专利名称:凸轮轴的制造技术
内燃机所用的凸轮轴上具有一轴，该轴上带有许多凸轮，该凸轮具有一个带有规定形状的表面，由于该凸轮重复地受到气门链杆的碰撞，所以该凸轮必须是非常耐磨损的。传统的制造凸轮轴的方法采用铸造或锻造法，但该方法既浪费时间又造价昂贵。
近来人们曾提出一种制造凸轮的方法，是将凸轮同轴分开来制造，然后再将凸轮和轴连接在一起。采用这种方法，可以将凸轮用第一种材料和第一种技术制造，而将轴用另一种材料和或另一种技术制造。例如凸轮是由一种绕结的金属粉末制成的，具有高度耐磨的表面，而轴(可为实心的或为管子)是用一种较便宜的材料(例如软钢)制成，用机械加工或锻造或挤压法来制造形成。
但是，这样的凸轮轴产生的问题是，在将凸轮固装在轴上之前，需要将凸轮准确地定位在轴上，和各凸轮上的与轴配合的孔，必须具有十分准确的同心度-因为任何的同心度的误差，将会导致有关凸轮的定位不准确。到现在，人们曾建议用焊接法或用销子穿过凸轮插入轴中的方法，将分开制造的凸轮连接到轴上。虽然用这些方法可以制成该凸轮轴，但所需的时间长，或者制造成本高，而且未能解决该同心度的问题。
本发明的第一个目的是提供一个制造这种凸轮轴的方法，该方法包括将准备要装上凸轮的轴和许多个准备要装在轴上的凸轮，单独地制造，然后将凸轮固装在该轴上，本方法的特征在于每一个凸轮上均有一个与轴装配的孔，先将该孔的尺寸做成小于装配时所要求的最终尺寸，然后将凸轮就位于相应形状的工具轴上，这样，使凸轮处于所要求的相对相位角度和轴向间距上，该工具轴同凸轮孔的形状，能防止二者之间的相对角位移，然后将已定位好的凸轮用夹具来保持所说的要求的凸轮相对相位和间距，将该工具轴取下并将凸轮加热，然后，将该一系列孔进行加工，使其达到同心，并达到准确的最终尺寸和形状，将相应的尺寸和形状的轴，插入到加工过的孔中，并将凸轮冷却，使位于该轴上的凸轮收缩，因而将凸轮按所说的要求的相对相位和间距固定在该轴上。
在凸轮的固定之前，先加工该凸轮上的孔使达到在其最终相对位置上的各凸轮的准确的同心度。
当产品轴被插入穿过这些凸轮孔之后，才将凸轮准确地定位在所需的位置上。
本发明的第二个目的是提出一种按本发明第一个目的所述方法来制造的凸轮轴。
下面用举例的方法来较详细地说明本发明的一个实施方案，请参照下列附图，各附图为
图1为剖面图，表示了三个轴承零件和六个凸轮装在工具轴上的安装情况。
图2为剖面图，表示了如图1中所示的轴承零件和凸轮装夹在夹具中，工具轴已取下的情况。
图3所示与图2所示类似，但为已将该轴承零件和凸轮加热和拉孔的情况，和
图4表示如图1到图3中所示的装在轴上凸轮和轴承零件，经空气冷却而将凸轮与轴承零件收缩紧固在该轴上的情况。
首先参考图1，将凸轮10和轴承零件11单独准备好，凸轮10由适宜的金属或合金粉末(将该合金粉末经在加压模中加热和加压烧结而制成所需形状的凸轮)制成。每一个凸轮上具有孔12，孔内具有向内突出的细齿13(参见图2)该齿是沿轴向延伸的，并位于孔周内按一定角度分布。例如细齿13可按SAEJ500来制造，孔12和细齿13的尺寸小于其最终要求的深度。由于该零件是用烧结法制造的，所以对该孔的尺寸和形状，虽然要求十分准确，但不能制造的十分准确。压模磨损同样会导致其尺寸和形状产生变化。
轴承零件11可用任何适宜的方法制造，例如用金属粉末来烧结，或用热轧钢棒来制造，并将其成型成具有相近尺寸的孔12和细齿13。
然后将工具轴14(如图1所示)准备好，该轴具有细齿形的横截面，该横截面形状略小于在凸轮10和轴承零件11中的细齿形孔的横截面。工具轴14可由硬质金属或陶瓷材料，采用任何适宜的技术，如加工或挤压或模压成形方法制造。工具轴14可为实心的或空心的均可，将所要求的一定数量的凸轮10和轴承另件11，如在本实施方案中所示为四个凸轮和三个轴承零件，按要求的轴向间距排列在工具轴14上，对凸轮来说，还要保证其相互之间的相位角度。在凸轮10上的和在工具轴14上的细齿13，是用来防止各凸轮在该轴上相对转动的。用该种方法，将凸轮10和轴承零件11保持在最终加工完毕的凸轮轴上所要求的同样位置上。
还应理解为，虽然如上所述的凸轮和工具轴均具有用于互相连接的细齿13和15，但是，在这些零件之间的互相连接之处，只能防止相对的转动，并不可能防止其轴向移动。在该连接之处，可以设计成任何非图形的孔12和工具轴14的截面。但是，该连接部分的设计，仍以细齿接合为好，当设计成合适的细齿齿距时，各凸轮的相对角度均可以很精确地被固定，且在这些位置上的变化与工具轴14的变化无关。此外，采取细齿结构，当用绕结法来制造凸轮10时，可以更好地采用金属粉末进行模压，这样，就可以正确地制成该细齿和降低了应力集中的现象。
将位于工具轴14上最终的相对位置上的凸轮10和轴承零件11，用夹具16夹持好(如图2中所示)。然后将工具轴14从固定在夹具中的凸轮10和轴承零件11中取出。
下一工序是将凸轮10和轴承零件11用高频电加热系统17(如图3)将其加热至红热(约为800°)状态(当然，也可以用任何其他合适的加热系统来将其加热)。这样将凸轮10和轴承零件11膨胀，并很容易地将其机械加工，如下面所述。
将位于凸轮10和轴承零件11的孔12，用拉削工具18进行拉削加工，该拉削工具通过该孔进行轴向拉削。拉刀18增加了细齿的深度，同时也增加了孔12的直径，以产生一要求的最终的外形，并保证了所有的孔12在轴向对正。此加工方法同样也保证了被加工出的细齿孔12具有准确的尺寸，按下述的方法来将其安装在轴上，这样就消除了由于绕结工序和压模的磨损所造成的尺寸误差。
一旦将处于红热状态的凸轴10和轴承另件11的机械加工完成之后，即将轴19(该轴可为空心或实心的)插入到凸轮和轴承零件的孔中。将轴19(如用软钢制成的)用滚铣法，挤压法或模压法进行成型加工，加工出其外表面上的细齿齿形，该细齿齿形略大于凸轮10和轴承11上的处于环境温度下的细齿齿形，然后将凸轮10和轴承零件11进行冷却，例如可用空气喷咀20(空气内含有水滴以加速冷却)来进行冷却，这样，该件在轴19上收缩，呈压配合状态，因此，凸轮就会紧固于该轴上。然后将凸轮10和轴承另件11从夹具16中取出来。由于其预先在工具轴上的正确的定位，和由于将各细齿孔的精确地和同心地进行了机械加工，所以凸轮10和轴承另件11会精确地固定在该轴19上，在无过紧配合的情况下，保证了要求的轴向位置和角度位置。按此法制造的该凸轮轴，就不需要再行加工而可以使用了。
勘误表
勘误表
权利要求
1、一种加工凸轮轴的方法，该方法包括将准备要装上凸轮的轴和许多个准备要装在轴上的凸轮单独地制造，然后将凸轮固装在该轴上，本方法的特征在于每一个凸轮上均有一个与轴装配的孔，先将该孔的尺寸做成小于装配时所要求的最终尺寸，然后将凸轮就位于相应形状的工具轴上，这样，使凸轮处于所要求的相对相位角度和轴向间距上，该工具轴同凸轮孔的形状能防止二者之间的相对角位移，然后，将已定位好的凸轮用夹具来保持所说的要求的凸轮相对相位和间距，将该工具轴取下并将凸轮加热，然后，将该一系列孔进行加工，使其达到同心，并达到准确的最终尺寸和形状，将相应的尺寸和形状的轴插入到加工过的孔中，并将凸轮冷却，使位于该轴上的凸轮冷却，因而将凸轮按所说的要求的相对相位和间距固定在该轴上。
2、按权利要求
1中所述的方法，其特征在于凸轮的孔、工具轴和轴均为细齿形的横截面，该细齿是轴向延伸的。
3、按权利要求
1或2中所述的方法，其特征在于该凸轮是用烧结的金属粉末制成的。
4、按权利要求
1至3中所述的任何一方法，其特征在于凸轮的加热是用一种高频电加热方法来进行的。
5、按权利要求
1至4中所述的任何一方法，其特征在于机械加工工艺是采用拉削工艺，在将凸轮加热时进行加工的。
6、按权利要求
1至5中所述的任何一方法，其特征在于冷却工艺是空气喷射淬火和在空气之内包括有水滴。
7、按权利要求
1至6中所述的任何一方法，其特征在于轴承另件连接到轴上的方法与凸轮连接到轴上的方法相同。
8、本凸轮轴是按权利要求
1至7中所述任何一方法而加工成的。
专利摘要
一种由分开制造的凸轮与轴组装成的凸轮轴，该凸轮可用烧结法制造。凸轮上有小于成品尺寸的孔，孔内有细齿。把凸轮按要求的方向和角位安放在相应形状的工具轴上。将凸轮夹紧在该位置上，取出工具轴。然后把凸轮加热至红热状态，把有细齿的孔拉削到最终尺寸和同心度。最后把形状和尺寸与被拉削孔相应的轴在室温下放入孔中并将凸轮冷却，使其缩配到该轴上，保证了凸轮准确地定位于轴上。将凸轮从夹具中取出，即得到一个加工完毕的凸轮轴。
文档编号F16H53/00GK85101567SQ85101567
公开日1986年10月29日 申请日期1985年4月1日
发明者哈维斯 申请人:Ae公立有限公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan