汽車凸輪軸的CBN磨削工藝（一）

凸輪軸作為發動機的關鍵零件之一，其加工質量的好壞直接影響發動機的動力特性；同時，凸輪軸又是一種非圓磨削的工件，其加工余量大且材料難磨，對磨削精度和生產效率要求都很高，加工難度比較大。因而，凸輪軸的磨削技術一直是業內人士關注的重點。如何提高磨削效率和加工質量是凸輪軸磨削急需解決的問題，主要應考慮如下幾個影響因素：

●機床的特性；●凸輪輪廓磨削成形的方式；●砂輪性能和冷卻液；●磨削工藝，包括修整工具及修整工藝。

國內外凸輪軸磨削技術發展現狀

目前，國內多數轎車主機廠的凸輪軸生產線和專業生產凸輪軸的廠家均引進了CBN磨削技術，但仍有很多的載重汽車、柴油機和摩托車發動機的凸輪依然採用傳統的剛玉砂輪、靠模仿形的磨削工藝。粗磨工序使用的是國產中低速磨床(35m/s以下)，精磨工序部分廠家使用進口磨床，但使用速度均在60m/s以下，修整工具以單點金剛石筆居多，進口磨床和少數國產磨床採用金剛石滾輪修整。這種傳統技術給凸輪軸的磨削帶來的問題主要體現在如下幾個方面：

●凸輪輪廓精度低且難以提高

採用靠模樣板磨削，凸輪輪廓形狀誤差最小隻能控制在±0.03mm範圍內，而全數控無靠模磨削則可控制在±0.01mm內。另外，普通磨料砂輪在使用時，外徑變化範圍大(80～100mm)，而砂輪直徑每變化1mm就會使凸輪輪廓產生0.007mm的變化，因而難以進一步提高凸輪輪廓精度。

●凸輪表面易產生燒傷、裂紋等缺陷，很難提高生產效率

由於凸輪磨削余量大且材料難磨，普通磨料砂輪的性能很難適應，磨削質量和生產效率兩者往往不能兼顧。

●綜合經濟效益不高

普通磨料砂輪的耐用度和使用壽命低，需頻繁修整或更換，使修整工具損耗加快，輔助時間和勞動強度增加，既影響了生產效率，又加大了生產成本。另外，砂輪用量大，其質量波動也影響了磨削工藝的穩定性，又因大量磨削殘物的產生，增加了磨削液的過濾清理量，對環境造成一定的污染。

CBN磨削技術的應用，使傳統凸輪軸磨削過程中的難題迎刃而解。十幾年前，有關使用CBN砂輪磨削凸輪軸的報導只在有限的國外文獻中見到。在大規模工業化生產中，使用CBN專用數控凸輪軸磨床磨削凸輪軸的技術在某些西方發達國家也剛剛進入實用階段。緊跟世界先進位造技術發展的潮流，鄭州磨料磨具磨削研究所於20世紀90年代初，在國內率先自主研究開發了用於汽車凸輪軸磨削的陶瓷結合劑CBN砂輪，在國產普通高速(60m/s)強力凸輪軸磨床上粗磨冷激鑄鐵凸輪軸，取得了良好的使用效果。但由於受到當時機床條件和砂輪製造技術的限制，還沒能達到更理想的效果。至90年代中期，工業化國家的多數汽車製造廠均已採用了CBN砂輪磨削凸輪軸，國內主要的轎車生產線上也陸續引進了這項技術。它是以CBN專用數控CNC凸輪軸磨床、高速及高性能陶瓷CBN砂輪、專用磨削液、修整滾輪和磨削工藝整套技術的形式引進的。該技術的主要特點是：砂輪使用速度高(80～125m/s)，加工效率高(工件由毛坯粗、精磨一次完成，效率是普通砂輪的2～3倍)。隨著凸輪軸的CBN磨削技術及其專用磨床的不斷引進，國內研究的CBN專用高速數控凸輪軸磨床也即將進入市場。對此，在完善國產磨床用CBN砂輪粗磨凸輪軸技術，積極研究用CBN砂輪精磨凸輪軸的同時，鄭州磨料磨具磨削研究所又開始研製為進口CBN專用數控凸輪軸磨床配套的高速、高效陶瓷CBN砂輪，並已取得了一定成果。研製的砂輪使用速度為80m/s，耐用度和壽命相當於進口砂輪的1/2，而價格只有進口砂輪的1/3。研製的陶瓷CBN砂輪與同類進口砂輪相比，主要差距在於耐用度、壽命和產品質量穩定性偏低，不能完全替代進口砂輪在凸輪軸生產線上連續使用。為了迎頭趕上這種快速發展的技術水平，近兩年，鄭州磨料磨具磨削研究所又研發成功了使用速度為125m/s的磨凸輪軸陶瓷CBN砂輪，其使用速度、磨削效率、磨削質量均達到進口同類產品水平，具有很高的性價比，產品質量穩定質量，完全可以替代進口。這些都表明我國CBN砂輪的製造和應用技術已達到了新的水平。