一、引言

　　凸輪軸是發(fā)動(dòng)機(jī)中的關(guān)鍵傳動(dòng)部件，對(duì)其性能要求較高。目前，凸輪軸的生產(chǎn)工藝主要有三種，即切削加工、模鍛、楔橫軋軋制。機(jī)械切削加工方法存在生產(chǎn)效率低、材料利用率低、金屬纖維被切斷等缺點(diǎn)，但由于不需要大型的專用設(shè)備，工藝簡(jiǎn)單。模鍛方法可以保證鍛件金屬纖維連續(xù)、鍛件質(zhì)量有保證，且具有相當(dāng)?shù)纳a(chǎn)效率，但是模鍛時(shí)存在飛邊，材料利用率不高，材料利用率大致和切削方法相同。國(guó)內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)廠家大多還在采用上述的兩種方法生產(chǎn)。

　　楔橫軋工藝是本世紀(jì)六十年代發(fā)展起來(lái)的一種生產(chǎn)軸類鍛件的新工藝，它具有高效、節(jié)材等諸多優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)過(guò)眾多學(xué)者及生產(chǎn)廠家的努力，近年來(lái)在生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。采用此工藝生產(chǎn)的鍛件品種已達(dá)百余種，在鍛造行業(yè)發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。

　　二、6012凸輪軸的楔橫軋工藝性分析

　　6102凸輪軸軋制毛坯如圖1所示，該毛坯的斷面縮減率較大，最大斷面縮減率在φ31處，ηmax=1-

，已接近楔橫軋工藝一次軋制的極限斷面縮減率75%。軋件需軋制部分為窄檔內(nèi)直角臺(tái)肩，檔寬最窄處只有15mm，窄檔內(nèi)直角臺(tái)肩的截齊曲線的計(jì)算與常規(guī)的直角內(nèi)臺(tái)肩的截齊曲線的計(jì)算有著本質(zhì)上的區(qū)別，因此，窄檔內(nèi)直角臺(tái)肩的截齊曲線的設(shè)計(jì)計(jì)算則成為凸輪軸軋制的關(guān)鍵技術(shù)。凸輪軸毛坯總長(zhǎng)達(dá)770mm，直線度要求為1mm，該件為超長(zhǎng)的精密楔橫軋件。因此，該凸輪軸屬于楔橫軋件中難成形件，工藝難度較大。

　　

　　三、楔橫軋模具設(shè)計(jì)要點(diǎn)

　　1.軋制方案的確定

　　軋件的最大直徑為60mm，但總長(zhǎng)及需軋制的部分都較大，所以必須選用大規(guī)格的楔橫軋機(jī)，本工藝采用H1000mm的楔橫軋機(jī)。為保證模具設(shè)計(jì)時(shí)有足夠長(zhǎng)的輥面利用，選用中心距為1031.47mm。該凸輪軸需軋制的凹檔臺(tái)肩總數(shù)為18個(gè)，為保證軋制時(shí)變形同步及兩側(cè)軋制力的平衡，起楔位置選在中間臺(tái)寬17mm處，以兩側(cè)同時(shí)起楔的方式軋制。

　　2.工藝及模具參數(shù)的計(jì)算

　　由于需成形的凹檔達(dá)18個(gè)之多，H1000mm楔橫軋機(jī)的輥面有限，為盡量減小各楔的長(zhǎng)度，模具的成形角和楔展角取大值，成形角α取30°，楔展角β取9.42°，楔入段長(zhǎng)度按公式L1=0.5(d0-d1)cotαcotβ計(jì)算，楔展段按L2=Bcotβ公式計(jì)算，經(jīng)計(jì)算模具展開(kāi)總長(zhǎng)為2938.23mm，其中送料段長(zhǎng)度取120mm。模具簡(jiǎn)圖如圖2所示。

　　

 

　　3.送料機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

　　H1000mm的楔橫軋機(jī)是分體式的，軋機(jī)沒(méi)有離合器與制動(dòng)器系統(tǒng)，軋輥的轉(zhuǎn)動(dòng)是靠萬(wàn)向節(jié)帶動(dòng)連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。送料方式只能采用軸向送料，為此在上模具的最前段開(kāi)有75mm寬50mm深的容料槽，送料機(jī)構(gòu)能否準(zhǔn)確及時(shí)的把坯料送到容料槽中，也是工藝能否順利實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵問(wèn)題之一。由于設(shè)備及工藝條件的限制，送料段的長(zhǎng)度不可能取得過(guò)大，送料段長(zhǎng)度取120mm，軋輥轉(zhuǎn)速為6r/min，在此條件下，送料機(jī)構(gòu)很難將坯料準(zhǔn)確平穩(wěn)的送入容料槽中，有時(shí)容易出現(xiàn)卡料情況，嚴(yán)重時(shí)可將模具或設(shè)備損壞。而上模具中的卸料槽對(duì)卸料不起作用，所以可以考慮利用此段的長(zhǎng)度來(lái)實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)送料。具體做法是將上模具中的卸料段用鋼板封上，使坯料不是直接送入容料槽中，而是在送入容料槽前在模具上有一段滑動(dòng)時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)坯料的平穩(wěn)送進(jìn)。

　　4.大斷面縮減率窄檔直內(nèi)角臺(tái)肩截齊曲線的設(shè)計(jì)

　　楔橫軋工藝成形直內(nèi)角臺(tái)肩時(shí)，必須在模具的相應(yīng)部位加工出一條特殊的曲線，稱為截齊曲線。檔寬足夠?qū)挼某Ｒ?guī)截齊曲線的計(jì)算方法有多種，雖然各種算法在計(jì)算時(shí)都有不同程度的簡(jiǎn)化，但計(jì)算結(jié)果大都能滿足工程上的要求。大斷面縮減率軸類件的楔橫軋工藝在軋制時(shí)很容易出現(xiàn)縮徑缺陷，因此實(shí)現(xiàn)大斷面縮減率的軋制，首先必須避免縮徑的產(chǎn)生，而消除縮徑的方法也直接影響到截齊曲線的設(shè)計(jì)計(jì)算。窄檔內(nèi)直角臺(tái)肩的截齊曲線若按常規(guī)的方法計(jì)算，截齊曲線將延伸到楔入段，甚至把楔尖削掉，實(shí)際不可能存在這種情況。因此，大斷面縮減率窄檔直內(nèi)角臺(tái)肩的成形規(guī)律與常規(guī)的直內(nèi)角臺(tái)肩成形規(guī)律有著本質(zhì)上的區(qū)別，截齊曲線的計(jì)算模型也完全不同。在模具的調(diào)試中，已找出截齊曲線較精確的計(jì)算方法。按此方法計(jì)算出的截齊曲線，只需少許修磨，就可得到滿意的效果，從而大大減少了修模時(shí)間，縮短了調(diào)試周期。

　　四、經(jīng)濟(jì)性分析

　　該工藝與機(jī)械切削方法相比，具有較明顯的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。楔橫軋工藝所用毛坯規(guī)格為Φ60×500，坯料重11.1kg，而切削工藝所采用坯料規(guī)格為Φ60×770，坯料重17.1kg，楔橫軋工藝節(jié)材效果明顯，材料利用率較切削工藝提高35%。若按年產(chǎn)50萬(wàn)只計(jì)算，年節(jié)材達(dá)60萬(wàn)噸，合人民幣約100萬(wàn)元。

　　由于凹檔部分直接軋出，小徑及臺(tái)階的寬度精度較高，機(jī)械加工時(shí)，小徑和臺(tái)階的側(cè)面都不需加工，節(jié)約了大量的機(jī)加工工時(shí)，省掉了大量的機(jī)加費(fèi)用。楔橫軋工藝的生產(chǎn)效率很高，可達(dá)每min4～6根，而車削方法一般要8min車一根，楔橫軋工藝的生產(chǎn)效率是車削方法的32～48倍。另外，切削工藝生產(chǎn)的凸輪軸，金屬纖維被切斷，在進(jìn)行熱處理時(shí)，棱角容易出現(xiàn)開(kāi)裂，造成廢品。楔橫軋工藝生產(chǎn)的凸輪軸，金屬纖維是連續(xù)的，其熱處理性能大為改善，使熱處理時(shí)的成品率得到提高。

　　五、結(jié)論

　　(1)采用楔橫軋工藝生產(chǎn)多缸凸輪軸毛坯，工藝合理，技術(shù)先進(jìn)，具有明顯的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)越性。

　　(2)在理論和實(shí)踐上解決了大斷面縮減率窄檔直內(nèi)角臺(tái)肩的截齊曲線計(jì)算和修整，縮短了工藝的調(diào)試周期。

　　(3)采用楔橫軋工藝生產(chǎn)凸輪軸毛坯，與切削工藝相比，節(jié)材效果明顯，生產(chǎn)效率得到較大的提高，經(jīng)濟(jì)效果顯著