汽车凸轮轴的CBN磨削技术（一）

魔神

    

　　CBN砂轮磨削具有高效、高精度、低成本等显著优点，是凸轮轴磨削加工技术发展的必然趋势。依据多年实验研究的结果和相关技术文献，文章指出了国内在将凸轮轴的CBN磨削技术推向市场的过程中主要的制约因素，并提出了积极的建议，以期在凸轮轴加工中广泛采用CBN磨削技术，提高发动机整体的加工技术水平。

　　凸轮轴作为发动机的关键零件之一，其加工质量的好坏直接影响发动机的动力特性；同时，凸轮轴又是一种非圆磨削的工件，其加工余量大且材料难磨，对磨削精度和生产效率要求都很高，加工难度比较大。因而，凸轮轴的磨削技术一直是业内人士关注的重点。如何提高磨削效率和加工质量是凸轮轴磨削急需解决的问题，主要应考虑如下几个影响因素：

　　●机床的特性；●凸轮轮廓磨削成形的方式；●砂轮性能和冷却液；●磨削工艺，包括修整工具及修整工艺。

　　国内外凸轮轴磨削技术发展现状

　　目前，国内多数轿车主机厂的凸轮轴生产线和专业生产凸轮轴的厂家均引进了CBN磨削技术，但仍有很多的载重汽车、柴油机和摩托车发动机的凸轮依然采用传统的刚玉砂轮、靠模仿形的磨削工艺。粗磨工序使用的是国产中低速磨床(35m/s以下)，精磨工序部分厂家使用进口磨床，但使用速度均在60m/s以下，修整工具以单点金刚石笔居多，进口磨床和少数国产磨床采用金刚石滚轮修整。这种传统技术给凸轮轴的磨削带来的问题主要体现在如下几个方面：

　　●凸轮轮廓精度低且难以提高

　　采用靠模样板磨削，凸轮轮廓形状误差最小只能控制在±0.03mm范围内，而全数控无靠模磨削则可控制在±0.01mm内。另外，普通磨料砂轮在使用时，外径变化范围大(80～100mm)，而砂轮直径每变化1mm就会使凸轮轮廓产生0.007mm的变化，因而难以进一步提高凸轮轮廓精度。

　　●凸轮表面易产生烧伤、裂纹等缺陷，很难提高生产效率

　　由于凸轮磨削余量大且材料难磨，普通磨料砂轮的性能很难适应，磨削质量和生产效率两者往往不能兼顾。

　　●综合经济效益不高

　　普通磨料砂轮的耐用度和使用寿命低，需频繁修整或更换，使修整工具损耗加快，辅助时间和劳动强度增加，既影响了生产效率，又加大了生产成本。另外，砂轮用量大，其质量波动也影响了磨削工艺的稳定性，又因大量磨削残物的产生，增加了磨削液的过滤清理量，对环境造成一定的污染。

　　CBN磨削技术的应用，使传统凸轮轴磨削过程中的难题迎刃而解。十几年前，有关使用CBN砂轮磨削凸轮轴的报导只在有限的国外文献中见到。在大规模工业化生产中，使用CBN专用数控凸轮轴磨床磨削凸轮轴的技术在某些西方发达国家也刚刚进入实用阶段。紧跟世界先进制造技术发展的潮流，郑州磨料磨具磨削研究所于20世纪90年代初，在国内率先自主研究开发了用于汽车凸轮轴磨削的陶瓷结合剂CBN砂轮，在国产普通高速(60m/s)强力凸轮轴磨床上粗磨冷激铸铁凸轮轴，取得了良好的使用效果。但由于受到当时机床条件和砂轮制造技术的限制，还没能达到更理想的效果。至90年代中期，工业化国家的多数汽车制造厂均已采用了CBN砂轮磨削凸轮轴，国内主要的轿车生产线上也陆续引进了这项技术。它是以CBN专用数控CNC凸轮轴磨床、高速及高性能陶瓷CBN砂轮、专用磨削液、修整滚轮和磨削工艺整套技术的形式引进的。该技术的主要特点是：砂轮使用速度高(80～125m/s)，加工效率高(工件由毛坯粗、精磨一次完成，效率是普通砂轮的2～3倍)。随着凸轮轴的CBN磨削技术及其专用磨床的不断引进，国内研究的CBN专用高速数控凸轮轴磨床也即将进入市场。对此，在完善国产磨床用CBN砂轮粗磨凸轮轴技术，积极研究用CBN砂轮精磨凸轮轴的同时，郑州磨料磨具磨削研究所又开始研制为进口CBN专用数控凸轮轴磨床配套的高速、高效陶瓷CBN砂轮，并已取得了一定成果。研制的砂轮使用速度为80m/s，耐用度和寿命相当于进口砂轮的1/2，而价格只有进口砂轮的1/3。研制的陶瓷CBN砂轮与同类进口砂轮相比，主要差距在于耐用度、寿命和产品质量稳定性偏低，不能完全替代进口砂轮在凸轮轴生产线上连续使用。为了迎头赶上这种快速发展的技术水平，近两年，郑州磨料磨具磨削研究所又研发成功了使用速度为125m/s的磨凸轮轴陶瓷CBN砂轮，其使用速度、磨削效率、磨削质量均达到进口同类产品水平，具有很高的性价比，产品质量稳定质量，完全可以替代进口。这些都表明我国CBN砂轮的制造和应用技术已达到了新的水平。