浅析凸轮轴止推轴颈机加工工艺

摘 要：针对HXN5内燃机车GEVO16柴油机重要部件-凸轮轴止推轴颈的结构特性及技术要求，提出该部件的机加工的关键点及难点，详细阐述关键的工艺制作过程和主要的加工工艺参数。

关键词：内燃机车；机加工工艺；凸轮轴轴颈；模块化刀具

概述

GEVO16柴油机凸轮轴止推轴颈是柴油机一个重要部件，是凸轮轴传动和支撑的关键连接件，工作时转速较高，且需要承受较大的扭矩。因此，凸轮轴止推轴颈产品质量对整个柴油机的安全运转乃至机车的行车安全，都是至关重要的。然而，稳定的产品质量必须依靠合理加工工艺。合理机加工工艺不仅仅能够保证产品质量，还可以提高产品生产效率及降低生产的成本。为此，我们对GEVO16柴油机凸轮轴止推轴颈机加工工艺进行了分析、探讨。

1 凸轮轴止推轴颈的结构特性及技术要求

凸轮轴止推轴颈材料为42CrMoA，该材料为超强度合金钢，具有很高强度和韧性，调质处理后有较高的疲劳强度和抗冲击的能力；该产品毛坯为锻造毛坯，后由我公司机加工至成品，由成品图1可知，该产品结构较为复杂，产品精度要求高，其主要精度要求如下：

（1）外圆直径Φ178（0/-0.025）、两端台阶槽直径Φ125（+0.04/0）、两端面台阶槽直径Φ18（+0.05/0），均为关键的装配尺寸，其精度必须保证。

（2）两端面及止推面的跳动要求，Φ178外圆的同轴度要求及两端面螺纹及台阶孔的位置度要求为主要的形位公差，必须保证。

（3）零件的各主要加工面的粗糙度要求，也是影响装配的重要因素，尤其是止推面、Φ178外圆面及两端面的粗糙度，必须满足图纸要求。

2 凸轮轴止推轴颈机加工工艺分析

根据产品的结构特性和技术要求，我们对该产品机加工工艺进行分析，其工艺的设计主要考虑怎样解决以下几个关键点和难点：

（1）该产品形位公差要求较高，尤其是两端面及止推面跳动要求及外圆两基准同轴度要求。采用传统工艺、设备及量具很难保证。

（2）该产品的材料经过调质处理后，具有较高的强度和韧性，加工难度大，尤其是端面孔及螺纹的加工存在较大的困难，采用公司现有的刀具加工，无法有效的保证产品质量、控制生产的成本，且影响生产效率。

（3）该产品的表面粗糙度要求高，尤其是止推面Rz2粗糙度要求，公司现有设备，很难达到要求。

（4）该产品批量较大，应该尽可能的提高生产效率，降低生产成本。

因此，如何有效解决以上几个关键点和难点，将是该工艺首要完成的任务，也是能否保证产品的质量，提高生产效率的关键所在。

图1

3 凸轮轴止推轴颈机加工工艺

通过查阅相关资料，借鉴公司类似产品的工艺，结构公司现有的设备和工具。首先，对凸轮轴止推轴颈加工的难点进行逐个攻关，然后选择合理的工艺流程设计相应的工装，最终确定凸轮轴止推轴颈机加工工艺。

3.1 工艺攻关

3.1.1 有效保证外圆的同轴度及各端面的圆跳度。

在精车工序，采用一次装夹工件，利用专用刀具同时加工两端面Φ125槽、Φ111内孔（内孔留余量）及两端60°工艺倒角，保证两端面槽、内孔及两端倒角同轴度；后用两端倒角为定位基准，制作专用顶针，磨床加工外圆及两端面，最后车床加工内孔Φ115内孔，去除工艺倒角。

3.1.2 提高了生产效率

首先采用公司先进的车削中心，代替普通设备来完成产品的半精车、精车的工序。同时，由于车削中心配有动力头，可在半精车完成轴颈径向Φ12及Φ7的油孔的加工，在保证产品质量的同时，省去传统的划线、钻加工工序，节约调运和装夹工件的时间，极大地提高了生产效率。

3.1.3 解决端面孔加工问题

端面孔加工主要问题是加工刀具的选择，最初我们选择了两种不同材质刀具――高速钢钻头与硬质合金钻头，进行试制，通过试加工发现，两种刀具均不能满足加工要求：高速钢钻头，韧性好，但硬度、耐磨性差，刀具磨损快，产品质量不稳定，而且加工效率低；硬质合金钻头，硬度、耐磨性好，满足产品加工精度要求，但其韧性差，加工过程中稍有误差，就很容易折断，容易造成产品报废，而且该类刀具成本高。

最终结合上述两种钻头的优点，采购先进模块化钻头（图2），该钻头分为刀片和刀体两部分。刀体材质为高速钢，韧性好，不易折断，刀具材质为硬质合金，硬度高，耐磨性好，并且刀片磨损后更换方便。通过试加工得知，该分体式钻头，能够满足产品的精度及生产要求，并且成本低（约为整体硬质合金钻头的1/5）。

图2

3.1.4 保证产品表面粗糙度

公司现有的砂轮磨粒较粗无法满足产品粗糙度要求，经分析后采用粗精磨分开的方案，先利用公司现有磨粒较粗的砂轮粗磨，然后采购小磨粒砂轮精磨，保证了产品的精度。

3.2 工装设计

由于止推轴颈两端面需加工的孔和螺纹数量多、分布较为密集且孔的尺寸和位置精度要求均较高。传统的划线加工或是钻模加工，无法有效的保证产品的精度要求，且加工效率低。因此，根据产品的结构特点设计、制作其专用钻夹具如图3所示。

图3

由图3可知，该夹具由两个主要的压装工位组成，即工位1和工位2。工位1通过定位销1、定位销2及底板面分别以止推端面、Φ125台阶槽及Φ12油孔定位，加工端面的孔、螺纹及台阶孔。工位2以顶部端面、Φ125台阶槽及大、上工序加工的Φ18台阶孔定位，加工小端面的螺纹及台阶孔。该夹具相对于传统钻模定位精度高，装夹方便，有效保证产品精度的同时，较大的提高了生产效率。

3.3 工艺方案确定

经过对产品工艺的分析、产品加工难点及关键点的攻关，最后确定凸轮轴止推轴颈的机加工工艺如下：

4 工艺的验证及产品检查验收

为验证该工艺的可行性，我们首先进行了小批量的试制。按照现行工艺试加工了40件产品，并利用三坐标检测仪、粗糙度检查仪等先进检测仪器对加工的成品，进行了全尺寸检查，检查结果显示试加工40件产品，无论是尺寸精度或是形位公差，亦或表面质量均满足设计要求。然后我们进行了批量的生产，通过批量生产验证得出，该工艺不仅能够有效的保证了产品的质量，而且具有较高的生产效率，满足了生产的需求。

5 结束语

本文通过对凸轮轴止推轴颈的机加工工艺的分析，阐述了一般零件机加工工艺的设计过程。但一个合理的机加工工艺的设计是一个通过不断优化过程，随着设备的更新，先进刀具、工装夹具的引用，产品的工艺也需不断优化、改进。

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