[发明专利]提高曲轴的强度的方法和工具

说明书

技术领域

本发明涉及一种提高机轴的承载面的强度，特别是提高曲轴的圆柱面的方法和辊压工具，通过切削预先制备该承载面，其中曲轴的主轴颈及连杆轴颈的圆柱形表面和轴颈的圆柱形表面具有附加的油道。

背景技术

曲轴大规模应用在轿车的内燃机上，数量在百万规模。其中钢制锻造曲轴优先作为高负荷曲轴(比如柴油发动机)使用。铸铁制曲轴的成本则明显更低廉，优先使用在普通负荷的发动机上。发动机发展的进步导致更高的燃气动力，因此也导致更高负荷的曲轴，然而出于能源消耗的原因，轴承尺寸却正在变小(关键词“Downsizing”)。钢制或铸铁制曲轴的轴承的承载能力因此消耗得更为剧烈。

此外高负荷轴承也部分运用在混合摩擦领域，现代运输工具在无负荷状态下通常关闭发动机，这种启动-停止-循环造成了轴承的额外磨损。发动机运转时轴承间隙小于1μm。高负荷轴承模型精度很高，并且由于同轴承套的金属的化学亲和性，要求非常低的表面粗糙度。硬化轴承工作面在曲轴的运输和使用上，以及在轴承承载能力方面具有优势。为了利用这种优势，需要极低的，1/10mm范围的硬化深度。

这种硬化同样可使用在油道的保护上。

并不只有曲轴具有主轴承和连杆轴承以及轴颈的承载面。凸轮轴也具有类似的承载面在气缸阀门的顶端滚动。但不同于曲轴的承载面，凸轮轴承载面的横截面是由一大一小两个圆组成。对于两种机轴同样设置提高承载面的强度。

本领域技术人员已熟知承载面的硬化，比如借助感应硬化或氮化硬化。轴承半径辊压设备也是同样的情况，因此可不需描述本发明范围内的此类设备。相比硬化工艺，辊压是一种低成本且非常环保的方法。在辊压过程中，使工作表面在由工具钢制或硬质合金制的辊压体造成的高压力下成型并辊压。经过辊压的表面的特征在于正的内部应压力达到毫米范围的深度。由此，通过辊压，在后续精加工过程之后，也能保障强度，并使轴承工作面更能抵抗安装运输或发动机运转带来的表面损伤。借此也可减少发动机运转时的轴承磨损。相对摩擦面的滑动轴承套因此能有更长的使用寿命。

因此本发明的目的在于，以辊压取代硬化提高工作面的强度，工作面包括钢制或铸铁制或其他合金制曲轴的主轴承和连杆轴承上的、以及轴颈和法兰直径上的工作面，以此提高内燃发动机的使用寿命。油道强度的提升同样也可以通过以辊压取代硬化实现。

相关技术状况已为申请人所知，特别是通过JP 2006 34 6801 A1和WO 2006/135 014 A1，下面将进行说明。

由JP 2006 34 6801 A1可知，无横向沟槽的曲轴轴颈表面的结构得到了优化，同时使用特殊方式抛光轴颈，即使在有油道的情况下。为此设置了一对相同盘形构造的抛光滚筒。在轴颈上滚动的该抛光滚筒的圆周上具有四个突出部，以相同间隔按轴向分布。相邻突出部之间的间隔大于油道的内径。以此方式抛光的表面明显无法进行后续的微切削深度的切削加工，以致在轴颈内辊压形成波浪结构。油道完全未得到处理。

由WO 2006/135 014 A1可知一种抛光曲轴的方法和工具。一对等高的盘形抛光滚筒相对布置在曲轴轴颈的两侧。曲轴由动力源驱动而旋转。该对抛光滚筒朝彼此远离的方向移动，而该曲轴轴颈由实现曲轴抛光的抛光滚筒的外圆周表面固定。然而该公开文献并未说明是否在抛光的同时使抛光后的轴颈的具有表面构造。

发明内容

本发明的目的由此实现，使用至少一个圆柱形辊压体辊压至少一个承载面，该辊压体具有一种表面构造，并在承载面的宽度上延伸，最后以微切削深度对经过辊压的承载面进行切削加工。

特别可使用3个圆柱形辊压体同时进行辊压。

优选对曲轴的主轴颈和连杆轴颈的圆柱形承载表面进行辊压。而曲轴法兰也可如此处理，以提高其表面强度，并因此避免在运转过程中形成的、可造成渗油的裂缝的产生。

如曲轴的轴颈具有油道，可用同样方式对曲轴的轴颈进行辊压。

优选使用圆柱形辊压体对曲轴的主轴颈和连杆轴颈以及曲轴轴颈进行辊压，该辊压体在油道区域具有一个点状的加厚部分。

使用多个圆柱形辊压体进行辊压，该辊压体具有若干加厚部分在待辊压的圆柱形表面的宽度上彼此相邻。

使用具有表面构造的辊压体进行辊压之后，需要以微切削深度进行切削再加工，以重建承载面的模型精度。这样再加工后的承载面最后还要进行打磨，比如通过抛光或使用激光射线进行表面处理。