CN102172809A - 一种装配式凸轮轴制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种装配式凸轮轴制造方法：第一步，加工凸轮，凸轮外观为桃形的环状；第二步，将各个凸轮套在钢管上设计位置处；凸轮内壁分为与钢管形状适配的圆弧段和凸起段，所述圆弧段与钢管紧贴，所述凸起段内壁与钢管外缘之间设有预留膨胀空间；本发明采用加压内涨的方法，使钢管管壁在凸轮与钢管外壁之间的预留膨胀空间处向外膨胀，形成类似于键的凸起块，从而将凸轮和钢管固定连接在一起，加工方便，连接非常稳定。

Description

一种装配式凸轮轴制造方法

技术领域

本发明涉及凸轮轴制造领域，尤其是涉及一种装配式凸轮轴的制造方法。

背景技术

凸轮轴是活塞发动机里的一个部件。凸轮轴的主体是一根与汽缸组长度相同的圆柱形棒体，上面套有若干个凸轮。它的作用是控制气门的开启和闭合动作。虽然在四冲程发动机里凸轮轴的转速是曲轴的一半（在二冲程发动机中凸轮轴的转速与曲轴相同），不过通常它的转速依然很高，而且需要承受很大的扭矩，因此设计中对凸轮轴在强度和支撑方面的要求很高，凸轮轴设计在发动机的设计过程中占据着十分重要的地位。

目前，大部分发动机制造企业都采用整体式凸轮轴，其材料有的采用中碳低合金锻钢(经高频淬火)，有的采用球墨铸铁。整体式凸轮轴加工工艺包括粗加工、半精加工和精加工。生产中采用自动线多工位机床，设备投资较大，生产线占地面积多，生产成本较高。而装配式凸轮轴只需半精加工和精加工，凸轮、齿轮、轴套可采用不同的材料，因此产品质量可减轻30％~50％；可柔性化生产，设备投资小，生产线占地面积少，生产成本较低。

凸轮轴装配工艺方法：

1、热套法

常温下，外部零件的孔和内部钢管的外径之间有过盈，装配之前先对外部零件(凸轮、轴套)进行加热，对内部钢管进行冷却，借以消除过盈。这种工艺方法在短暂时间内完成联接过程，在轴向尺寸和角度位置方面都有很高精度。

2、内部高压成形法(IHU)

利用内部的高压力使钢管变形，使其与已经淬硬的凸轮圈形成轴向联接。内部的高压力将钢管材料往外压出1／10 mm左右，从而达到凸轮的轴向定位。

首先将凸轮片置入一台专门的设备中，该设备可保证轴向对准凸轮中心线和凸轮转角位置。钢管穿过此定位好的凸轮推入，一台真空抓取机将预先定位好的各个零件放到带IHU工具的液压机上，IHU工具的模腔形状正好与制好的毛坯轴的外形轮廓相一致。将液体介质注入管内后，钢管两端用轴向塞头封死。通过将管内压力提高，使整个钢管发生塑性变形，直到贴合在IHU工具上。此时，钢管和凸轮之间接产生了力联接和形状联接。

3、管内滚压扩张法

利用滑动滚压原理使得薄壁钢管在带孔的外部零件中发生局部的扩张。可以利用带有滚压过盈量，穿过内管的滚压工具，使内管发生塑性扩张。

人工将装配式凸轮轴的凸轮、轴套、偏心环、齿轮等零部件先后联成完整凸轮轴。将凸轮、主轴颈、齿坯等各部件放到安装上料盒中，然后将钢管穿到各部件孔中，在安装上料盒中进行初定位。启动设备，将上料盒送入设备中。首先用工装测头进行部件到位检测，并验证凸轮放置位置是否正确。验证通过后，使用机械手将凸轮轴上料到凸轮轴压球工位，然后各部件定位块启动以精确定位凸轮、轴颈、齿轮。到位后同时夹紧各部件，并伸出顶杆将直径超过管子内径的钢球穿过整个钢管内径，钢管外的凸轮轴部件在受到钢管膨胀伸展作用力下和钢管相互弹性变形最终形成装配式凸轮轴。

4、凸轮压力套装定位法

首先在钢管外面滚压加工出圆周方向的槽子，凸轮的孔内加工出轴向的线槽，然后从轴向将加工好的凸轮套上钢管并推入，由于钢管外径和凸轮孔之间有过盈，所以当凸轮推入到钢管上面以后就会发生塑性变形，钢管表面和凸轮孔都有一些锥度，推入之后非常牢固。

但是，热套法是利用外部零件冷却后孔变小的原理实现过盈配合，而内部高压成形法(IHU)和管内滚压扩张法均是利用钢管塑性变形实现连接，但这三种连接方式都并非可靠的连接，凸轮可能会从钢管上脱落，且由于钢管质量不稳定，更容易发生脱落的情况；第二三种连接方法对钢管内壁要求严格，也增加了制造成本和使用成本。第四种凸轮压力套装定位法需要对凸轮和钢管进行机加工，钢管各处均需要加工出槽子，各个凸轮的内孔也需要加工，加工难度大，生产效率低，并且凸轮也有脱落的可能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种保证凸轮与钢管稳定连接的装配式凸轮轴制造方法。

本发明的技术方案是：

一种装配式凸轮轴制造方法：

第一步，加工凸轮，凸轮外观为桃形的环状；

第二步，将各个凸轮套在钢管上设计位置处；凸轮内壁分为与钢管形状适配的圆弧段和凸起段，所述圆弧段与钢管紧贴，所述凸起段内壁与钢管外缘之间设有预留膨胀空间；

第三步，用模具将所有凸轮的左右两侧以及凸轮外壁均定位固定；同时将钢管外壁上除各个预留膨胀空间以外的其它位置也用模具包裹；模具在凸轮外缘的形状应与设计的凸轮曲线一致；

第四步，将钢管两端密封，然后向钢管内持续加压，在钢管内形成高压；预留膨胀空间内侧的钢管管壁凸起，挤入预留膨胀空间内，最后管壁与凸轮的凸起段内壁压紧，凸轮的外缘与该处模具的内表面压紧，此时凸轮外缘的曲线应与设计的凸轮曲线一致；

第五步，停止加压，取下模具。

所述凸轮的壁厚相同。

本发明采用加压内涨的方法，使钢管管壁在凸轮与钢管外壁之间的预留膨胀空间处向外膨胀，形成类似于键的凸起块，从而将凸轮和钢管固定连接在一起，加工方便，连接非常稳定；由于凸轮采用的是等壁厚环形，本发明只需保证模具在该处的曲线符合要求即可，对加工的凸轮外缘曲线精度没有太高要求，不必像以往各种加工方法中每一个凸轮曲线都必须按照设计要求加工成设计的曲线，因为本发明加压完毕后，该处的凸轮曲线自然就符合设计要求，所以本发明凸轮轴成型快，生产效率大大提高。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1的A-A剖视图；

图3是本发明钢管外壁凸起后的结构示意图；

图4是图3的B-B剖视图；

图5是凸轮的结构示意图。

具体实施方式

如图1、2、5所示，本发明的凸轮轴包括钢管1和凸轮2，如图5所示，凸轮2的截面形状一般为桃形环状，其壁厚一致。因为凸轮2壁厚一致，相对比以往凸轮的内壁形状需要与钢管截面形状适配，本发明的凸轮2加工相对简单许多，制造成本也相应降低。凸轮2内壁分为与钢管形状适配的圆弧段6和凸起段7。

制造过程：

第一步，根据设计要求加工凸轮2，凸轮2的壁厚应保持一致；凸轮2形状一般采用桃形。

第二步，如图1、2所示，将各个凸轮2按照设计位置套在钢管1上的对应位置处，各凸轮2内壁的凸起段7与钢管1外壁之间保留有预留膨胀空间3，凸轮2的圆弧段6与钢管1外壁紧贴；

第三步，用模具5将所有凸轮2的左右两侧以及凸轮2外壁均定位固定；同时将钢管1外壁上除各个预留膨胀空间3以外的其它位置也用模具5包裹；其中模具5在凸轮2 外缘处的形状应与设计的凸轮曲线一致。

第四步，将钢管1两端密封，并从钢管1端部向钢管1内持续加压，在钢管1内形成高压。如图1、2所示，由于钢管1管壁除各个预留膨胀空间3外，其它位置均被模具5包裹无法向外膨胀，位于预留膨胀空间3处的管壁此时发生塑性变形，从预留膨胀空间3处向外膨胀，持续不断加压，管壁会在该处持续凸起，形成凸起块4。因为预留膨胀空间3外侧的凸轮2也被模具5包裹，所以凸起会涨满整个预留膨胀空间3，钢管1的外壁与凸轮2的内壁径向均挤压在一起。

第五步，加压完毕后，取下模具5。此时的该处凸起块4的作用类似于安装在轴上的键，将钢管1与凸轮2固定连接为一个整体，如图3、4所示。

最后需要说明的是：凸轮2壁厚也可以不相等，因为凸轮2的最后的形状是由模具5形成，所以本发明对凸轮2的内侧形状要求较低，凸轮2在凸起段7的厚度可适当加厚，但必须保证适当的预留膨胀空间3。这样的近似变化也落在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种装配式凸轮轴制造方法，其特征在于：

第一步，加工凸轮，凸轮外观为桃形的环状；

第二步，将各个凸轮套在钢管上设计位置处；凸轮内壁分为与钢管形状适配的圆弧段和凸起段，所述圆弧段与钢管紧贴，所述凸起段内壁与钢管外缘之间设有预留膨胀空间；

第三步，用模具将所有凸轮的左右两侧以及凸轮外壁均定位固定；同时将钢管外壁上除各个预留膨胀空间以外的其它位置也用模具包裹；模具在凸轮外缘的形状应与设计的凸轮曲线一致；

第四步，将钢管两端密封，然后向钢管内持续加压，在钢管内形成高压；预留膨胀空间内侧的钢管管壁凸起，挤入预留膨胀空间内，最后管壁与凸轮的凸起段内壁压紧，凸轮的外缘与该处模具的内表面压紧，此时凸轮外缘的曲线应与设计的凸轮曲线一致；

第五步，停止加压，取下模具。

2.根据权利要求1所述的装配式凸轮轴制造方法，其特征在于：所述凸轮的壁厚相同。

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