[發明專利]激光硬化的曲軸

在審

• 申請號: 201710012856.4
• 申請日: 2017-01-09
• 公開（公告）號: CN106989096A
• 公開（公告）日: 2017-07-28
• 發明（設計）人: 邁克爾·A·考普曼斯
• 申請（專利權）人: 福特汽車公司
• 主分類號: F16C3/06
• 分類號: F16C3/06;F16H53/00;F16C1/00;B23P15/14;C21D1/09;C21D9/30
• 代理公司: 北京銘碩知識產權代理有限公司11286
• 代理人: 王秀君,魯恭誠

技術領域

本公開涉及曲軸和凸輪軸的制造，包括對待硬化已磨削的曲軸或凸輪軸的軸頸、凸輪(lobe)和油封的表面進行激光硬化。

背景技術

曲軸和凸輪軸的制造包括許多步驟。歸因于這些軸的特性以及在其制造期間所需的多個工藝，對于大批量制造需要多達25個操作的較長工作流，這從而限制了生產率。此外，曲軸或凸輪軸的制造工藝通常包括熱處理，隨后是磨削與精加工。這種順序可能導致許多不期望的事件，例如，在磨削操作期間的壓應力損失、軸頸上的頸縮或被硬化的表面區域的百分比不足。

發明內容

公開了一種曲軸硬化方法。該方法可包括：在對待硬化曲軸的表面進行硬化之前，磨削待硬化曲軸的表面，以產生待硬化已磨削曲軸并且在所述曲軸上限定軸頸幾何形狀，從而避免與已硬化曲軸的磨削相關聯的壓應力損失。該方法還可包括：對待硬化已磨削曲軸的表面進行激光硬化以誘發壓應力。所述表面包括主軸頸、銷軸頸、油封上的表面或工作表面。所述表面的硬化深度為0.15mm或更大。所述表面可包括軸頸的至少85％的表面區域。所述方法可包括對鄰近油孔的區域進行硬化，而油孔表面區域無金相變化。該區域可免于發生頸縮。

在另一實施例中，公開了一種硬化軸的方法。該方法可包括：為了避免與硬化之后的磨削相關聯的壓應力損失，在對待硬化軸的表面進行硬化之前，磨削待硬化軸的表面，以產生待硬化已磨削軸；由待硬化已磨削軸的3D模型生成表面硬化圖案；根據表面硬化圖案對所述表面進行激光硬化，以獲得已硬化已磨削的軸并誘發壓應力。所述軸可以是曲軸或凸輪軸。表面硬化圖案可覆蓋一個或更多個軸頸、凸輪、油封上的表面或工作表面。所述一個或更多個軸頸可包括主軸頸或銷軸頸。所述表面的硬化深度可從0.15mm到0.2mm。表面硬化圖案可覆蓋軸頸的至少85％的表面區域。表面硬化圖案可覆蓋緊鄰油孔和/或底切的區域。該區域可免于發生頸縮。

在又一實施例中，公開了一種軟軸硬化的方法。該方法可包括：為了防止誘發與已硬化軸的磨削相關聯的拉伸應力，對軟凸輪軸或軟曲軸的表面進行磨削以產生已磨削軟軸；對已磨削軟軸的表面進行激光硬化，以產生無頸縮的激光硬化表面并誘發壓應力。所述表面可包括主軸頸、銷軸頸、油封、凸輪上的至少一個表面或者一個或更多個工作表面。所述一個或更多個工作表面可包括軸套表面或帶肩壁表面。所述表面的硬化深度可以是0.15mm或更大。所述表面可包括主軸頸的至少85％的表面區域。所述表面可包括緊鄰主軸頸或銷軸頸上的底切的區域，其中，底切無金相變化。

附圖說明

圖1示出了包括根據一個或更多個實施例的曲軸和凸輪軸的示例性的車輛內燃發動機的示意圖。

圖2示出了示例性的待激光硬化的待硬化已磨削的曲軸的前視立體圖。

圖3示出了示例性的待激光硬化的待硬化已磨削的凸輪軸的前視立體圖。

圖4示出了圖2所示的曲軸的一部分的立體圖。

圖5示出了具有感應硬化表面的現有技術的曲軸的一部分的立體圖。

具體實施方式

在此描述了本公開的實施例。然而，應當理解的是，所公開的實施例僅為示例，其它實施例可采用各種可替代的形式。附圖無需按比例繪制；可夸大或最小化一些特征以顯示特定部件的細節。因此，在此公開的具體結構和功能細節不應解釋為限制，而僅作為用于教導本領域技術人員以多種形式利用本發明的代表性基礎。如本領域的普通技術人員將理解的，參照任一附圖示出和描述的各種特征可以與在一個或更多個其它附圖中示出的特征結合，以產生未被明確示出或描述的實施例。示出的特征的組合提供用于典型應用的代表性實施例。然而，與本公開的教導一致的特征的多種組合和變型可被期望用于特定應用或實施方式。

除非明確地指出，否則在本說明書中指示尺寸或者材料特性的所有數值量均應理解為被詞語“大約”修飾以描述本公開的最寬范圍。

首字母縮略詞或其它縮寫詞的首次定義適用于本文中相同縮寫詞的所有后續使用，并準用于最初定義的縮寫詞的正常的語法變體。除非明確地做出相反的說明，否則對特性的測量由前文或后文中針對相同的特性所參照的相同的技術來確定。