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1 組合式（裝配式）凸輪軸工藝流程

    組合式（裝配式）凸輪軸工藝流程為校直→加工兩端面中心孔、螺紋孔、驅(qū)動(dòng)孔(2臺(tái)加工中心并行加工)→車(chē)軸頸、齒輪毛坯、前止端面及導(dǎo)向輪轂→磨軸頸及導(dǎo)向輪轂→滾齒→壓銷(xiāo)→磨凸輪(3臺(tái)磨床并行加工)→凸輪淬火→去毛刺→校直軸頸→凸輪軸頸及凸輪拋光→清洗→綜合檢測(cè)。

    組合式（裝配式）凸輪軸內(nèi)凸輪、軸套、偏心環(huán)、齒輪等零部件先后聯(lián)成完整凸輪軸。裝配過(guò)程是人工將所有凸輪軸組裝。部件包括凸輪、主軸頸、齒坯放到安裝上料盒中，鋼管穿到各部件孔中，在安裝上料盒中進(jìn)行初定位。啟動(dòng)設(shè)備后，該上料盒進(jìn)入設(shè)備中，首先用工裝測(cè)頭進(jìn)行部件到位檢測(cè)，并驗(yàn)證凸輪放置位置是否正確。驗(yàn)證通過(guò)后，使用機(jī)械手將凸輪軸上料到凸輪軸壓球工位，然后各部件定位塊啟動(dòng)以精確定位凸輪、軸頸、齒輪。到位后同時(shí)夾緊各部件，并伸出頂桿將直徑超過(guò)管子內(nèi)徑的鋼球穿過(guò)整個(gè)鋼管內(nèi)徑，鋼管外的凸輪軸部件在受到鋼管膨脹伸展作用力下和鋼管相互彈性變形最終形成裝配式凸輪軸，這種凸輪軸組合工藝稱(chēng)為管內(nèi)滾壓擴(kuò)張法。

2 凸輪軸裝配工藝方法

2．1 熱套法

    常溫下，外部零件的孔和內(nèi)部鋼管的外徑之間有過(guò)盈，裝配之前先對(duì)外部零件(凸輪、軸套)進(jìn)行加熱，對(duì)內(nèi)部鋼管進(jìn)行冷卻，借以消除過(guò)盈。這種工藝方法在短暫時(shí)間內(nèi)完成聯(lián)接過(guò)程，在軸向尺寸和角度位置方面都有很高精度。

2．2 內(nèi)部高壓成形法(IHU)

    已經(jīng)淬硬的凸輪圈與利用內(nèi)部的高壓力，使鋼管變形形成軸向聯(lián)接。通過(guò)在凸輪旁將鋼管材料往外壓出1／10 mm左右而達(dá)到凸輪的軸向定位。這種IHU工藝制成的裝配式凸輪軸已成功應(yīng)用在奧迪公司2003年投入批量生產(chǎn)的V6TDI轎車(chē)柴油機(jī)中。IHU裝配式凸輪軸是由壁厚為2．5 mm或3．0 mm精密鋼管上安裝等溫淬火的凸輪和鋼管堵頭組成。

    整個(gè)周長(zhǎng)上等壁厚的凸輪被置入一臺(tái)專(zhuān)門(mén)的設(shè)備中，這臺(tái)設(shè)備可保證軸向?qū)��?zhǔn)凸輪中心線(xiàn)和凸輪轉(zhuǎn)角位置。鋼管穿過(guò)如此定位好的凸輪推入，一臺(tái)真空抓取機(jī)將預(yù)先定位好的各個(gè)零件放到帶IHU工具的液壓機(jī)上，IHU工具的模腔形狀正好與制好的毛坯軸的外形輪廓相一致。將液體介質(zhì)注入管內(nèi)后，鋼管兩端用軸向塞頭封死。通過(guò)將管內(nèi)壓力提高，使整個(gè)鋼管發(fā)生塑性變形，直到貼合在IHU工具上。此時(shí)，鋼管和凸輪之間接產(chǎn)生了力聯(lián)接和形狀聯(lián)接。

2．3 管內(nèi)滾壓擴(kuò)張法

    利用滑動(dòng)滾壓原理使得薄壁鋼管在帶孔的外部零件中發(fā)生局部的擴(kuò)張�？梢岳�用帶有滾壓過(guò)盈量，穿過(guò)內(nèi)管的滾壓工具，使內(nèi)管發(fā)生塑性擴(kuò)張。上海通用汽車(chē)有限公司發(fā)動(dòng)機(jī)裝配式凸輪軸就采用鋼球在鋼管內(nèi)部擴(kuò)張方式。

2．4 凸輪壓力套裝定位法

    這種工藝首次在鋼管外面滾壓加工出圓周方向的槽子，凸輪的孔內(nèi)加工出軸向的線(xiàn)槽，然后從軸向?qū)⒓庸ず玫耐馆喬咨箱摴懿⑼迫�，由于鋼管外徑和凸輪孔之間有過(guò)盈，所以當(dāng)凸輪推入到鋼管上面以后就會(huì)發(fā)生塑性變形，鋼管表面和凸輪孔都有一些錐度，推入之后非常牢固。蒂森克虜伯集團(tuán)在大連的裝配式凸輪軸的裝配工藝就是采取這種方法。

3 裝配式凸輪軸制造工藝特點(diǎn)

    a．省略了毛坯件粗加工，工藝流程簡(jiǎn)單。裝配式凸輪軸的各個(gè)零件加工余量小，精度高，不像整體式凸輪軸要從毛坯件(鑄件或鍛件)開(kāi)始進(jìn)行大量的毛坯粗加工和繁雜的工藝后，才能達(dá)到所要求的形狀。裝配式凸輪軸只需要在裝配后進(jìn)行半精加工和精加工，從而縮短了整個(gè)工藝流程。

    b．加工余量小，便于高效率生產(chǎn)。各凸輪采用精鑄部件，因而加工余量小。設(shè)備加工單件時(shí)間短，產(chǎn)能高，有利于規(guī)�；�生產(chǎn)。如凸輪按最終形狀精鑄，減少了磨削余量，從而縮短了磨削時(shí)間。

    c．不同的零件可使用不同的材料，以提高產(chǎn)品性能和加工性能。發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)不同零件(軸套、凸輪、齒輪)有著不同的性能要求，裝配式凸輪軸可在不同零件上采用不同材料。如凸輪采用粉末冶金或鑄鋼，凸輪軸采用冷拔鋼管。這不僅有利于優(yōu)化產(chǎn)品性能，也有利于改善凸輪軸加工性能和優(yōu)化成本。

    d．適應(yīng)產(chǎn)品多品種柔性化要求。通過(guò)更換不同的軸頸和磨削不同的凸輪型線(xiàn)即可生產(chǎn)出多品種的凸輪軸。該系列產(chǎn)品的基本參數(shù)是一致的，包括軸頸、凸輪基圓半徑、鋼管直徑、軸方向、長(zhǎng)度間距等，生產(chǎn)線(xiàn)只需通過(guò)更換安裝盒中的軸頸模具和切換磨床程序即可。

4 裝配式凸輪軸加工工藝發(fā)展方向

    a．柔性化的生產(chǎn)線(xiàn)布局。生產(chǎn)線(xiàn)布置采用單元自動(dòng)化模塊。單元內(nèi)有龍門(mén)架式機(jī)械手上、下料，在瓶頸單元內(nèi)預(yù)留位置便于擴(kuò)展。單元問(wèn)輸送可采用自動(dòng)化或人工運(yùn)輸，這樣有利于生產(chǎn)線(xiàn)開(kāi)動(dòng)率的提高。

    b．柔性化的產(chǎn)品。凸輪軸的材料和結(jié)構(gòu)可根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)需要靈活變化，以更多地滿(mǎn)足市場(chǎng)要求，通過(guò)軸頸和凸輪型線(xiàn)的變化提供多品種產(chǎn)品。

    c．高速磨削、高速磨削CBN(氮化硼)工具的使用�？梢源蠓�度提高磨削效率，減少設(shè)備使用臺(tái)數(shù)。磨削力小，零件加工精度高，工件表面粗糙度降低。砂輪壽命延長(zhǎng)，生產(chǎn)成本降低。

    d．多砂輪磨削和兩個(gè)砂輪頭架的使用。在提高砂輪轉(zhuǎn)速的同時(shí)采用多砂輪磨削是另一種減少加工節(jié)拍的方法，如多砂輪磨削凸輪的同時(shí)磨軸頸外徑，一臺(tái)磨床使用兩個(gè)砂輪頭架同步加工凸輪等。

    e．在線(xiàn)量?jī)x的使用。為保證尺寸穩(wěn)定性，裝配式凸輪軸加工的關(guān)鍵設(shè)備越來(lái)越多地使用在線(xiàn)檢測(cè)自動(dòng)補(bǔ)償功能。

    f．粉末冶金等材料的使用。

    g．工序集中方式加工。該方式就是將車(chē)、銑、鉆、磨削的工序內(nèi)容分別集中在一起，采用柔性設(shè)備組成的制造單元集中式加工。這樣，將最大限度地減少工件裝夾次數(shù)和上下料輸送等輔助時(shí)間，有利于減少誤差和提高生產(chǎn)效率。

    h．設(shè)備單元可采用雙主軸或雙機(jī)床來(lái)減少加工節(jié)拍，如一個(gè)磨削單元可組合兩臺(tái)磨床，共用一套控制系統(tǒng)，并通過(guò)內(nèi)置的龍門(mén)架式上下料裝置輸送工件。與采用兩臺(tái)獨(dú)立的機(jī)床相比，不但節(jié)省了設(shè)備費(fèi)用，而且大大減小了占地面積，并且每臺(tái)磨床可使用多主軸完成磨床組合。車(chē)床和加工中心也都可以采用雙主軸的方式來(lái)提高效率。蒂森克虜伯集團(tuán)在大連建立了組合式凸輪軸工廠，為發(fā)動(dòng)機(jī)制造企業(yè)提供裝配式凸輪軸。

    采用組合式凸輪軸，發(fā)動(dòng)機(jī)性能得到提高，明顯改善了燃油經(jīng)濟(jì)性，降低了排放，減少了振動(dòng)，同時(shí)也降低了制造成本。目前，組合式凸輪軸已越來(lái)越受到發(fā)動(dòng)機(jī)制造企業(yè)的歡迎。