缸體凸輪軸成品襯套壓裝工藝實踐

夏紹彤，魏 偉

（東風朝陽朝柴動力有限公司，遼寧 朝陽122000）

1 項目背景

凸輪軸襯套是缸體結合部的部件之一，其壓裝在缸體凸輪軸孔內，其材質主要有巴氏合金、高錫鋁等。巴氏合金材質的襯套由于材料原因價格高，但是加工性能好，一般為半成品，壓裝到機體后，再進行精加工。高錫鋁凸輪軸襯套由于制造工藝簡單、價格低、耐磨損等原因，已經陸續被國內很多柴油機廠使用，其既可以節省襯套本身的成本，又可以省去凸輪軸襯套精加工的成本。但是高錫鋁襯套在鏜床上加工，由于排屑等原因，一直是個難題，所以如何壓裝高錫鋁成品凸輪軸襯套成為工藝人員急需解決的問題。

2 壓裝技術要求

我公司4102缸體自動線車間原使用巴氏合金半成品凸輪軸襯套，考慮到貨源緊張，成本高，產品規劃使用高錫鋁凸輪軸襯套替代巴氏合金半成品凸輪軸襯套，凸輪軸成品襯套壓裝技術要求如圖1所示，壓裝技術要求如下。

（2）凸輪軸襯套1距離前端面0.1～0.5mm；

（3）凸輪軸襯套1油孔角度與X軸71°，襯套1、2、3與Y軸80°，保證油孔與機體油孔通油直徑不低于φ5 mm.

（4）襯套配合過盈量合理，不能出現竄套等現象。

圖1 壓裝技術要求

3 實施難點

（1）工藝變化點，半成品凸輪軸襯套加工時，主軸孔與凸輪軸襯套孔一起在三孔鏜組合機床進行精加工，保證相對位置精度。壓裝成品凸輪軸襯套時需要主軸孔和凸輪軸底孔一起在三孔鏜組合機床進行精加工，通過增加刀墊調整凸輪軸加工刀具直徑，使其具備凸輪軸底孔的加工能力。同時將壓裝凸輪軸襯套設備搬遷至三孔鏜組合機床后。

（2）我公司采用的高錫鋁成品凸輪軸襯套，壁厚僅為2 mm，同行業其它廠家凸輪軸襯套壁厚大多為2.5～3.0 mm，該襯套屬于壁薄孔大，壓套時襯套容易變形，需要摸索變形規律，確認壓裝變形量，進而確認壁厚。

（3）缸體內腔緊湊，最大直徑φ66 mm，操作空間小，壓裝成品套時，缸體內腔和襯套及壓裝輔具容易產生干涉，裝配困難。

（4）凸輪軸底孔的加工精度保證：一是保證缸體凸輪軸孔和主軸孔的相對位置精度；二是保證底孔的圓度和圓柱度，使襯套壓裝時變形量較小，同時有很好的貼合率。

4 工藝驗證

高錫鋁襯套根據圖1可知，其為薄壁襯套，剛背材質為SPCC，厚度為1.8 mm，合金層為高錫鋁（Al－Sn20Cu），涂層厚度在0.20mm，襯套的搭扣形式為按鍵式。

4.1 確認襯套尺寸

（1）襯套外徑尺寸，由于是成品襯套，壓裝后需要保證襯套在受力的情況下，不產生轉動，配合與半成品襯套一致為過盈配合φ60H7/t6，凸輪軸襯套的外徑尺寸為

（2）凸輪軸襯套外徑D的加載變化量

如圖2所示，加載檢測為將直徑為D0標準芯棒放入檢驗模座內，加負載F，測取值h0，將襯套放入檢驗模座內，測取值h，計算h與h0之間的差值，該值記為△h，根據計算公式（3），計算外徑的變化量△D.

圖2 凸輪軸襯套外徑D的檢驗示意圖

計算過程如下：依據JB/T7292.2-2007內燃機襯套凸輪軸襯套技術條件相關公式和數值進行計算，檢驗載荷F值，單位為N，由于襯套外徑D＞12 mm，其計算結果圓整至最接近的500的倍數。

式中：e為等效厚度（mm）；e1為鋼層厚度（mm），由上文可知，e1=1.8mm；e2為合金層厚度（mm），由上文可知，e2=0.2 mm.

B為凸輪軸襯套寬度（mm），圖1可知，B=20 mm；K為系數，K的取值范圍按標準選取K=1/3；△D為外徑D的變化量（mm）；△h為在檢驗模座內，凸輪軸襯套外徑D的實測值h與外徑為D0標準心棒實測值h0的差值（mm）.由于襯套的內孔要求為，最小變化量為0，最大允許變化量為-0.04mm，△h值為0-0.04mm.

經計算：

e=1.8+1/3×0.2=1.867

F=6 000×1.867×20/60=3 734 N，取F為4 000 N

△D=2×-0.04/3.14=-0.025 4 mm

根據計算結果可知，預緊力4 000 N時，凸輪軸襯套外徑的最大變化量為0.0254 mm，內孔尺寸可以保證在

φ56（+0.040）mm.

4.2 壁厚尺寸鏈計算

缸體凸輪軸孔尺寸，襯套壓裝后尺寸、計算壁厚尺寸，尺寸鏈如圖3所示。已知：組成環增環mm，封閉環mm.計算：

組成環減環A2：

減環A2上偏差：

減環A2下偏差：

圖3 尺寸鏈

4.3 確認壁厚尺寸

4.4 工藝驗證

（1）樣件試制，進行凸輪軸襯套5臺份樣件壓裝，用簡易輔具將襯套砸入機體，檢測襯套尺寸、合格后挑選2臺進行裝機試驗，進行600 h可靠性試驗，試驗后進行拆解，根據柴油機襯套技術條件，檢測瓦片磨損量等技術指標，達到標準要求，具備可實施性。

（2）小批量驗證及大批量驗證，下發工藝試驗通知單，進行小批量50臺份壓裝高錫鋁成品凸輪軸襯套，記錄缸體的編號和凸輪軸襯套孔尺寸，組織進行發動機裝配，監測試車機油壓力，按照20%比例拆解發動機，查看襯套磨損情況，經50臺裝機試車驗證無問題，進行市場跟蹤6個月，未反饋凸輪軸襯套相關故障。進行大批量驗證，前后共試驗5輪，共壓裝機體272臺，投放市場進行跟蹤，一年后未發現272臺發動機的售后反饋故障，下發工藝通知，進行批量實施。同時根據壓裝三種壁厚尺寸的凸輪軸襯套檢測結果，進行統計分析，高錫鋁成品凸輪軸襯套的壁厚尺寸合格率高，根據統計均值分布，將壁厚尺寸修訂為

4.5 襯套壓裝

在原有半成品凸輪軸襯套氣動壓裝設備的基礎上，結合機體內腔的空間，設計壓成品凸輪軸襯套壓裝芯軸，壓套芯軸如圖4所示，采用階梯芯軸+支承套+頂塊結構，其中壓裝芯軸、頂塊1、頂塊2根據凸輪軸襯套的油孔方向設計為手柄的方向與Y軸平行，壓裝過程中，識別手柄的方向，以保證凸輪軸襯套油孔和缸體油孔相對應。

圖4 壓裝芯軸

壓裝過程為，缸體底面向上，后端面向前，進入壓裝托盤，先將凸輪軸襯套分別裝入芯軸、頂塊1、頂塊2，然后將支撐套1和支撐套2裝入缸體凸輪軸孔，將壓裝芯軸從機體后端面穿入，到第2個襯套位置，將壓裝芯軸從頂塊1穿過，到第3個襯套位置，將芯軸從頂塊2穿過，全部穿過后，手動調整手柄與Y軸平行，將壓裝托盤推入壓套機內，進行壓裝，壓裝完成后，拉出托盤，拆卸芯軸等。

壓裝完成后，進行成品凸輪軸襯套的檢測，使用同軸度檢具抽檢凸輪軸襯套孔同軸度，穿檢棒檢測油孔的通油直徑，內徑千分表檢測直徑及圓度等。

（7）批量應用與跟蹤，2016年10月份實施以來，按成品凸輪軸襯套工藝調整設備布局，制作新的壓裝芯軸及同軸度檢具等，組織進行批量實施，到目前為止，已經壓裝成品凸輪軸襯套缸體5萬多臺，驗證結果證明壓裝工藝可靠，質量穩定。

5 結束語

凸輪軸成品襯套的壓裝工藝實踐，降低了柴油機缸體的零部件采購成本，同時也省掉了原凸輪軸襯套精加工的工序成本，為企業獲得可觀的經濟效益。在批量實施的同時，還需持續關注凸輪軸底孔的加工質量，針對高錫鋁凸輪軸成品襯套孔容易劃傷的特點，進行標準化作業和加強工序質量檢查。