[发明专利]内燃机凸轮表面电化学研磨加工方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种内燃机凸轮表面的光整加工技术，具体说是由电化学作用与砂带研磨作用复合在一起，对内燃机凸轮表面进行光整加工，主要用于内燃机凸轮表面的最后一道精加工工序。

背景技术

凸轮轴是柴油机的关键零部件之一，它控制着柴油机的进气、供油和排气过程，凸轮轴的工作可靠性直接关系到柴油机的正常运转和机车的安全运行。国内的凸轮生产绝大多数都采用“铣外型→粗磨→热处理→精磨”的工艺进行凸轮加工。由于凸轮曲线是由几种简单或复杂的曲线连接构成，凸轮轮廓线并不规则，从而导致速度、加速度“突跳”剧烈，并且被磨削点的瞬时速度，砂轮与工件的接触弧长以及磨削点相对于凸轮中心的极坐标位置均随凸轮曲线的形状变化，使得磨削力、砂轮和工件系统的弹性变形、磨削热量等也不断发生变化，这样很容易造成凸轮磨削的缺陷—磨削裂纹和烧伤。使用带靠模的凸轮磨床进行精磨容易产生磨削缺陷，使用进口数控凸轮磨床则不易产生磨削缺陷，但是进口数控凸轮磨床价格昂贵，接近人民币上千万。

发明内容

本发明第一目的在于提供可提高凸轮表面精度的内燃机凸轮轴的凸轮表面电化学复合砂带研磨方法。

本发明将凸轮接恒流的直流电源正极，电极接恒流的直流电源负极，两极之间通以中性电解液，施电后在凸轮表面生成一层阻碍凸轮表面金属被直流电流溶解的钝化膜，以砂带研磨去除凸轮表面微观高点的钝化膜，露出微观高点的金属，从而被直流电流溶解并继续生成钝化膜；凸轮表面上微观低点的钝化膜由于不能被砂带研去，继续存在于微观低点，并保护着微观低点不被直流电流溶解；如此反复的钝化—活化过程，就使得凸轮表面被光整加工至镜面。

本发明可以使凸轮表面粗磨后经过本技术的光整加工，可以使凸轮表面粗糙度一步降低至Ra0.10μm，并且能够保持凸轮的精度。

本发明另一目的是提供以上方法的装置。

该装置由凸轮轴旋转运动系统、电极运动系统和砂带研磨运动系统组成，所述电极运动系统和砂带研磨运动系统分别设置在凸轮轴旋转运动系统的两个外侧；凸轮轴旋转运动系统设有可使凸轮轴上的凸轮能够匀速转动的第一伺服电机；电极运动系统由电极和第二伺服电机组成，电极固定连接在所述第二伺服电机上，电极设置在凸轮的一个外侧，并与凸轮保持恒定间隙；砂带研磨运动系统由第三伺服电机、主动轮、接触轮和砂带组成，在接触轮和主动轮外传动式连接砂带，第三伺服电机与主动轮的轮轴固定连接，接触轮设置在凸轮的另一个外侧，并以恒定压力压在凸轮表面；凸轮接恒流的直流电源的正极，电极接所述恒流的直流电源的负极，在所述恒流的直流电源的两极之间设置中性电解液。

本发明凸轮轴旋转运动系统由伺服电机带动，使凸轮轴能够匀速转动，从而使凸轮轴上的凸轮转动；电极运动系统由伺服电机带动，使电极随凸轮的转动而前后运动，并与凸轮保持恒定间隙；砂带运动系统由伺服电机带动，使砂带随凸轮的转动而前后运动，并以恒定压力压在凸轮表面。

本发明具有以下优点：

1、可直接将凸轮表面粗磨后表面一步光整加工至Ra0.10μm以下，实现镜面加工；

2、与加工达到同一粗糙度等级的磨削加工相比，生产率可提高3-5倍以上，光整加工效率很高；

3、在光整加工过程中，不产生磨削力和磨削热，因此表面层无金相组织变化，无加工硬化，不改变表面层应力情况，光整加工后的表面层质量好；

4、由于砂带主要去除金属表面的钝化膜，因此砂带损耗较普通砂带磨削小得多；

5、本发明工艺装备简单，操作、维修方便。

附图说明

图1为本发明的一种结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，整个内燃机凸轮表面电化学复合砂带研磨光整加工设备由凸轮轴旋转运动系统、电极运动系统和砂带运动系统组成。

凸轮轴1由伺服电机带动进行匀速旋转，转速为120r/min，并且凸轮轴接恒流的直流电源的正极。

电极2放在数控工作台3上，由伺服电机带动数控工作台3前后移动，从而带动电极2前后移动，并与凸轮保持恒定间隙，该间隙值为5mm，电极接恒流的直流电源的负极。

在凸轮1和电极2之间通以中性电解液4，并在凸轮1和电极2之间施加恒定的直流电压16V。

砂带5由主动轮6带动，通过接触轮7以恒定压力压在凸轮1表面上，该压力值为30N，砂带研磨速度为30m/min；砂带研磨装置同样由伺服电机带动进行前后运动，以保持恒定压力。

当直流电源通电时，会在凸轮表面生成一层钝化膜，这层钝化膜有阻碍凸轮表面金属被直流电流进一步溶解的作用；当凸轮表面上微观高点的钝化膜被砂带研去的时候，就会露出新鲜的金属表面，从而被直流电流溶解，并继续生成钝化膜；凸轮表面上微观低点的钝化膜由于不能被砂带研去，继续存在于微观低点，并保护着微观低点不被直流电流溶解；如此反复的钝化—活化过程，就使得凸轮表面被光整加工。