CN100439661C - 凸轮轴、制造用于凸轮轴的凸轮的方法以及制造用于凸轮轴的轴的方法 - Google Patents

Abstract

一种制造用于凸轮轴的凸轮的方法，该方法包括以下步骤：向其体积比最终产品大预定量的坯料连续施加多个冷锻步骤，包括预成型镦锻、成型压延、对内外直径表面同时穿孔、在内径表面上将多余量压制成型为毛边、冲压内径表面以从内径表面中去除毛边以及同时压平内外径表面。可以消除凸轮(轮廓)表面的最终精加工(机加工)，并且可以提供具有高尺寸精度的用于凸轮轴的凸轮的最终产品。

Description

凸轮轴、制造用于凸轮轴的凸轮的方法以及制造用于凸轮轴的轴的方法

技术领域

本发明涉及一种用于打开和闭合发动机阀的凸轮轴、制造用于凸轮轴的凸轮的方法以及制造用于凸轮轴的轴的方法。

背景技术

已知一种组装式凸轮轴，它可以与汽油机等的曲柄轴成共轴关系转动，以便控制打开和闭合汽油机的进气阀和排气阀的时间选择。

组装式凸轮轴具有金属管形式的轴，该金属管形式的轴通过压配等手段固定地安装在形成在凸轮件中的轴插入孔中。

在日本公开特许公报No.8-90139中披露了用于制造上述类型凸轮轴的一种传统方法。根据所披露的方法，将其体积与所要生产的凸轮对应的细长钢圆杆加热到1250-1280℃，然后通过打击进行热锻工艺。

日本公开特许公报No.2001-355709和日本公开特许公报No.2002-147572披露了采用精密冲裁来减小模具引起的变形的技术原理，以便实现所期望的成型精度并且降低制造成本。

根据在日本公开特许公报No.8-90139中披露的热锻工艺，在锻压产品的表面上形成氧化物层，并且另外通过打击在锻压产品的表面上产生出皱纹和夹杂物。因此，必须对锻压产品进行精加工。

根据在日本公开特许公报No.2001-355709和日本公开特许公报No.2002-147572中披露的精密冲裁工艺，由于精密冲裁基本上是一种剪切工艺，所以它必须按照使破裂表面或模具引起的变形最小的方式进行。如果在所生产出的凸轮表面上形成破裂表面和模具引起的变形，则在凸轮表面挤压阀时在凸轮上的表面压力容易局部增大。

该组装式凸轮轴包括一凸轮和一轴，它们相互一体地组合在一起。如果凸轮在轴上滑动，则操作凸轮轴的曲柄轴和由凸轮轴操作的阀相互不同步。鉴于这种问题，日本公开特许公报No.7-293666提出了一种在凸轮的装配孔中提供防转机构的技术。

日本公开特许公报No.11-107712披露了一种将凸轮装配在中空轴上同时通过塑性变形接合该轴以使凸轮固定在适当位置的技术。

在日本公开特许公报No.7-29366和日本公开特许公报No.11-107712中所披露的这些技术都需要用于提供防转机构的机加工过程。另外，该防转机构使得轴和凸轮形状复杂。

日本公开特许公报No.52-50963披露了一种通过冷锻来以低成本形成凸轮轴的技术。

在日本公开特许公报No.52-50963中所披露的技术涉及用于制动鼓的凸轮轴的生产，其中凸轮轴与平板形式的凸轮组合在一起。但是，所披露的技术不适用于生产发动机凸轮轴，因为采用了不同类型的凸轮来打开和闭合发动机中的阀。

在单独生产轴和凸轮然后组装成凸轮轴的情况下，必须对轴和凸轮进行机加工以形成防转机构，以便防止凸轮相对于凸轮轴转动。因此，需要额外的机加工过程以形成这种防转机构。另外，因为防转机构结合在其中，所以轴和凸轮往往形状复杂。

发明内容

本发明的一个目的在于提供这样一种凸轮轴，它能够以更少的制造步骤制造出，从而能够实现更高的生产率。

本发明的另一个目的在于提供一种通过进行连续冷锻步骤制造用于凸轮轴的凸轮的方法，由此省去了最终精加工(机加工)过程，并且实现了高尺寸精度。

本发明的又一个目的在于提供一种用更少的制造步骤数来制造用于凸轮轴的轴的方法，其中压配在轴上的凸轮更不容易周向地滑动。

根据本发明，凸轮轴包括由冷锻形成的轴，其中将粉末润滑剂施加在凸轮轴的表面上，并且通过将凸轮压配在轴上来将凸轮安装在轴上。

通过这样将凸轮压配在轴上，从而使凸轮牢固地固定在轴上，并且无需额外的工艺步骤来固定凸轮。由于通过压配使凸轮固定在适当位置，所以无需防转机构或无需任何形成防转机构的过程。因此，可以采用更少的步骤数制造出该凸轮轴，由此能够实现更高的生产率。由于轴自身通过冷锻成型，所以进一步提高了生产率。

粉末润滑剂可以为石灰或硼砂。

如果轴具有通过剪切形成的平面，则该轴能够避免与另一个构件(例如连杆)等干涉。用于形成平面的剪切过程保持了已经通过冷锻形成的轴的尺寸精度。

如果轴具有通过剪切在其侧面形成的切割面，则该轴可以避免与另一个构件(例如连杆)等干涉。用于形成切割面的剪切过程保持了已经由冷锻形成的轴的尺寸精度。

凸轮可以具有形成在其中的轴插入孔。该轴插入孔能够很容易通过冲孔在凸轮中形成。

凸轮轴还可以包括安装在轴上的齿轮，其中该齿轮压配在轴上。该齿轮可以由合成树脂制成，并且可以具有在沿中心设置在其中的金属衬套，其中该金属衬套压配在轴上。

轴可以具有在其两侧上形成不同直径的台阶。在通过抵靠在该台阶上来使凸轮定位时，能够很容易精确地使凸轮定位。

根据本发明，还提供了一种制造用于发动机凸轮轴的凸轮的方法。根据该方法，在其体积比最终产品大预定量的锻压坯料上进行预成型镦锻，由此形成具有初步形状的第一冷锻体。

在第一冷锻体上进行成型压延以形成第二冷锻体，其中第二冷锻体具有多余的材料，该材料沿着其外形流动，并且在其外表面上形成为毛边。

对第二冷锻体进行冲压以在其上同时形成内外表面，由此形成第三冷锻体，其中从外表面去除了毛边并且在其中形成了其直径小于用于凸轮轴的轴插入孔的排料孔(relief hole)。

将第三冷锻体压制成具有预定厚度的第四冷锻体，其中多余材料在其内表面上形成为毛边。

冲压该第四冷锻体以从内表面去除毛边，由此形成具有与轴插入孔对应的孔的第五冷锻体。

最后，在其内外表面上同时压平该第五冷锻体，由此形成最终产品。这样生产出的最终产品无需精加工过程，例如在凸轮(轮廓)面上进行切割或抛光过程，并且具有所期望的尺寸精度和表面粗糙度。

当在锻坯上进行预成型镦锻时，在第一冷锻体的周边部分上可以形成第一和第二斜面。第一斜面形成在第一冷锻体的位于通过在外表面上进行成型压延形成的毛边附近的表面的周边部分上，第二斜面形成在第一冷锻体的与其上述表面相对的表面的周边部分上，其中第一斜面其面积大于第二斜面。由于第一斜面的面积大于第二斜面的面积，所以可以顺利地进行成型压延过程。

根据本发明，还提供了一种制造用于发动机凸轮轴的轴的方法，该方法包括以下步骤：用粉末润滑剂涂覆圆柱形坯料的外圆周表面；轴向挤压坯料的端部以将该坯料压延成具有多种直径的工件；轴向挤压工件的端部并且固定其相对端部，以便使工件的一部分径向向外扩展成环形扩展部分；以及将环形扩展部分轴向挤压成凸缘，同时将工件压延成具有多种直径的工件，其中通过冷锻进行轴向挤压坯料的端部和工件的端部的步骤。

通过在用粉末润滑剂涂覆之后冷锻坯料，从而压配在轴上的凸轮更不容易沿着圆周方向滑动，并且能够用更少的步骤数制造出精制的最终产品。

附图说明

图1为结合有通过根据本发明一实施方案的制造用于凸轮轴的凸轮的方法制造出的凸轮轴的发动机的示意图；

图2为图1所示的凸轮轴的透视图；

图3为用于制造用于根据本发明一实施方案的凸轮轴的凸轮的制造过程的流程图；

图4为切割成预定长度的坯料的平面图；

图5为该坯料的轴向剖视图；

图6为该坯料的透视图；

图7为在通过第一冷锻模具组件对坯料进行预成型镦锻时所生产出的第一冷锻体的平面图；

图8为第一冷锻体的轴向剖视图；

图9为第一冷锻体的透视图；

图10为第一冷锻模具组件的轴向剖视图；

图11为在图8中所示的第一冷锻体的局部放大轴向剖视图；

图12为在通过第二冷锻模具组件对第一冷锻体进行成型压延时生产出的第二冷锻体的平面图；

图13为第二冷锻体的轴向剖视图；

图14为第二冷锻体的透视图；

图15为第二冷锻模具组件的轴向剖视图；

图16为在通过第三冷锻模具组件冲压第二冷锻体以同时形成内外表面时所产生出的第三冷锻体的平面图；

图17为第三冷锻体的轴向剖视图；

图18为第三冷锻体的透视图；

图19为第三冷锻模具组件的轴向剖视图；

图20为在通过第四冷锻模具组件压制第三冷锻体以形成作为毛边的多余材料时所产生出的第四冷锻体的平面图；

图21为第四冷锻体的轴向剖视图；

图22为第四冷锻体的透视图；

图23为第四冷锻模具组件的轴向剖视图；

图24为在通过第五冷锻模具组件冲压第四冷锻体以从其内表面去除毛边时所生产出的第五冷锻体的平面图；

图25为第五冷锻体的轴向剖视图；

图26为第五冷锻体的透视图；

图27为第五冷锻模具组件的轴向剖视图；

图28为在通过第六冷锻模具组件同时在第五冷锻体内外表面上压平时所产生出的最终产品的平面图；

图29为最终产品的轴向剖视图；

图30为最终产品的透视图；

图31为第六冷锻模具组件的轴向剖视图；

图32为轴的侧视图；

图33为用于在轴上形成平面的切割夹具的分解透视图；

图34为形成凸轮轴的工艺的流程图；

图35显示出其中在涂覆润滑剂的同时压延坯料的方式；

图36显示出其中压延从坯料切出的工件的方式；

图37显示出其中对工件进行机加工以形成凸缘的方式；

图38显示出其中精加工工件的方式；以及

图39为模具的台阶的放大剖视图。

具体实施方式

下面将参照这些附图对根据本发明一实施方案的凸轮轴、制造用于凸轮轴的凸轮的方法以及制造用于凸轮轴的轴的方法进行详细说明。

图1示意性地显示出结合有通过根据本发明一实施方案的制造用于凸轮轴的凸轮的方法制造出的组装式凸轮轴10的发动机12。该凸轮轴10用在发动机12中，该发动机例如可以为单缸发动机。凸轮轴10与曲柄轴14的转动同步地向上推压推杆16(显示出一个)，以便操作摇臂18(显示出一个)，以打开和闭合阀20。

阀20包括两个阀，即进气阀和排气阀，它们与相应的摇臂18和相应的推杆16相连。凸轮轴10具有两个凸轮22、24，它们在角度上相互保持异相，即在角度上相互间隔开，以便单独向上推压相应的推杆16。

如图2所示，凸轮轴10具有通过冷锻形成的轴26、压配在轴26上的凸轮22、24以及由合成树脂(例如尼龙)制成的安装在轴26的一个端部上的齿轮28，该齿轮28与在曲柄轴14上的驱动齿轮14a(参见图1)保持啮合，以使轴26绕着其自身轴线转动。齿轮28具有设置在其中央的金属衬套28a，它根据例如JIS G4051由碳钢例如S35C(含碳量在0.32至0.38重量％的用在机器和结构中的碳钢)制成。金属衬套28a压配在轴26上。

优选在将金属衬套28a插入在适当位置中的情况下，通过注塑成型合成树脂来形成齿轮28。由于金属衬套28a安装在齿轮28中，所以齿轮28能够可靠地压配并且紧固在轴26上。合成树脂齿轮28可以采用例如注塑成型工艺以高生产效率制造出，并且比金属齿轮更轻。

但是，该齿轮28也可以根据发动机12的技术要求通过压制、机加工或烧结用金属制成。

凸轮22、24的每一个具有保持与推杆16的下端面接触以便向上挤压推杆16的一凸轮(轮廓)面30以及贯穿形成以便在其中插入轴26(参见图2)的轴插入孔32。

下面将参照图3-31对制造凸轮22、24的过程进行说明。

如图3所示，在步骤S1中，将棒材(未示出)切割成预定长度，以便生产出用作锻坯的圆柱形坯料34(参见图4至6)。该坯料34其体积不与最终生产出的凸轮22或24的体积对应，而是与最终生产出的凸轮22或24和要从中去除的毛边体积的总和对应。该坯料34可以通过剪切卷材构件(未示出)来生产出。

在步骤S2中，将在步骤S1中生产出的坯料34装进第一冷锻模具组件36的型腔38中，如图10所示，并且通过冲头40压制以进行预成型镦锻。

在预成型镦锻过程期间，通过冲头40将坯料34向下压制成具有一初步形状的第一冷锻体42(参见图7至9)，它比最终产品更厚并且具有大于最终产品的外形(宽度)。

第一冷锻体42包括已经由冲头40塑性变形但是还没有充分流向用来形成凸轮面的顶端44的部分。因此，如图9所示，顶端44比第一冷锻体42的其它部分更薄。

第一冷锻体42具有形成在其上表面(一个表面)的周边部分上的第一环形斜面46a和形成在其下表面(另一个表面)的周边部分上的第二环形斜面46b。在上表面上的第一环形斜面46a其面积大于在下表面上的第二环形斜面46b(参见图11)。在第一冷锻模具组件36中，冲头40向上设置，而下模36a向下设置。

当如下面所述一样在步骤S4中将在第一冷锻体42的外表面上的毛边56切掉时，在第一冷锻体42的上下表面上的第一和第二斜面46a、46b用来防止破裂表面形成毛边。因此，在步骤S4中不需要任何去毛边过程，并且因此能够简化步骤S4。

在步骤S3中，将在步骤S2中生产出的第一冷锻体42装进第二冷锻模具组件48的型腔50中，如图15所示，并且通过冲头52进行冲压以进行成型压延。

第二冷锻模具组件48的冲头52和下模48a之间形成的型腔50其宽度A小于在第一冷锻模具组件36中的型腔38的宽度B(为了比较参见图10和15)，因此可以平稳地进行成型压延。

在成型压延过程期间，第一冷锻体42由冲头52向下压制以使得塑性变形金属材料沿着与最终产品的形状对应的外圆周表面的轮廓流动，由此形成第二冷锻体54(参见图11至14)，其中在预成型镦锻过程中没有完全填充的顶端44a被塑性变形材料完全填充。

第二冷锻体54在靠近其上表面的其外圆周表面上具有毛边56，该毛边56由已经沿着外圆周表面的轮廓流动的多余材料形成(参见图13)。该成型压延过程沿着外圆周表面的轮廓进行，从而不会影响在前面过程中形成的第一和第二斜面46a、46b。

在步骤S4中，将在步骤S3中生产出的第二冷锻体54装进第三冷锻模具组件58，如图19所示，并且通过插入在形成在模具60中的孔62中的中空冲头64向下冲压，由此去除在第二冷锻体54的外圆周表面上伸出的毛边56。同时，为了让多余材料能够在下面随后的步骤中流动，通过固定在第三冷锻模具组件58的下模58a上的固定冲头68在将要插入轴26的位置中冲压第二冷锻体54，由此在其中形成排料孔66，其中排料孔66的直径小于在最终产品中的轴插入孔32的内径。这样，通过第三冷锻模具组件58冲压第二冷锻体54以同时形成内外表面。

在通过第三冷锻模具组件58冲压第二冷锻体54以同时生产出内外表面之后，形成第三冷锻体70(参见图16至18)，它具有没有毛边的破裂面并且具有高表面精度，因为在将毛边56冲切掉时压平了外圆周表面。另外，形成在内表面中的排料孔66其直径小于轴插入孔32。

该排料孔66形成为让多余材料在下面的随后步骤中在约束外圆周表面的同时只能在内表面上流动。

在步骤S5中，将在步骤S4中生产出的第三冷锻体70装进第四冷锻模具组件72的型腔中，如图23所示。在通过第四冷锻模具组件72的模具表面来约束第三冷锻体70的外圆周表面的同时，通过具有朝着下模具72a伸出一定长度的环形台阶74的冲头76向下冲压第三冷锻体70，由此提供具有预定厚度的冷锻体并且将多余流动材料形成为在其内表面上的毛边78。

在这样冲压第三冷锻体70时，形成第四冷锻体82(参见图20至22)，它在上下表面附近具有在排料孔66中的导向孔80，以准备在下一个步骤中冲压内表面，并且其厚度基本上与最终产品的厚度相同。

第四冷锻体82具有在导向孔80之间横向延伸的通孔84，用来当在下一个步骤中从内表面去除毛边78时让材料能够很容易流动。

在步骤S6中，将在步骤S5中生产出的第四冷锻体82装进第五冷锻模具组件86的型腔中，如图27所示。在通过第五冷锻模具组件86的模具表面约束第四冷锻模具82的外圆周表面的同时，通过中空模具88向下冲压第四冷锻体82的上表面。因此，固定在第五冷锻模具组件86的下模86a上的固定冲头90在内表面冲压过程中从第四冷锻体82的内表面去除了毛边78。

在内表面冲压过程期间，从第四冷锻体82的内表面中将毛边78冲切掉，由此形成第五冷锻体92(参见图24至26)，它具有形成在其中并且具有预定内径的轴插入孔32。

在步骤S7中，如图31所示，将在步骤S6中生产出的第五冷锻体92装进第六冷锻模具组件94的型腔中。在通过第六冷锻模具组件94的模具表面约束第五冷锻模具92的外圆周表面的同时，通过中空冲头98来向下冲压第五冷锻体92的上表面。因此，固定在第六冷锻模具组件94的下模94a上的固定冲头96进入到轴插入孔32中，同时压平了第五冷锻体92的内外表面。

在同时压平第五冷锻体92的内外表面之后，使第五冷锻体92形成为最终产品(参见图28至30)。更具体地说，在步骤S8中，生产出凸轮22、24，该凸轮在其内外表面上具有预定的表面粗糙度。从步骤S2到步骤S8的这些过程可以通过镦锻机或锻压机连续地进行。

凸轮22和24的轴插入孔32根据在轴26的将要压配这些凸轮22、24的那些部分处的直径可以具有不同的直径。为了形成具有不同直径的轴插入孔32，可以采用具有相应不同直径的固定冲头96。

在当前实施方案中，第一至第六冷锻模具组件36、48、58、72、86、94用来连续进行多个相应的冷锻过程，包括预成型镦锻过程、成型压延过程、同时形成内外表面的过程、使多余材料作为毛边78形成在内表面上的挤压过程、从内表面将毛边78冲切掉的过程以及同时压平内外表面的过程，由此生产出最终产品，其中该最终产品不需要在凸轮(轮廓)表面上进行最终精加工(机加工)并且实现了高尺寸精度。

因此，根据当前实施方案，最终产品在其外圆周表面上没有任何破裂表面或模具引起的变形，同时在凸轮表面上具有预定的表面粗糙度，并且为让轴插入到其中的轴插入孔提供了预定的装配尺寸。

根据当前实施方案，采用了其体积大于最终产品的体积的坯料34。多余材料通过成型压延过程作为毛边56形成在冷锻体的外圆周表面上，并且其它多余材料作为毛边78通过挤压过程形成在冷锻体的内表面上，其中将在外圆周表面上的毛边56和在内表面上的毛边78冲切掉。

与通过多个锻压过程用其体积与最终产品的体积对应的坯料形成的锻压体不同，在本发明中，坯料材料在成型压延过程期间沿着单个方向朝着外圆周方向流动，并且由于外圆周表面在挤压过程期间受到约束，所以坯料材料在挤压过程期间沿着单一方向朝着内表面流动，其中在相应的成型压延和挤压过程之后去除多余的毛边56、78。因此，该最终产品不需要例如通过切割或磨削进行精加工，但是尽管这样也保持了高度精确的表面粗糙度和高尺寸精度。

下面将参照图32对轴26的形状进行说明。

如图32所示，轴26在安装有齿轮28的端部处具有第一直径部分26a，它具有最小的直径。轴26还具有朝向另一端26e沿着箭头C所示方向与第一直径部分26a相邻的第二直径部分26b。第二直径部分26b的直径略大于第一直径部分26a。齿轮28在压配合到第一直径部分26a上时，由一个位于第一直径部分26a和第二直径部分26b之间的小台阶来定位。轴26还具有沿着箭头C所示方向与第二直径部分26b相邻的第三直径部分26c，它的直径略大于第二直径部分26b。凸轮22在压配在第二直径部分26b上时，由位于第二直径部分26b和第三直径部分26c之间的小台阶27b来定位。

轴26还具有沿着箭头C所示方向与第三直径部分26c相邻的第四直径部分26d，它的直径略大于第三直径部分26c。第四直径部分26d具有与其轴平行的两个平的(切割)表面130，用于防止轴26与连接杆33的端部相干扰(参见图1)，并因此允许凸轮轴10的位置靠近连接杆33。

轴26具有设置在第四直径部分26d和另一端26e之间的凸缘26f，用于在凸轮轴10组装在发动机12中时定位轴26。凸轮24在压配在第四直径部分26d上时，由凸缘26f定位。在图32中，以夸大差异的方式显示出第一至第四直径部分26a至26d，以表明它们具有不同的直径，便于理解本发明。但是，实际上，各直径之间的差别如此小，以至于第一至第四直径部分26a至26d看起来具有基本相同的直径。

以下参考图33描述用于在轴26上形成平面的切割夹具100。

如图33所示，切割夹具100包括：工件保持器102，具有用于在其中插入第一至第四直径部分26a至26d的孔102a；切割器104，用于形成平的表面130；保持器引导件106，其中可滑动地插入工件保持器102；可运动的模具108，用于保持轴26的另一端26e并将工件保持器102推入到保持器引导件106中；以及支撑板110，具有气体弹簧110a，也就是用于强制工件保持器102返回的弹簧或者其它机构，该机构还用于在已经在轴26上形成平的表面130之后将工件保持器102推出保持器引导件106。按照所述的顺序相继设置可运动的模具108、工件保持器102、保持器引导件106以及支撑板110。

工件保持器102中的孔102a具有其中插入轴26的第四直径部分26d的部分，该部分保持与形成在工件保持器102中用于在其中插入切割器104的孔102b相通。孔102b基本是细长的矩形，用于插入切割器104，并与孔102垂直连通。

切割器104具有用于切去部分轴26以形成平的表面130的两个平行的刀片104a，以及斜面104b，该斜面倾斜从而朝向保持器引导件106沿着箭头D所示方向逐渐接近工件保持器102的轴线。保持器引导件106具有用于抵靠在切割器104的斜面104b上的引导表面106b，引导表面106b倾斜从而沿着箭头D所示方向逐渐接近保持器引导件106的轴线。

以下参考图34-39描述制造轴26的过程和组装凸轮轴10的过程。

在图34所示的步骤S11中，利用草酸来蚀刻棒状(圆柱状)的碳钢坯料，以使其表面多孔(porous)。或者，可以向坯料上的磷酸盐涂层施加石灰，以使其表面多孔。但是，利用草酸蚀刻坯料能更有效地使表面多孔，并因此优选使用磷酸盐涂层。

如上所述，制造坯料的碳钢材料可以是S35C。如果在坯料上进行液体渗氮，则可以由较低含碳量的碳钢制造坯料。

在步骤S12，用模具200将坯料压延成预定的外径(参见图35)。在将坯料导入到模具200中之前，通过在坯料表面上涂布或者喷射润滑剂202来润滑坯料。由于已经在步骤S11中使坯料的表面多孔，因此润滑剂202填充了孔，使坯料相对于模具200可滑动。因此，坯料可以平滑地穿过模具200。也防止了被润滑的坯料卡住，因此延长其使用寿命。

润滑剂202可以包括粉末状润滑剂，例如石灰或者硼砂，它们可以溶解在水等中或者加工为糊状物。粉末状润滑剂202使凸轮22、24能抵抗沿着轴26的圆周方向的滑动，从而在凸轮轴10组装到发动机12中时使得凸轮轴10能够与曲柄14的旋转同步地旋转。

在步骤S12中，轴26在受到压延时直径减小，从而将直径设定为一个小数值，以在坯料中填充润滑剂202。

在步骤13中，例如通过剪切将坯料切成预定长度，因此形成用来制作轴26的工件204。

在步骤S14中，通过采用模具206和冲头208进行冷锻(参见图36)来压延工件204。该模具206在其中具有由向上打开的第一孔210a和与第一孔210a连通并且其直径稍小于第一孔210a的第二孔210b形成的孔210。第一孔210a用来压延工件204的在那里形成外端26e和凸缘26f的部分，并且第二孔210b用来压延工件204的在那里将形成第一至第四直径部分26a至26d的部分。

该工件204在由冲头208向下轴向推压的同时被插入到孔210中，并且通过第一孔210a和第二孔210b压延成预定直径。

在压延工件204之后，将冲头208向上回拉，并且提升设置在孔210的下部中的顶出销212，以将工件204从孔210中顶出。

在步骤S14以及随后的步骤S15和S16中，将工件204插入到模具206、214和230中，并且将其变为第一直径部分26a的那部分向下定位并且将变为另一个端部26e的那部分向上定位。

在步骤S15中，使用模具214(参见图37)对工件204进行冷锻以在其上形成凸缘，该模具214在其中具有其直径稍小于模具206的第一孔210a的孔214a并且还具有其中包括其直径与孔214a基本上相同的有底孔216a的冲头216。

具体地说，如图37所示，在将工件204插入到孔214a中之后，在冲头216中的孔216a与工件204的上端对准，并且向下轴向挤压冲头216直到工件204的上端表面抵靠在孔216a的底部上。然后通过孔216a压延工件204的上部，并且使一部分工件204径向向外塑性扩张，以在冲头216的下表面和模具214的上表面之间形成环形扩展部分218。环形扩展部分218用作凸缘26f的基础。

孔216a的底部具有穿过其中央延伸的单个脊部217。在将脊部217压在工件204的上表面上时，它在工件214的上表面上形成中央沟槽221，它用作用来防止工件204转动的止动件。

工件204的下表面保持压靠在顶出销222的上表面上。顶出销222的上表面具有设置在其中央部分上的突出部224。在突出部224插入到形成在工件204的下表面中的中央孔中时，突出部224用来防止工件204摆动。由于顶出销222由枕226支撑，所以顶出销222可靠地挤压工件204的下表面，以防止工件204移动，从而可靠地形成扩展部分218。

由冲头216的脊部217形成的沟槽221也可以用来观察工件204的移位精确度，从而必要时可以根据观察结果校正工件204的移位状态。

在已经按照上面的方式形成工件204之后，向上回拉冲头216，并且提升顶出销222，以从孔214a中将工件204顶出。

然后，在步骤S16中，采用模具230和冲头232通过冷锻对该工件204进行精加工(参见图38)。

模具230具有形成在其中的孔230a，该孔230a依次向上连续地包括第一直径部分234a、第二直径部分234b、第三直径部分234c和第四直径部分234d。第一至第四直径部分234a至234d压延工件204，以分别形成第一直径部分26a、第二直径部分26b、第三直径部分26c和第四直径部分26d。在步骤S16之后，现在形成了轴26的基本结构。

如在图39中放大地显示出的一样，在模具230的第一直径部分234a和第二直径部分234b之间的台阶向下倾斜以便平滑地压延工件204。在第二至第四直径部分234b至234d之间的台阶同样地倾斜。

冲头232具有形成在其中的有底孔232a。将工件204插入到该孔230a中，并且使该孔232a与工件204的上表面对准。在向下挤压冲头232时，孔232a的底部挤压工件204的上表面，并且通过该孔230a来压延并且精加工该工件204。这时，扩展部分218夹在冲头232的下表面和模具230的上表面之间，并且轴向压缩。扩展部分218的材料径向向外塑性流动成平坦形状，因此形成凸缘26f。所形成的工件204用作轴26。

在步骤S16中进行精加工之后，向上回拉冲头232，并且提升设置在孔230a的下部中的顶出销235，以从孔230a中将轴26顶出。

由此通过连续冷锻过程形成轴26。由于工件204在步骤S12中涂覆有润滑剂202，所以能够平滑地进行连续冷锻过程，而不会出现使工件204破裂或者在工件204中产生出裂纹的危险。润滑剂202还用来防止模具200、206、214、230和冲头208、216、232卡位。这些冷锻过程不需要加热，因此不需要用于进行加热的工艺或设备。

因为润滑剂202填充在形成在工件204的表面中的孔隙中，所以在步骤S12之后，润滑剂202能够在步骤S13至S16中有效地执行润滑功能。但是必要时，工件204和模具以及冲头可以涂覆有工作油(例如镦锻机油等)，用来在这些步骤期间提供辅助润滑和冷却。

然后，在步骤S17中，通过切割夹具100(参见图33)在轴26的第四直径部分26d上形成两个平坦(切割)表面130。

具体地说，将轴26的第一至第四直径部分26a至26d插入到工件保持器102的孔102a中。

然后，将切割器104设置在工件保持器102的孔102b中。这时，两个刀片104a抵靠在与轴26平行的第四直径部分26d上。

然后，在可动模具108保持着轴26的另一个端部26e的同时，将工件保持器102和切割器104压入到保持器引导件106的孔中。可动模具108施加比气体弹簧110a的弹簧力大得多的驱动力，因此使工件保持器102和切割器104可靠地沿着由箭头D所示的方向运动。

在工件保持器102沿着由箭头D所示的方向运动时，切割器104的倾斜表面104b由引导表面106a引导并且在与由箭头D所示的方向垂直的径向方向上沿着孔102b逐渐移动。在工件保持器102和切割器104沿着由箭头D所示的方向充分移动时，刀片104a切掉第四直径部分26d的相对侧边，因此形成平坦表面130。

之后，将可动模具108回拉以让工件保持器102能在气体弹簧110a的偏压作用下返回。在从工件保持器102将切割器104去除之后，将轴26从孔102a中拉出。

采用切割夹具100，通过将轴26和切割器104设置在工件保持器102中然后使工件保持器102沿着由箭头D所示的方向运动，从而可以在简单的工艺中在轴26上形成平坦表面130。

由于平坦表面130是在通过切割器104的刀片104a将轴26的侧部切掉时形成的，所以该轴26没有塑性变形(例如膨胀)等。因此，可以保持已经在直到步骤S17的过程中所形成的轴26的尺寸精度。

切掉部分沿着形成在模具中的预定通道排出。

在步骤S18中，将凸轮22、24连续地压配在轴26上。

凸轮22被压配到在第四直径部分26d的位置处并且通过凸缘26f定位。凸轮24被压配到在第二直径部分26b的位置处，并且通过形成在第二直径部分26b和第三直径部分26c之间的台阶定位。

然后，在步骤S19中，将齿轮28压配在轴26上。齿轮28的金属衬套28a压配在第一直径部分26a上，并且通过形成在第一直径部分26a和第二直径部分26b之间的台阶定位。在步骤S18和S19中，凸轮22、24和齿轮28围绕着轴26的轴线各自以适当的角度或相位压配在轴26上。这时，轴26的平面130可以用作用来建立凸轮22、24和齿轮28的角度的参考面。

如果凸轮22、24和齿轮28由于在步骤S12中施加在轴26上的润滑剂202的润滑作用而滑动了，则凸轮轴10和曲柄轴14将不会相互同步。鉴于这个问题，本发明的发明人进行了其中将各种润滑剂施加在轴26上的试验，其中确定出使得凸轮轴10的凸轮22、24和齿轮28沿着圆周方向滑动的转矩。

试验结果表明，在通过将金属皂作为润滑剂施加在一般磷酸盐涂层上来进行磷化处理时，没有获得沿着圆周方向的足够滑动转矩，这使凸轮22、24和齿轮28能够滑动。相反，在采用以粉末润滑剂形式的润滑剂202(例如溶解在水中的石灰或硼砂等)时，获得了沿着圆周方向的足够滑动转矩，从而确认满足了用于将凸轮轴10组装在发动机12(参见图1)中所需的参考滑动转矩。

具体地说，在采用粉末润滑剂时，该粉末润滑剂只是物理地附着在坯料的表面上，并且在对坯料进行冷锻时易于从坯料表面掉落。因此，在随后将凸轮和齿轮压配在工件上时，它们由于较大的紧固力而更不容易滑动。如果采用化学地粘附的润滑剂(例如硬脂酸金属皂)(磷酸盐处理)，则由于它在对坯料进行冷锻时保持没有被去除，所以随后压配在工件上的凸轮和齿轮更容易滑动。

由于磷酸盐涂层施加以便于粘附在金属皂上，所以优选采用草酸来蚀刻坯料。

根据试验，如果润滑剂202其摩擦系数与由磷酸盐处理所提供的摩擦系数相同为0.03至0.07，则该润滑剂在冷锻时为工件204提供了足够的润滑。

如上所述，凸轮22、24和齿轮28在步骤S18和S19中压配在轴26上，并且不必单独固定在适当位置处。因此，能够以高生产率制造凸轮轴10。另外，凸轮22、24和齿轮28不需要单独的防转机构，例如键、螺钉或者不需要基于塑性机加工、焊接等的固定，因此可以省去形成这种防转机构的过程。因此，能够简化凸轮22、24和齿轮28的形状。

因为轴基本上是单独通过冷锻形成并且不需要其它机加工步骤(例如切割等)，所以能够以高生产率制造该轴26。因为形成轴26的坯料涂覆有润滑剂202，所以能够很容易并且平滑地对它进行冷锻。

润滑剂202以溶解在水中的粉末润滑剂等形式并且为压配在轴26上的凸轮22、24和齿轮28提供了足够的滑动转矩。因此，凸轮轴10的操作与曲柄轴14保持同步。

在形成轴26中所涉及的过程可以通过单个机器连续地进行。例如，在步骤S13中从坯料切下具有预定长度的工件204之后，在步骤S14至S17中的过程可以通过单个机器(包括切割夹具100)来进行，以在将工件204连续地进给经过由该机器执行的过程的同时加工该工件204。

该凸轮轴10被举例说明为用在单缸发动机12中。如果凸轮轴10用在具有两个或多个缸的发动机中，则可以根据发动机气缸的数量增加凸轮轴10的凸轮数。

Claims (13)

1.一种凸轮轴(10)，它包括：

轴(26)，它通过在将粉末润滑剂(202)施加在其表面上的情况下进行冷锻形成；以及

凸轮(22，24)，它安装在所述轴(26)上；

所述凸轮(22，24)压配在所述轴(26)上。

2.如权利要求1所述的凸轮轴(10)，其中，所述粉末润滑剂(202)包括石灰或硼砂。

3.如权利要求1所述的凸轮轴(10)，其中，所述轴(26)具有通过剪切形成在其侧面上的切割表面(130)。

4.如权利要求1所述的凸轮轴(10)，其中，所述凸轮(22，24)具有通过冲孔形成在其中的轴插入孔(32)。

5.如权利要求1所述的凸轮轴(10)，进一步包括安装在所述轴(26)上的齿轮(28)，所述齿轮(28)压配在所述轴(26)上。

6.如权利要求5所述的凸轮轴(10)，其中所述齿轮(28)由合成树脂制成，并且具有沿中心设置在其中的金属衬套(28a)，所述金属衬套(28a)压配在所述轴(26)上。

7.如权利要求1所述的凸轮轴(10)，其中所述轴(26)具有在其两侧上提供不同直径的台阶，所述凸轮(22，24)通过抵靠在所述台阶上定位。

8.一种制造用于发动机的凸轮轴(10)的凸轮(22，24)的方法，该方法包括以下步骤：

在其体积比最终产品大预定量的锻坯上进行预成型镦锻，由此形成比最终产品更厚的第一冷锻体(42)；所述第一冷锻体(42)具有初步形状，该初步形状具有比最终产品的外轮廓更大的外轮廓。

在所述第一冷锻体(42)上进行成型压延，以形成第二冷锻体(54)，所述第二冷锻体(54)具有已经沿着与最终产品的形状对应的外圆周表面的轮廓流动并且在其外表面上形成为毛边(56)的多余材料；

冲压所述第二冷锻体(54)，以在其上同时形成内外表面，由此形成从外表面去除了所述毛边(56)的第三冷锻体(70)，所述第三冷锻体(70)还具有其直径小于用于凸轮轴(10)的轴插入孔(32)的排料孔(66)；

在所述第三冷锻体(70)的外圆周表面受模具表面约束的同时，挤压所述第三冷锻体(70)，以形成具有预定厚度并且包括作为毛边(78)形成在其内表面上的多余材料的第四冷锻体(82)；

冲压所述第四冷锻体(82)，以从所述内表面将所述毛边(78)去除，由此形成具有与所述轴插入孔(32)对应的孔的第五冷锻体(92)；以及

在所述第五冷锻体(92)的内外表面上同时进行压平，由此形成最终产品。

9.如权利要求8所述的方法，其中，当在锻坯上进行预成型镦锻时，在所述第一冷锻体(42)的周边部分上形成第一和第二斜面(46a，46b)。

10.如权利要求9所述的方法，其中所述第一斜面(46a)形成在第一冷锻体(42)的位于通过在外表面上进行成型压延形成的毛边(56)附近的第一表面的周边部分上，并且所述第二斜面(46b)形成在第一冷锻体(42)的与所述第一表面相对的第二表面的周围部分上，所述第一斜面(46a)其面积大于所述第二斜面(46b)。

11.一种制造用于发动机的凸轮轴(10)的轴(26)的方法，该方法包括以下步骤：

用粉末润滑剂(202)涂覆圆柱形坯料的外圆周表面；

轴向挤压所述坯料的端部，以将所述坯料压延成具有多种直径的工件；

轴向挤压工件的所述端部，并且固定工件的相对端部，以使其一部分径向向外扩展成环形扩展部分；以及

在将工件压延成具有多个直径的工件的同时，将所述环形扩展部分轴向挤压成凸缘(26f)；

其中，轴向挤压所述坯料的端部和轴向挤压所述工件的端部的所述步骤通过冷锻进行。

12.如权利要求11所述的方法，其中，所述粉末润滑剂(202)包括石灰或硼砂。

13.如权利要求11所述的方法，还包括以下步骤：

通过剪切在所述工件的一侧上形成切割表面(130)。

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