用于插入轴承衬套的方法和装置
技术领域
本发明涉及根据权利要求1的前序部分的将轴承衬套插入到轴承眼中的方法、用来执行所述方法的装置和根据这样的方法和/或利用这样的装置所生产的工件。
背景技术
从现有技术已知将轴承衬套压入到轴承眼中,例如压入到小连接杆眼中。为了校准内衬套直径,可以提供校准区段,这些校准区段被布置在杆处,沿着杆的纵向轴线偏移,并且在挤压方向上观察具有略微增加的直径。
这样的校准工具的使用在所谓的提篮式连接杆中造成问题,例如,其中连接杆眼的周壁被设计成具有不同的轴向长度。
在后来公布的DE 10 2011 001 492.6中,公开了一种方法,其中提供两个沿轴向彼此间隔开的校准区段,选择所述轴向距离使得一个校准区段可与较大轴向长度的周向区域接触而另一校准区段可与较小轴向长度的周向区域接触。
前述解决方案的缺陷在于校准过程需要相对较多的工作,此外,轴承衬套必须以高精度制成使得一方面,其能以所需压配插入到轴承眼中,而另一方面,其能利用校准工具校准。
与此不同,本发明的目的在于提供一种将轴承衬套插入到轴承眼中的方法、用来执行这种方法的装置和根据这种方法或利用这种装置所生产的工件,这种方法和装置允许将轴承衬套简单地插入到轴承眼中。
发明内容
利用具有权利要求1的特点的方法,具有独立权利要求13所述的特点的装置和根据独立权利要求20所述的工件实现了该目的。
本发明的有利发展为从属权利要求的主题。
根据本发明的方法,轴承衬套最初被插入到轴承眼中,其中以游隙或微小压配来执行这种插入,其中这种表面挤压明确地小于压配的情况,压配将需要在操作期间克服在轴承眼中的扭转地固定轴承衬套。在接下来的工艺步骤中,通过塑性成形来实现“松动地”插入的轴承衬套,使得轴承衬套的外周通过预期使用中所需的压配而与轴承眼的周壁邻近并且使内周达到预定尺寸。即,与常规方法不同,通过成形步骤来引起压配,在将轴承衬套插入到轴承眼中之后执行成形步骤。这提供以下显著优点:轴承衬套可以被预先制成为具有比常规方法显著更低的尺寸稳定性,其中比现有技术中更低的要求也应用在表面质量和表面涂层以及轴承衬套材料方面。如前文所述,使内周达到预定尺寸,其中预定尺寸无需为轴承衬套的内径的最终希望的尺寸。
在优选实施例中,利用旋转滚压工具来执行塑性成形,使得轴承衬套被滚压到轴承眼中。滚压工具优选地包括多个周向分布的滚子,这样的滚子在径向方向上被可调整地支承。
如果如在例如申请者的DE 103 25 910 B4中所描述地,在轴承眼的内周处形成特定结构,则进一步提高了扭转稳定性。
这种结构的粗糙度深度优选范围从3至10μm,优选从5μm至7μm。
如果在轴承眼的内周处设置至少一个微穿刺,则可以进一步提高保持力,在塑性成形期间,轴承衬套的材料被滚压到微穿刺中。
如上文所示,轴承衬套可以以游隙或比较小的压配插入。
当利用所描述的滚压工具来插入轴承衬套时,程序工作比较少。
该方法可以包括以下步骤。在第一步骤,使滚压工具陷入待加工的轴承衬套中,滚压工具的包络圆直径小于轴承衬套的内径。在下一步骤,沿径向调整滚压工具使得轴承衬套被保持在滚压工具处。在另一步骤中,保持有轴承衬套的滚压工具然后移动到轴承眼中。在将轴承衬套在轴向和若需要在径向定位于轴承眼中后,沿径向调整滚压工具,以便最初在轴承衬套与轴承眼之间产生摩擦附着,并且然后进一步径向调整,通过塑性成形来滚压轴承衬套。在滚压之后,滚压工具在径向方向上复位并且从轴承眼移除。
如前文所述,轴承衬套和相对应地轴承眼可以被构造成具有在轴向方向上更长和更短的周向部分。此处,可以有益地在轴向方向上更短的周向部分的区域中支承滚压工具,以便获得均匀的表面单位压力。
在将轴承衬套滚压到轴承眼中之后,还可通过主轴打磨(spindling)或光滑滚压来精整轴承衬套。
这样的精整可以在相同的加工工位或者额外的加工工位上执行。对于这种精整,例如主轴打磨,需要轴承眼定心。在常规解决方案中,这种定心由精镗床执行使得相应的工件与精镗主轴对准。在根据本发明的解决方案中,执行这样的定心,而无需利用滚压工具的任何外部工位。在设置另一轴承眼的情况下,如在连接杆的情况下,例如,该区域由定心心轴定心,在滚压操作期间,定心心轴陷入于另一轴承眼中,例如连接杆的大轴承眼中。
例如,可以在滚压之后执行定心。在工件被设计成具有第二轴承眼的情况下,例如在连接杆中的大轴承眼,为了定心,用来横向于连接杆的方向将连接杆固定就位的具有2点定心的定心元件然后可以插入到大连接杆眼中。为了在连接杆的纵向方向上定心,滚压工具被插入到小连接杆眼中。由于滚压工具沿着内周相邻,小轴承眼也在连接杆的方向上定心。工件经由2点定心而固定,即使在滚压期间也是如此。
在这样定心之后,夹持并且进一步加工工件。
在所有描述的实施例中,这种进一步加工在加工工位上进行,例如在反向机(inverse machine)上,不具有衬的连接杆和设有衬的连接杆在小连接杆眼中在反向机上被加工。当加工无衬的连接杆时,在反向构思中,连接杆被多主轴抛光头磨光/辊抛光。当包括衬的连接杆替代地被加工时,采用多主轴辊单元,作为多主轴抛光头的替代。
在前述利用在大连接杆眼中的2点定心的加工中并且当小连接杆眼被构造成提篮式连接杆眼时,在滚压期间可能发生小连接杆眼的窄侧与在轴向方向上较宽的一侧相比被显著地更强地压缩,使得在较窄侧上的衬壁厚度比在小连接杆眼的较宽侧上的衬壁厚度略微小。这导致整个连接杆在纵向方向上不对称。然后通过前述精整来补偿这种不对称。为了避免这种缺陷,作为前述2点定心的替代,可以使用4点定心,通过4点定心,大连接杆眼在连接杆的方向和其横向上被固定就位。利用滚压工具以与上文所描述的方案类似的方式使小连接杆眼定心。在这样定心之后,工件被夹持并且衬被滚压。由于大连接杆眼的4点定心,可以避免或至少在很大程度上减轻前述不对称使得在滚压之后提供均匀的衬壁厚度。
当然,在其它工件中也可提供前述2点或4点支承,其它工件被构造成具有带衬的轴承眼和充当定心基座的任何其它凹部。
特别地,根据本发明的构思,因此,下列定心和滚压策略是可能的:
利用不同的工具来执行插入轴承衬套和滚压;
利用一种工具,在本情况下滚压工具来执行插入和滚压;
在加工单元例如反向机上执行滚压和定心,在反向机上,执行随后的加工,例如主轴打磨;
如果该单元被形成为使得也在该单元上执行定心,则可以免除单独的定心单元,在反向机的情况下,反向机然后被构造成具有多主轴滚压头和多主轴定心头;
利用另一轴承眼例如,大连接杆眼的4点定心,支承该工件使得在滚压期间,可以获得均匀的衬壁厚度。
可以利用如在申请者的DE 10 2011 000 618中所描述的工具来执行光滑滚压。
用来执行该方法的装置包括用于将轴承衬套插入到轴承眼中和使轴承衬套塑性成形使得轴承衬套以预定压配被接纳于轴承眼中的至少一个工位。
在单个工位中执行这种插入和成形。在替代解决方案中,轴承衬套可以在第一加工单元的工位中被插入到轴承眼中,第一加工单元还可包括裂解单元。然后由另一加工单元来执行轴承衬套到轴承眼中的塑性成形/滚压。
待机械加工的工件可以如前文所解释那样经由单独的定心单元或者经由滚压工具本身被定心。此外,可以提供另一定心装置,其陷入于工件的另一轴承眼中或者相对应的凹部中,以便将工件定心并且固定工件防止扭转,即使在滚压轴承衬套时也是如此。这样的定心装置可以被构造成具有2点定心或4点定心。优选地,定心装置被构造成允许定心和夹持。
可以利用旋转滚压工具来执行塑性成形/滚压,旋转滚压工具具有多个周向分布的滚子,这些滚子在径向方向上被可调整地支承。
为了防止轴承眼或者构造有轴承眼的工件在成形期间扭转,该装置可以被构造成具有扭矩支承件。在连接杆中,主杆优选地被克服扭转地支承。
根据本发明的工件优选地为内燃机的连接杆。
轴承衬套可以由片状金属切割件制成。由于以高挤压力压配到轴承眼中并非必需的,所以轴承衬套可以无涂层。在常规的解决方案中,为了避免在压配期间损坏轴承衬套,可以设置涂层,例如锌层。
通常,术语“轴承衬套”可以被理解为适合于吸收在轴承中出现的径向和轴向力并且另外在最佳润滑/摩擦学方面得到优化的部件。关于本发明,术语“轴承衬套”也被理解为只是被设计为减小摩擦和优化润滑性质的部件,在这些也被称作轴承套筒的轴承衬套中,力可以由轴承衬套所插入的该部件吸收。也就是说,“轴承衬套”在摩擦学方面被优化,实际承载力基本上由支承轴承衬套的周壁吸收。
附图说明
将利用示意图来在下文中详细地说明优选实施例,在附图中:
图1示出了根据本发明包括轴承衬套的连接杆的局部视图;
图2以截面图和顶视图示出了根据图1的轴承衬套;
图3以轴承衬套的片展开图(sheet development)示出了图1的轴承衬套;
图4示出了根据图2和图3用于滚压轴承衬套的滚压工具的头;
图5为具有2点定心的方法的示意图;以及
图6为具有4点定心的方法的示意图;
图7a至图7e示出了在将轴承衬套滚压到根据图1的连接杆的轴承眼中期间的方法步骤的示意图。
具体实施方式
图1示出了内燃机的连接杆1的局部剖视图,其中仅示出了小连接杆2和杆4的部分。连接杆眼2以提篮式连接杆眼为形式,其中连接杆眼2的在活塞杆侧上的周向部分的轴向长度L比远离该活塞杆侧的具有轴向长度l(参考图1和图2)的周向部分长。根据图1中的截面图,在具有轴向长度L和轴向长度l的区域之间的过渡为连续的。轴承衬套8的轮廓适应连接杆眼2的提篮式几何形状,轴承衬套8被插入到小连接杆眼2的轴承眼6中。
图2和图3示出了轴承衬套8的结构。图2a示出了轴承衬套8的截面图,而图2b示出了图1中的轴承衬套的顶视图。图3示出了轴承衬套8的展开图。根据图2a中的截面图,轴承衬套8根据小连接杆眼2的几何形状被设计成具有带有最大轴向长度L的部分和带有最小轴向长度l的部分,“轴向长度”在小连接杆眼2的轴线10的方向上指示。
在顶视图(图2b)中,轴承衬套8为圆柱形。在图示实施例中,轴承衬套由具有图3a所示的几何形状的片状金属切割件滚丝而成,并且然后被插入到轴承眼6(连接杆孔)中。在本发明的变型中,以比较小的压配来执行这种插入或压配,其中所产生的压缩接合部在给定操作条件下不足以克服扭转充分固定轴承衬套8。
根据图3的轴承衬套8的展开图示出了轴承衬套8的长区域12被构造成具有较大轴向长度L,而两个区域14、16被构造成具有小轴向长度l,小轴向长度l分别止于前边缘18和20。如前文所提到的那样,轴承衬套8由具有厚度d(图3b)的片状金属切割件形成并且然后被滚丝,两个前边缘18、20沿着接合部21(图2a)以齐平方式相邻,如图2所示,无需执行焊接或粘合剂闭合。片状金属切割件优选地不设有保护层例如锌层,如在开始中所解释的那样,常规轴承衬套必须通过合适的表面精加来避免由于压配期间作用的高力而损坏。当然,在根据本发明的轴承衬套8中不需要这样,若需要,根据本发明的轴承衬套8也可以被设有表面层,或者表面可以被适当地精整。
在本发明的实施例中,如前文所描述被滚丝的轴承衬套8以微小压配被插入到小连接杆眼6中并且然后由图4所示的滚压工具22滚压到轴承眼6中。仅部分地示出的所述滚压工具22包括工具头,工具头包括止挡件24,在滚压操作期间,止挡件24搁置在图4示意性地示出的连接杆眼2的端面部分26上并且被可旋转地支承。滚压工具22的未图示的柄部可以根据相应加工单元的夹持系统来选择。在图示的工具头与未图示的柄部之间,设置用于调整和限制穿过轴承眼2的滚压头28的有效直径(包络圆直径)的控件和电路。所述滚压头28具有多个周向分布的滚子30,滚子30被保持在辊保持架32中的适当位置。滚子30具有圆锥形状,并且在径向方向上被向内(在图4中未示出)支承于设置在工具轴线中的圆锥体上,工具轴线与工具柄部连通。带有滚子30的辊保持架32可以与圆锥体面对面旋转并且被支承为可以以有限的量沿轴向移动。滚子30和圆锥体彼此调整使得滚子30形成圆柱形包络圆,使得当在整个滚子长度上测量时工具直径在滚子30上相等。当向上偏移辊保持架32时,滚子30在轴向圆锥体上偏移,轴向圆锥体的直径向顶部增加使得滚压头的包络圆直径适当地增加。容纳于前述电路中的弹簧向下推压辊保持架22使得包络圆直径在滚压工具22的闲置位置最小。止挡件24可以与连接杆眼2的平面端面部分26或者工件夹持装置的基准表面合作。
在根据本发明的方法的第一变型中,旋转滚压工具22被引入到已经插入的轴承衬套8中。当止挡件24搁置在端面部分26上时,调整止挡件24使得滚压头28在以收拢状态,即具有最小包络圆直径的滚子30的整个长度上移动到连接杆眼2中。不再能在轴向方向上进一步偏移辊保持架32。进一步主轴进给导致面对滚子30的圆锥体偏移和因此包络圆直径增加。也就是说,滚子30被压到轴承衬套8的内周上使得轴承衬套8的成形开始。通过停止工具进给也增加包络圆直径和因此停止轴承衬套2的成形。这表示着可以通过机器进给来控制滚压后衬的成形程度和衬的内径。优选地,在进给停止后,进行一些进一步工具绕转并且然后以快速运动收回滚压工具22。在收回的第一阶段,滚压工具22再次收拢到最小直径(最小包络圆直径)并且可以从轴承衬套抽出。
通过成形,导致在周向方向上的塑性膨胀的压缩应力在周向方向上被引入到轴承衬套8中。当前述接合部21被设计成无游隙时,即当两个前边缘18、20以平齐方式彼此相邻时,在衬材料的屈服强度的量值中,切向固有压缩应力累积。它们导致衬与连接杆之间在技术方面可能最大的径向压力。
在成形操作期间,整个衬截面经受高于屈服强度的压缩应力。在该状态,也可能使轴承衬套8的外径塑性成形。在该状态下的衬套可以在轴承眼6的周向区域中采用具有相反的表面粗糙度轮廓的相反形状。根据此轮廓的形状,因此可能发生微形式闭合(micro form closure),这明确地增加了在上述径向压力下的附着。在连接杆眼中的表面粗糙度轮廓的合适选择使得粘合力和粘合力矩能够被优化。
可以增加粘合力,使得例如通过机械加工(珩磨、直线镗削)或通过激光能量来将预定结构引入到轴承眼中。另外或额外的可能性在于在轴承眼6的周壁中形成微穿刺或类似物。
所描述的提篮式连接杆的问题在于由于轴承衬套8的不同轴向长度,滚压工具22通过其滚子30在一些区域中与轴承衬套8完全表面接触,而在具有长度l的较短的周向部分,仅滚子30的部分正处于支承状态。这可能需要轴承衬套8在较窄区域中比在较宽区域中更强地形成,因为在较窄区域中的径向压力明显更高。如果这种不规则的成形造成问题,可以设置支承元件以用于沿径向支承滚压工具22或更具体而言在较窄区域支承其滚子30。这种支承在图4中以两个箭头F指示。
由于不规则的表面单位压力,在提篮式连接杆的情况下,如前文所描述可能发生在较窄区域1中的衬壁厚度小于在较宽区域L中的衬壁厚度。在根据图5的图示中以S1和S2绘制这些不同衬壁厚度,其中相对应地S2<S1。在图5所示的方法策略中,预期连接杆具有这种不对称的构造并且然后在随后的加工中进行补偿。
图5示出了具有大连接杆眼34和小连接杆眼2的连接杆1的侧视图和顶视图,轴承衬套8将被滚压到小连接杆眼2的轴承眼6中。小连接杆眼2以具有窄侧和较宽侧的提篮式连接杆眼为形式。在滚压轴承衬套8之前,2点定心36最初被引入到大连接杆眼34中使得大连接杆眼34在X方向上定心到位。
然后根据所描述的策略经由单独的挤压工具或者经由滚压工具22将轴承衬套8压配或插入到小连接杆眼2中。取决于具体策略,然后小连接杆眼2由滚压工具22在X方向和Y方向(参考图5的坐标系)上定心。在这样定心之后,以上文所描述的方式来执行连接杆1的夹持和轴承衬套8的滚压,其中然后由2点定心36来克服扭转支承连接杆1。由于前文所描述的不同表面单位压力和所伴随的在小连接杆眼的窄部分区域中材料的较高压缩,壁厚S2相对应地小于小连接杆眼的在轴向上较宽的部分中的壁厚S1。
在随后的加工期间,例如,主轴打磨或磨光期间,然后补偿这种不对称性,其中在加工之前,执行定心,因为滚压元件陷入于小轴承眼2中并且在X和Y方向上使小轴承眼2定心,而在大轴承眼34中的2点定心36决定在X方向上的对准。在所述定心之后,进一步加工连接杆1。
利用图6解释了一种方法,其中避免或至少减轻了连接杆1的不对称性或更具体而言不均匀的衬壁厚度。
在该变型中,首先通过将略微接触大连接杆眼34的周壁的4点定心38引入于大连接杆眼34中来将连接杆1定心。类似于前文所描述的实施例,在压配或插入轴承衬套8之后,利用滚压工具22将小连接杆眼2定心,其中滚压工具22同样略微接触轴承衬套8的内周壁但并不滚压。
为了滚压,经由4点定心38来夹持大连接杆眼34并且经由滚压工具22来滚压轴承衬套8。在滚压操作之后,滚压工具22返回到其接纳位置以用于接纳新轴承衬套8并且4点定心38松弛使得仍定心的连接杆1可以进给到下一加工步骤。
在反向机中,例如,支承多个连接杆的工件保持器移动下一加工工具。在单独的加工单元的情况下,包括放置和定心的连接杆的工件保持器被移出并且引导到下一加工工位。
关于在Y方向上定心连接杆1,前文描述的系统造成超定的定心,其中由于在连接杆的纵向方向上的准确支承,衬壁厚度S1和S2在滚压之后基本上大致相等。
可以由单独的加载装置或者以相反构思经由夹持装置来加载滚压单元,夹持装置基本上也由滚压工具22和所描述的4点定心形成,其中,如之前所提到的那样,滚压工具可以移动到接纳位置以接纳未加工的连接杆。
在上文所解释的方法中,首先,轴承衬套8在一个工位被“松动地”压配并且在另一工位被滚压到轴承眼6中。然而,基本上也设置加工单元的一个单个工位来执行压配和滚压。
如所解释的那样,定心、滚压和进一步加工可以在一个单个加工单元上执行,例如在反向机中,无衬的连接杆也可在反向机上加工。定心然后经由多主轴定心头执行,而用于加工多个连接杆的滚压经由多主轴滚压单元发生。在无衬套连接杆的情况下,多主轴滚压单元优选地被放置在反向机的多主轴抛光头所位于的位置处。但如之前所提到的那样,也可在单独的定心工位上执行定心。
在本申请中所描述的所有实施例中可以使用前文所描述的4点定心。
在替代变型中,可以在随后的加工单元中,例如在具有四个主轴的反向加工单元中执行滚压过程,使得因此四个连接杆可以被同时加工。利用前述滚压工具22和这样的加工单元,基本上也可使用无衬的连接杆,其中小轴承眼被滚压工具22磨光或辊抛光。
通过图7,示出了根据本发明的方法的优选变型。
在参考图7所解释的实施例中,轴承衬套8也经由滚压工具22而被插入到轴承眼6中。图7a)示出了初始状态。具有内径dB1和外径DB1的轴承衬套8被设置在合适的储料器(magazine)中。滚压工具22经由加工单元的控制在轴向和径向方向与设置的轴承衬套8对准,并且圆锥体被收回使得滚压头28的滚子30被调整为最小包络圆直径DWE。在下一加工步骤中,滚压工具22根据图7b)在Z方向上移动直到滚压头28移动到轴承衬套8中,其中包络圆直径DWE小于轴承衬套8的内径dB1。在滚压头8陷入期间,指示的止挡件24抵靠轴承衬套8的端面区域。随后,包络圆直径略微增加使得得到保持直径DWH,保持直径DWH近似与轴承衬套8的内径dB1对应使得轴承衬套8被保持在滚压工具22处。滚压工具22然后随着轴承衬套8根据图7c)移动到小连接杆眼的轴承眼6中。选择轴承衬套8的外径DB1使得其略微小于或约等于轴承眼6的直径DP,轴承衬套8以游隙搁置在轴承眼2中。在相对于连接杆眼2完全插入并且调整轴承衬套8之后,滚压头28的滚子30略微移出使得根据图7d)最初得到包络圆直径DWK。利用这种包络圆直径,轴承衬套8的外周粘合地压靠在轴承眼6的内周表面。之后,通过以前述方式进一步将包络圆直径增加到最终尺寸DWW来滚压轴承衬套8。
如已经在先前所解释的那样,有利地在调整了最大包络圆直径DWW之后,滚压工具22仍执行一些绕转使得成形操作均匀。然后将轴承衬套8滚压到轴承眼2中,其中轴承眼的直径DP近似与轴承衬套8的外径DB2对应,提供图示的微形式闭合并且根据图7e)完全闭合接合部21。
在所述滚压之后,再次收回滚子30使得得到最小包络圆直径DWE,滚压工具22或更具体而言滚压工具22的滚压头28可以无碰撞地从小连接杆眼2移出。
在该变型中,轴承衬套8因此在加工单元的单个工位插入和滚压。加工单元的单个工位被构造成还包括例如裂解工位和/或激光工位。
如已经提到的那样,为了在成形操作期间避免轴承衬套8和轴承眼6相对扭转,可以设置合适的扭矩支承件来防止轴承衬套8扭转。
根据需要,还可进一步精整轴承衬套的内径。可以例如通过光滑滚压(辊抛光)或者主轴打磨来执行这种精整。
在所有实施例中,加工轴承眼6的周壁以具有例如5μm至7μm的预定表面粗糙度。如前文所提到的那样,也可以通过珩磨、直线镗削和/或激光结构化来引入结构以通过微齿接(micro-toothing)来改进附着。
本发明公开了用于将轴承衬套插入到轴承眼中的方法和装置以及根据这种方法或者利用这种装置产生的工件。根据本发明,轴承衬套被滚压到轴承眼中。
附图标记列表
1 连接杆
2 连接杆眼
4 杆
6 轴承眼
8 轴承衬套
10 连接杆眼轴线
12 区域L
14 区域l
16 区域l
18 前边缘
20 前边缘
21 接合部
22 滚压工具
24 止挡件
26 端面部分
28 滚压头
30 滚子
32 辊保持架
34 大连接杆眼
36 2点定心
38 4点定心