中空凸轮轴制备工艺发展现状.docx

中空凸轮轴制备工艺发展现状王林山北京有色金属研究总院北京100088，有研粉末新材料（北京）有限公司北京101407摘要：凸轮轴是汽车发动机五大关键零部件之一。中空凸轮轴因其质量轻、 能耗低、中空结构可做润滑油路、材料利用率高等优点而逐渐取代传统实心凸轮 轴，成为目前和未来的发展方向。本文主要叙述了中空凸轮轴制备工艺的发展及 应用现状，重点讨论了组合式中空凸轮轴常用连接方式的原理和特点，并对粉末 冶金中空凸轮轴和滚花装配式中空凸轮轴进行了详细介绍。PresentStatusandTrendsofHollowCamshaftmanufacturingTechnologyWangLinshanGeneralResearchInstituteforNonferrousMetalsBeijing100088,GRIPMAdvancedMaterialsCo.,Ltd.Beijing101407Abstract:Camshaftisoneofthemostimportantcomponentsofautomotiveengines.Hollowcamshafts,whichhavetheadvantagesoflightweight,lowpowerconsumption,highutilizationofmaterialsandlessprocessingoperations,havebeenthemaindevelopmentdirectionofcamshaftsbothatpresentandinthefuture.Inthispaper,developmentandapplicationofthehollowcamshaftpreparationprocessesareintroduced,andpreparationmethodsofassembledhollowcamshaftsaremainlydiscussed.Thepowdermetallurgyassembledhollowcamshaftsandknurlingjointingassembledcamshaftsaredescribedindetail.1引言发动机的五大关键零部件包括：曲轴、连杆、凸轮轴、缸体和缸盖。其中， 凸轮轴是发动机配气机构中最重要、最关键的零件之一，它决定着气门的升程曲线和气门开关时刻，直接影响着发动机的进排气量、动力性、经济性和气体排放【1一二】0凸轮轴是一根与汽缸组长度相同的圆柱形棒体零件，其主要部位包括凸轮、 轴颈和芯轴。凸轮用于驱动气门，轴颈用于保证凸轮轴平稳转动，芯轴是各构件载体，运转中承受扭矩。由于功能不同，凸轮轴各个部位的性能要求也各不相同。对于凸轮，要求高耐磨性、耐胶着、耐点蚀；对于轴颈，则要求滑动性能良好；对于芯轴，要求刚性大，抗弯曲、扭转性能好[31。自从19世纪60年代活塞式内燃机问世以来，凸轮轴制备技术的发展就从未 停止。传统的凸轮轴制备方法主要是铸造法和锻造法。铸造法材料利用率高，但 生产的凸轮轴重量较高，能耗大。锻造凸轮轴具有较好的力学性能，但锻造过程 需要经过模锻、切边来完成模锻制坯的任务，因而工序多、能耗高，且材料利用 率比较低【4。】。较新的仿形模锻工艺，可一定程度提高材料利用率，降低生产成 本，但产品重量仍然无法降低。随着能源问题的日益严重，汽车的节能减排要求越来越高，凸轮轴正在向轻 量化、低成本、高性能的方向发展。为了解决传统凸轮轴产品重量高，能耗大的问题，各大汽车生产商开始研制使用中空凸轮轴【6]。中空凸轮轴的主要特点在于芯轴中空，因此，中空凸轮轴具有重量轻、能耗低、中空结构可做润滑油路(避 免缸体缸盖上的油路加工)、节材等优点，而逐步取代传统实心凸轮轴，成为目 前和未来的发展方向，相关制备技术已得到了广泛发展和应用。早期的中空铸造、深孔加工等中空凸轮轴制备技术存在减重不明显、工艺稳定性差等问题，而正逐 渐被组合式中空凸轮轴制备工艺所替代，下文将对各类中空凸轮轴制造工艺进行 介绍。2中空凸轮轴的传统制备工艺中空铸造、深孑L加工两种制备工艺是较早出现的中空凸轮轴制备方式。 中空铸造是传统铸造法基础上的技术升级，主要使用冷激铸铁i5】。中空铸造是目前较为常用的中空凸轮轴制备工艺，但因其为铸造组织，考虑强度等因素， 凸轮轴内孔一般不超过lOmm，虽然可以用作润滑油路，减少缸体缸盖油路加工，但总体减重效果不明显。目前，在国内主要有厦门理研工业有限公司在进行生产和研究。深孔加工技术是在实心凸轮轴基础上，使用高精度、高深度钻lET艺加工中 空凸轮轴的方法。技术难点在于：刀具细长，刚度差，强度低，散热困难，易断裂；排屑不容易，常发生直径变大，锥形等问题，从而达不到高质量要求。由于技术难度和成本较高，深孔加工制备