凸輪軸是內(nèi)燃發(fā)動機(jī)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(jī)對換氣過程的需求，本文興迪源機(jī)械帶來組合式空心凸輪軸液力脹接原理及優(yōu)點(diǎn)。

一、凸輪軸功能：

發(fā)動機(jī)是汽車的核心，凸輪軸是內(nèi)燃發(fā)動機(jī)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(jī)對換氣過程的需求(圖7-9)。

圖7-9發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

凸輪軸工作時(shí)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(yùn)動速度大，需采用壓力潤滑，即以一定的壓力(由機(jī)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(dá)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(jìn)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(gè)可裝配件，分別進(jìn)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(jìn)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(jì)位置套到軸管上，再一起放入根據(jù)凸輪軸輪廓設(shè)計(jì)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(shí)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(jī)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(dá)到設(shè)計(jì)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(jìn)行精密控制，保證整軸脹接強(qiáng)度，同時(shí)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(diǎn)：

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(diǎn)：

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(jìn)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(jī)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(shí)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(jī)轉(zhuǎn)動慣量，從而提高發(fā)動機(jī)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(jī)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(shí)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(shí)現(xiàn)組合式凸輪軸一次性整體裝配，與機(jī)械連接法、熱裝法等相比，其效率高、成本低、連接強(qiáng)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

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