CN105964848B - 曲轴的圆角部的强化方法及强化装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种曲轴的圆角部的强化方法及强化装置。该强化装置不仅在半径方向上在轴线方向上也能够对圆角部进行强化。在曲轴的圆角部的强化装置中，从与销部或轴颈部的轴线垂直的方向将按压部件按压到使用曲轴时所述销部或轴颈部的在圆角部的圆周方向上弯曲载荷及/或扭转应力最大的部分，对弯曲载荷及/或扭转应力最大的部分施加压缩残留应力。该曲轴的圆角部的强化装置具备：支架(52)，其在末端部具有倾斜面(55)；以及按压块(60)，其具有沿着倾斜面(55)滑动自如的滑动面(61)和沿着圆角部的突条(62)，倾斜面(55)以面向圆角部侧的方式相对于按压块(60)的按压方向均一地倾斜。

Description

曲轴的圆角部的强化方法及强化装置

技术领域

本发明涉及对曲轴的圆角部进行强化的强化方法及强化装置，特别是涉及不仅在半径方向上还在轴向上对圆角部进行强化的技术。

背景技术

例如，曲轴具有轴颈销和曲柄销，连杆的大端部被旋转自如地支承于曲柄销，轴颈销被旋转自如地支承于发动机组的轴颈轴承。在曲柄销及轴颈销的角部为了避免与配合部件干涉而形成有截面为半圆状的槽(圆角部)。圆角部是强度低的部分，由于在内燃机爆发时受到大的弯曲力矩，因此，期望对圆角部的销顶部(在直列4缸的情况下，是相位为0°和180°的位置)进行强化。

在日本特许第3899246号公报中，提出了在冲头的末端部两侧形成侧视观察时为圆弧状的坡面、在坡面上滑动自如地配置有凸形状模具的锻造装置。在该锻造装置中，当凸形状模具按压圆角部，则凸形状模具沿着坡面向外侧突出，还在轴线方向按压圆角部，得到较大的强化部位。

但是，在日本特许第3899246号公报所记载的技术中，不能够得到上述那样的效果。其理由在于，使凸形状模具向外侧突出的作为凸轮面的坡面是圆锥面(0011段)，当凸形状模具哪怕是稍微向外侧突出，就会在凸形状模具与圆锥面之间产生间隙，凸形状模具会相对于冲头倾斜。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供不仅在半径方向上还能够在轴线方向上对圆角部进行强化的曲轴的圆角部的强化方法及强化装置。

本发明是一种曲轴的圆角部的强化方法，从与销部或轴颈部的轴线垂直的方向将按压部件按压到销部或轴颈部的圆角部的圆周方向上的使用曲轴时弯曲载荷及/或扭转应力最大的部分，对弯曲载荷及/或扭转应力最大的部分施加压缩残留应力，该曲轴的圆角部的强化方法的特征在于，将按压部件支承为在相对于其按压方向朝向轴线方向倾斜的方向上滑动自如，当按压部件按压圆角部时使按压部件滑动而在朝向轴线方向倾斜的方向移动。

在本发明中，当按压部件按压圆角部时使按压部件滑动而在轴线方向移动，由此，能够通过按压部件在轴线方向上按压圆角部。因此，不仅能够在半径方向上还能够在轴线方向上对圆角部进行强化。

这里，在本发明中，优选的是，在按压部件的后端侧设置有引导部件，该引导部件具有与按压部件对置的凸状的倾斜面，按压部件由互相接触和分离自如的一对按压部构成，并且所述按压部件具有与凸状的倾斜面对置且与该倾斜面相同形状的凹状的倾斜面，当按压部件按压圆角部时，凸状的倾斜面按压凹状的倾斜面，按压部在按压所述圆角部的同时进行滑动。

此外，本发明是一种曲轴的圆角部的强化装置，其从与销部或轴颈部的轴线垂直的方向将按压部件按压到销部或轴颈部的圆角部的圆周方向上的使用曲轴时弯曲载荷及/或扭转应力最大的部分，对弯曲载荷及/或扭转应力最大的部分施加压缩残留应力，该曲轴的圆角部的强化装置的特征在于，该曲轴的圆角部的强化装置具备：引导部件，其在末端部具有倾斜面；以及按压部件，其具有沿着倾斜面滑动自如的滑动面和沿着圆角部的按压面，倾斜面以面向圆角部侧的方式相对于按压部件的按压方向均一地倾斜。

在本发明中，当通过按压部件的按压面按压圆角部时，按压部件沿着引导部件的倾斜面滑动而在轴线方向移动。由此，按压面在轴线方向上按压圆角部，因此，不仅能够在半径方向上还能够在轴线方向上对圆角部进行强化。

这里，在本发明中，优选是这样的方式：引导部件的倾斜面与按压部件对置且呈凸状，按压部件由互相接触和分离自如的一对按压部构成，并且所述按压部件具有与凸状的倾斜面对置且与该倾斜面相同形状的凹状的倾斜面，当按压部件按压圆角部时，凸状的倾斜面按压凹状的倾斜面，按压部在按压圆角部的同时进行滑动。

此外，在本发明中，优选的是：按压部件具备对圆角部加工规定的按压量的按压面，按压面具备成型区间和渐变区间，在该成型区间所述按压面由大致圆筒曲面构成，该大致圆筒曲面从法线方向起在圆周方向两侧45°以内的范围内具有从圆角部的截面的曲率半径减去按压量而得到的曲率半径，在该渐变区间中，按压面在从法线方向起超出成型区间的圆周方向两侧90°以内的范围内逐渐扩径至在圆角部的曲率半径上加上退避量而得的退避半径。

在上述的方式中，由于成型区间的曲率半径比轴部件的曲率半径小，因此，能够对更大的范围(最大是单侧45°的范围)进行强化。此外，由于具备逐渐扩径至在轴部件的曲率半径上加上退避量而得的退避半径的渐变区间，因此，施加于轴部件的压缩残留应力在渐变区间内逐渐减少，并到达没有压缩残留应力的部分，因此，能够减小在与施加了压缩残留应力的部分相邻的部分产生的拉伸残留应力。另外，成型区间优选为从法线方向起朝向圆周方向两侧30～45°的范围。此外，渐变区间优选为从法线方向起超出成型区间而朝向圆周方向两侧60～75°的范围。

此外，优选的是：在包含轴线的截面中，与倾斜面垂直的直线通过按压面按压圆角部的作用部。这是因为：如果按压面按压圆角部的作用部的位置从倾斜面脱离，则当按压面从垂直于轴线的方向按压圆角部时，按压部件不容易沿着引导部件的倾斜面进行滑动。

此外，优选倾斜面为例如圆筒曲面。在这种情况下，将引导部件倾斜地固定于铣床等，通过铣削刀具进行穿孔，由此，能够加工倾斜面。另一方面，按压部件例如呈大致半环状，能够使滑动面作为圆柱曲面而相对于倾斜面在圆柱曲面的轴线方向滑动。此外，在按压部件的内周面的一侧缘部设置按压面。按压面能够采用向圆角部侧及圆角部的轴线方向突出的突条。

根据本发明，不仅能够在半径方向上还能够在轴线方向上对曲轴的圆角部进行强化。此外，能够对圆角部的更大的范围进行强化，并且能够得到可减小在与施加了压缩残留应力的部分相邻的部分产生的拉伸残留应力等效果。

附图说明

图1是示出在本发明的实施方式中强化的曲轴的侧视图。

图2是示出在本发明的实施方式中对曲柄销进行强化的状态的侧视图。

图3是示出在本发明的实施方式中对轴颈销进行强化的状态的侧视图。

图4中，(A)是示出本发明的实施方式的上冲头的主视图，(B)是其侧剖视图。

图5中，(A)是示出本发明的实施方式中的支架的主视图，(B)是其侧剖视图。

图6是示出在本发明的实施方式中对曲柄销进行强化的状态的放大侧视图。

图7是示出本发明的实施方式的轴部件的强化方法的沿着图2中的箭头VII-VII线的剖视图。

图8是示出加工部分的细节的放大图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的一个实施方式进行说明。图1是示出在本实施方式中进行强化的曲轴1的侧视图。曲轴1是通过热锻而成型的，在作为旋转轴的轴颈销11上形成有向半径方向突出的曲柄臂12，在一对曲柄臂12的端部架设有曲柄销13，在一对曲柄臂12中的一方的另一端部形成有平衡配重14。在各轴颈销11及曲柄销13的两角部形成有由截面为大致半圆形状的槽构成的圆角部15。

图2示出通过下模2及上模3对曲柄销13的圆角部15进行塑性加工的状态，曲轴1被以曲柄销13朝向上下方向的方式载置于下模2。在下模2的一侧设置有向上方延伸的长的第1下冲头21。此外，在下模2的另一侧设置有向上方延伸的短的第2下冲头22。同样地，在上模3的一侧设置有向下方延伸的长的第1上冲头31。此外，在上模3的另一侧设置有向下方延伸的短的第2上冲头32。

图3示出通过下模4及上模5对轴颈销11的圆角部15进行塑性加工的状态。在下模4设置有向上方延伸的下冲头41。此外，在上模5设置有向下方延伸的上冲头51。

图4中(A)是示出上冲头51的主视图，(B)是其剖视图。在图中，标号52是支架(引导部件)，如图5的(A)所示，支架52在矩形的板53的一侧形成有半圆状的孔54。孔54以在图5的(B)中用点划线表示其中心的方式形成为在从相对于板53的正反侧的板厚方向朝向另一侧倾斜的方向观察时为圆形。在孔54的缘部形成有截面呈V字状的倾斜面55。在通过板53的中心的截面中倾斜面55所成的角度θ为60～150°。在这样构成的支架52上安装有一对按压块(按压部件)60。

按压块60是大致半环状，在其外周上形成有与上述倾斜面55相同形状的滑动面61。此外，在按压块60的内周的与另一按压块60相反一侧的缘部形成有向内周侧及板厚方向外方突出的突条(按压面)62。一对按压块60在图4的(B)所示的截面中是对称形状，通过一对按压块60的滑动面61而形成凹部，板53的倾斜面55以楔状嵌合于该凹部中。在按压块60上形成有贯通板厚方向的孔63，在孔63中安装有螺栓64及螺母65。通过这些螺栓64及螺母65，使得按压块60无法越过规定的尺寸地互相分离。此外，在支架52的下表面安装有止挡件66，使得按压块60不会从支架52落下。

图6是示出按压块60的细节的剖视图。如图6所示，按压块60的突条62的截面呈大致半圆状，其曲率半径被设定为比圆角部15的曲率半径小。此外，突条62向曲柄臂12侧突出，突条62在其上侧在与曲柄臂12之间形成有间隙。此外，与倾斜面55垂直的直线L(参照图6)通过突条62按压圆角部15的作用部F。另外，第1上冲头31、第1下冲头21、第2下冲头22、下冲头41及第2上冲头32也与上述上冲头51同样地形成。

图7示出下冲头41及上冲头51的侧视观察形状。上冲头51的突条62具有由大致圆筒曲面构成的成型区间A，在该成型区间A中，大致圆筒曲面从法线l的方向起(从曲率中心O朝向上冲头51的中心线的方向)在圆周方向两侧45°以内的范围内具有从圆角部15的截面的曲率半径减去按压量而得的曲率半径。这里，“按压量”是指突条62沿着法线l对圆角部15进行加工的厚度。在成型区间A中，通过突条62大致均等地进行加工。

如图8所示，设置有渐变区间B，该渐变区间B中，从法线l的方向起在超出成型区间A的圆周方向两侧90°以内的范围内逐渐扩径至在圆角部15的曲率半径上加上退避量而得的退避半径N。在图8中，实线是圆角部15的半径R的圆，虚线是成型后的成型半径S(圆角部15的半径-按压量)的圆，两点划线是退避半径N(圆角部15的半径+退避量)的圆。在渐变区间B中，绕着曲率中心O来描绘凸轮轮廓，按照每个角度的测点来设定与曲率中心O的距离，从而设定突条62的形状。

具体而言，确定成型区间A和渐变区间B的角度，从成型区间A的端点按照每10°来设定半径，确定测点。在这种情况下，将渐变区间B的角度除以10°来计算测点数，计算退避半径N与成型半径S的差。然后，使突条62的曲率半径每隔10°扩大一个值，该值是将退避半径N与成型半径S的差除以测点数而求得的值。这样，随着超出成型区间A而朝向圆周方向，与曲率中心O的距离逐渐增加，在点P处，与圆角部15的半径R一致，如果进一步朝向圆周方向，则朝向与成型区间A相反的方向呈凸状，达到退避半径N。

下冲头41也与上述上冲头51同样地构成。即，在突条62上具有由大致圆筒曲面构成的成型区间A，在该成型区间A中，大致圆筒曲面从法线l的方向起在圆周方向两侧45°以内的范围内具有从圆角部15的截面的曲率半径减去按压量而得的曲率半径。此外，设置有渐变区间B，该渐变区间B中，在超出成型区间A的圆周方向两侧90°以内的范围内，逐渐扩径至在圆角部15的曲率半径上加上退避量而得的曲率半径。

接下来，对通过上述结构的下冲头41及上冲头51来强化圆角部15的方法进行说明。在本实施方式中，通过在常温下进行塑性加工来强化圆角部15。当使上模5下降时，上冲头51的突条62中的成型区间A与曲柄销13的圆角部15接触，通过该成型区间A和第1下冲头121的突条62的成型区间A来对圆角部15进行加工。此时，如图6所示，支架52的倾斜面55以楔状进入按压块60之间，按压块60彼此互相分离。并且，突条62对圆角部15的轴线方向侧的部分进行加工。通过以上的加工，对圆角部15的半径方向侧的部分和轴线方向侧的部分施加了压缩残留应力。在圆角部15的与成型区间A对应的部分，由于在遍及其大致整体的范围内按照按压量而在上下方向上进行成型，因此，压缩残留应力在成型区间A中是大致均匀的。并且，通过该压缩残留应力，当对圆角部15施加了弯曲力矩时，所产生的拉伸应力被抵消。

另一方面，在渐变区间B中，随着从法线l的方向朝向圆周方向，加工量逐渐减少，接下来直至不加工的部分。因此，施加给圆角部15的压缩残留应力在渐变区间B内逐渐减少，并直至没有压缩残留应力的部分，因此，能够减小在与施加了压缩残留应力的部分相邻的部分产生的拉伸残留应力。

这里，上述曲轴1是直列4缸用的曲轴，在这种情况下，在内燃机的爆发时，在相位为0°和180°的位置、即图7中的圆角部15的顶点和最下点受到最大的弯曲载荷及/或扭转应力。具体而言，在曲柄销13的情况下，是圆角部15的位于与平衡配重14的方向成180°相反侧的部分。此外，在轴颈销11的情况下，是圆角部15的位于平衡配重14的方向的部分。

在本实施方式中，通过上冲头51和下冲头41对圆角部15的弯曲载荷及/或扭转应力最大的部分进行加工，能够对圆角部15的半径方向侧的部分和轴线方向侧的部分施加压缩残留应力。此外，由于能够只对需要强化的部分施加压缩残留应力，因此，没有浪费。而且，由于局部地对圆角部15进行塑性加工，因此，能够抑制由于塑性加工而导致的在轴向的伸长。

特别地，在上述实施方式中，由于在上冲头51和下冲头41设置有成型区间A和渐变区间B，因此，能够对圆角部15的较大的范围进行强化，并且能够减小在与施加了压缩残留应力的部分相邻的部分产生的拉伸残留应力。此外，由于与支架52的倾斜面55垂直的直线L通过突条62按压圆角部15的作用部，因此，能够使按压块60可靠地滑动而在轴线方向移动。

接下来，使曲轴1上下反转，以使左端的曲柄销13和其右侧的曲柄销13朝向上下方向的方式载置于下模2，与上述同样地进行圆角部15的塑性加工。此外，通过图3所示的下模4及上模5对轴颈销11的圆角部15进行塑性加工。以上的情况也能够得到与上述内容同等的作用、效果。

另外，在上述实施方式中，如图2所示，通过多个上下冲头21、22、31、32来进行2个曲柄销13的强化，但也可以通过一对上下冲头一个个地对曲柄销13进行强化。或者，也可以使用总模具来一次性地对全部曲柄销13及全部轴颈销11进行强化。

本发明能够用于曲轴的圆角部的强化。

Claims (3)

1.一种曲轴的圆角部的强化方法，从与销部或轴颈部的轴线垂直的法线方向将按压部件按压到所述销部或轴颈部的圆角部的圆周方向上的使用曲轴时弯曲载荷及/或扭转应力最大的部分，对弯曲载荷及/或扭转应力最大的部分施加压缩残留应力，该曲轴的圆角部的强化方法的特征在于，

通过引导部件将所述按压部件支承为在相对于其按压方向倾斜的方向上滑动自如，所述引导部件具有由圆筒状的凹曲面构成的倾斜面，所述按压部件具有与所述倾斜面滑动接触的圆柱状的凸曲面，当所述按压部件按压所述圆角部时使所述按压部件朝向沿着所述倾斜面的中心线的方向滑动而相对于所述引导部件相对地向轴线方向移动，

所述按压部件具备对所述圆角部加工规定的按压量的按压面，所述按压面具备成型区间和渐变区间，在所述成型区间所述按压面由大致圆筒曲面构成，该大致圆筒曲面从所述法线方向起在圆周方向两侧45°以内的范围内具有由所述圆角部的截面的曲率半径减去所述按压量而得到的曲率半径，所述渐变区间中，所述按压面在超出所述成型区间的圆周方向两侧90°以内的范围内逐渐扩径至在所述圆角部的曲率半径上加上退避量而得的退避半径，该渐变区间向与所述成型区间的凸出方向相反的方向凸出。

2.一种曲轴的圆角部的强化装置，其从与销部或轴颈部的轴线垂直的法线方向将按压部件按压到销部或轴颈部的圆角部的圆周方向上的使用曲轴时弯曲载荷及/或扭转应力最大的部分，对弯曲载荷及/或扭转应力最大的部分施加压缩残留应力，该曲轴的圆角部的强化装置的特征在于，

该曲轴的圆角部的强化装置具备：引导部件，其在末端部具有由圆筒状的凹曲面构成的倾斜面；以及所述按压部件，其具有沿着所述圆角部的按压面以及具有与所述倾斜面滑动接触的圆柱状的凸曲面的滑动面，

所述倾斜面以面向所述圆角部侧的方式相对于所述按压部件的按压方向均一地倾斜，

所述按压部件具备对所述圆角部加工规定的按压量的按压面，所述按压面具备成型区间和渐变区间，在所述成型区间所述按压面由大致圆筒曲面构成，该大致圆筒曲面从所述法线方向起在圆周方向两侧45°以内的范围内具有由所述圆角部的截面的曲率半径减去所述按压量而得到的曲率半径，所述渐变区间中，所述按压面在超出所述成型区间的圆周方向两侧90°以内的范围内逐渐扩径至在所述圆角部的曲率半径上加上退避量而得的退避半径，该渐变区间向与所述成型区间的凸出方向相反的方向凸出。

3.根据权利要求2所述的曲轴的圆角部的强化装置，其特征在于，

在包含所述轴线的截面中，与所述倾斜面垂直的直线通过所述按压面按压所述圆角部的作用部。