專利名稱：在曲軸支承軸頸和凸緣之間的過渡區(qū)進(jìn)行深度軋制的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用深度軋輥(deep-rolling cylinder)在曲軸支承點(diǎn)的相鄰?fù)咕壟c支承軸頸之間過渡區(qū)上進(jìn)行半徑或圓角深度軋制的方法。在曲軸轉(zhuǎn)動時，所述深度軋輥被深度軋制作用力壓進(jìn)過渡區(qū)的半徑或圓角中，直至到達(dá)預(yù)定的壓縮深度。
背景技術(shù)：
對曲軸支承軸頸上的圓角進(jìn)行深度軋制所用的深度軋制工具已為人知，例如，從US6,393,885 B1中就可了解這種工具。通過已知的深度軋制方法，在曲軸圓角的金屬中產(chǎn)生內(nèi)壓應(yīng)力，其中，這些壓應(yīng)力可延伸至例如4mm的深度。正如已知的那樣，深度軋輥的倒圓半徑的實際值應(yīng)以下述方式確定，即倒圓半徑處于曲軸上圓角的制造公差范圍內(nèi)。如果深度軋輥的倒圓半徑與所述圓角的半徑大致一致，則可取得令人滿意的結(jié)果。在曲軸轉(zhuǎn)動而在圓角的金屬中產(chǎn)生集中的內(nèi)壓應(yīng)力的型式時，由深度軋輥施加的深度軋制作用力可以增大或減小，所述圓角是曲軸承受最大荷載的區(qū)域。正如已知的那樣，深度軋制作用力的強(qiáng)度以及圓角軋制道次的數(shù)量可以預(yù)先確定，以取得最佳的疲勞強(qiáng)度。另外還有益于增大曲軸支承軸頸的實際寬度。但是，為了增大軸頸的有效寬度而利用具有更小和復(fù)合倒圓半徑的深度軋輥，以便深度軋制所述圓角，從而使圓角也實現(xiàn)具有較小的半徑。在美國專利披露的信息最終歸結(jié)于深度軋制的作用力，這種作用力由支承輥分配并且被傳輸?shù)缴疃溶堓伒臋M向臺肩表面上。然后，深度軋制作用力的分力再由深度軋輥重新組合并被這些圓柱傳輸?shù)綀A角上，這樣，支承軸頸的圓角就被深度軋制和壓縮。與現(xiàn)有技術(shù)中的已知狀況相比，用支承輥分配深度軋制作用力減小了深度軋輥的磨損。
特別是DE19740290 A1披露了一種曲軸深度軋制方法。根據(jù)該方法不僅可降低軋制作用力，因而顯著減小圓柱的磨損，而且還使內(nèi)應(yīng)力在曲軸上的空間分布及其強(qiáng)度方面得到最優(yōu)化。該方法還可對高強(qiáng)度材料進(jìn)行深度軋制。因此，在深度軋制過程中，這種已知的方法有可能提高材料的應(yīng)力，例如，可提高過渡區(qū)或凹割半徑上的材料應(yīng)力，所述過渡區(qū)或凹割半徑在操作過程中承受特別高的荷載，也就是說，通過這種方式，即在軋制壓力降低的情況下仍可得到較高的內(nèi)應(yīng)力。這樣就又可能增大過渡區(qū)或凹割半徑，從而減少在這些位置產(chǎn)生的刻痕作用。
從DE10060219 A1中還可以知道，通過多個測徑規(guī)來測定深度軋制曲軸的質(zhì)量，所述多個測徑規(guī)分別被分配給曲軸主軸承之一。根據(jù)測量結(jié)果，除第一次深度軋制操作外，還可進(jìn)行另一次深度軋制操作，以便有目的地再軋制各個支承點(diǎn)的半徑或圓角。上述支承點(diǎn)的整個圓周或只是其中一部分可進(jìn)行再軋制加工。曲軸的各個主軸承或軸頸上的半徑或圓角可以包含在再軋制加工中。
與現(xiàn)有技術(shù)狀況相比，可以確定，這種過渡區(qū)的深度軋制會在曲軸的半徑或圓角中產(chǎn)生內(nèi)壓應(yīng)力，其中，在深度軋制表面之下0.6mm和1.2mm之間的深度上存在最大的內(nèi)壓應(yīng)力。在過渡區(qū)中由于曲軸運(yùn)轉(zhuǎn)變形呈旋轉(zhuǎn)彎曲狀態(tài)而產(chǎn)生最大的應(yīng)力。運(yùn)轉(zhuǎn)的彎曲應(yīng)力疊加有深度軋制產(chǎn)生的內(nèi)壓應(yīng)力，因而使屈服點(diǎn)超出。然后，內(nèi)壓應(yīng)力變?nèi)酢?br> 在深度軋制過渡區(qū)的表面上可觀察到初裂，其中，這些裂紋延伸至所述表面之下產(chǎn)生最高內(nèi)壓應(yīng)力的深度地方。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是通過深度軋制來提高曲軸的疲勞強(qiáng)度，這樣，曲軸的運(yùn)轉(zhuǎn)就不會在過渡區(qū)的深度軋制表面上產(chǎn)生任何初裂。
根據(jù)本發(fā)明，上述目的是通過深度軋制支承軸頸和曲軸支承點(diǎn)的相鄰?fù)咕壷g過渡區(qū)來實現(xiàn)的，其中，所述過渡區(qū)用第一深度軋輥進(jìn)行初步深度軋制，所述第一深度軋輥的半徑與有關(guān)過渡區(qū)或圓角的半徑密切比(osculating ratio)在1和0.85之間，也就是說，用第一深度軋制作用力在深度軋制的表面之下1mm和2mm之間的過渡區(qū)中產(chǎn)生最大內(nèi)壓應(yīng)力；以及隨后用第二深度軋輥對上述過渡區(qū)再軋制，所述第二深度軋輥的半徑小于第一深度軋輥的半徑，也就是說，除了用第一深度軋輥取得塑性變形外，第二深度軋輥用如此大小的第二深度軋制作用力在過渡區(qū)的深度軋制表面上進(jìn)一步產(chǎn)生塑性變形。
第二次軋制加工使初始軋制過程中產(chǎn)生的最大內(nèi)壓應(yīng)力更加靠近所述表面。這樣就產(chǎn)生了新型式的內(nèi)壓應(yīng)力，該內(nèi)壓應(yīng)力更靠近深度軋制表面，從而防止形成初裂。
例如，在第二次深度軋制操作中，可用第二深度軋制工具對所述表面進(jìn)行再軋制。但是，也可以設(shè)想以這種方式構(gòu)造深度軋制工具，即用數(shù)個不同倒圓半徑的深度軋輥組合起來并連續(xù)接合在一起。
如果用第一深度軋輥取得的壓縮深度約為0.2mm，而用第二深度軋輥取得的附加壓縮深度約為0.05mm，這是很有益的，這意味著總壓縮深度量達(dá)到0.25mm。
下面將對本發(fā)明的一個實施例進(jìn)行更詳細(xì)的描述。


圖中示出曲軸支承點(diǎn)過渡區(qū)的放大詳圖。
具體實施例方式
曲軸1具有支承軸頸3和凸緣4，它們通過圓角2相互變換。圓角2具有半徑6。在深度軋制加工之前，圓角2具有虛線15所示的輪廓。
線8所示的表面是在用具有半徑5的第一深度軋輥(未示出)進(jìn)行深度軋制加工之后得到的。例如，與表面8有關(guān)的法線12到達(dá)第一壓縮深度10。所述壓縮深度10與曲軸1材料中的內(nèi)壓應(yīng)力16相適應(yīng)，如圖所示，該內(nèi)壓應(yīng)力16的最大值7遠(yuǎn)在深度軋制表面8之下的地方。
根據(jù)本發(fā)明，用具有半徑14的第二深度軋輥(未示出)對深度軋制的表面8再軋制。這樣在圓角2中產(chǎn)生由線9所示的附加塑性變形。這樣沿著法線12方向在初始壓縮深度10下面獲得附加壓縮深度11。第一壓縮深度10約為0.2mm，而附加壓縮深度11約為0.05mm。這樣就同時導(dǎo)致在曲軸材料的過渡區(qū)2中產(chǎn)生近表面內(nèi)壓應(yīng)力13，其中，在曲軸12的運(yùn)行過程中，這種內(nèi)壓應(yīng)力可防止在法線12方向的表面9上產(chǎn)生初裂。從而這樣有效地提高了曲軸1的疲勞強(qiáng)度。
參考符號目錄1、曲軸 2、圓角 3、支承軸頸 4、凸緣 5、壓縮深度6、圓角半徑 7、最大內(nèi)壓應(yīng)力 8、深度軋制的表面9、附加塑性變形 10、第一壓縮深度 11、第二壓縮深度12、法線 13、近表面內(nèi)壓應(yīng)力 14、較小半徑 15、輪廓16、內(nèi)壓應(yīng)力
權(quán)利要求
1.一種用深度軋輥在支承軸頸和曲軸支承點(diǎn)的相鄰?fù)咕壷g的過渡區(qū)進(jìn)行半徑或圓角深度軋制的方法，在曲軸轉(zhuǎn)動時所述深度軋輥在深度軋制作用力下壓進(jìn)過渡區(qū)的半徑或圓角中，直至到達(dá)預(yù)定的壓縮深度，其特征在于，所述過渡區(qū)用第一深度軋輥進(jìn)行初步深度軋制，所述第一深度軋輥的半徑與有關(guān)過渡區(qū)或圓角的半徑密切比在1和0.85之間，也就是說，用第一深度軋制作用力在深度軋制的表面之下深度1mm和2mm之間的過渡區(qū)中產(chǎn)生最大內(nèi)壓應(yīng)力；以及隨后用第二深度軋輥對上述相同過渡區(qū)再軋制，所述第二深度軋輥的半徑小于第一深度軋輥的半徑，也就是說，除了用第一深度軋輥取得塑性變形外，第二深度軋輥用如此大小的第二深度軋制作用力，使得在過渡區(qū)的深度軋制表面上進(jìn)一步產(chǎn)生塑性變形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，用第一深度軋輥取得的壓縮深度約為0.2mm，而用第二深度軋輥取得的附加壓縮深度約為0.05mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用深度軋輥在支承軸頸(3)和曲軸(1)支承點(diǎn)相鄰?fù)咕?4)之間過渡區(qū)上進(jìn)行半徑或圓角(2)深度軋制的方法，在曲軸(1)轉(zhuǎn)動時，所述深度軋輥被深度軋制作用力壓進(jìn)過渡區(qū)的半徑或圓角(2)中，直至到達(dá)預(yù)定的壓縮深度(10)。用第一深度軋輥對過渡區(qū)進(jìn)行初步深度軋制，所述第一深度軋輥的半徑(6)與相關(guān)過渡區(qū)或圓角(2)的半徑密切比在1和0.85之間，也就是說，用第一深度軋制作用力在深度軋制的表面(8)之下深度1mm和2mm之間的過渡區(qū)中產(chǎn)生最大內(nèi)壓應(yīng)力(7)。隨后用第二深度軋輥對上述過渡區(qū)再軋制，所述第二深度軋輥的半徑(14)小于第一深度軋輥(5)的半徑，其大小這樣選擇，要使除用第一深度軋輥取得塑性變形外，還要使第二深度軋輥在過渡區(qū)的深度軋制表面(8)上進(jìn)一步產(chǎn)生塑性變形(11)。
文檔編號B24B39/04GK1541805SQ20041000673
公開日2004年11月3日 申請日期2004年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月26日
發(fā)明者阿爾弗雷德·海曼, 阿爾弗雷德 海曼 申請人:黑根沙伊特-Mfd有限公司及兩合公司