发动机尼龙凸轮轴的制造工艺的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种发动机尼龙凸轮轴的制造工艺，其包括如下步骤：1）多点注塑成型；2）热油时效处理；3）自然冷却。本工艺通过多个注塑点同时注塑成型凸轮轴，注塑时间短，固型过程中，凸轮轴各处的变形量一致，热油时效处理后的尼龙凸轮轴的变形量的尺寸差异小，易于控制，提高了产品质量及生产效率。
【专利说明】发动机尼龙凸轮轴的制造工艺
【技术领域】
[0001]本发明涉及发动机凸轮轴领域，特别是涉及一种发动机尼龙凸轮轴的制造工艺。
【背景技术】
[0002]活塞发动机内均设有凸轮轴，凸轮轴的作用是控制气门的开启和闭合。在四冲程发动机里凸轮轴的转速是曲轴的一半，在二冲程发动机中凸轮轴的转速与曲轴相同，因此它的转速很高，而且需要承受很大的扭矩，设计中对凸轮轴在强度和支撑方面的要求很高，由于气门运动规律关系到一台发动机的动力、稳定以及运转特性，因此凸轮轴设计在发动机的设计过程中占据着十分重要的地位。而凸轮轴部件中凸轮是重要工作部位，凸轮的凸轮轮廓、使用时的变形量等对机器的性能有很大影响，因此凸轮的制造工艺就至关重要。现有发动机的凸轮轴通常有金属材料凸轮轴，半尼龙、半金属材料凸轮轴，以及全尼龙材料凸轮轴:
1.金属材料凸轮轴其材质一般是特种铸铁，铸铁凸轮轴凸轮采用粉末冶金或球墨铸铁铸造成型。其存在的问题:由于铸铁的密度很大，导致凸轮轴的重量很大，导致发动机的负荷增大，铸铁的耐磨性能较差，导致凸轮轴的磨损较大，降低了发动机整机的使用寿命；由于金属铸造的表面精度较低，因此铸造成型的凸轮轴还需要多次的精加工，增加了制作工序及制作成本，降低了生产效率。
[0003]2.半尼龙、半金属材料凸轮轴采用镶嵌结构，分别将尼龙材料的凸轮及齿轮注塑成型在铸铁材料的芯轴上，为了提高凸轮的精度，有的还对凸轮采用二次包胶成型。其存在的问题:半尼龙、半金属材料凸轮轴芯轴的材料为铸铁，整个凸轮轴的重量仍然较大，导致发动机的负荷以及磨损增大，降低了发动机的使用寿命；在自然冷却收缩过程中，注塑成型在芯轴上的凸轮、齿轮在与芯轴之间容易产生剥离现象，因此，凸轮轴的平稳性较差，在工作过程中容易产生振动冲击，降低了发动机的使用寿命；二次包胶成型增加了凸轮轴的制作工序及制作成本，降低了生产效率。
[0004]3.全尼龙材料凸轮轴通常采用单点注塑和自然冷却工艺，通过单个注塑进料孔同时将尼龙材料注入注塑模具的型腔内，单点注塑的过程中，不论怎样选择注塑点，所注塑的熔融状态的尼龙在模具型腔中的行程均很远，注塑时间较长，注塑模具的型腔内距离注塑点远近各处的尼龙温度不均匀，因此，凸轮轴固型过程中变形量不一致，最终成型的尼龙凸轮轴成型不饱满；自然冷却后，尼龙凸轮轴的变形量的尺寸差异较大，不易控制，影响使用，报废率高。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种发动机尼龙凸轮轴的制造工艺，本工艺通过多个注塑点同时注塑成型尼龙凸轮轴，注塑时间短，固型过程中，凸轮轴各处的变形量一致，时效处理后的尼龙凸轮轴的变形量的尺寸差异小，易于控制，提高了产品质量及生产效率。[0006]本发明的目的是这样实现的:
一种发动机尼龙凸轮轴的制造工艺，其包括如下步骤:
O多点注塑成型:取一个注塑模具，该注塑模具的型腔为包括一齿轮和一凸轮连为一体的凸轮轴状的型腔，该型腔中设有用于成型凸轮轴轴孔的型芯，该型腔对应凸轮的轴向端面的模具型腔壁上设置有多个注塑进料孔，多个注塑进料孔分布在凸轮轮廓范围内，凸轮轮廓的基圆部分分布有至少两个注塑进料孔，凸轮轮廓的突出部分分布有至少一个注塑进料孔，通过多个注塑进料孔同时将尼龙材料注入注塑模具的型腔内，使注入的尼龙材料在注塑模具的型腔中固型，形成尼龙凸轮轴；
2)热油时效处理:将尼龙凸轮轴脱模后的，及时放入以润滑油为介质的热油中浸泡进行时效处理，所述润滑油为对应发动机工况所使用型号的润滑油，润滑油的温度不低于尼龙凸轮轴处于工况状态下的温度，且浸泡时间不少于两个小时；
3)自然冷却:取出步骤2)时效处理所得的尼龙凸轮轴，浙干并进行自然冷却。
[0007]所述步骤I)中的注塑模具上设有三个注塑进料孔，其中，两个注塑进料孔对应凸轮轮廓的基圆部分，另一个注塑进料孔对应凸轮轮廓的突出部分，三个注塑进料孔形成等腰三角形。
[0008]所述步骤I)中的注塑模具上设有四个注塑进料孔，其中，两个注塑进料孔对应凸轮轮廓的基圆部分，另外两个注塑进料孔对应凸轮轮廓的突出部分，四个注塑进料孔形成等腰梯形。
[0009]所述步骤I)中的注塑模具上设有五个注塑进料孔，其中，两个注塑进料孔对应凸轮轮廓的基圆部分，另外三个注塑进料孔对应凸轮轮廓的突出部分，五个注塑进料孔形成五边形。
[0010]所述步骤2)中热油的温度不低于150°C。
[0011]由于采用了上述方案，注塑模具的型腔为包括一齿轮和一凸轮连为一体的凸轮轴状的型腔，凸轮轴的齿轮和凸轮注塑为一体，因此，不再需要通过芯轴来完成齿轮和凸轮之间的动力传递，齿轮和凸轮之间的结合面积相当于凸轮端面的面积，可以远远大于芯轴的端面面积，可传递的扭矩更大，使用寿命更长。注塑模具的型腔中设有的型芯，用于成型凸轮轴的轴孔，注塑出的凸轮轴的轴孔直接与发动机内的定轴间隙配合，不产生剥离现象以致振动冲击，凸轮轴的平稳性能好，提高了凸轮轴的使用寿命。而凸轮轴整体为尼龙材料，并且具有轴孔，其重量更轻，使发动机运转的负荷更小，凸轮轴工作中的磨损减少，提高了凸轮轴的使用寿命。注塑模具的型腔对应凸轮轴向端面的模具型腔壁上设置有多个注塑进料孔，多个注塑进料孔分布在凸轮轮廓范围内，凸轮轮廓的基圆部分分布有至少两个注塑进料孔，凸轮轮廓的突出部分分布有至少一个注塑进料孔，形成多个注塑进料孔在凸轮端面的均匀分布。通过多个注塑进料孔同时将尼龙材料注入注塑模具的型腔内，使型腔内的尼龙材料行程较近，注塑时间缩短，距离注塑点远近各处的尼龙温度更为均匀，尤其是所注塑凸轮各部分的注塑时间极短，距离各注塑点的尼龙温度最为均匀，固型过程中，凸轮轴尤其是凸轮各处的变形量一致，最终成型的尼龙凸轮轴成型饱满，注塑表面精度较高，无需再次精加工，减少了制作工序，提高了生产效率高，降低了制作成本。将尼龙凸轮轴脱模后的，及时放入以润滑油为介质的热油中浸泡进行时效处理，所述润滑油为对应发动机工况所使用型号的润滑油，润滑油的温度不低于尼龙凸轮轴处于工况状态下的温度，模拟凸轮轴的使用工况，且浸泡时间不少于两个小时。时效方法可以使润滑油分子能充分注满所注塑凸轮轴的各分子间隙，保证凸轮轴时效处理并自然冷却后变形量的尺寸差异小，易于控制，防止报废。而且，在凸轮轴实际使用过程中，凸轮轴受热后润滑油分子不能再进入凸轮轴内，凸轮轴的变形量极小，不对机器性能产生不良影响。而且由于润滑油可以多次使用，因此不增加制作成本。取出时效处理所得的尼龙凸轮轴，浙干并进行自然冷却，便于运输及回收。本工艺方法在几乎不增加成本的情况下显著改善尼龙凸轮轴的各项性能。
[0012]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的立体示意图。
[0014]附图中，I为凸轮,Ia为基元部分，Ib为突出部分，Ic为注塑进料孔,2为齿轮,3为轴孔。
【具体实施方式】
[0015]参见图1、图2，为发动机尼龙凸轮轴的制造工艺的一种实施例，其包括如下步骤:I)多点注塑成型:取一个注塑模具，该注塑模具的型腔为包括一齿轮2和一凸轮I连为一体的凸轮轴状的型腔，凸轮轴的齿轮2和凸轮I注塑为一体，因此，不再需要通过芯轴来完成齿轮2和凸轮I之间的动力传递，齿轮2和凸轮I之间的结合面积相当于凸轮I端面的面积，可以远远大于芯轴的端面面积，可传递的扭矩更大，使用寿命更长。该型腔中设有用于成型凸轮轴轴孔3的型芯，该型芯的轴心线与凸轮轴的轴心线重合，型芯的直径小于凸轮I基圆直径的一半，以保证凸轮的强度。注塑出的凸轮轴的轴孔3直接与发动机内的定轴间隙配合，凸轮轴在转动过程中与对应的定轴之间不产生振动冲击，平稳性能好，提高了凸轮轴的使用寿命，以保证发动机动力的稳定。凸轮轴整体为尼龙材料，并且具有轴孔3，其重量更轻，使发动机的负荷更小，凸轮轴工作中的磨损较少，提高了凸轮轴的使用寿命。该型腔对应凸轮I的轴向端面的模具型腔壁上设置有多个注塑进料孔lc，多个注塑进料孔Ic分布在凸轮I轮廓范围内，凸轮I轮廓的基圆部分Ia分布有至少两个注塑进料孔lc，凸轮I轮廓的突出部分Ib分布有至少一个注塑进料孔lc，形成多个注塑进料孔Ic在凸轮I端面的均匀分布。通过多个注塑进料孔Ic同时将尼龙材料注入注塑模具的型腔内，使注入的尼龙材料在注塑模具的型腔中固型，形成尼龙凸轮轴。通过多个注塑进料孔Ic同时将尼龙材料注入注塑模具的型腔内，使型腔内的尼龙材料行程较近，注塑时间缩短，距离注塑点远近各处的尼龙温度更为均匀，尤其是所注塑凸轮I各部分的注塑时间极短，距离各注塑点的尼龙温度最为均匀，固型过程中，凸轮轴尤其是凸轮I各处的变形量一致，最终成型的尼龙凸轮轴成型饱满，注塑表面精度较高，无需再次精加工，减少了制作工序，提高了生产效率高，降低了制作成本。
[0016]2)热油时效处理:将尼龙凸轮轴脱模后的，及时放入以润滑油为介质的热油中浸泡进行时效处理，所述润滑油为对应发动机工况所使用型号的润滑油，发动机工作中所使用润滑油为SF 15W-40机油，常用润滑油还有SJ 10W-40机油等。润滑油的温度不低于尼龙凸轮轴处于工况状态下的温度，且浸泡时间不少于两个小时，进一步地，尼龙凸轮轴浸泡过程中，所述步骤2)中热油的温度不低于150°C，本实施例中，热油的温度为150°C，尼龙凸轮轴脱模后就在SF 15W-40油中浸泡2小时，模拟尼龙凸轮轴的使用工况。时效处理可以使润滑油分子能充分注满所注塑凸轮轴的各分子间隙，保证凸轮轴时效处理并自然冷却后变形量的尺寸差异小，易于控制，报废率低。而且，在凸轮轴实际使用过程中，凸轮轴受热后润滑油分子不能再进入凸轮轴内，凸轮轴的变形极小，对发动机性能不产生不良影响。而且由于润滑油可以多次使用，因此不增加制作成本。时效处理之后不可用汽油、煤油等清洗凸轮轴，防止汽油、煤油等杂质进入凸轮轴，影响凸轮轴性能，而且，容易导致凸轮轴使用过程中，杂质进入发动机内污染润滑油。
[0017]3)自然冷却:取出步骤2)时效处理所得的尼龙凸轮轴，浙干并进行自然冷却，便于运输及储存。将浙干尼龙凸轮轴所得的润滑油回收，进行步骤2)中的时效处理。本工艺方法在几乎不增加成本的情况下显著改善尼龙凸轮轴的各项性能。下表为注塑成型后，仅自然冷却和时效处理后并自然冷却凸轮I的轴孔3的孔径D以及凸轮I的长径R的收缩情况:
【权利要求】
1.一种发动机尼龙凸轮轴的制造工艺，其特征在于包括如下步骤: 1)多点注塑成型:取一个注塑模具，该注塑模具的型腔为包括一齿轮和一凸轮连为一体的凸轮轴状的型腔，该型腔中设有用于成型凸轮轴轴孔的型芯，该型腔对应凸轮的轴向端面的模具型腔壁上设置有多个注塑进料孔，多个注塑进料孔分布在凸轮轮廓范围内，凸轮轮廓的基圆部分分布有至少两个注塑进料孔，凸轮轮廓的突出部分分布有至少一个注塑进料孔，通过多个注塑进料孔同时将尼龙材料注入注塑模具的型腔内，使注入的尼龙材料在注塑模具的型腔中固型，形成尼龙凸轮轴； 2)热油时效处理:将尼龙凸轮轴脱模后的，及时放入以润滑油为介质的热油中浸泡进行时效处理，所述润滑油为对应发动机工况所使用型号的润滑油，润滑油的温度不低于尼龙凸轮轴处于工况状态下的温度，且浸泡时间不少于两个小时； 3)自然冷却:取出步骤2)时效处理所得的尼龙凸轮轴，浙干并进行自然冷却。
2.根据权利要求1所述的发动机尼龙凸轮轴的制造工艺，其特征在于:所述步骤I)中的注塑模具上设有三个注塑进料孔，其中，两个注塑进料孔对应凸轮轮廓的基圆部分，另一个注塑进料孔对应凸轮轮廓的突出部分，三个注塑进料孔形成等腰三角形。
3.根据权利要求1所述的发动机尼龙凸轮轴的制造工艺，其特征在于:所述步骤I)中的注塑模具上设有四个注塑进料孔，其中，两个注塑进料孔对应凸轮轮廓的基圆部分，另外两个注塑进料孔对应凸轮轮廓的突出部分，四个注塑进料孔形成等腰梯形。
4.根据权利要求1所述的发动机尼龙凸轮轴的制造工艺，其特征在于:所述步骤I)中的注塑模具上设有五个注塑进料孔，其中，两个注塑进料孔对应凸轮轮廓的基圆部分，另外三个注塑进料孔对应凸轮轮廓的突出部分，五个注塑进料孔形成五边形。
5.根据权利要求1所述的发动机尼龙凸轮轴的制造工艺，其特征在于:所述步骤2)中热油的温度不低于150°C。
【文档编号】B29C45/27GK103921390SQ201410163752
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年4月23日 优先权日:2014年4月23日
【发明者】高进, 杨丹, 胡编 申请人:重庆润通动力制造有限公司