凸輪軸是內(nèi)燃發(fā)動機的五大關(guān)鍵零部件之一，凸輪軸的功能是以凸輪表面型線控制氣門開閉，滿足內(nèi)燃發(fā)動機對換氣過程的需求，本文興迪源機械帶來組合式空心凸輪軸液力脹接原理及優(yōu)點。
一、凸輪軸功能：
發(fā)動機是汽車的核心，凸輪軸是內(nèi)燃發(fā)動機的五大關(guān)鍵零部件之一(其他還包括缸體、缸蓋、曲軸和連桿)。凸輪軸的功能是以凸輪表面型線控制氣門開閉，滿足內(nèi)燃發(fā)動機對換氣過程的需求(圖7-9)。
圖7-9發(fā)動機結(jié)構(gòu)示意圖
凸輪軸工作時承受周期性載荷，軸桿承受一定的扭矩，凸輪表面與挺柱周期性接觸，承受較大接觸應(yīng)力。
由于凸輪軸軸頸處承受的載荷大，零件表面相對運動速度大，需采用壓力潤滑，即以一定的壓力(由機油泵提供)將潤滑油從凸輪軸的油道(中心孔)輸送到摩擦表面間的間隙中，以形成油膜來保證潤滑效果，因此需要在凸輪軸上加工出細(xì)長的中心孔，由于其長徑比往往達到40以上，加工難度很大。
二、凸輪軸的制造方法：
目前凸輪軸的制造方法主要有三種：鑄造凸輪軸、鍛造凸輪軸和組合式空心凸輪軸。我國基本上是在鑄造或鍛造凸輪軸上進行鉆孔來制造空心凸輪軸，不僅加工量大、周期長，而且材料利用率低。
組合式空心凸輪軸是將凸輪軸分解成凸輪、軸管、軸頸等若干個可裝配件，分別進行材料優(yōu)選及加工，再裝配而成。制造組合式空心凸輪軸要解決的主要問題是如何將凸輪、軸頸等元件固定到軸管上，液力脹接技術(shù)正是組合式空心凸輪軸先進制造技術(shù)之一。其他還有鍵連接法、熱裝法和燒結(jié)法等。
三、液力脹接組合式空心凸輪軸結(jié)構(gòu)及其模具結(jié)構(gòu)：
液力脹接組合式空心凸輪軸結(jié)構(gòu)及其模具結(jié)構(gòu)如圖7-10所示。其基本過程是：將凸輪和軸頸等元件按照相應(yīng)設(shè)計位置套到軸管上，再一起放入根據(jù)凸輪軸輪廓設(shè)計的模具中，利用模具約束各元件間暴露的軸管，控制軸管的變形量，同時利用模具型腔保證各凸輪單元的相位角度和各元件之間的軸向位置。
圖7-10組合式空心凸輪軸結(jié)構(gòu)及其模具結(jié)構(gòu)
(a)組合式凸輪軸結(jié)構(gòu)圖；(b)液力脹接模具結(jié)構(gòu)。
采用合模壓力機將上、下模具壓合并施加足夠的合模力，然后由左右沖頭將軸管兩端密封，并在軸管內(nèi)通入高壓液體施加內(nèi)壓。當(dāng)內(nèi)壓達到設(shè)計值，可使軸管對應(yīng)于凸輪和軸頸單元的局部先發(fā)生塑性變形，其外壁與凸輪和軸頸單元內(nèi)壁接觸，并使凸輪和軸頸發(fā)生一定的彈性變形。
在卸壓后凸輪和軸頸均與軸管形成過盈配合，獲得組合式空心凸輪軸。液力脹接過程中應(yīng)對軸管內(nèi)的液體壓力進行精密控制，保證整軸脹接強度，同時避免凸輪或軸頸中的薄弱部分發(fā)生脹裂缺陷。
四、組合式空心凸輪軸液力脹接技術(shù)優(yōu)點：
與傳統(tǒng)的凸輪軸制造方法相比，組合式空心凸輪軸液力脹接技術(shù)具有以下優(yōu)點：
1)優(yōu)化材料匹配，提高凸輪軸耐磨性能。
凸輪、軸頸和軸管的材料可以根據(jù)性能要求進行優(yōu)選和匹配。凸輪和軸頸可采用鍛件、可淬硬合金鑄鐵或粉末冶金材料，便于提高耐磨性；軸管可采用成本較低、抗彎抗扭性能好的鋼管，提高整軸的使用壽命。
2)降低發(fā)動機轉(zhuǎn)動慣量。
與傳統(tǒng)凸輪軸相比，組合式空心凸輪軸可通過選擇輕質(zhì)的軸管和凸輪材料以及結(jié)構(gòu)優(yōu)化實現(xiàn)輕量化，可以減輕質(zhì)量30%~50%，凸輪軸輕量化有助于降低發(fā)動機轉(zhuǎn)動慣量，從而提高發(fā)動機響應(yīng)速度和燃燒效率。
3)減少凸輪磨削量、免去中心孔加工工序，提高材料利用率。
采用近凈成形工藝成形凸輪，可以大幅度降低后續(xù)機械加工工序。凸輪通常采用粉末冶金燒結(jié)、精密鍛造、精密鑄造等工藝制備，可有效減少凸輪磨削加工量；同時軸管內(nèi)孔可直接作為凸輪軸油路，因此避免了細(xì)長中心孔加工難題。與鍛造和鑄造凸輪軸相比，材料利用率提高20%左右。
4)裝配效率高，制造成本低。
凸輪軸液力脹接技術(shù)以液體介質(zhì)在鋼管內(nèi)加載產(chǎn)生局部變形，利用液壓何服精確控制內(nèi)壓，實現(xiàn)組合式凸輪軸一次性整體裝配，與機械連接法、熱裝法等相比，其效率高、成本低、連接強度好。
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部分文段和圖片摘自：
《現(xiàn)代液壓成形技術(shù)》
作者：苑世劍
由興迪源機械編輯
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