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La qualità della combustione di un motore viene bloccata prima che il pistone raggiunga il punto morto superiore. L'albero a camme determina quando si aprono le valvole di aspirazione e di scarico, quanto si sollevano e per quanto tempo rimangono aperte. Un errore del profilo di appena 0,01 mm su un singolo lobo disturba la carica di aria-carburante, sposta la curva di coppia e aumenta la temperatura di scarico. Questo è il motivo per cui i produttori di motori necessitano di alberi a camme di precisione: il componente dichiara il limite massimo per l'efficienza di combustione, la conformità alle emissioni e la durata del sistema di valvole.
L'accuratezza dell'evento della valvola è la più grande influenza meccanica sull'efficienza della combustione dopo la progettazione stessa della camera di combustione. Una valvola di aspirazione che si apre tardi ammette meno carica; una valvola di scarico che si chiude tardi estrae la miscela fresca dal cilindro; un fianco del lobo usurato modifica la velocità di sede della valvola e destabilizza gli alzavalvole idraulici. Ognuno di questi guasti inizia come una deviazione nella geometria del lobo della camma.
La calibrazione del motore presuppone una relazione fissa tra l'angolo dell'albero motore e la posizione della valvola. Quando la fasatura dell'albero a camme si sposta da quella mappa anche di 0,5 gradi, la miscela aria-carburante, la frazione di gas residuo e il margine di detonazione cambiano. Le conseguenze pratiche sono misurabili: la coppia di picco si allontana dal regime target del motore, la temperatura dei gas di scarico aumenta e la produzione di NOx aumenta. Gli alberi a camme di precisione mantengono questo rapporto all'interno dell'involucro di taratura dal primo ciclo di cottura fino al termine del periodo di garanzia.
Gli alberi a camme di precisione sono specificati in micron e gradi angolari, non in affermazioni generali sulla qualità. L'ispezione in entrata di un produttore di motori blocca cinque parametri e ciascuno ha una conseguenza meccanica diretta.
| Parametro | Tolleranza produttiva | Conseguenza della deviazione |
| Errore nella forma del profilo del lobo | fino a 0,010 mm | Accelerazione della valvola modificata, rumore dell'alzavalvola |
| Eccentricità del cerchio base | fino a 0,025 mm | Instabilità del gioco delle valvole a regime motore ascensore |
| Diametro del giornale | fino a 0,020 mm | Stabilità indebolita del film d'olio, con conseguente rischio di usura |
| Deviazione della fase della camma | fino a 0,5 gradi | Spostamento del picco di coppia, temperatura di scarico più elevata |
| Rugosità superficiale dei lobi Ra | fino a 0,40 micron | Usura più rapida dei lobi, maggiori perdite per attrito |
Questi valori sembrano piccoli presi isolatamente ma si compongono all'interno di un treno di valvole completo. L'eccentricità del cerchio di base di 0,025 mm modifica l'alzata effettiva della valvola ad alti regimi e una superficie ruvida del lobo accelera l'usura che cancella la geometria originale. Per l'approvazione della produzione, il fornitore deve dimostrare il controllo di tutti e cinque i parametri attraverso le registrazioni delle misurazioni, non solo un singolo rapporto del primo articolo.
La precisione è temporanea se la superficie del lobo non può sopportare il carico di servizio. I materiali dell'albero a camme bilanciano durezza, tenacità e producibilità. La ghisa refrigerata è adatta ai motori di produzione compatti; il ferro nodulare trasporta carichi meccanici più elevati; l'acciaio legato temprato è adatto a cicli di lavoro ad alta portanza, ad alto numero di giri e turbocompressi.
Il percorso del trattamento termico determina se il lobo mantiene il suo profilo rettificato durante l'intero intervallo di manutenzione. KORBOR seleziona leghe ad alte prestazioni e applica rinvenimento, cementazione e tempra per aumentare resistenza, durezza e resistenza all'usura. La tabella seguente riassume gli intervalli tipici di durezza dei lobi forniti da questi processi.
Un albero a camme preciso è un risultato; migliaia di alberi a camme identici costituiscono un sistema di produzione. I produttori di motori valutano i fornitori in base alla coerenza statistica, non in base a una singola ispezione del primo articolo. Il fornitore deve dimostrare il controllo sulla materia prima, sulla lavorazione, sul trattamento termico e sulla metrologia finale di ogni lotto.
Anhui KORBOR Machinery Co., Ltd. ha dedicato 25 anni alla produzione di alberi a camme e solo alberi a camme. Suo Sistema di qualità IATF 16949:2016 applica in ogni fase, e in tutta l'azienda, un concetto di produzione a zero difetti capacità produttiva annua supera i 2,3milioni di set di alberi a camme.
Il gamma di prodotti per alberi a camme per autoveicoli da solo copre più di 800 codici, mentre il Catalogo alberi a camme per moto aggiunge più di 600 modelli. I produttori di motori si affidano sempre più a fornitori in grado di gestire più famiglie di motori con la stessa disciplina di processo.
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Metrologia del pezzo singolo, certificato del materiale, un test di durezza e revisione visiva del profilo del lobo. Accettabile solo per la convalida del progetto.
Controllo statistico del processo, controlli della durezza a livello di lotto, ispezione della concentricità su ogni parte e tracciabilità completa dalla fusione alla macinazione finale. Questa è la condizione di rilascio per le linee del motore.
I produttori di motori richiedenti di alberi a camme di precisione perché la precisione dell'evento della valvola controlla direttamente la combustione, le emissioni e la durata. Una deviazione temporale di soli 0,5 gradi sposta la curva di coppia e un errore del profilo del lobo nell'intervallo di 0,010 mm altera l'accelerazione della valvola e la stabilità dell'alzavalvola.
L'errore di forma del profilo del lobo, generalmente mantenuto a 0,010 mm o più stretto, è il valore più critico sul disegno. Imposta l'accelerazione della valvola, la velocità di seduta e il rumore del treno di valvole. L'eccentricità del cerchio di base e il diametro del perno seguono da vicino perché determinano la stabilità del film d'olio e la consistenza del gioco delle valvole ad alta velocità.
Il trattamento termico converte un lobo smerigliato in una superficie dura che resiste all'usura. La durezza o la profondità irregolare della cassa provocano usura locale e il lobo perde rapidamente il suo profilo originale. Tempra ad induzione, cementazione e nitrurazione sono i percorsi comuni, scelti in base allo stress da contatto e al ciclo di lavoro del motore di destinazione.
La norma IATF 16949:2016 costituisce la base di riferimento del settore per la produzione di alberi a camme nel settore automobilistico. Richiede il controllo statistico del processo, la completa tracciabilità dei materiali e il miglioramento continuo lungo tutta la catena di produzione. Il sistema di qualità del fornitore dovrebbe essere controllato altrettanto rigorosamente quanto la sua capacità di lavorazione.
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