凸轮轴凸轮的磨损及修复方法

陈麒

（柳州市技工学校）

凸轮机构一般是由凸轮、从动件及机架3个构件组成的高副机构。凸轮通常作连续等速转动，从动件根据使用要求设计，使它获得一定规律的运动。凸轮通常在恶劣的条件下工作，例如：在高温、高转速与变压力作用下工作，凸轮工作面与摇臂工作面工作时产生剧烈摩擦，造成磨损与刮伤，从而影响设备的工作精度；在高速机械和重载机械中，凸轮的磨损就变得更为突出，凸轮磨损后，会出现进气不足、排气不畅、发动机功率明显下降、温度增高及耗油量增加等现象，致使凸轮轴无法工作而报废。为此，文章主要从凸轮轴凸轮的磨损及修复办法方面进行阐述，以期能为提高凸轮的使用效率提供参考。

1 磨损

凸轮只需设计适当的凸轮轮廓，便可使从动件得到任意的预期运动，而且结构简单、紧凑、设计方便，因此在自动机床、轻工机械、纺织机械、印刷机械、食品机械、包装机械及机电一体化产品中得到广泛应用。然而在实际运用过程中，凸轮由于自身的使用特点，又存在一系列的问题，如：1）凸轮与从动件间为点或线接触，易磨损，只适宜用于传力不大的场合；2）凸轮轮廓精度要求较高，需用数控机床进行加工；3）从动件的行程不能过大，否则会使凸轮变得笨重。凸轮在360°的旋转角中，工作面与非工作面的角度分别为124°和236°。部分车型由于“提前角”与“迟后角”不同，工作面并不是124°，但其偏差很小。凸轮轴凸轮在转动过程中，工作面上每一点受摇臂的压力是不相同的，所以磨损程度也不相同。通常情况下，磨损量与所受摇臂的压力成正比，即所受摇臂的压力越大，磨损量也越大。

2 凸轮的修复

磨损失效后的凸轮一般可以通过修复来重新使用，将凸轮轴凸轮修复至标准尺寸最常用的方法有：电弧堆焊（在CO2气体介质中使用普通焊丝或粉剂焊丝），粉末气热喷涂（气体火焰、电弧及等离子焰），感应、激光及等离子粉末堆焊，金属层电焊等。以下主要介绍3种常见的修复方式。

2.1 堆焊

堆焊作为材料表面改性的一种经济而快速的工艺方法，越来越广泛地应用于各个工业部门零件的制造修复中。堆焊是在工件的表面或边缘进行熔敷一层耐磨、耐蚀及耐热等性能金属层的焊接工艺。不同的工件和堆焊焊条要采用不同的堆焊工艺，才能获得满意的堆焊效果。对于凸轮在内的零件修复来说，堆焊的常用方法有：气体保护堆焊（CO2气体保护电弧堆焊及氩弧焊等）、激光堆焊、感应堆焊、振动堆焊、等离子堆焊及冷焊堆焊等。国内研究结果表明：堆焊修复主要适合于磨损量较大，必须填补大量的材料才能恢复其原始尺寸的凸轮工作表面。在堆焊材料优良、堆焊技术高超及焊接设备先进的情况下，氩弧堆焊层可以达到高硬度、无裂纹及无咬边、夹杂和气孔的优良质量，非常适合用于凸轮修复。

2.2 激光熔覆

激光熔覆亦称激光包覆或激光熔敷，是一种新的表面改性技术。它通过在基材表面添加熔覆材料，并利用高能密度的激光束使之与基材表面薄层一起熔凝的方法，在基层表面形成与其为冶金结合的添料熔覆层。激光熔覆由于其优点众多而广泛应用于凸轮修复等领域，国内的科研工作者已做出了许多有意义的工作，如：利用激光熔覆技术修复受损盘形凸轮的实验结果表明，该工艺方法能生成具有统一宽度和厚度及固体复合的覆盖层；盘形凸轮的表面硬度提高了2～3倍。其他研究表明：激光熔覆后凸轮表面平滑，成型美观；热影响区很窄、变形极小；表面熔覆合金层具有较高的抗磨损性能和比母材高得多的硬度。激光熔覆技术已不断在实际生产修复过程中得到应用。

2.3 粉末气热喷涂

热喷涂是指一系列过程，在这些过程中，细微而分散的金属或非金属的涂层材料，以一种熔化或半熔化状态，沉积到一种经过制备的基体表面，形成某种喷涂沉积层。热喷涂技术常用于凸轮等零件在各种磨损状态下的表面处理和修复。该方法使凸轮修复后具有耐磨、耐蚀、隔热、抗氧化、绝缘、导电及防辐射等各种优良性能。常用的热喷涂方法有火焰喷涂、氧乙火焰粉末喷涂、氧乙火焰线材喷涂、氧乙火焰喷焊、高速火焰喷涂（HOVF）、电弧喷涂、等离子喷涂、大气等离子喷涂及低压等离子喷涂等。目前，热喷焊等工艺用于凸轮修复已经取得良好进展，各项技术指标完全达到规定要求，有希望能实现更大规模的应用。

3 展望

国内外在凸轮的磨损试、预防与修复等方面取得了理论与实用研究的长足进步，但是仍需要引起维修人员和用户的高度重视。有些修复方法必须购买或者制造昂贵的设备，在很多情况下，很多中小企业中很难行得通，这也需要各企业根据自身的生产情况来分析其经济可行性。随着国内生产与修复技术的不断提高，各生产企业、科研院所也应该加强联系，实现预防与修复的有机结合，提高凸轮的使用寿命。