CN109794816A - 曲轴、凸轮轴的轴颈精加工方法和轴颈 - Google Patents

曲轴、凸轮轴的轴颈精加工方法和轴颈 Download PDF

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Abstract

本公开提供了“曲轴、凸轮轴的轴颈精加工方法和轴颈”。提供了一种研磨曲轴表面的方法。所述方法包括通过磨轮来研磨所述曲轴的表面，以及通过在垂直于所述曲轴的纵向方向的横向方向上摆动抛光轮来抛光通过所述磨轮研磨的所述曲轴的表面。

Description

曲轴、凸轮轴的轴颈精加工方法和轴颈
技术领域
本公开涉及金属加工过程，并且更具体地涉及用于研磨和精加工曲轴或凸轮轴的各种表面的方法。
背景技术
本部分中的说明仅提供与本公开相关的背景信息，并且可以不构成现有技术。
内燃发动机通常需要使用曲轴将线性运动转换为旋转运动。具有各种功能的曲轴的多个表面需要机加工以确保曲轴的正确操作。通常，一些机加工过程需要围绕纵向轴线(该纵向轴线限定曲轴的主轴承轴颈轴线)旋转曲轴，同时利用旋转磨轮来机加工多个不同的表面。该过程称为机器研磨。
在机器研磨过程中，极端的高温和猛烈的切削可能会改变微观结构和基体金属硬度，从而产生轻微的尺寸和表面缺陷，诸如模糊的峰、波纹和颤动。随后可以执行超精加工过程，以通过移除在研磨过程中形成的非晶层来改进表面光洁度和工件几何形状。
可以通过使用砂带或磨石进行典型的超精加工过程。砂带精加工更常用。砂带精加工系统和磨石精加工系统都采用一系列机械夹紧臂，这些夹紧臂必须在轴向上与有待精加工的轴颈一致地定位。无论使用哪种系统，磨石或砂带都夹紧在轴颈上，并在曲轴旋转时保持静止。
执行超精加工过程需要从研磨机转换到超精加工系统，对超精加工系统的各种夹紧臂进行定位，并相对于曲轴的轴颈来定位工具(磨石或砂带)。因此，用于研磨和精加工曲轴的典型方法是复杂、耗时且昂贵的。
本公开涉及改进与研磨和精加工轴颈及曲轴相关的过程。
发明内容
在一种形式中，提供了一种研磨曲轴表面的方法，其包括通过磨轮来研磨曲轴表面，以及通过在垂直于曲轴的纵向方向的横向方向上摆动抛光轮来抛光通过磨轮研磨的曲轴表面。
在其他特征中，抛光轮以0.5mm的行程以8Hz(mm/s)的频率摆动，并且可以是粒度不大于46微米(相当于400目)的玻璃化或树脂粘合的立方氮化硼(CBN)轮。然而，应该理解，摆动行程和频率可以根据应用而改变，同时保持在本公开的范围内。在一种形式中，磨轮的粒度为151微米(相当于120目)。该方法还包括在抛光过程中施加冷却剂。冷却剂可以包括6％无油水(水溶性的)，但是可以使用其他冷却剂如油基冷却剂，同时保持在本公开的范围内。抛光轮可以10至50微米之间的深度且在一种形式中以20微米的深度从曲轴移除原料。磨轮进行的研磨是使用CBN轮进行切入式研磨。曲轴的表面可以是可能需要精密加工的主轴承轴颈的表面、曲轴的销轴颈的表面或曲柄密封表面等。
在另一种形式中，提供了一种研磨和抛光曲轴表面的方法，其包括通过磨轮来研磨曲轴表面，以及通过粒度不大于75微米且在一种形式中不大于46微米的玻璃化或树脂粘合的CBN轮来抛光曲轴的表面。
在另一种形式中，提供了一种研磨和抛光曲轴的主轴承轴颈和销轴颈的方法，其包括通过磨轮来研磨曲轴表面，以及以0.05至1.0mm之间的行程且在一种形式中0.5mm的行程在垂直于曲轴纵向轴线的横向方向上摆动抛光轮，以抛光通过磨轮研磨的表面。一般来说，对于给定的目数，摆动进一步降低表面光洁度，因为该运动与轮上的一组不同的磨粒接合。由于过度摆动，抛光轮的边缘可能会破裂，然后失去形状。另外，在任一侧上都有肩部的轴颈/零件上，摆动的量限制抛光轮的宽度，这再次影响抛光轮的破坏。在其他特征中，抛光轮以2至25Hz之间的频率且在一种形式中以8Hz的频率摆动，并且抛光轮的粒度不大于46微米。
根据本文提供的描述，其他适用领域将变得显而易见。应该理解的是，描述和具体示例仅用于说明的目的，而无意限制本公开的范围。
附图说明
从详细描述和附图将更全面地理解本公开，在附图中：
图1是根据本公开的教导的曲轴和研磨机的示意图，该研磨机执行研磨曲轴表面的方法；
图2是部分A的放大视图，示出了抛光轮相对于曲轴的主轴承轴颈的移动；
图3描绘了条形图，该图对通过本公开的无带抛光过程、典型的带抛光过程和部分带抛光过程得到的曲轴的抛光表面的平均粗糙度(Ra)进行比较；
图4描绘了条形图，该图对通过本公开的无带抛光过程、典型的带抛光过程和部分带抛光过程得到的曲轴的抛光表面的承载比(Rmr)(0.4um薄片)进行比较；
图5描绘了条形图，该图对通过本公开的无带抛光过程、典型的带抛光过程和部分带抛光过程得到的抛光表面的将承受负荷的分率(Mr2)进行比较；
图6描绘了条形图，该图对通过本公开的无带抛光过程、典型的带抛光过程和部分带抛光过程得到的曲轴的抛光表面的未过滤原始轮廓(Pt)进行比较；
图7描绘了条形图，该图对通过本公开的无带抛光过程、典型的带抛光过程和部分带抛光过程得到的曲轴的抛光表面的平均最大高度(Rz)进行比较；
图8描绘了条形图，该图对通过本公开的无带抛光过程、典型的带抛光过程和部分带抛光过程得到的曲轴的抛光表面的平台下单个最大谷(Rvk)进行比较；并且
图9描绘了条形图，该图对通过本公开的无带抛光过程、典型的带抛光过程和部分带抛光过程得到的曲轴的抛光表面的平台上单个最大谷(Rpk)进行比较。
贯穿附图的若干视图，对应的附图标记指示对应的部分。
具体实施方式
以下描述本质上仅是示例性的，而无意限制本公开、应用或用途。
参照图1，示出了用于研磨和抛光曲轴12的各种表面的研磨机10。曲轴12包括限定曲轴12的纵向轴线X的相对的端部14和16。曲轴12通过夹具18可旋转地支撑在相对的端部14和16处，该夹具使曲轴12绕纵向轴线X固定和旋转。
曲轴12通常包括多个主轴承轴颈18(沿纵向轴线X对齐)、多个销轴颈22和飞轮24。销轴颈22在垂直于纵向方向X的横向方向Y上偏离纵向轴线X设置。
研磨机10包括支撑磨轮32的第一主轴30和支撑抛光轮36的第二主轴34。磨轮32包括外周表面，用于从曲轴12的主轴承轴颈20和销轴颈22切割和移除原料，以实现所需的几何形状。抛光轮36包括用于抛光和精加工通过磨轮32研磨的表面的外周表面。磨轮32可以由硬质材料诸如立方氮化硼(CBN)、氧化铝或混合组合物制成，该材料的粒度在约91至252微米之间且在一种形式中为约151微米(相当于120目)。磨轮36可以由硬质材料诸如玻璃化或树脂粘合的CBN、氧化铝或混合组合物制成，该材料的粒度在约15至76微米之间且在一种形式中为约46微米(相当于400目)。
研磨机10还包括使第一主轴30和第二主轴34绕中心轴线42旋转的马达40，以及驱动第一主轴30和第二主轴34在相对于曲轴12的主轴承轴颈20径向的横向方向Y上以及平行于曲轴12的纵向轴线X的轴向方向B(图2中示出)上移动的驱动器44。控制器46被配置成控制马达40和驱动器44以使第一主轴30和第二主轴34围绕中心方向42旋转，并使第一主轴30和第二主轴34在轴向方向B和横向方向Y上移动。
为了研磨曲轴12的表面，诸如主轴承轴颈20和销轴颈22的表面，曲轴12绕纵向轴线X旋转，并且第一主轴30绕中心轴线42旋转并朝向曲轴12在Y方向上移动。当磨轮32的外周表面接触主轴承轴颈20和/或销轴颈22时，从主轴承轴颈20和/或销轴颈22移除原料以实现期望的几何形状。磨轮32的研磨过程可以是切入式研磨。使用研磨过程来实现期望的几何形状在本领域中是已知的，因此为了清楚起见，本文省略其详细描述。
在完成曲轴12的主轴承轴颈20和/或销轴颈22的研磨以实现期望的几何形状后，第一主轴30远离曲轴12移动。第二主轴34绕中心轴线42旋转，移动以与主轴承轴颈20和/或销轴颈22对齐，并朝向主轴承轴颈20和/或销轴颈22移动，以用于随后的抛光过程。
参照图2，在抛光过程中，抛光轮36在横向方向Y上以大约0.5mm的行程和大约8Hz(mm/s)的频率摆动。抛光过程具有小程度的足以接合一组磨粒的摆动，这降低表面光洁度并使得可以采用相对较大的目数和增强的轮粘合。
可以应用包括6％无油水的冷却剂。抛光轮36可以是粒度为46微米(相当于400目)的玻璃化或树脂粘合的CBN轮。抛光轮36可以20微米的深度从曲轴移除原料。
本公开的不使用砂带的抛光方法提供了优于典型的带精加工过程得到的抛光表面。此外，表面光洁度特性的标准偏差窄得多，从而导致更加可控和稳定的过程。在下面的表1中，比较了通过本公开的使用抛光轮36的过程和通过使用砂带的典型超精加工过程实现的各种表面粗糙度测量结果。
表1
*：优于带精加工，>15％
Δ：与带精加工相同，在15％以内
X：不如带精加工，>15％
如表1所示，本公开的无带过程通常具有优于典型的带精加工过程所达到的标准偏差。通过本公开的无带过程得到的抛光表面的最小值略高于典型的带精加工。这是因为与在典型的超精加工过程中使用的砂带的20微米的粒度相比，本公开的抛光轮36具有更大的粒度，即46微米。因此，通过减小抛光轮目数可以进一步减小表面粗糙度。
参照图3，描绘了条形图，该图对通过本公开的无带过程(T)、典型的带抛光过程(P)和部分带抛光过程(B)得到的主轴承轴颈和销轴颈的抛光表面的平均粗糙度(Ra)进行比较。Ra是表面峰和谷的一组单独测量结果的平均值。
参照图4，描绘了条形图，该图对通过本公开的无带过程(T)、典型的带抛光过程(P)和部分带抛光过程(B)得到的主轴承轴颈和销轴颈的抛光表面的承载比(Rmr)(0.4μm薄片)进行比较。典型的带抛光过程使用粒度为20微米的带，而本公开的无带抛光过程使用粒度为约46微米的抛光轮。
参照图5，描绘了条形图，该图对通过本公开的无带过程(T)、典型的带抛光过程(P)和部分带抛光过程(B)得到的抛光表面的将承受负荷的分率(Mr2)进行比较。如图所示，通过本公开的使用抛光轮的无带过程(T)得到的承载峰的分率类似于典型的带抛光过程。
参照图6，描绘了条形图，该图对通过本公开的无带过程(T)、典型的带抛光过程(P)和部分带抛光过程(B)得到的抛光表面的未过滤原始轮廓(Pt)进行比较。如图所示，与典型的带抛光过程或部分带抛光过程相比，本公开的无带过程实现了更均匀的未过滤原始轮廓。
参照图7，描绘了条形图，该图对通过本公开的无带过程(T)、典型的带抛光过程(P)和部分带抛光过程(B)得到的抛光表面的平均最大高度(Rz)进行比较。
参照图8，描绘了条形图，该图对通过本公开的无带过程(T)、典型的带抛光过程(P)和部分带抛光过程(B)得到的抛光表面的平台下单个最大谷(Rvk)进行比较。本公开的无带抛光过程实现了更均匀的Rvk。
参照图9，描绘了条形图，该图对通过本公开的无带过程(T)、典型的带抛光过程(P)和部分带抛光过程(B)得到的抛光表面的平台上单个最大谷(Rpk)进行比较。本公开的无带过程实现了比典型的带抛光略高的Rpk。
本公开的无带抛光过程使用玻璃化或树脂粘合的CBN抛光轮，以在曲轴的主轴承轴颈和销轴颈上实现精密加工表面。不需要单独的超精加工系统和砂带，从而简化了工具作业并节省了设备成本和转换时间。
而且，与消耗性砂带相反，抛光轮可以自我修整，从而降低易损工具的成本。修整磨轮指的是移除当前的磨料层，以使新的且锋利的表面暴露于工作表面。本公开的过程降低了机械复杂性、几何形状变化、总体成本，同时增加了灵活性和质量。
此外，本公开的无带抛光过程提供改进的几何和尺寸控制并实现更一致的表面光洁度。本公开的无带方法可以处理在初步轴颈精加工之后已经表面硬化的零件，从而提供优点，因为可以减小表面深度水平以将生产率提高100％或以上。
本公开的描述本质上仅是示例性的，因此，不脱离本公开的实质的变型旨在落入本公开的范围内。不应将此类变化视为脱离本公开的精神和范围。
根据本发明，一种研磨工件表面的方法，该方法包括通过磨轮来研磨工件的表面；以及通过在垂直于曲轴的纵向方向的横向方向上摆动抛光轮来抛光通过磨轮研磨的工件表面。
根据一个实施例，上述发明的特征还在于使抛光轮以0.05至1.0mm之间的行程摆动。
根据一个实施例，上述发明的特征还在于使抛光轮以2至25Hz之间的频率摆动。
根据一个实施例，上述发明的特征还在于在抛光过程中施加冷却剂。
根据一个实施例，冷却剂包括6％的水。
根据一个实施例，抛光轮是立方氮化硼(CBN)轮。
根据一个实施例，抛光轮的粒度在15至76微米之间。
根据一个实施例，抛光轮具有400目。
根据一个实施例，抛光轮是玻璃化CBN轮。
根据一个实施例，抛光轮是树脂粘合的CBN轮。
根据一个实施例，抛光轮以20微米的深度从曲轴移除原料。
根据一个实施例，上述发明的特征还在于通过切入式研磨进行研磨。
根据一个实施例，通过使用CBN轮执行切入式研磨。
根据一个实施例，用于切入式研磨的CBN轮具有151微米的粒度。
根据一个实施例，CBN轮具有120目。
根据一个实施例，该表面是曲轴的主轴承轴颈或销轴颈的表面。
根据本发明，一种研磨和抛光曲轴表面的方法，该方法包括通过磨轮来研磨曲轴表面；以及通过粒度不大于46微米的玻璃化或树脂粘合的立方氮化硼(CBN)轮来抛光通过磨轮研磨的曲轴表面。
根据本发明，一种研磨和抛光曲轴的主轴承轴颈和销轴颈的方法，该方法包括通过磨轮来研磨曲轴表面；以及在垂直于曲轴的纵向轴线的横向方向上以0.05至1.0mm之间的行程来摆动抛光轮，以抛光通过磨轮研磨的表面。
根据一个实施例，上述发明的特征还在于使抛光轮以2至25Hz之间的频率摆动。
根据一个实施例，抛光轮的粒度不大于46微米。

Claims (15)

1.一种研磨工件表面的方法，所述方法包括：
通过磨轮来研磨所述工件表面；以及
通过在垂直于曲轴的纵向方向的横向方向上摆动抛光轮来抛光通过所述磨轮研磨的所述工件表面。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括以0.05至1.0mm之间的行程使所述抛光轮摆动。
3.根据权利要求1或2所述的方法，还包括以2至25Hz之间的频率摆动所述抛光轮。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括在抛光期间施加冷却剂。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述冷却剂包括6％的水。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述抛光轮是立方氮化硼(CBN)轮。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述抛光轮的粒度在15至76微米之间。
8.根据权利要求6所述的方法，其中所述抛光轮具有400目。
9.根据权利要求6所述的方法，其中所述抛光轮是玻璃化CBN轮。
10.根据权利要求6所述的方法，其中所述抛光轮是树脂粘合的CBN轮。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述抛光轮以20微米的深度从所述曲轴移除原料。
12.根据权利要求1所述的方法，还包括通过切入式研磨进行所述研磨。
13.根据权利要求12所述的方法，其中通过使用CBN轮进行所述切入式研磨。
14.根据权利要求13所述的方法，其中用于所述切入式研磨的所述CBN轮的粒度为151微米。
15.根据权利要求13所述的方法，其中所述CBN轮具有120目。
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