凸輪軸凸輪的磨損及修復(fù)方法

陳麒

（柳州市技工學校）

凸輪機構(gòu)一般是由凸輪、從動件及機架3個構(gòu)件組成的高副機構(gòu)。凸輪通常作連續(xù)等速轉(zhuǎn)動，從動件根據(jù)使用要求設(shè)計，使它獲得一定規(guī)律的運動。凸輪通常在惡劣的條件下工作，例如：在高溫、高轉(zhuǎn)速與變壓力作用下工作，凸輪工作面與搖臂工作面工作時產(chǎn)生劇烈摩擦，造成磨損與刮傷，從而影響設(shè)備的工作精度；在高速機械和重載機械中，凸輪的磨損就變得更為突出，凸輪磨損后，會出現(xiàn)進氣不足、排氣不暢、發(fā)動機功率明顯下降、溫度增高及耗油量增加等現(xiàn)象，致使凸輪軸無法工作而報廢。為此，文章主要從凸輪軸凸輪的磨損及修復(fù)辦法方面進行闡述，以期能為提高凸輪的使用效率提供參考。

1 磨損

凸輪只需設(shè)計適當?shù)耐馆嗇喞?，便可使從動件得到任意的預(yù)期運動，而且結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、設(shè)計方便，因此在自動機床、輕工機械、紡織機械、印刷機械、食品機械、包裝機械及機電一體化產(chǎn)品中得到廣泛應(yīng)用。然而在實際運用過程中，凸輪由于自身的使用特點，又存在一系列的問題，如：1）凸輪與從動件間為點或線接觸，易磨損，只適宜用于傳力不大的場合；2）凸輪輪廓精度要求較高，需用數(shù)控機床進行加工；3）從動件的行程不能過大，否則會使凸輪變得笨重。凸輪在360°的旋轉(zhuǎn)角中，工作面與非工作面的角度分別為124°和236°。部分車型由于“提前角”與“遲后角”不同，工作面并不是124°，但其偏差很小。凸輪軸凸輪在轉(zhuǎn)動過程中，工作面上每一點受搖臂的壓力是不相同的，所以磨損程度也不相同。通常情況下，磨損量與所受搖臂的壓力成正比，即所受搖臂的壓力越大，磨損量也越大。

2 凸輪的修復(fù)

磨損失效后的凸輪一般可以通過修復(fù)來重新使用，將凸輪軸凸輪修復(fù)至標準尺寸最常用的方法有：電弧堆焊（在CO2氣體介質(zhì)中使用普通焊絲或粉劑焊絲），粉末氣熱噴涂（氣體火焰、電弧及等離子焰），感應(yīng)、激光及等離子粉末堆焊，金屬層電焊等。以下主要介紹3種常見的修復(fù)方式。

2.1 堆焊

堆焊作為材料表面改性的一種經(jīng)濟而快速的工藝方法，越來越廣泛地應(yīng)用于各個工業(yè)部門零件的制造修復(fù)中。堆焊是在工件的表面或邊緣進行熔敷一層耐磨、耐蝕及耐熱等性能金屬層的焊接工藝。不同的工件和堆焊焊條要采用不同的堆焊工藝，才能獲得滿意的堆焊效果。對于凸輪在內(nèi)的零件修復(fù)來說，堆焊的常用方法有：氣體保護堆焊（CO2氣體保護電弧堆焊及氬弧焊等）、激光堆焊、感應(yīng)堆焊、振動堆焊、等離子堆焊及冷焊堆焊等。國內(nèi)研究結(jié)果表明：堆焊修復(fù)主要適合于磨損量較大，必須填補大量的材料才能恢復(fù)其原始尺寸的凸輪工作表面。在堆焊材料優(yōu)良、堆焊技術(shù)高超及焊接設(shè)備先進的情況下，氬弧堆焊層可以達到高硬度、無裂紋及無咬邊、夾雜和氣孔的優(yōu)良質(zhì)量，非常適合用于凸輪修復(fù)。

2.2 激光熔覆

激光熔覆亦稱激光包覆或激光熔敷，是一種新的表面改性技術(shù)。它通過在基材表面添加熔覆材料，并利用高能密度的激光束使之與基材表面薄層一起熔凝的方法，在基層表面形成與其為冶金結(jié)合的添料熔覆層。激光熔覆由于其優(yōu)點眾多而廣泛應(yīng)用于凸輪修復(fù)等領(lǐng)域，國內(nèi)的科研工作者已做出了許多有意義的工作，如：利用激光熔覆技術(shù)修復(fù)受損盤形凸輪的實驗結(jié)果表明，該工藝方法能生成具有統(tǒng)一寬度和厚度及固體復(fù)合的覆蓋層；盤形凸輪的表面硬度提高了2～3倍。其他研究表明：激光熔覆后凸輪表面平滑，成型美觀；熱影響區(qū)很窄、變形極??；表面熔覆合金層具有較高的抗磨損性能和比母材高得多的硬度。激光熔覆技術(shù)已不斷在實際生產(chǎn)修復(fù)過程中得到應(yīng)用。

2.3 粉末氣熱噴涂

熱噴涂是指一系列過程，在這些過程中，細微而分散的金屬或非金屬的涂層材料，以一種熔化或半熔化狀態(tài)，沉積到一種經(jīng)過制備的基體表面，形成某種噴涂沉積層。熱噴涂技術(shù)常用于凸輪等零件在各種磨損狀態(tài)下的表面處理和修復(fù)。該方法使凸輪修復(fù)后具有耐磨、耐蝕、隔熱、抗氧化、絕緣、導(dǎo)電及防輻射等各種優(yōu)良性能。常用的熱噴涂方法有火焰噴涂、氧乙火焰粉末噴涂、氧乙火焰線材噴涂、氧乙火焰噴焊、高速火焰噴涂（HOVF）、電弧噴涂、等離子噴涂、大氣等離子噴涂及低壓等離子噴涂等。目前，熱噴焊等工藝用于凸輪修復(fù)已經(jīng)取得良好進展，各項技術(shù)指標完全達到規(guī)定要求，有希望能實現(xiàn)更大規(guī)模的應(yīng)用。

3 展望

國內(nèi)外在凸輪的磨損試、預(yù)防與修復(fù)等方面取得了理論與實用研究的長足進步，但是仍需要引起維修人員和用戶的高度重視。有些修復(fù)方法必須購買或者制造昂貴的設(shè)備，在很多情況下，很多中小企業(yè)中很難行得通，這也需要各企業(yè)根據(jù)自身的生產(chǎn)情況來分析其經(jīng)濟可行性。隨著國內(nèi)生產(chǎn)與修復(fù)技術(shù)的不斷提高，各生產(chǎn)企業(yè)、科研院所也應(yīng)該加強聯(lián)系，實現(xiàn)預(yù)防與修復(fù)的有機結(jié)合，提高凸輪的使用壽命。