毕业设计(论文)汽车发动机凸轮轴的主要机械加工工艺设计教学单位:机电工程学院专业名称:机械设计制造及其自动化学 号: 学生姓名:指导教师:指导单位:完成时间:III汽车发动机凸轮轴的主要机械加工工艺设计摘 要凸轮轴作为发动机的重要组成部分，对其配气功能有着举足轻重的作用。 当发动机工作运转的时候，凸轮轴负责控制进排气门的开合和开合量，但是由于工作时转速比较高，需要承受的扭矩的比较大，所以对凸轮轴的强度和支撑力的要求也比较高，因此在材质的选择上必须满足凸轮轴对强度等性能的要求。凸轮轴作为一个重要的零部件，它的改进和发展对汽车发动机的配气性能的提高和进步意义重大。 本课题选取直列四缸顶置气门式发动机F3000，对它的凸轮轴加工工艺进行分析与设计，而工艺路线的拟定是工艺规程制定中的关键阶段，是工艺规程制定的总体设计。撰写一条合理科学的工艺路线，既可以保证加工质量和生产效率，也可以有效合理的安排工人、设备、工艺装备，最终有利于降低整个生产周期和生产成本。所以，本次设计是在仔细分析凸轮轴零件加工技术要求及加工精度后，合理确定毛坯类型，经过查阅相关书籍、手册、图标、标准、等技术资料，确定工艺的机械加工余量、工序尺寸及公差，最终定制凸轮轴零件的加工工序卡片。关键词: 发动机；凸轮轴；工艺设计The Main Machining Process Design Of The Automobile Engine CamshaftAbstractThe camshaft as an important part of engine, has a pivotal role on its distribution. When the engine running at work, camshaft is responsible for controlling the exhaust opening and closing and opening and closing of the door, however, because of the high speed in the work, it needs to bear large torque and also has a high strength and support of the camshaft. On the choice of the material must meet the requirements of camshaft on the strength of performance. The camshaft as an important component, its improvement and development is of great significance.In this paper, the camshaft of the OHV engine processing technology for analysis and design. operational path routing is the key stage and general design. Write a reasonable scientific process route are have many advantage. This design is the careful analysis of CAM shaft parts processing technical requirements and processing accuracy, reasonable blank type, after consulting related books, manuals, ICONS, standards, technical data, determine the process of machining allowance, process dimension and tolerance, and customize the camshaft parts machining process card finally.Keyword: Engine; Camshaft; Process Design目 录1 概 述12 确定凸轮轴的加工工艺过程42.1 凸轮轴的作用和分类42.2 凸轮轴传动与工作条件52.3 凸轮轴的结构及其特点52.4 凸轮轴的主要技术要求分析62.5 凸轮轴的材料和毛坯的确定72.6 凸轮轴的机械加工工艺过程72.7 凸轮轴的机械加工工艺路线83 凸轮轴的机械加工工艺过程分析103.1 凸轮轴的机械加工工艺特点及分析103.2 凸轮轴主要加工工序分析113.2.1 铣凸轮轴两端面，钻中心孔113.2.2 主轴颈的加工113.2.3 凸轮轴颈的加工113.2.4 凸轮轴颈的加工124 机械加工余量、工序尺寸及公差的确定144.1 凸轮轴主要加工表面的工序安排144.2 机械加工余量、工序尺寸及公差的确定144.2.1 凸轮轴主轴颈工序尺寸及公差的确定144.2.2 凸轮轴小外圆序尺寸及公差的确定154.3 凸轮轴机械加工工艺过程卡片的制定155 总结与展望18参考文献19致 谢20III 1 概 述凸轮轴是发动机上的一个的旋转机件，它的运动对于发动机有极其重要的作用，在发动机工作循环中，它合理地控制进排气门的开启、关闭，使经过压缩的燃油混合气充分燃烧，推动活塞运动做功，然后将废气排出燃烧室 。凸轮轴主要有两个重要的加工部位:主轴颈和凸轮。凸轮轴轴颈，主要是通过轴承与发动机接触，其表面有着足够高的精度、足够的刚度、较小的表面粗糙度以及良好的耐磨性，技术要求复杂而且比较高。而另一个重要的加工部位是凸轮，它更是决定着凸轮轴的质量。凸轮轴只是发动机的其中一个部件，发动机的机体另外还由气缸体、气缸盖、曲轴箱等组成，发动机各机构和各系统也是以发动机机体为基础安装的，发动机机体的内、外则是安装着发动机的所有主要零件和附件，承受各种载荷。气缸体是发动机的框架，材料一般用灰铸铁制造，气缸体里面放置有活塞、曲轴等许多零部件，另外还有加强筋、润滑油道等结构。曲轴箱是放置曲轴的空腔部件，其中分为上下两部分，上曲轴箱在铸造的时候就跟气缸体就是一体的，下曲轴箱的功能更，能够存放润滑 油，分隔上曲轴箱，由于它受力小所以下曲轴箱厚度薄，形状不一，可根据发动机的结构和汽油量灵活变动。气缸体的上面就是气缸盖安装的位置，从上部密封气缸并构成燃烧室。由于气缸盖所处的特殊位置，所以气缸盖不得不承受气体力和紧固气缸螺栓所造成的机械负荷，同时还由于与高温燃气接触而承受很高的热。 汽车经100多年来的不断改进、创新，凝聚了人类的智慧和匠心，最后才发展成现在的样子。而作为汽车的心脏发动机的重要零件，凸轮轴也经过漫长的发展过程成为现在的样子。在过去凸轮轴大多是由铸造以及锻造生产，个别也有用碳钢切削加工制造。铸造式凸轮轴主要有冷硬铸铁、淬火铸铁等。为了减轻重量，有些凸轮轴采用型芯铸造，使轴呈空心状。在不同的国家所采用凸轮轴种类也不同，日本使用冷硬铸铁凸轮轴较多，美国使用淬火铸铁凸轮轴较多。近年为提高发动机性能，出现了重融冷硬铸铁、淬火球墨铸铁等多种形式的凸轮轴，但由于性价比较低等诸多因素影响并没有广泛使用。锻造式凸轮轴以碳钢为主进行热锻，凸轮部分采用高频淬火处理，主要应用于大中型发动机上。由于其耐点蚀性能较好，多与气门顶置式(OHV)机构的挺杆组合使用，也有与摇臂配合应用于柴油发动机凸轮上置式(OHC)结构上。由于锻造式凸轮轴无法实现轻量化，发展潜力较小。铸造凸轮轴生产工艺为冷激铸铁。冷激铸铁产品，欧美国家早在上世纪二十年代初已经开始研制，广泛推广于上世纪六、七十年代，八十年代技术完全成熟。冷激铸铁产品以其低成本、高性能的显著特点，广泛应用于内燃机上。在国外，内燃机行业中有43%47%汽油机、柴油机采用冷激铸铁作为凸轮轴材料，冷激铸铁普遍作为凸轮轴材料以其低成本、高性能的显著特点，得到了广泛的应用。冷激铸铁凸轮轴的性能及应用 冷激铸铁由于具有高硬度的碳化物组织而具有良好的抗磨性和抗擦伤性。冷激铸铁中的白口层是莱氏体组织，在常温下是珠光体和碳化物的机械混合物，由于含有大量的碳化物，它起一个骨架作用。硬度较高，而莱氏体中的球光体起到储油作用。冷激铸铁凸轮轴是在HT25基础上加入一定量的合金元素，经过特殊的铸造成型工艺铸造而成。合金元素的加入提高了凸轮轴基体硬度和综合机械性能，大大提高耐磨性。冷激铸铁凸轮轴的机械性能：抗拉强度b25N/mm2；硬度HRC4854；耐磨层深度达61mm。 由于目前采用的球墨铸铁和45#钢采用等温淬火或高频淬火获得马氏体组织。高速运转后，凸轮桃尖部位出现早期磨损，而冷激铸铁采用特殊的成型工艺，不需热处理。凸轮轴各部位即能得到所需的不同硬度值。桃尖部位的磨损量仅为球墨铸铁和45#钢的1/7，同时具有降低加工成本，提高经济性等优点。为了减轻重量，凸轮轴芯铸成中空圆柱或者中空异型状成为发展趋势。中空圆柱或者中空异型状对加工设备和生产材料提出了很高的要求，如对磨床等设备的加工精度和稳定性要求很高。 作为优化整个气门驱动系统的基本要素，组合式凸轮轴的发展正成为趋势。组合式凸轮轴由精密钢管和装配于其上的凸轮节组成，而凸轮节的材料可以是钢或粉末金属材料。装配式凸轮轴的发展前景 由于传统的凸轮轴主要是铸造或锻造加工而成，各个部位金属性能相似。这种凸轮轴很难同时保证发动机配气机构对凸轮轴各个部位不同性能的要求，凸轮的排列也不可能紧凑，材料利用不尽合理，后续加工复杂，在轻量化、功能高度集中和降低成本方面难有新的突破。随着汽车轻量化发展，凸轮轴向轻量化、功能高度集中和低成本方向发展，装配凸轮轴的优势逐渐被人们认可和接受。装配式凸轮轴的轴和凸轮分开制造，然后装配在一起。凸轮一般采用碳钢或粉末冶金材料，轴颈采用粉末冶金件或集中于芯轴的钢管上，芯轴则采用冷拔薄壁无缝钢管。碳钢凸轮可进行高频淬火或渗碳处理，具有较高的耐胶着、耐点蚀性能。 在设计方面装配式凸轮轴可将凸轮宽度设计较窄，间隔亦可很小，凸轮的排列非常紧凑。它与传统凸轮轴相比具有重量轻、加工成本低、材料利用合理等优点，与实心轴凸轮轴相比，重量减轻多达45。 装配式凸轮轴的关键技术是连接方法，因其连接方法不同而决定制造工艺及设备。装配式凸轮轴始于上个世纪8年代，最先研制开发的是焊接连接式凸轮轴。上个世纪8年代中期烧结连接式凸轮轴投入使用，同期出现了扩管法生产的凸轮轴。上世纪9年代后期滚花连接式凸轮轴开始研制。随着新的连接方法的出现，装配式凸轮轴制造技术也不断地被更新。 焊接连接式凸轮轴由于焊接时容易产生热变形，使凸轮轴的尺寸精度降低，激烈的热变化也容易使焊接部位产生裂纹，质量难以保证；烧结连接式凸轮轴在进行粉末烧结成型凸轮的同时，凸轮又要在液相状态下与钢管扩散连接，此过程必须在1以上烧结炉内进行，在高温下轴容易产生弯曲，造成尺寸精度误差，而且在烧结时，对材料的性能也有限制，需要大型烧结炉，热效率不高；扩管法首先使凸轮与钢管配合，然后从管内侧加液压或机械扩管，为承受扩管内压，凸轮壁要有一定的厚度，同时，为了使扩管容易进行，必须使用薄壁钢管，且由于高压作业的特殊要求，也使其设备大型化；冷热套过盈连接法虽然在机械零件生产中被广泛应用，但在凸轮轴生产中未必合适，因为在凸轮与轴热套连接时，凸轮被加热，产生软化现象，难以保证摩擦时的耐磨性，许多凸轮在工作时，会向轴端导热，使得工作初始与