CN101187392A - 轻质曲轴 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内燃机上的整体心部中空贯通的轻质曲轴，它可用压制或铸造工艺方法制造。压制时，在管材中填充粉状无机化合物或低熔点金属，再用挡板密封牢固，采用专用压模在压机上成型。在用液压式模具时，用模具中心的上模块下压连杆轴颈位移，并用左右两侧的液压缸挤压曲柄部位成型。而用机械式压模时，是用模具中心的上模块下压连杆轴颈位移，并用左右两侧的倾斜滑板以水平分力去挤压曲柄部位成型。铸造时，采用粉状硫酸钠或氯化钠粘结后作芯模浇注成型。制造成型后取出填充物料就成为轻质曲轴。润滑油可注入轻质曲轴的空心中，以润滑并冷却曲轴、连杆、活塞。轻质曲轴质量轻，扭转惯性小，弹性减振强，润滑性能好。

Description

轻质曲轴

1、技术领域

本发明涉及一种曲轴，它属于内燃机部件，特别是一种整体心部中空贯通的轻质曲轴。

2、背景技术

曲轴是内燃机的主要部件，它由主轴和数个曲拐构成。它承受的负荷很大，又有复杂的受力状态，又承受交变与冲击性负荷，同时又在高速旋转。曲轴不仅要有很高的强度和刚度、又要有抗扭转惯性矩和抗冲击能力、又要具有良好的耐磨和润滑性能。目前使用的均是钢质、合金铸铁或铝合金材料的实心曲轴，它虽具有上述的基本性能，但因实心结构就加大了质量、扭转惯性大、抗冲击振动差，不易润滑和冷却。

3、发明目的

本发明的目的是提供一种既有较轻的质量、又有较高的强度和刚度、又有较小的扭转惯性和较高的弹性减振能力及良好的润滑和冷却性能；并提出该曲轴的制造方法及制造该曲轴的专用模具。

4、技术方案

为达上述目的，本发明提供一种轻质曲轴，它由主轴颈、连杆轴颈和曲柄等部位组成，它是一种整体心部中空贯通的空心曲轴。其曲柄部位的横截面可以是矩形、椭圆形、工字形、十字形、王字形等多种形式。轻质曲轴可选用钢材、合金铸铁或铝合金材质，采用压制或铸造两种工艺方法制造；压制时采用专用模具、铸造时采用特殊芯模；轻质曲轴的空心部位可注入润滑油，以润滑并冷却曲轴、连杆、活塞和活塞销。由于轻质曲轴是一种空心曲轴，它质量轻、扭转惯性小、弹性抗振强、且能利用其空心部位作润滑冷却的特殊功能。

用压制工艺方法制造轻质曲轴的方法是：采用外形是直圆柱形或台阶圆柱形的管材，先在管材中装满填充物料，再将其两端用挡板密封牢固成为曲轴坯料；该曲轴坯料经加热后用专用的压制模具，在压机或锻锤上压制成型；冷却后打开档板，取出填充物料，即制成了轻质曲轴。

上述之填充物料可选用既能溶于水，又能在压制时不熔化且能跟随曲轴坯料共同变形的粉状无机化合物如：硫酸钠、氯化钠或磷酸钠等。

上述之填充物料也可选用低熔点金属及其合金如：锌、铝、镁、铅、锡、锑、铋、铜等。

用压制工艺方法制造轻质曲轴时应采用专用压制模具，可采用液压式轻质曲轴压模；该模具的上模座32上设置有镶嵌上模镶块49的上模块34，该上模块34上设置夹紧连杆轴颈的连杆轴颈压缸42、连杆轴颈压杆40及连杆轴颈压块43，当压机带动上模块34下压时，连杆轴颈压块43夹紧连杆轴颈2部位向下位移成型；在下模座38的左右两侧均设置曲柄压缸47和曲柄压杆48，并设置有左右两个可水平向模具中心来回滑动并镶嵌曲柄模块44的活动模座39，该活动模座39上设置主轴颈压缸36、主轴颈压杆37和主轴颈压块50，以夹紧主轴颈1而挤压成型曲柄3部位；压机上的主压缸、上模块34上的连杆轴颈压缸42、下模座38上的曲柄压缸47和活动模座39上的主轴颈压缸36，可连接到计算机上调控其工作进程，协同配合压制成轻质曲轴4。

用压制工艺方法制造轻质曲轴时应采用专用压制模具，可采用机械式轻质曲轴压模；该模具上模座16的中心部位设置有镶嵌了上模镶块18的上模块17，该上模块17上还设置有连杆轴颈锁块26和连杆轴颈压块28；并在上模座16左右两侧均设置镶嵌了上倾斜滑板21的固定模座20；在下模座24的左右两侧相应的设置可水平向模具中心来回滑动并镶嵌了下倾斜滑板22和曲柄模块25的活动模座23、29，在活动模座上还设置主轴颈锁块14和主轴颈压块19，；当压机连带上模块17向下位移连杆轴颈时，固定模座20的上倾斜滑板用水平方向分力推动活动模座23、29，以挤压曲柄3部位成型。

用铸造工艺方法制造轻质曲轴的方法是：采用能溶于水，且在浇注时不熔化的粉状无机化合物，作为轻质曲轴铸造工艺用的芯模材料；经粘结后作成轻质曲轴芯模，再将该芯模固装在轻质曲轴浇注模腔中心，浇注成型后取出芯模材料，就制成为轻质曲轴。

上述芯模材料可选用：硫酸钠、氯化钠或磷酸钠等多种无机化合物。

在轻质曲轴的空心中可注入润滑油，不仅能润滑主轴颈和连杆轴颈，而且润滑油可经过连杆、活塞销而进入活塞，能润滑并冷却曲轴、连杆、活塞销和活塞。

5、本发明的有益效果

本发明的轻质曲轴实质上是一种空心曲轴，所以它不仅可达到强度和刚度要求，而且它质量轻、扭转惯性小、弹性抗振强，又能润滑并冷却曲轴、连杆、活塞销和活塞。故轻质曲轴能改善内燃机的整体性能。

6、附图说明

图1是轻质曲轴正视及剖视图。

图2是外表面为直圆柱形的管材坯料正视剖视图。

图3是外表面为台阶圆柱形的管材坯料正视剖视图。

图4是填充物料后的曲轴毛坯正视剖视图。

图5是图1之轻质曲轴A-A处曲柄横截面剖视图。

图6是机械式轻质曲轴压制模具正视剖视图。

图7是液压式轻质曲轴压制模具正视剖视图。

图中：1-主轴颈，2-连杆轴颈，3-曲柄，4-轻质曲轴，5-直形管材，6-台阶形管材，7-档板，8-填充物料，9-矩形截面，10-椭圆形截面，11-工字形截面，12-王字形截面，13-曲轴坯料，14-主轴颈锁块，15-主轴颈锁架，16-上模座，17-上模块，18-上模锒块，19-主轴颈压块，20-固定模座，21-上倾斜滑板，22-下倾斜滑板，23-活动模座，24-下模座，25-曲柄模块，26-连杆轴颈锁块，27-连杆轴颈锁架，28-连杆轴颈压块，29-活动模座，30-定位档块，31-滑动导板，32-上模座，33-上模垫板，34-上模块，35-主轴颈压架，36-主轴颈压缸，37-主轴颈压杆，38-下模座，39-曲柄模座，40-连杆轴颈压杆，41-连杆轴颈锁架，42-连杆轴颈压缸，43-连杆轴颈压块，44-曲柄模块，45-下模架，46-曲柄压缸架，47-曲柄压缸，48-曲柄压杆，49-上模锒块，50-主轴颈压块。51-十字形截面。

7、具体实施方案

参照附图1-7；本发明的轻质曲轴4由主轴颈1、连杆轴颈2和曲柄3等部位组成，它是一种整体心部中空贯通的空心曲轴；其曲柄3部位的横截面可为矩形9、椭圆形10、十字形51、工字形11、王字形12等多种形式。它可选用钢材、合金铸铁或铝合金材料。轻质曲轴可采用压制工艺方法或铸造工艺方法制造，压制时采用专用模具、铸造时采用特殊芯模。

轻质曲轴4可用压制工艺方法制造：采用外形为直圆柱形或台阶圆柱形的管材5、6，在该管材中填装满填充物料8，再将其两端用挡扳7密封牢固成为曲轴坯料13，经加热后再以专用的压制模具在压机或锻锤上压制成型；冷却后打开挡扳7，取出填充物料8，即制成了轻质曲轴4。

上述之填充物料8可选用既能溶于水，又能在压制时不熔化，且能随曲轴坯料13共同变形的粉状无机化合物如：硫酸钠、氯化钠或磷酸钠等多种无机化合物。也可采用低熔点金属及其合金如：锌、铝、镁、铅、锡、锑、铋、铜等多种低熔点金属。

轻质曲轴4在用压制工艺方法制造时，可采用专用液压式轻质曲轴压制模具：在该模具的上模座32上设置镶嵌了上模镶块49的上模块34，该上模块34上设置能夹紧连杆轴颈2的连杆轴颈压缸42、连杆轴颈压杆40和连杆轴颈压块43；当压机带动上模块34下压时，连杆轴颈压块43夹紧曲轴坯料13的连杆轴颈2处，向下位移成型连杆轴颈2部位；在下模座38的左右两侧均设置曲柄压缸47和曲柄压杆48，并设置有左右两个可水平向模具中心来回滑动并镶嵌了曲柄模块44的活动模座39，该活动模座39上还设置主轴颈压缸36、主轴颈压杆37和主轴颈压块50，以夹紧曲轴坯料13的主轴颈1处而挤压成型曲柄3部位。这样按顺序挤压各个曲拐部位就压制成轻质曲轴4。压机上的主压缸、上模块34上的连杆轴颈压缸42、下模座38上的曲柄压缸47和活动模座39上的主轴颈压缸36，可接到计算机上调控其工作进程，协同配合以压制成轻质曲轴4。本液压式轻质曲轴压制模具结构较复杂，而易于调控各压缸的进程。

轻质曲轴4在用压制工艺方法制造时，可采用专用机械式轻质曲轴压制模具：在该模具的上模座16的中心部位设置有镶嵌了上模镶块18的上模块17，该上模块17上还设置连杆轴颈锁块26和连杆轴颈压块28，并在上模座16的左右两侧均设置镶嵌了上倾斜滑板21的固定模座20；在下模座24的左右两侧相应的设置可水平向模具中心来回滑动并且镶嵌了下倾斜滑板22和曲柄模块25的活动模座23、29，在活动模座上还设置有主轴颈锁块14和主轴颈压块19。具体操作时先用连杆轴颈压块28夹紧曲轴坯料13的连杆轴颈2处，再用主轴颈压块19夹紧主轴颈1处，开动压机连带上模块17向下位移成型连杆轴颈时，固定模座20的上倾斜滑板21用水平方向分力推动活动模座23、29去挤压曲柄3部位成型。按顺序挤压各个曲拐部位就压制成轻质曲轴4。本机械式轻质曲轴压制模具结构简易，而调控位移连杆轴颈2和挤压曲柄3成型较难。

轻质曲轴4可用铸造工艺方法制造：采用能溶于水，且在浇注时不熔化的粉状无机化合物如：硫酸钠、氯化钠或磷酸钠等多种无机化合物，作为轻质曲轴4铸造工艺用的芯模材料，经粘结后作成轻质曲轴4的芯模，再将该芯模固装在轻质曲轴4浇注模腔中心，浇注成型后取出芯模材料，就铸造成轻质曲轴4。

轻质曲轴空心中可用压力注入润滑油，不仅能润滑主轴颈和连杆轴颈，而且该润滑油可经过连杆、活塞销进入活塞，就能润滑并冷却曲轴、连杆、活塞销及活塞。

Claims (9)

1.一种轻质曲轴，由主轴颈、连杆轴颈和曲柄等部位组成，它可采用钢材、合金铸铁或铝合金材质，以压制工艺方法或铸造工艺方法制造，其特征是：本轻质曲轴(4)是一种整体心部中空贯通的空心曲轴。

2.根据权利要求1所述的轻质曲轴，其特征是：轻质曲轴(4)的曲柄(3)部位的横截面可为矩形截面(9)、椭圆形截面(10)、工字形截面(11)、王字形截面(12)和十字形截面(51)。

3.一种如权利要求1所述的轻质曲轴，它可以在压机或锻锤上用压制工艺方法制造，其特征是：采用外形为直圆柱形的管材(5)或台阶圆柱形的管材(6)，先将该管材(5、6)中装满填充物料(8)，再用挡板(7)将其两端密封牢固，形成曲轴坯料(13)，将该曲轴坯料(13)加热后用专用的压制模具在压机或锻锤上压制成型；冷却后打开挡板(7)，取出填充物料(8)，即制成了轻质曲轴(4)。

4.根据权利要求3所述的轻质曲轴的压制工艺方法，其特征是：上述的填充物料(8)可选用既能溶于水，又能在压制时不熔化且能跟随曲轴坯料(13)共同变形的粉状无机化合物如：硫酸钠、氯化钠或磷酸钠。

5.根据权利要求3所述的轻质曲轴的压制工艺方法，其特征是：上述的填充物料(8)可选用低熔点金属及其合金如：锌、铝、镁、铅、锡、锑、铋、铜。

6.一种如权利要求3所述的轻质曲轴在压机上用压制工艺方法制造时，应采用专用的压制模具，其特征是：该专用的压制模具可采用液压式轻质曲轴压模：该模具的上模座(32)上设置了镶嵌上模镶块(49)的上模块(34)，该上模块(34)上设置能夹紧连杆轴颈的连杆轴颈压缸(42)、连杆轴颈压杆(40)及连杆轴颈压块(43)，当压机带动上模座(32)下压时连杆轴颈压块(43)就夹紧连杆轴颈(2)处并使连杆轴颈向下位移成型；在下模座(38)的左右两侧均设置有曲柄压缸(47)、曲柄压杆(48)，并设置有左右两个可水平向模具中心来回滑动并镶嵌了曲柄模块(44)的活动模座(39)，该活动模座(39)上还设置有主轴颈压缸(36)、主轴颈压杆(37)和主轴颈压块(50)，就可夹紧主轴颈(1)处挤压成型曲柄(3)部位；压机上的主压缸、上模块(34)上的连杆轴颈压缸(42)、下模座(38)上的曲柄压缸(47)和活动模座(39)上的主轴颈压缸(36)可连接到计算机上调控其工作进程，协同配合压制成轻质曲轴(4)。

7.一种如权利要求3所述的轻质曲轴在压机上用压制工艺方法制造时，应采用专用的压制模具，其特征是：该专用的压制模具可采用机械式轻质曲轴压模：该模具的上模座(16)之中心部位设置了镶嵌上模镶块(18)的上模块(17)、该上模块(17)上还设置了连杆轴颈锁块(26)、连杆轴颈压块(28)，并在上模座(16)的左右两侧均设置镶嵌了上倾斜滑板(21)的固定模座(20)；在下模座(24)的左右两侧相应地设置可水平向模具中心来回滑动并锒嵌了下倾斜滑板(22)和曲柄模块(25)的活动模座(23、29)，该活动模座(23、29)上设置有主轴颈锁块(14)、主轴颈压块(19)；当压机连带上模块(17)向下位移连杆轴颈(2)时，固定模座(20)的上倾斜滑板(21)用水平分力推动活动模座(23、29)，挤压曲柄(3)部位成型。

8.一种如权利要求1所述的轻质曲轴，它可以用铸造工艺方法制造，其特征是：采用易溶于水，又能在浇注时不熔化的粉状无机化合物，经粘结后作成轻质曲轴芯模，将该芯模固定在浇注模腔中心再浇注成型，冷却后取出芯模材料，即铸成轻质曲轴(4)。

9.根据权利要求8所述的轻质曲轴的铸造工艺方法，其特征是：上述的铸造轻质曲轴芯模用的无极化合物可用粉状硫酸钠、氯化钠或磷酸钠。

Images