CN106002113A - 曲轴的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明的曲轴的制造方法具有如下工序：对曲轴轴颈部(3a～3e)的轴向端及曲轴销部(5a～5d)的轴向端的圆角部(7、9)施加规定的滚压加工的工序；在完成滚压加工后，对曲轴轴颈部(3a～3e)的滑动面(4)、曲轴销部(5a～5d)的滑动面(6)，以及各轴向端的圆角部(7、9)实施高频淬火的工序。

Description

曲轴的制造方法

技术领域

本发明涉及曲轴的制造方法。

背景技术

在曲轴中，由于要求疲劳强度、耐磨损性等的提高，一般对曲轴轴颈部的滑动面、曲轴销部的滑动面实施高频淬火，在曲轴轴颈部及曲轴销部的轴向端所具有的圆角部分别独立地实施滚压加工(圆角滚压加工)。

最近，为了进一步使曲轴的强度、耐磨损性等提高，提出了一种方法(参照日本特开2000-337345号公报)，对曲轴轴颈部、曲轴销部，以及該曲轴轴颈部及曲轴销部的轴向端的圆角部实施高频淬火，提高各部的表面硬度后，对各圆角部实施滚压加工(圆角滚压加工)。

然而，在如上述公报所述的在圆角部实施高频淬火的方法中，在完成高频淬火后，不得不进行圆角部的滚压加工，因此实施滚压加工本身较困难。即，在圆角部中，由于高频淬火而表面的硬度变高，因此直接对淬火表面实施滚压加工变得困难。

因此，在对圆角部进行滚压加工的情况下，例如上述公报所述那样进行曲轴整体的低温回火等，要求在滚压加工前，设置工序，使得成为能够进行滚压加工的状况。然而，该情况使曲轴的制造变困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种曲轴的制造方法，以简单的方法且不有损于加工性，就能够对曲轴轴颈部、曲轴销部，以及圆角部实施高频淬火。

本发明具有：对曲轴轴颈部的轴向端及曲轴销部的轴向端的圆角部施加规定的滚压加工的工序；以及在完成所述滚压加工后，对所述曲轴轴颈部的滑动面、所述曲轴销部的滑动面，以及所述曲轴轴颈部及所述曲轴销部的各轴向端的圆角部实施高频淬火的工序。

根据本发明，在对曲轴的曲轴轴颈部、曲轴销部、圆角部的高频淬火中，使用在高频淬火工序的前一阶段对圆角部实施滚压加工的方法，能够以简单的方法而不有损于加工性地就对包含圆角部的曲轴轴颈部及曲轴销部的滑动面实施高频淬火。

附图说明

图1是本发明的一实施方式的曲轴的主视图。

图2是对曲轴的曲轴轴颈部的圆角部实施圆角滚压加工(滚压加工)时的状况进行说明的主视图。

图3是表示实施圆角滚压加工的加工装置的概要的侧视图。

图4是对实施圆角滚压加工时的状况进行说明的主视图。

图5是表示实施圆角滚压加工的加工装置的概要的侧视图。

图6是对曲轴销部的通过圆角滚压加工进行的相位控制进行说明的图。

图7是将对曲轴实施高频淬火时的状况与进行相位控制的控制设备一起表示的主视图。

图8是对曲轴的变形进行说明的图。

图9是表示完成高频淬火时的曲轴部、曲轴销部、圆角部中的淬火硬化层的剖视图。

具体实施方式

以下，基于图1至图9对本发明的一实施方式进行说明。

图1表示曲轴1的外观。曲轴1是例如汽油动力车用的四缸发动机的曲轴。该曲轴1例如从左侧起具备1号轴颈部3a(以下简称轴颈部3a)、1号销部5a(以下简称销部5a)、2号轴颈部3b(以下简称轴颈部3b)、2号销部5b(以下简称销部5b)、3号轴颈部3c(以下简称轴颈部3c)、3号销部5c(以下简称销部5c)、4号轴颈部3d(以下简称轴颈部3d)、4号销部5d(以下简称销部5d)、5号轴颈部3e(以下简称轴颈部3e)。并且，在各轴颈部3a～3e(相当于本申请的曲轴轴颈部)、销部5a～5d(相当于本申请的曲轴销部)之间通过臂部2分别接合，在同一轴线上连接各轴颈部3a～3e，直线状地配置各轴颈部3a～3e的滑动面4。另外，在从轴颈部3a～3e的轴心离开规定距离的位置上，销部5b、5c在同一线上相连。并且在隔着轴颈轴心而与销部5b、5c相反的一侧(180°)的位置上，销部5a、5d在同一线上相连，在绕轴颈轴心的规定位置配置有上述销部5b、5c及销部5a、5d的滑动面6(外周面)。并且，臂部2的侧面与轴颈部3a～3e的轴向端之间构成圆角部7，臂部2的侧面与销部5a～5d的轴向端之间构成圆角部9。

在曲轴1中，为了使耐磨损性、弯曲(扭矩)疲劳强度等提高，在轴颈部3a～3e的滑动面4，销部5a～5d的滑动面6，轴颈部3a～3e的圆角部7，销部5a～5d的圆角部9实施高频淬火。然而，若在一开始实施高频淬火，由于淬火带来的表面硬化作用，之后难以实施圆角部7、9的滚压加工，即难以实施使圆角部7、9成为R部形状(槽)，并对该圆角R形状部进行冷轧加工这样的圆角滚压加工。

因此，在本实施方式中，为了容易地进行圆角滚压加工，使用如下方法：在实施高频淬火之前的阶段中，进行轴颈部3a～3e及销部5a～5d的圆角部7、9的圆角滚压加工，之后，对轴颈部3a～3e的滑动面4，销部5a～5d的滑动面6，包括各圆角部7、9实施高频淬火。

在该方法中，首先，如图2～图5所示，从对曲轴1的圆角部7、9实施圆角滚压加工(滚压加工)开始。

在圆角滚压加工时，首先如图2及图3所示，例如由支承中心工具15将曲轴1的两端部1a、1b可旋转地予以支承，在各轴颈部3a～3e安装专用的圆角滚压加工机17。例如也如图3所示，圆角滚压加工机17以如下方式安装：由一对支承辊19支承夹着轴颈部3a～3e的单侧，在相反侧配置圆角辊21，圆角辊21朝向圆角部7突出地倾斜。并且，如图2、3中的箭头a般在各圆角辊21施加圆角负载，将圆角辊21的顶端按压到形成于圆角部7的槽形的圆角R部，如箭头b般使曲轴1以轴颈部3a～3e的轴心为中心而旋转。由此，实现各圆角部7的整周的表面的表面粗糙度的提高。

接着，对销部5a～5d的圆角部9实施圆角滚压加工。在该情况下，如图4及图5所示，例如由支承中心工具25将曲轴1的两端部1a、1b可旋转地予以支承，在各销部5a～5d安装圆角滚压加工机27。例如也如图5所示，圆角滚压加工机27以如下方式安装：由一对支承辊29支承夹着轴颈部5a～5d的单侧，在相反侧配置圆角辊31，圆角辊31朝向圆角部7突出地倾斜，并夹持销部5a～5d。并且，如图4、5中的箭头c般在各圆角辊31施加圆角负载，将圆角辊31按压到形成于圆角部9的槽形的圆角R部，并如箭头d般使曲轴1以轴颈部3a～3e的轴心为中心而旋转。由此，实现各圆角部9的表面的表面粗糙度的提高。

在加工圆角辊时，单纯地施加圆角负载无法迅速地制造曲轴1。

因此，也对圆角滚压加工进行钻研。该钻研在于利用圆角滚压加工，在实施高频淬火时产生的曲轴1的变形量。具体而言，通过圆角滚压加工，给予曲轴1抵消淬火变形的变形。以下对这点进行说明。

例如图7所示，曲轴1的高频淬火装置41以如下方式安装：例如由支承中心工具35将曲轴1的两端部1a、1b可旋转地予以支承，在各轴颈部3a～3e、各销部5a～5d的外周面上分别配置高频线圈39。并且，高频淬火装置41一边对各高频线圈39施加高频，一边如箭头e般使曲轴1以轴颈部3a～3e的轴心为中心而旋转，加热轴颈部3a～3e的滑动面4，销部5a～5d的滑动面6，轴颈部3a～3e的圆角部7的圆角R部，销部5a～5d的圆角部9的圆角R部的表面，从而在这些各部位的表面部形成硬化层。此时，曲轴1因热而变形。接合于销部5a～5d的臂部2的厚度尺寸在顶侧与底侧有极端不同的倾向，因此变形容易产生在销部5a～5d周边。在这些变形的多数中，销部5a～5d的两侧的臂部2向两侧扩展，如图7及图8中的箭头g那样销部5a～5d的底侧向外侧变形。特别是淬火时的销部5a～5d的底部分的变形与曲轴1的弯曲直接相关。然而，若为不弯曲程度的线圈输出，则有淬火深度不足的情况。

因此，例如图7所示，在高频淬火装置41使用控制部43和弯曲量传感器45，控制部43控制向高频线圈39输入的输入能量，弯曲量传感器45检测臂部2的弯曲量。作为高频淬火装置41，使用如下装置：震荡频率较高，并能够一边使逆变器部(未图示)的切换电压与电流的相位位移，一边使电流渗透深度变浅使加热时间变短来进行表面淬火的相位控制式的装置。由此，在控制部43中，使高频淬火装置41的逆变器部的切换电压与电流的相位位移，确保规定的淬火深度，并且曲轴1的变形量尽可能小地来控制向高频线圈39输入的输入能量，即淬火所需要的淬火能量。并且，通过弯曲量传感器45检测此时的臂部2的弯曲量。

预先获取对这样的曲轴1实施高频淬火时的臂部2的变形量，即曲轴1的淬火变形量的数据。并且，根据该臂部2的变形量数据，得到使抵消高频淬火变形的变形力产生的抵消数据，基于该抵消数据，在高频淬火前进行圆角滚压加工时，预先给予臂部2抵消高频淬火变形量的变形力。

即在圆角滚压加工机17、27能够使用如下装置：使施加在轴颈部3a～3e的外周部位，销部5a～5d的外周部位的圆角负载能够可变的相位控制式的装置。因此，在上述圆角滚压加工中，基于使上述高频淬火变形量抵消的抵消数据，来控制各圆角辊21、31的按压力(圆角负载)。

如上所述，多数的淬火变形在销部5a～5d周边产生，因此至少控制施加在销部5a～5d的圆角部9的圆角负载。特别是销部5a～5d的淬火，如上所述臂部2有在特定的方向上造成变形的倾向，因此在圆角滚压加工中，如图4中的箭头f所示，给予臂部2与上述的变形(箭头g)相反方向的变形。即，给予销部5a～5d的底侧向内侧位移的变形。因此，在圆角滚压加工中，在销部5a～5d的顶侧施加高负载，在销部5a～5d的底侧施加低负载，如图6所示，使销部5a～5d的顶侧向外侧变形，使销部5a～5d的底侧向内侧变形。

具体而言，在轴颈部3a～3e的圆角滚压加工中，例如仅通过使表面粗糙度提高的圆角负载(例如5kgN)，将圆角辊21按压到圆角部7的整周。在销部5a～5d的圆角滚压加工中，例如图6所示，在销部5a～5d的底侧的半周部B(大致150度左右)施加仅使表面粗糙度提高的圆角负载β(例如5kgN；低负载)，基于抵消数据(变形量)，在销部5a～5d的顶侧的半周部A(大致180度左右)施加比上述圆角负载大的圆角负载α(例如10kgN；高负载)。即，在销部5a～5d中，使施加在顶侧的半周部A的圆角负载α比施加在底侧的半周部B的圆角负载β大。若施加在圆角部9的半周部A的圆角负载α增加，则如图6(a)所示，销部5a～5d的底侧向内侧变形。此时的臂部2的变形量是抵消预先高频淬火所产生的变形的变形量。

在曲轴1中，在如此来完成圆角部7、9的圆角滚压加工后(滚压加工的工序)，通过上述高频淬火装置41，对轴颈部3a～3e的滑动面4，销部5a～5d的滑动面6及轴颈部3a～3e的圆角部7及销部5a～5d的圆角部9进行高频淬火(高频淬火工序)。由此，销部5a～5d的两侧的臂部2消除圆角滚压加工产生的变形，通过变形的抵消，从而得到没有变形，即抑制了变形的曲轴1。

如上所述，与在高频淬火后进行滚压加工的施工方法不同，通过先进行滚压加工，之后进行高频淬火这样简单的方法，能够不有损加工性，就对圆角部7、9的轴颈部3a～3e及销部5a～5d的滑动面4、6实施高频淬火。即，能够容易地对曲轴1实施高频淬火，能够迅速地进行曲轴1的制造。

特别是，对由圆角滚压加工而被加工的圆角部7、9和轴颈部3a～3e及销部5a～5d的滑动面4、6实施高频淬火，因此如图9的符号γ所示的淬火硬化层那样，对圆角部7、9也能够容易地实施规定的淬火深度的淬火。因此，在圆角部7、9中，通过高频淬火产生的表面硬化作用与圆角滚压加工产生的表面粗糙度提高作用的相乘效果，从而进一步实现强度、耐磨损性、耐疲劳强度等的提高。

此外，在使用了相位控制的圆角滚压加工中，通过预先将抵消高频淬火引起的曲轴1的臂部2的变形量的变形给予曲轴1，从而在完成高频淬火工序的时刻，曲轴1的变形被抵消，即曲轴1的变形消失，因此能够迅速地得到高精度的曲轴1。对于容易引起淬火变形的销部5a～5d特别有效。

并且，在圆角滚压加工中，至少使施加在销部5a～5d的顶侧的半周部A的圆角负载α比基于淬火变形量而施加在底侧的半周部B的圆角负载β大，因此能够容易地将抵消该变形量的变形给予曲轴1。当然，根据曲轴1，也可以使施加在轴颈部3a～3e的圆角负载也与销部5a～5d同样地变化。

另外，不仅是圆角滚压加工，对高频淬火也使用相位控制，通过以确保规定的淬火深度且曲轴1的变形量成为最小的方式控制淬火能量，从而能够将抵消曲轴1的变形量的变形量抑制在最小限度，实现制造曲轴1的时间的缩短化。

另外，上述的一实施方式中的各结构及组合等为一例，在不脱离本发明的主旨的范围内能够进行结构的附加、省略、置换及其他的变更。

Claims (5)

1.一种曲轴的制造方法，其特征在于，具备：

对曲轴轴颈部的轴向端及曲轴销部的轴向端的圆角部施加规定的滚压加工的工序；以及在完成所述滚压加工后，对所述曲轴轴颈部的滑动面、所述曲轴销部的滑动面，以及所述曲轴轴颈部及所述曲轴销部的各轴向端的圆角部实施高频淬火的工序。

2.根据权利要求1所述的曲轴的制造方法，其特征在于，

所述滚压加工是将圆角辊向所述圆角部按压的圆角滚压加工。

3.根据权利要求2所述的曲轴的制造方法，其特征在于，

在所述圆角滚压加工中，预先给予所述曲轴变形，以抵消所述高频淬火引起的所述曲轴的变形量。

4.根据权利要求3所述的曲轴的制造方法，其特征在于，

在抵消所述曲轴的变形量的圆角滚压加工中，至少使施加在曲轴销部的顶侧的半周部的圆角负载比基于所述变形量而施加在底侧的半周部的圆角负载大。

5.根据权利要求3或4所述的曲轴的制造方法，其特征在于，

所述高频淬火以确保规定的淬火深度并且所述曲轴的变形量成为最小的方式控制淬火能量。