凸轮轴的几种加工工艺
凸轮轴是活塞式发动机的一个部件。它的功能是控制阀门的开启和关闭。虽然四冲程发动机中凸轮轴的转速是曲轴的一半(二冲程发动机中，凸轮轴的转速和曲轴的转速相同)，但通常还是很高的，需要承受很大的扭矩，所以设计对凸轮轴的强度和支撑要求很高，其材质一般为特种铸铁，偶尔也会用到锻件。因为气门运动规律关系到发动机的功率和工作特性，所以凸轮轴的设计在发动机的设计过程中起着非常重要的作用。
凸轮轴的重要加工技术
3.1中心孔加工
加工中心孔一般用标准中心(特殊中心孔区别对待)，工艺安排分两次。
热处理前后。该工艺的关键是控制60°定位锥(15′~ 20′)的公差，并用专用工具(模拟后续机床的定位顶针)全部检查，从而控制凸轮轴的轴向齿轮开口精度(0.2 ~ 0.5 mm)，防止凸轮铣削时出现未映射的毛刺。
3.2热处理+0淬火
感应淬火应根据不同的工件材料。在满足硬度要求的前提下，找出淬火的边界条件，控制输出的最大、最小电压和电流范围，同时控制淬火液的浓度、流量和温度，定期分析淬火液的冷却速度，作为更换淬火液的依据。
3.2.2各种凸轮轴材料和热处理工艺
各种凸轮轴材料和热处理工艺如下表1所示。3.3凸轮研磨
随着磨削余量的减少和磨削速度的提高(从传统的35 ~ 60m/s提高到125 ~ 200m/s)，采用高速磨削将是必然趋势。树脂结合刚玉、碳化硅、立方氮化硼磨料砂轮，使用速度可达125m/s，陶瓷结合剂砂轮磨削速度可达200m/s..用CBN砂轮磨削时，要注意选择合适的砂轮宽度、浓度、硬度和切削液。切削液种类和冷却工艺参数的正确选择，会对磨削过程中砂轮的机械磨损、化学侵蚀和热损伤程度产生很大的影响。特别是在凸轮轴上有凹凸轮(也称为负曲率半径(NROC)凸轮)的情况下，设备供应商一般推荐采用双磨头数控磨床。至于凸轮的磨削工艺设计，一般用户依靠设备供应商来解决。供应商根据用户提供的凸轮0 ~ 360°离散点，通过选择合适的数控系统，主要解决以下问题:1)将离散点变成连续的闭合曲线。2)将生成的曲线变成磨削曲线。由于磨削凸轮时磨削点和展成点不在一个点上，所以需要进行数学换模，这种变换也与凸轮的测量方法有关。3)建立C轴调速曲线。在凸轮磨削中，为了保证凸轮加速度恒定，必须根据C轴的角度调整C轴速度的调速曲线。其中，在生成凸轮磨削的数控程序之前，关键是编制凸轮生成曲线(离散点通过数据平滑形成闭合曲线)和速度曲线的计算程序，即将给定的凸轮生成表转换成磨削曲线(C坐标值和X坐标值)进行磨削。
4.1传统凸轮轴大部分是通过铸造或锻造生产的，也有一部分是通过切割碳钢制造的。铸造凸轮轴主要包括激冷铸铁、淬火铸铁等。为了减轻重量，一些凸轮轴用型芯铸造，使轴中空。在日本，冷硬铸铁凸轮轴占主导地位，在美国，淬火铸铁凸轮轴占主导地位。为了使发动机性能更好，近年来开发了各种形式的凸轮轴，如重熔激冷铸铁、淬火球墨铸铁等，但由于成本等原因，其应用范围仅限于少数领域。锻造凸轮轴主要采用碳钢热锻，凸轮部分采用高频淬火，主要用于大中型发动机。由于其良好的耐点蚀性能，常与顶置气门(OHV)机构的挺杆配合使用，也与柴油机顶置凸轮(OHC)结构中的摇臂配合使用。因为锻造的凸轮轴不能轻量化，所以发展潜力很小。传统的凸轮轴制造特点很难同时满足发动机配气机构对凸轮轴各部分的不同性能要求，而且凸轮的布置也不能很紧凑，材料利用也不合理，后续加工复杂，因此在轻量化和降低成本方面很难有新的突破。
4.2金属塑料复合凸轮轴已在美国应用。将粉末金属成型并研磨的凸轮片和空心钢轴放入模具中，在空心轴周围注射塑料。凸轮盘和轴之间没有直接的金属接触，而是用塑料固定成一个整体。这种凸轮轴的成本和重量可以降低40%，发动机噪音可以降低，加工准备时间可以从几个小时缩短到几分钟。
4.3目前装配式凸轮轴发展速度较快，主要应用于高性能发动机。目前，世界上许多汽车工业发达的汽车制造商都在使用越来越多的装配式凸轮轴制造新技术，但由于技术掌握的水平和方法不同，装配式凸轮轴的种类也不尽相同。
组装式凸轮轴的优点
组装式凸轮轴的轴和凸轮是分开制造的，然后组装在一起。凸轮一般由碳钢或粉末冶金材料制成，轴则由冷拉薄壁无缝钢管制成。碳钢凸轮可高频淬火或渗碳，具有较高的附着力和抗点蚀性。烧结合金由铁-C-P-镍-铬-钼合金制成，是制造凸轮的理想材料。在设计上，凸轮宽度可以设计得很窄，间隔可以很小，凸轮的排列非常紧凑。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。
4.3.2装配式凸轮轴的连接形式和制造方法
装配式凸轮轴的连接方式主要分为焊接式、烧结式和机械式三种，也有几种方法组合使用。
凸轮轴材料和生产技术的发展
国内外凸轮轴的材质很多，有45钢、球墨铸铁、合金铸铁等。目前常用的铸造方法是型壳铸造，包括覆砂铁型和填壳铁丸两种铸造工艺，还有其他，如消失模铸造。壳型铸造是20世纪40年代由德国Johanes2Corning发明的，也称为Cronning法。壳型铸造生产的铸件具有表面粗糙度低、尺寸精度高的优点，能满足冷铁多、形状复杂的铸件的需要，适用于凸轮轴、曲轴等轴类零件的生产。它是世界先进技术，具有广阔的应用前景。
清华大学李双寿等人研究了球墨铸铁凸轮轴的激光表面处理[10]，发现经过这种工艺处理后，球墨铸铁凸轮轴的表层从外到内由熔凝层、硬化层和基体组成，其硬度大于58HRC，搭接处硬度没有下降。AstashkevichBM等人研究了激光表面处理在所有铸铁、中碳钢和工具钢中的应用，指出材料的淬透性和硬度受到激光处理的一些可变参数的限制，如能量、光束直径、光束形状、扫描速度和聚焦条件等。
在国外，车尔尼雪万等人发现灰铸铁和含球状石墨的高强度铸铁不适合用重熔工艺进行表面强化，原因有三:1)产量大大降低；2)熔池中碳没有完全分解，耐磨性降低；3)钨电极消耗过大。他们指出用蠕墨铸铁代替灰铸铁和高强度铸铁更好，还指出参数的变化会影响激冷层中片状渗碳体的分布。不列颠哥伦比亚大学的AMitchell教授成功地将仅用于精炼的电渣熔炼重熔和真空电弧重熔应用于工业纯铁生产的凝固控制阶段。
6.结论
凸轮轴是汽车发动机配气机构中的重要零件。凸轮轴的结构设计和加工质量直接影响发动机的性能。随着科学技术的飞速发展，凸轮轴的制造材料和技术也在飞速发展。装配式凸轮轴作为一种新的凸轮轴生产技术，正受到越来越多的关注。装配式凸轮轴加工技术符合精益生产原则，是高精度、高效率、低成本、高柔性的先进生产技术，是凸轮轴制造技术的发展和升级，是实现创新跨越的关键。现在大力提倡环保，开发低能耗无污染的发动机，实现低成本、轻量化。装配式凸轮轴以其传统凸轮轴所不具备的优势，在汽车领域得到了广泛应用，发展前景十分广阔。