【摘 要】
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随着汽车行业的快速发展,对汽车发动机技术和性能提出了更高的要求,凸轮轴是汽车发动机配气机构中的关键零件,其性能影响到汽车能否正常行驶。近年来,凸轮轴的制造技术完成了多次更新迭代,传统工艺制造的整体式凸轮轴已经不能满足汽车轻量化的要求。组合式凸轮轴与传统整体式凸轮轴相比有较大的技术优势,其轴管为中空结构因此质量较轻,凸轮和轴管能够根据性能需求选择不同的材料,因此能够更好的满足发动机对凸轮轴高性能的要
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随着汽车行业的快速发展,对汽车发动机技术和性能提出了更高的要求,凸轮轴是汽车发动机配气机构中的关键零件,其性能影响到汽车能否正常行驶。近年来,凸轮轴的制造技术完成了多次更新迭代,传统工艺制造的整体式凸轮轴已经不能满足汽车轻量化的要求。组合式凸轮轴与传统整体式凸轮轴相比有较大的技术优势,其轴管为中空结构因此质量较轻,凸轮和轴管能够根据性能需求选择不同的材料,因此能够更好的满足发动机对凸轮轴高性能的要求。目前常用的组合式凸轮轴的生产工艺包括:焊接法、粘接法以及键连接等。本课题采用热胀锻工艺实现组合式凸轮轴的生产,具备连接工艺简单、成本低等优点,但在成形完整凸轮轴以及热加工对产品组织性能和连接强度方面的影响缺乏深入研究。本文的目的是对热胀锻工艺进行结构优化,成形出完整的组合式凸轮轴并探究热成形对组织性能以及连接强度的影响,为该工艺的工业生产提供指导意义。本文首先对镶块中与轴管过盈部分进行结构优化,避免了成形后会在轴管上出现咬痕的缺陷,并根据完整组合式凸轮轴的形状尺寸设计镶块具体结构。结合理论分析、有限元模拟以及实验验证探究不同实验参数对成形质量的影响,本课题中涉及到的实验参数包括:镶块斜面长度、内压、单侧轴向补料量、凸轮端面斜度、加热温度。接着探究不同加热温度对凸轮轴不同位置金相组织、脱碳层以及硬度的影响,结合各参数对成形质量以及组织性能的影响,确定最优的工艺参数,进行完整凸轮轴连接实验。对成形后的凸轮轴进行静扭强度测试,与凸轮轴的许用静扭强度做对比,然后对凸轮轴进行热循环实验,探究高温工况对凸轮轴连接强度的影响。在热胀锻成形过程中,轴管和凸轮的有效贴合长度为轴管与凸轮端面连接处,也是轴管的主要变形区,轴管在镶块的轴向推动下会产生折叠。有无内压时,轴管都能很好的填充到凸轮端面,无内压时折叠情况较好;镶块的斜面长度增大,有效贴合长度增加,根据完整凸轮轴中凸轮间距要求,选择斜面长度为3mm;结合模拟和实验结果,补料量为6mm时,成形质量最好;凸轮的端面斜度越大,贴合长度越小;在加热温度为950℃时成形质量最好。制备不同加热温度下凸轮轴不同成形位置的金相组织,轴管与凸轮端面贴合处随着温度的升高,其室温组织由块状铁素体变为针状铁素体,其它位置室温组织随加热温度变化不大;不同加热温度下轴管表面均未出现脱碳层,随着温度的升高,轴管的硬度变化较小。利用上述工艺参数成形完整凸轮轴后与目标凸轮轴对比,凸轮间距以及相位等都满足要求;然后测量各个凸轮的静扭强度,均超过450N·m,远大于凸轮轴实际工况中许用静扭强度80N·m;凸轮轴实际的工作温度为100℃,凸轮轴经过400℃保温12小时的热循环实验后,其静扭强度仍能超过400N·m。各项测试结果都表明使用热胀锻工艺成形的组合式凸轮轴能够满足使用要求。
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