CN104551288A - 一种凸轮轴端头类零件与芯轴的组合焊接连接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于零部件加工技术领域,特别涉及一种凸轮轴端头类零件与芯轴的组合焊接连接方法。该方法是将端头类零件和芯轴以轴孔配合的形式对接,二者之间对接面存在缝隙,采用环形焊料套在端头和芯轴的对接缝隙内部,然后进行高温热处理,焊料熔化而通过毛细管作用填满端头与芯轴的连接缝隙,形成牢固的冶金焊接。该方法相比传统的激光焊、摩擦焊等端头焊接工艺,具有工艺易操作,工艺稳定性好,成本低等优势,且焊接区域不存在焊料堆积不匀、飞溅、氧化变色等外观问题。当本方法用于烧结式凸轮轴时,可以将“端头——芯轴”的焊接同“凸轮——芯轴”的焊接在烧结中同时完成,有效缩短工艺流程,优势明显。
Description
技术领域
本发明属于零部件加工技术领域,特别涉及一种凸轮轴端头类零件与芯轴的组合焊接连接方法。
背景技术
凸轮轴属于发动机配气***关键零部件。凸轮轴的常见制备工艺包括铸造、锻造和组合式凸轮轴制备工艺。其中,组合式凸轮轴,是一种新型的凸轮轴组合式设计制备理念,首先将凸轮轴分解成芯轴2、端头类零件1、凸轮3、轴颈4、端部轴颈5等若干个部件(如图1所示),分别进行材料选择及精加工,经特定工艺使各部件与芯轴相互连接,得到组合式中空凸轮轴。与传统的铸造、锻造方法相比,组合式凸轮轴优势巨大,包括:1)易实现中空结构,减重明显;2)设计灵活、生产柔性;3)尺寸精度高,后续加工余量小。
组合式凸轮轴的核心技术是各部件与芯轴的连接技术。目前,常用的连接技术可分为机械连接和冶金焊接两类。相对于机械连接(例如滚花装配、热装、胀管等),冶金焊接的特点是经高温处理,各部件与芯轴之间形成冶金结合,连接强度极高,可靠性好。
冶金焊接技术的代表工艺为粉末冶金组合烧结工艺。粉末冶金组合烧结式凸轮轴的各个部件与芯轴的连接均为冶金焊接方式。其中,凸轮、轴颈等部件由粉末冶金材料制备,在烧结过程中,能够产生液相,并与芯轴紧密接触,形成牢固的冶金结合。而端头类部件一般采用钢制(例如45#钢),烧结过程中不具备产生液相的能力,因此无法与芯轴产生冶金焊接。针对这种端头类部件,一般是使用后续的激光焊接、摩擦焊或氩弧焊等工艺对端头进行焊接。这种额外的焊接工序一方面延长了工艺流程,增加了设备、人力的需求,提高了成本,另一方面,焊接区域的氧化变黑、焊料堆积不均、焊料飞溅造成了凸轮轴美观程度下降的问题,严重时,还需要进行额外的加工打磨处理。
发明内容
本发明针对现有技术中,端头类部件与芯轴的焊接工艺中的工序复杂、成本高、外观差的问题,提出一种低成本、易操作的凸轮轴端头类零件与芯轴的组合焊接连接方法。
本发明采用的技术方案,具体包括如下步骤:
(1)将焊料制备成环状,得到焊料环;
(2)将端头类零件和芯轴加工成轴孔配合的形式,并与焊料环进行组合,使焊料环位于端头类零件与芯轴对接部位的内部,不外露;
(3)将上述组合件在所用焊料的熔点温度以上进行高温处理,使焊料熔化,焊料通过毛细管作用进入端头类零件与芯轴的配合间隙之间而形成牢固的冶金焊接;并在真空或还原气氛中保温5~120min;
(4)冷却至室温,完成焊接。
所述步骤(2)中,端头类零件与芯轴、焊料环的组合方案为:对端头类零件的一端进行加工,使其具有凸起的轴头;芯轴的一端加工一个与上述凸起的轴头相配合的孔,并且在该孔与端头类零件相接触的一端内加工一个能够容纳焊料环的内倒角;然后,将焊料环套在上述凸起的轴头的根部,并将轴头***所述芯轴的孔,使焊料环位于芯轴孔内倒角的位置。
所述步骤(2)中,端头类零件与芯轴、焊料环的组合方案为:对端头类零件的一端进行加工,使其具有一个盲孔;芯轴的一端与所述端头类零件的盲孔形成间隙或过盈配合,并在芯轴与所述盲孔配合的一端加工外倒角,该外倒角的大小能够将焊料环容纳于内;然后,将焊料环置于所述端头类零件的盲孔底部,并将芯轴加工了外倒角的一端***此盲孔,使焊料环位于芯轴的外倒角位置。
所述焊料环采用焊料丝制成,焊料丝的值径不超过芯轴的壁厚。
所述焊料为纯铜、铜锌合金或银铜合金;焊料环的成形工艺为铸造、挤压成形、粉末压制成形或直接用焊料丝卷曲成形。
所述步骤(3)中的高温处理过程在真空炉、管式炉、网带式烧结炉或热处理炉中进行。
本发明的有益效果为:
该方法相比传统的激光焊、摩擦焊等端头焊接工艺,具有工艺易操作,工艺稳定性好,成本低等优势,且焊接区域不存在焊料堆积不匀、飞溅、氧化变色等外观问题。
值得注意的是,对于粉末冶金烧结式凸轮轴,如果将熔点低于烧结温度的焊料用于本专利提出的焊接方法时,可以将“端头—芯轴”的焊接与“粉末冶金凸轮/轴颈—芯轴”的焊接在烧结工序中同时完成,相比激光焊、摩擦焊等额外的端头焊接工艺,工艺流程获得缩短,成本降低,并且焊接区域不存在焊料堆积不匀、飞溅、氧化变色等外观问题,优势明显。
附图说明
图1是本发明所涉及凸轮轴的示意图;
图2是本发明所提出的连接方法步骤(2)的第一种方案的组装示意图。
图3是本发明所提出的连接方法步骤(2)的第二种方案的组装示意图;
图4是本发明实施例的焊接组装示意图。
图中标号:
1-端头类零件;2-芯轴;3-凸轮;4-轴颈;5-端部轴颈;6-焊料环。
具体实施方式
本发明提供了一种凸轮轴端头类零件与芯轴的组合焊接连接方法,下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
该焊接连接方法采用如下步骤:
(1)将焊料制备成环状,得到焊料环6;
(2)将端头类零件1和芯轴2加工成轴孔配合的形式,并与焊料环6进行组合,使焊料环6位于端头类零件1与芯轴2对接部位的内部,不外露;
(3)将上述组合件在所用焊料的熔点温度以上进行高温处理,使焊料熔化,焊料通过毛细管作用进入端头类零件1与芯轴2的配合间隙之间而形成牢固的冶金焊接;并在真空或还原气氛中保温5~120min;
(4)冷却至室温,完成焊接。
如图2所示,步骤(2)中,端头类零件1与芯轴2、焊料环6的组合方案可以为:对端头类零件1的一端进行加工,使其具有凸起的轴头;芯轴2的一端加工一个与上述凸起的轴头相配合的孔,并且在该孔与端头类零件相接触的一端内加工一个能够容纳焊料环6的内倒角;然后,将焊料环6套在上述凸起的轴头的根部,并将轴头***所述芯轴的孔,使焊料环6位于芯轴孔内倒角的位置。
如图3所示,步骤(2)中,端头类零件1与芯轴2、焊料环6的组合方案还可以为:对端头类零件1的一端进行加工,使其具有一个盲孔;芯轴2的一端与所述端头类零件1的盲孔形成间隙或过盈配合,并在芯轴2与所述盲孔配合的一端加工外倒角,该外倒角的大小能够将焊料环6容纳于内;然后,将焊料环6置于所述端头类零件1的盲孔底部,并将芯轴2加工了外倒角的一端***此盲孔,使焊料环6位于芯轴的外倒角位置。
图4是本发明实施例的焊接组装示意图。端部轴颈5位于凸轮轴的一端,其材质为45#钢,烧结中不能够产生液相,因此可将该端部轴颈5视为端头类零件1。依据本专利,首先采用直径1.50mm的铜丝,将其截断并弯曲成圆环状,作为焊料环6备用。然后,将端部轴颈5的一端加工出盲孔,盲孔内径24.05mm,深度12.00mm;将外径24.00mm的芯轴2一端加工一个2.50mm的外倒角。将焊料环6置于端部轴颈盲孔底部,再将芯轴2加工端***该盲孔,直至底部,使焊料环6位于芯轴加工端的外倒角的位置。最后,将上述组合之后的部件放入网带式烧结炉中进行高温烧结,烧结温度1100℃,保温时间60min,保护气氛为氢气,冷却至室温后,上述端部轴颈5与芯轴6已形成牢固的冶金焊接。
Claims (6)
1.一种凸轮轴端头类零件与芯轴的组合焊接连接方法,其特征在于,该方法包括如下步骤:
(1)将焊料制备成环状,得到焊料环;
(2)将端头类零件和芯轴加工成轴孔配合的形式,并与焊料环进行组合,使焊料环位于端头类零件与芯轴对接部位的内部,不外露;
(3)将上述组合件在所用焊料的熔点温度以上进行高温处理,使焊料熔化;并在真空或还原气氛中保温5~120min;
(4)冷却至室温,完成焊接。
2.根据权利要求1所述一种凸轮轴端头类零件与芯轴的组合焊接连接方法,其特征在于:所述步骤(2)中,端头类零件与芯轴、焊料环的组合方案为:对端头类零件的一端进行加工,使其具有凸起的轴头;芯轴的一端加工一个与上述凸起的轴头相配合的孔,并且在该孔与端头类零件相接触的一端内加工一个能够容纳焊料环的内倒角;然后,将焊料环套在上述凸起的轴头的根部,并将轴头***所述芯轴的孔,使焊料环位于芯轴孔内倒角的位置。
3.根据权利要求1所述一种凸轮轴端头类零件与芯轴的组合焊接连接方法,其特征在于:所述步骤(2)中,端头类零件与芯轴、焊料环的组合方案为:对端头类零件的一端进行加工,使其具有一个盲孔;芯轴的一端与所述端头类零件的盲孔形成间隙或过盈配合,并在芯轴与所述盲孔配合的一端加工外倒角,该外倒角的大小能够将焊料环容纳于内;然后,将焊料环置于所述端头类零件的盲孔底部,并将芯轴加工了外倒角的一端***此盲孔,使焊料环位于芯轴的外倒角位置。
4.根据权利要求1所述一种凸轮轴端头类零件与芯轴的组合焊接连接方法,其特征在于:所述焊料环采用焊料丝制成,焊料丝的值径不超过芯轴的壁厚。
5.根据权利要求1所述一种凸轮轴端头类零件与芯轴的组合焊接连接方法,其特征在于:所述焊料为纯铜、铜锌合金或银铜合金;焊料环的成形工艺为铸造、挤压成形、粉末压制成形或直接用焊料丝卷曲成形。
6.根据权利要求1所述一种凸轮轴端头类零件与芯轴的组合焊接连接方法,其特征在于:所述步骤(3)中的高温处理过程在真空炉、管式炉、网带式烧结炉或热处理炉中进行。
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