凸輪軸凸輪的磨損及修復方法

陳麒

（柳州市技工學校）

凸輪機構一般是由凸輪、從動件及機架3個構件組成的高副機構。凸輪通常作連續等速轉動，從動件根據使用要求設計，使它獲得一定規律的運動。凸輪通常在惡劣的條件下工作，例如：在高溫、高轉速與變壓力作用下工作，凸輪工作面與搖臂工作面工作時產生劇烈摩擦，造成磨損與刮傷，從而影響設備的工作精度；在高速機械和重載機械中，凸輪的磨損就變得更為突出，凸輪磨損后，會出現進氣不足、排氣不暢、發動機功率明顯下降、溫度增高及耗油量增加等現象，致使凸輪軸無法工作而報廢。為此，文章主要從凸輪軸凸輪的磨損及修復辦法方面進行闡述，以期能為提高凸輪的使用效率提供參考。

1 磨損

凸輪只需設計適當的凸輪輪廓，便可使從動件得到任意的預期運動，而且結構簡單、緊湊、設計方便，因此在自動機床、輕工機械、紡織機械、印刷機械、食品機械、包裝機械及機電一體化產品中得到廣泛應用。然而在實際運用過程中，凸輪由于自身的使用特點，又存在一系列的問題，如：1）凸輪與從動件間為點或線接觸，易磨損，只適宜用于傳力不大的場合；2）凸輪輪廓精度要求較高，需用數控機床進行加工；3）從動件的行程不能過大，否則會使凸輪變得笨重。凸輪在360°的旋轉角中，工作面與非工作面的角度分別為124°和236°。部分車型由于“提前角”與“遲后角”不同，工作面并不是124°，但其偏差很小。凸輪軸凸輪在轉動過程中，工作面上每一點受搖臂的壓力是不相同的，所以磨損程度也不相同。通常情況下，磨損量與所受搖臂的壓力成正比，即所受搖臂的壓力越大，磨損量也越大。

2 凸輪的修復

磨損失效后的凸輪一般可以通過修復來重新使用，將凸輪軸凸輪修復至標準尺寸最常用的方法有：電弧堆焊（在CO2氣體介質中使用普通焊絲或粉劑焊絲），粉末氣熱噴涂（氣體火焰、電弧及等離子焰），感應、激光及等離子粉末堆焊，金屬層電焊等。以下主要介紹3種常見的修復方式。

2.1 堆焊

堆焊作為材料表面改性的一種經濟而快速的工藝方法，越來越廣泛地應用于各個工業部門零件的制造修復中。堆焊是在工件的表面或邊緣進行熔敷一層耐磨、耐蝕及耐熱等性能金屬層的焊接工藝。不同的工件和堆焊焊條要采用不同的堆焊工藝，才能獲得滿意的堆焊效果。對于凸輪在內的零件修復來說，堆焊的常用方法有：氣體保護堆焊（CO2氣體保護電弧堆焊及氬弧焊等）、激光堆焊、感應堆焊、振動堆焊、等離子堆焊及冷焊堆焊等。國內研究結果表明：堆焊修復主要適合于磨損量較大，必須填補大量的材料才能恢復其原始尺寸的凸輪工作表面。在堆焊材料優良、堆焊技術高超及焊接設備先進的情況下，氬弧堆焊層可以達到高硬度、無裂紋及無咬邊、夾雜和氣孔的優良質量，非常適合用于凸輪修復。

2.2 激光熔覆

激光熔覆亦稱激光包覆或激光熔敷，是一種新的表面改性技術。它通過在基材表面添加熔覆材料，并利用高能密度的激光束使之與基材表面薄層一起熔凝的方法，在基層表面形成與其為冶金結合的添料熔覆層。激光熔覆由于其優點眾多而廣泛應用于凸輪修復等領域，國內的科研工作者已做出了許多有意義的工作，如：利用激光熔覆技術修復受損盤形凸輪的實驗結果表明，該工藝方法能生成具有統一寬度和厚度及固體復合的覆蓋層；盤形凸輪的表面硬度提高了2～3倍。其他研究表明：激光熔覆后凸輪表面平滑，成型美觀；熱影響區很窄、變形極??；表面熔覆合金層具有較高的抗磨損性能和比母材高得多的硬度。激光熔覆技術已不斷在實際生產修復過程中得到應用。

2.3 粉末氣熱噴涂

熱噴涂是指一系列過程，在這些過程中，細微而分散的金屬或非金屬的涂層材料，以一種熔化或半熔化狀態，沉積到一種經過制備的基體表面，形成某種噴涂沉積層。熱噴涂技術常用于凸輪等零件在各種磨損狀態下的表面處理和修復。該方法使凸輪修復后具有耐磨、耐蝕、隔熱、抗氧化、絕緣、導電及防輻射等各種優良性能。常用的熱噴涂方法有火焰噴涂、氧乙火焰粉末噴涂、氧乙火焰線材噴涂、氧乙火焰噴焊、高速火焰噴涂（HOVF）、電弧噴涂、等離子噴涂、大氣等離子噴涂及低壓等離子噴涂等。目前，熱噴焊等工藝用于凸輪修復已經取得良好進展，各項技術指標完全達到規定要求，有希望能實現更大規模的應用。

3 展望

國內外在凸輪的磨損試、預防與修復等方面取得了理論與實用研究的長足進步，但是仍需要引起維修人員和用戶的高度重視。有些修復方法必須購買或者制造昂貴的設備，在很多情況下，很多中小企業中很難行得通，這也需要各企業根據自身的生產情況來分析其經濟可行性。隨著國內生產與修復技術的不斷提高，各生產企業、科研院所也應該加強聯系，實現預防與修復的有機結合，提高凸輪的使用壽命。