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发动机凸轮轴的发展前景


     由于传统的凸轮轴主要是铸造或锻造加工而成,各个部位金属性能相似。这种凸轮轴很难同时保证发动机配气机构对凸轮轴各个部位不同性能的要求,凸轮的排列也不可能紧凑,材料利用不尽合理,后续加工复杂,在轻量化、功能高度集中和降低成本方面难有新的突破。 
    
随着汽车轻量化发展,凸轮轴向轻量化、功能高度集中和低成本方向发展,装配凸轮轴的优势逐渐被人们认可和接受。 
    
装配式凸轮轴的轴和凸轮分开制造,然后装配在一起。凸轮一般采用碳钢或粉末冶金材料,轴颈采用粉末冶金件或集中于芯轴的钢管上,芯轴则采用冷拔薄壁无缝钢管。碳钢凸轮可进行高频淬火或渗碳处理,具有较高的耐胶着、耐点蚀性能。 
     
在设计方面装配式凸轮轴可将凸轮宽度设计较窄,间隔亦可很小,凸轮的排列非常紧凑。它与传统凸轮轴相比具有重量轻、加工成本低、材料利用合理等优点,与实心轴凸轮轴相比,重量减轻多达45%。 
     
装配式凸轮轴的关键技术是连接方法,因其连接方法不同而决定制造工艺及设备。装配式凸轮轴始于上个世纪80年代,最先研制开发的是焊接连接式凸轮轴。上个世纪80年代中期烧结连接式凸轮轴投入使用,同期出现了扩管法生产的凸轮轴。上世纪90年代后期滚花连接式凸轮轴开始研制。随着新的连接方法的出现,装配式凸轮轴制造技术也不断地被更新。 
     
焊接连接式凸轮轴由于焊接时容易产生热变形,使凸轮轴的尺寸精度降低,激烈的热变化也容易使焊接部位产生裂纹,质量难以保证;烧结连接式凸轮轴在进行粉末烧结成型凸轮的同时,凸轮又要在液相状态下与钢管扩散连接,此过程必须在1000℃以上烧结炉内进行,在高温下轴容易产生弯曲,造成尺寸精度误差,而且在烧结时,对材料的性能也有限制,需要大型烧结炉,热效率不高;扩管法首先使凸轮与钢管配合,然后从管内侧加液压或机械扩管,为承受扩管内压,凸轮壁要有一定的厚度,同时,为了使扩管容易进行,必须使用薄壁钢管,且由于高压作业的特殊要求,也使其设备大型化;冷热套过盈连接法虽然在机械零件生产中被广泛应用,但在凸轮轴生产中未必合适,因为在凸轮与轴热套连接时,凸轮被加热,产生软化现象,难以保证摩擦时的耐磨性,许多凸轮在工作时,会向轴端导热,使得工作初始与完了时的连接过盈量发生变化,连接器度不能保持一致;滚花法在可靠性、精度、设备、能耗等方面都有一定的优越性。 
     
进一步开发组合式凸轮轴的重点将在于开发材料及优化加工工艺。市场上目前正在大力开发应用复合材料,例如陶瓷材料等制造凸轮轴。马勒公司正在进行组合式凸轮轴的扩展功能研发。比如燃油泵启动件和传感器组件的集成也日渐受到青睐。SOHC凸轮轴上进气口或出气口凸轮节的同步可通过马勒CamInCam®嵌套式凸轮轴来实现。 
     
装配式凸轮轴目前以较快的速度发展,主要应用于高性能的发动机上。随着装配式凸轮轴生产技术的提高,性能会更好、成本更低、技术多样化的装配式凸轮轴将会涌现出来。

 
 
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