只是长轴的一半,节省材料约25Kg、材料费800元。
  但是由于要完全实现互换性,单节凸轮轴法兰盘定位孔的精度要求很高:两端法兰各孔相对中心轴线的位置度要求小于Ф0.03mm,两端法兰相对应孔位置度要求小于Ф0.04mm。我们作为专人负责这道加工工序。经过反复的工艺试验,逐渐摸索出了合理加工两端法兰孔的工艺,通过生产的实际运用,能够保证加工质量,工艺性合理,行之有效,取得了良好的经济效益和社会效益。
  二、对加工两端法兰孔夹具的定位、夹紧方式的改进
  在最初加工的时候,选择单节凸轮轴的两端法兰盘作为基准,将它们同轴磨圆,磨到同一尺寸。再从组合夹具中选用两个尺寸相同的V型铁支承法兰盘,在单节凸轮轴的中间部分用压板夹紧,通过找正两端的法兰盘来确定加工中心的原点,然后再进行加工(图1)。检测后发现两端法兰各孔相对中心轴线的位置度为Ф0.20mm,两端法兰相对应孔位置度为Ф0.25mm,与图纸设计要求相差太大。后经重复加工时发现:因为工件的支承点和压紧力的作用点不在同一条线上,使工件产生变形,夹紧后工件变形0.2mm,所以根本达不到设计要求。
  经过了认真仔细的研究后,我俩提出了将另外两个没有严格尺寸要求的轴颈在磨床上按同一尺寸磨出来,做为定位基准,用组合夹具的V型铁支承这两个轴颈,并且在两个轴颈的上方用压板压紧(图2)。这样就使V型铁的支承力与压板的压紧力作用在一条线上,使工件不产生变形,改后所加工出的凸轮轴经检测基本达到了图纸的设计要求。
 
  三、对法兰工艺孔(定位孔)找正方法的改进
  工艺孔是铣凸轮和粗磨凸轮时使用的定位孔,并且在精磨凸轮时起关键作用。在加工法兰孔时工艺孔的径向跳动应保证在±0.05mm,即同凸轮轴的中心在一条线上,才能保证精磨凸轮的余量和精度。在一开始加工时,采用百分杠杆表先把大法兰的中心找出来,然后调整百分表,并且配合机床的坐标,经过几次装夹调整才能把工艺孔的中心与法兰孔(即凸轮轴中心)中心找在一条线上,找正调整时间就要十几分钟。经过几次试验我采用了用一个定位销与工艺孔配合,并且先按照上面的方法把工艺孔的位置找正,再使用一个尺寸固定的定位块和塞尺配合使用,把定位销中心(即工艺孔中心)找到于法兰中心重合,记下塞尺的尺寸,并且每个凸轮轴都用这个塞尺尺寸找正。这样找正工艺孔的时间只需一分钟,并且能保证精度,为加工法兰孔节省了时间。
  四、改进胎具对单节凸轮轴的轴向位置定位
  单节凸轮轴开始加工时只是将凸轮轴放在V型铁上用压板压紧,每个凸轮轴的轴向串动都不一样,这就要在加工过程中把每一把刀都重新对一下刀长,改变刀长补正。我们利用组合夹具灵活、定位精度高的特点,使用一个定位块,把凸轮轴的一端端面用定位块限位,即使重复装夹凸轮轴,轴向的位置也不串动,只是第一个工件对一下刀长,以后就不用改变刀长了,节省了大量的对刀时间。
  经过我们长时间的加工实验和实际生产检验,用此工艺对单节凸轮轴加工的精度和生产效率都能够得到很好的保证。
  参考文献
  [1]《金属机械加工工艺人员手册》增订组.上海科学技术出版社.
  [2]《机械设计手册》(上册).化学工业出版社.
  [3]《东风4D型内燃机车》(1).大连机车车辆厂.
  [4]《凸轮与凸轮机构》北京国防工业出版社.
来源:《中国科技博览》2017年3期

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