CN110042203A - 激光热处理的轴及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了“激光热处理的轴及其制造方法”。一种用于对车辆的轴进行激光硬化的方法，包括以重复图案将激光能量施加到轴颈表面。所述方法还包括，响应于围绕所述轴完全施加了所述重复图案，以不同于所述重复图案的图案将激光能量施加到所述表面，以形成重叠表面图案，所述重叠表面图案限定具有小于对应于仅所述重复图案的硬度的相应硬度的锥形斜坡。

Description

激光热处理的轴及其制造方法

技术领域

本公开涉及激光热处理的轴及其制造方法。更具体地，本公开涉及具有重叠区域的曲轴或凸轮轴的轴颈表面的激光硬化。

背景技术

轴(诸如曲轴和凸轮轴)的制造通常包括某些表面的硬化以增加所述表面处的机械性能。表面硬化过程可以形成重叠区域。至少部分地由于在表面硬化期间邻近激光束点的传导，重叠区域处的表面可包括具有不同的表面硬度的区域。

在一些情况下，在硬化之后，可以在轴上执行表面精加工操作。与具有较高硬度的表面区域相比，表面精加工操作可以致使在具有较低硬度的表面区域处以更高的速率进行材料去除。该可变材料去除可能致使在重叠区域处的几何偏差，这可能影响静压轴承油膜厚度。

发明内容

在至少一种方法中，一种用于对车辆的轴进行激光硬化的方法可以包括以重复图案(pattern)将激光能量施加到轴颈表面。该方法还可以包括，响应于围绕轴完全施加了重复图案，以不同于重复图案的图案将激光能量施加到表面，以形成重叠表面图案，该重叠表面图案限定具有小于对应于仅重复图案的硬度的相应硬度的锥形斜坡。

在至少一种方法中，发动机可以包括可围绕轴线旋转的轴。轴可以包括限定轴颈表面的轴颈，该轴颈表面具有围绕轴颈表面的周边并且在第一边缘和第二边缘之间完全轴向延伸的第一组激光轨迹。轴颈表面还可以具有与第一组激光轨迹交错并且以可变长度从第一边缘轴向延伸的第二组激光轨迹，以限定锥形斜坡重叠区域。

在至少一种方法中，提供了一种用于对车辆的轴进行激光硬化的方法。该方法可以包括利用激光器将光能施加到轴的轴颈表面，使得沿着第一轴向长度施加光能。该方法还可以包括使轴和激光器中的至少一个可旋转地移位。该方法还可以包括沿着第一轴向长度重复地施加光能并使轴和激光器中的至少一个可旋转地移位，以实现具有第一轴向长度的重复图案。当已经基本上围绕轴颈表面的整个圆周施加了重复图案时，该方法可以包括通过以下各项在轴颈表面上形成重叠区域：在重复图案内沿着第二轴向长度将光能施加到轴颈表面，使轴和激光器中的至少一个可旋转地移位，并且在重复图案内，沿着第三轴向长度将光能施加到轴颈表面。第二轴向长度可以小于第一轴向长度，并且第三轴向长度小于第二轴向长度。

附图说明

图1描绘了包括曲轴和凸轮轴的示例性车辆内燃发动机的示意图。

图2描绘了曲轴的透视图。

图3描绘了凸轮轴的透视图。

图4描绘了图2的曲轴的一部分，其具有第一表面硬化图案。

图5描绘了图2的曲轴的一部分，其具有第二表面硬化图案。

具体实施方式

本文中描述了本公开的实施例。然而，将理解，所公开的实施例仅是示例，并且其他实施例可以采取各种形式和替代形式。附图不一定按比例绘制；一些特征可以被放大或最小化以示出特定部件的细节。因此，本文中公开的具体结构细节和功能细节不应被解释为是限制性的，而是仅仅作为教导本领域技术人员以不同方式采用本发明的代表性基础。如本领域的普通技术人员将理解，参考附图中的任一个而示出和描述的各种特征可以与一个或多个其他附图中示出的特征组合以产生未明确地示出或描述的实施例。所示的特征的组合提供用于典型应用的代表性实施例。然而，与本公开的教导一致的特征的各种组合和修改可以是特定应用或实施方式所希望的。

现在参考图1，可以包括一个或多个轴(诸如曲轴10和凸轮轴12)作为汽车发动机(诸如内燃发动机14)的功能特征件。曲轴10可以是适于在往复运动和旋转运动之间进行转换的机械部件。在车辆的内燃发动机14中，曲轴10可以将活塞16的往复运动转换成旋转运动，这使得车轮能够向前驱动车辆。曲轴10可以是在气缸体内或气缸盖内的任何曲轴10。曲轴10可以使用许多主轴颈20上的轴承连接到飞轮18、发动机缸体(未示出)、并且经由它们各自的杆22连接到活塞16，使得发动机14的全部活塞16附接到曲轴10。当曲轴10使活塞16在气缸(未示出)内上下移动时，曲轴10可以调节活塞16的移动。曲轴10可以具有线性轴线24，该曲轴10围绕该线性轴线24旋转、通常具有若干轴承轴颈20依靠在保持在发动机缸体(未示出)中的可替换轴承上。

图1还示出了示例性凸轮轴12。凸轮轴12可以是在气缸体内或气缸盖中的任何凸轮轴12。凸轮轴12可以用于利用活塞16操作内燃发动机的气门26。凸轮轴12可以包括圆柱形杆28，该圆柱形杆28在气缸组(未示出)的长度上延伸。凸轮轴12可以具有从圆柱形杆28突出的一个或多个凸角30。例如，凸轮轴12可以具有用于与每个气门26对应的一个凸角30。凸角30可以通过在旋转时按压气门26而迫使气门26打开。凸轮轴12可以联接到曲轴10。例如，随着曲轴10旋转，凸轮轴12可以随其一起以同步的移动旋转。

图2和图3分别描绘了曲轴10和凸轮轴12的非限制性示例。每个轴10、12可以包括一个或多个待硬化的表面34，其形成围绕轴颈周边的带。

图2描绘了示例性曲轴10，其具有在第一端38处的柱36、主轴颈20、和经由底切区域(未示出)连接到多个平衡重或轴承42的销/杆轴颈40以及在与第一端相对的第二端44处的飞轮18。主轴颈20，也称为主轴承轴颈或圆角(fillet)，可以包括可用于将润滑油分配到轴承的油孔46。销轴颈40，也称为曲柄销或曲柄销圆角，也可以包括油孔46。曲轴10还可以包括未描绘的用于促进润滑的油导管。曲轴10还可以包括位于飞轮18上的油封48。

图3描绘了凸轮轴12的非限制性示例，其具有圆柱形杆28、多个主轴颈20以及多个凸角30。

曲轴10和凸轮轴(统称为“轴”32)的一个或多个表面可以是硬化的。如图2和图3所示，待硬化的一个或多个表面34可以包括主轴颈20、销轴颈40、油封48、凸角30、运行表面62或其任何组合上的表面。主轴颈20、销轴颈40、油封48、凸角30以及它们各自待硬化的表面的数量可不同，并且可以取决于正在制造的轴32的希望参数。运行表面62可以是任何圆柱形或带凸肩的表面或与诸如衬套表面64或带凸肩的壁表面66的轴颈接触的任何表面。

轴32可以是整体的或由若干件组装而成。通常，轴32可以由钢棒通过辊锻或铁铸造锻造而成。制造过程可以包括许多步骤，例如，多达25个操作，其包括曲轴的粗加工、硬化、磨削或车削以及抛光。

钢轴32可以具有硬化的轴颈表面以增加它们的机械性能。在一种方法中，轴硬化操作包括感应硬化过程。感应硬化过程关于轴颈表面区域覆盖范围可能具有固有的缺点，因为感应硬化可能由于感应场的性质而导致某些区域的图案扩散(patternproliferation)和过热。管理感应场的物理学的困难在于将其应用于希望的区域，同时避免不希望的区域。在感应硬化过程期间围绕油孔的电流可能导致凸肚和颈缩状况。另外，电感器的轴向定位可能是有问题的。线圈和配方必须设计成防止倒角区域的冶金学损坏和图案侵入进入到底切部中这两者。这些因素通常导致关于硬度、表面覆盖范围和表面硬化图案宽度的折衷。为了获得更高的表面覆盖范围百分比，已经提议将轴颈设计改变为切向轴颈设计。然而，设计变化仍然导致与磨削和抛光相关的额外制造折衷。

另外，典型的表面硬化方法可能诱导轴的畸变。例如，感应硬化可以在轴的轴线上引起50μm至70μm或更长的畸变。因此，通常考虑在精加工操作中去除的材料量和处理定位误差并将其加到希望的精加工硬化深度(case depth)上。这通常需要增加硬化层深度，这可以通过增加加热时间和供电电流来实现。高频率感应硬化通常产生约1.5mm至3mm的硬化深度，这表示足够的硬化深度并且能够在没有随后的再处理的情况下进行再制造。然而，该产品可能需要在处理后磨削。因此，磨削之前的典型硬化深度为约1.5mm至3mm，但是在完成状态下的感应硬化曲轴或凸轮轴的硬化深度可以不小于0.5mm。由于可管理的场强和淬火控制水平，感应过程难以实现更浅的硬化深度。

此外，精加工过程可能导致残余拉应力的相对增加。为了避免拉应力，通常采用较低的生产率磨削周期。为了测量绝对应力，通常必须使用昂贵且耗时的X射线衍射。尽管进行了这些努力，但是磨削硬化的工序通常导致一些希望的压缩应力的损失。轴颈表面中的压缩残余应力可以有助于防止裂缝形成，并且通常可以有利于疲劳性能。

典型的硬化方法存在额外的缺点。例如，线圈用于感应硬化。每当引入轴颈上的新几何体时，可能必须更换这些铜线圈。线圈是易腐坏的工具，并且通常必须定期更换或重新加工以免循环损坏。这种更换通常昂贵且耗时。此外，在感应硬化期间使用的淬火流体和高电磁场存在环境和健康挑战。

氮化也有许多缺点。例如，它是一个相对耗时的过程，至少花费8个小时。另外，硬化表面的所得深度相对较浅，在最少8小时时长的过程之后为约0.01mm至0.015mm，并且如果将轴重新磨削以进行维修则必须对轴进行再处理。虽然通过氮化可获得更深的深度，但是需要长很多的时间来实现比0.015mm更深的深度。所述最大硬化深度被限制在约0.5mm，并且达到此深度的时间为约120个小时，这使得这种方法对于大批量应用是不切实际的。氮化还在轴的表面上产生不希望的白色层，需要在处理后通过表面抛光进行去除。

另外，传统上经由轧制或上述感应硬化/氮化增加轴颈压缩应力来改善轴颈中的曲轴疲劳强度。然而，传统上不使用这两种方法的组合，因为感应硬化的马氏体微观结构即使在回火状态下也是易碎的，易于开裂，特别是当应用随后的机械圆角轧制负载时。

激光硬化表示用于增强磨损性能的硬化精密轴颈表面的替代方法。在激光硬化过程中，来自激光器的光能可以施加到轴颈表面。激光硬化过程可以包括在轴颈表面中形成硬化图案。

在至少一种方法中，提供了一种用于对车辆的轴进行激光硬化的方法。该方法可以包括从待进行激光硬化的轴32的3-D模型产生表面硬化图案(在本文中的其他地方更详细描述)的步骤。该方法可以包括编程微处理器单元(MPU)以产生表面硬化图案的步骤。在一个或多个方法中，所产生的表面硬化图案可以包括轴32的一系列预选点、一部分或整个表面几何体。表面硬化图案可以包括一个或多个主轴颈20、销轴颈40、凸角30、油封48、运行表面62或其任何合适组合上的一个或多个表面34。

该方法可以包括确定待硬化的表面区域的尺寸。该方法可以包括根据待硬化的表面区域的尺寸，特别是待硬化的表面区域的深度和宽度来调整激光束的光斑尺寸的步骤。该方法可以包括根据表面硬化图案将激光束从激光功率单元引导到轴32的待被激光硬化的表面34的步骤。该方法可以包括在激光硬化操作之前和/或期间调整表面硬化图案的一个或多个参数。

在一个或多个方法中，可通过至少一种激光功率单元来促进激光硬化。可使用多个激光功率单元。例如，可使用一种激光功率单元来回火待硬化的表面34。这种激光器可以是诸如1.0kW的激光器的较低功率的激光器。第二种激光功率单元可以是促进硬化的高功率激光单元。高功率单元可以是例如6.0kW的激光器。可使用具有不同功率的激光功率单元，例如功率范围从500W到50kW的任何激光器都是合适的。替代地，回火和硬化都可通过一个激光功率单元促进。再替代地，因为激光微结构小于100％马氏体，可省略回火。在硬化过程中要达到的温度不应超过约1260℃，以防止轴材料过热。

该方法考虑使用不同类型的激光器作为硬化操作的热源。合适的激光器的示例性非限制性示例包括具有不同类型的激活增益介质的激光器。增益介质可以包括液体，诸如染料激光器，其中染料的化学组成决定了操作波长。液体可以是有机化学溶剂，诸如甲醇、乙醇和乙二醇，其包含诸如香豆素、罗丹明和荧光素的染料。增益介质可以包括气体，诸如CO₂、Ar、Kr和/或诸如He-Ne的气体混合物。增益介质可以是金属蒸气，诸如Cu、HeCd、HeHg、HeSe、HeAg或Au。增益介质可以包括诸如晶体和玻璃的固体，通常掺杂有诸如Cr、Nd、Er或Ti离子的杂质。固态晶体可以包括YAG(钇铝石榴石)、YLF(氟化钇锂)、LiSAF(氟化铝锶锂)或蓝宝石(氧化铝)。掺杂有杂质的固态增益介质的非限制性示例包括Nd：YAG、Cr：蓝宝石、Cr：LiSAF、Er：YLF、Nd：玻璃或Er：玻璃。增益介质可以包括具有均匀掺杂剂分布的半导体或具有不同掺杂剂水平的材料，其中电子的移动致使激光作用。半导体增益介质的非限制性示例可以包括InGaAs、GaN、InGaN和InGaAsP。激光器可以是由掺杂有稀土离子的激活光纤和作为用于泵浦激活光纤的光源的半导体二极管产生的高功率光纤激光器。

至少一个激光功率单元可以连接到MPU，MPU也称为中央处理单元，其能够接收数字数据作为输入、根据存储在其存储器中的指令处理数据、以及提供输出。MPU可以包括能够处理输入数据的数学建模软件。示例性输入数据可以包括关于具有待硬化的表面34的轴32的3-D模型的信息；诸如硬化宽度、能量平衡等的新几何体的参数；诸如油孔半径、与轴颈中心的偏移等的与油孔有关的参数。

参考图4，硬化图案70可以形成在轴颈表面72上。如图所示，轴颈表面72可以是曲轴10的销轴颈40的表面。在其他方法中，轴颈表面72可以是主轴颈20、油封48、凸角30、运行表面62或其任何组合上的表面。在硬化过程期间，销轴颈40可以在箭头74所示的方向上相对于激光头旋转。当销轴颈40旋转时，激光器可以在轴颈表面72上扫描以在轴颈表面72上形成硬化图案70。例如，激光器可以将光能施加到轴颈表面72，使得沿着各种轴向长度施加光能。轴和激光器中的至少一个可以相对于另一个旋转，以围绕销轴颈40的周边产生硬化图案70。

硬化图案70可以包括多个激光轨迹80。激光轨迹80可以形成为多个平行带。平行带中的各个带可以沿着轴颈表面72在与轴的轴线对应的方向上延伸(例如，平行于诸如线性轴线24的旋转轴线)。各个激光轨迹80可以沿着轴颈表面72平行于轴线或基本上平行于轴线延伸。如本文所使用的，激光轨迹80的基本上平行于轴线的延伸可以指轴的大致方向，其中激光轨迹80与轴线成角度地略微(例如，1°-15°)偏移。在至少一种方法中，各个激光轨迹80平行于或基本平行于相邻的各个激光轨迹80延伸。在又一种方法中，各个激光轨迹80与相邻的各个激光轨迹80相交。

激光轨迹80可以包括第一组激光轨迹82和第二组激光轨迹84。第一组激光轨迹82可以围绕轴颈表面72的整个周边布置。更具体地，第一组激光轨迹82可以围绕轴颈(例如，轴颈销40)的中心轴线设置360°或更多，在该轴颈上布置硬化图案70。第一组激光轨迹可以包括起始激光轨迹82a、结束激光轨迹82b和设置在它们之间的中间激光轨迹。起始激光轨迹82a和结束激光轨迹82b可以对应于激光器产生第一组激光轨迹82的顺序。

第一组激光轨迹82中的激光轨迹可以与第一组激光轨迹82中的相邻激光轨迹相等地隔开。此外，在至少一种方法中，第一组激光轨迹82中的激光轨迹可以限定恒定或基本上恒定的轴向长度。轴向长度可以是例如在轴的轴线方向上(例如，平行于轴的轴线)延伸的轴向长度。以这种方式，第一组激光轨迹82可以限定重复图案。

在至少另一种方法中，第一组激光轨迹82中的激光轨迹可以限定可变轴向长度，但是可以沿着轴颈表面的圆周在轴颈40的共同边缘之间延伸。例如，轴颈40可以限定设置在轴颈表面72的相对轴向边缘上的相对的底切部。在一些方法中，轴颈表面72可以在相对的底切部之间围绕轴颈40的周边限定可变的轴向长度。以这种方式，第一组激光轨迹82中的激光轨迹可以在相对的底切部之间延伸，并且可以具有围绕轴颈40的周边的可变轴向长度。

第二组激光轨迹84可以围绕小于轴颈表面72的整个周边布置。与第一组激光轨迹82中的激光轨迹类似，第二组激光轨迹84中的激光轨迹可以限定恒定或基本上恒定的轴向长度。轴向长度可以是例如在轴的轴线方向上(例如，平行于轴的轴线)延伸的轴向长度。在至少另一种方法中，第二组激光轨迹84中的激光轨迹可以限定可变的轴向长度，但是可以沿着轴颈表面的圆周在轴颈40的共同边缘之间延伸，如关于第一组激光轨迹82中的激光轨迹所讨论的。

第二组激光轨迹84可以包括起始激光轨迹84a、结束激光轨迹84b和设置在它们之间的中间激光轨迹。起始激光轨迹84a和结束激光轨迹84b可以对应于激光器产生第二组激光轨迹84的顺序。

第二组激光轨迹84的起始激光轨迹84a可以设置成邻近第一组激光轨迹82的结束激光轨迹82b。第二组激光轨迹84可以交替地设置在第一组激光轨迹中的激光轨迹之间。例如，第二组激光轨迹84中的激光轨迹可以设置在第一组激光轨迹82中的两个激光轨迹之间。类似地，第一组激光轨迹82中的激光轨迹可以设置在第二组激光轨迹84中的两个激光轨迹之间。以这种方式，第一激光轨迹82和第二组激光轨迹84可以形成重叠区域86，该重叠区域86可以被限定为例如在第二组激光轨迹84中的起始激光轨迹84a和结束激光轨迹84b之间的区域。例如，可以形成重叠区域86以确保轴颈40的整个圆周经受硬化处理。

在至少一种方法中，在硬化过程之后，轴32可以经受精加工过程。精加工过程可以是，例如，抛光过程，诸如带抛光过程或石材抛光过程。在带抛光过程中，可以提供鞋部(shoe)(例如，金刚石或树脂鞋部)以支撑带(例如，研磨带)。鞋部可以适于将带抵靠支撑在轴颈表面72上。当鞋部和带与轴颈表面72接合时，轴32可以旋转并轴向摆动。以这种方式，带可以从自轴颈表面72完成的表面去除峰部。可以执行精加工过程以改善轴颈表面72处的磨损、承载能力、油膜和热传递。精加工过程还可以提高接触承载比(T_p、R_mr)质量。精加工过程还可以去除可能由先前的研磨操作产生的非晶应力层。

在一些方法中，抛光过程可以以不同的速率从轴颈表面72去除材料。这可能是由于在硬化过程中形成重叠区域86。更具体地，在硬化过程期间，由于传导，激光可以再加热(和再次回火)先前硬化的区域(例如，在起始激光轨迹82a和结束激光轨迹82b下游的第一组激光轨迹82内)。以这种方式，重叠区域86可以具有小于由第一组激光轨迹82形成的非重叠区域的硬度。如本文所述，硬度是指如例如在努普、维氏或洛氏硬度标度(例如，洛氏硬度C)上测量的硬度标度。

至少部分地由于重叠区域86的较低硬度值，抛光过程可以以比在由第一组激光轨迹82形成的非重叠区域处的材料去除速率更快的速率从轴颈表面72的重叠区域86去除材料。当对轴颈表面72施加共同的均匀压力时，该可变材料去除速率可能致使重叠区域86中的偏差或异常(诸如凹陷)。这种异常可以较小(例如，在大约1μm至2μm的范围内)。然而，这种异常可能影响在轴颈表面72处的静压轴承油膜厚度。在许多方法中，装载的发动机上的油膜厚度为1μm或更小。异常可能致使油膜的剪切，这可能产生间歇性接触和热量，最终导致轴承卡住和潜在的灾难性发动机损失。此外，当存在于与曲轴主轴承轴线共同的轴线上的异常时，来自流动和轴承的装载的油损失可能使油膜减小。

现在参考图5，可以提供一组锥形激光轨迹90以形成修改的重叠区域92。该组锥形激光轨迹90可以与第一组激光轨迹82交错。

该组锥形激光轨迹90可以包括具有可变轴向长度的激光轨迹。更具体地，该组锥形激光轨迹90可以从第一边缘以可变长度延伸以限定锥形斜坡重叠区域。例如，该组锥形激光轨迹90中的起始激光轨迹90a可以具有起始轴向长度，该起始轴向长度可以对应于第一组激光轨迹82中的起始激光轨迹82a的轴向长度。在另一种方法中，该组锥形激光轨迹90中的起始激光轨迹90a可以具有起始轴向长度，该起始轴向长度可以小于第一组激光轨迹82中的起始激光轨迹82a的轴向长度。以这种方式，起始激光轨迹90a的轴向长度可以在相邻激光轨迹的轴向长度的95％至大约100％的范围内。

该组锥形激光轨迹90中的结束激光轨迹90b可以具有小于起始轴向长度和相邻的激光轨迹的结束轴向长度。更具体地，结束激光轨迹90b的轴向长度可以在相邻激光轨迹的轴向长度的0.1％至大约5％的范围内。

该组锥形激光轨迹90中的连续激光轨迹可以沿着轴颈表面72的弧线(例如，沿着轴线24)具有减小的轴向长度。例如，中值激光轨迹90c可以具有小于起始激光轨迹90a并且大于结束激光轨迹90b的轴向长度。

起始激光轨迹90a、结束激光轨迹90b、中值激光轨迹90c和它们之间的激光轨迹90可以具有终止在不同的轴向位置(例如，沿着轴线24)的轴向长度。以这种方式，该组锥形激光轨迹90可以限定终止区域94。在一种方法中，终止区域94可以相对于轴线24形成斜角96。在另一种方法中，终止区域94可以相对于第一组激光轨迹82中的一个或多个激光轨迹形成斜角96。斜角96可以在大约5°至大约60°的范围内、在大约20°至大约40°的范围内，或者任何合适的范围内。在至少一种方法中，斜角大约为30°。

在至少一种方法中，终止区域94是基本上线性的终止区域。在又一种方法中，终止区域94是弯曲的终止区域。以这种方式，重叠区域92可以形成基本上抛物线状的重叠区域。终止区域94还可以或替代地限定螺旋形的重叠区域92。

在至少一种方法中，重叠区域92形成基本上三角形的重叠区域(当在二维平面中观察时)。终止区域94可以限定基本上三角形的重叠区域的斜边。斜边可以形成在上述范围内的斜角。

如图5所示，第一组激光轨迹82可以在第一共同边缘和第二共同边缘之间延伸。第一共同边缘、第二共同边缘或第一共同边缘和第二共同边缘两者可以是销轴颈40的物理特征。例如，第一共同边缘和第二共同边缘可以是可以由销轴颈40的相邻凹槽形成的脊。在至少一种方法中，第一共同边缘和/或第二共同边缘可以不是物理特征，而是可以是在轴颈表面72上的共同终止区域。以这种方式，激光轨迹可以延伸越过小于整个轴颈表面72，并且可以在共同边缘处开始和/或可以在共同边缘处终止。

此外，该组锥形激光轨迹90中的各个激光轨迹可以从第一共同边缘延伸。在至少一种方法中，该组锥形激光轨迹90中的激光轨迹不延伸到第二共同边缘。以这种方式，该组锥形激光轨迹90可以具有不同于第一组激光轨迹82的终止边缘或区域的终止边缘或区域。

如本文所述，该组锥形激光轨迹90可以形成斜坡或斜坡重叠区域。斜坡可以具有相应硬度，该硬度小于对应于仅重复图案(如由第一组激光轨迹82形成)的硬度。

以这种方式，在随后的精加工操作期间，与精加工带接触设置的重叠表面区域的百分比可以在轴32旋转的给定角度下减少。这样，可以减少精加工带(通过鞋部)在重叠区域92处引起异常的趋势。

沿着轴颈表面72的异常的减少可以改善静压油膜性能。重叠区域92可以使流体损失最小化，因为这些损失的路径可以在轴颈40的弧长上扩散开来。因为流体损失可能会分散。因为油膜可能保持更高和更稳健。

重叠区域92(以及重叠区域86)可以策略性地位于轴颈表面72上。例如，重叠区域92的径向取向可以设置在油膜趋于相对较厚的区域中(例如，其中动态油膜可能最大的区域)。这些区域可能指示低负载区域。在至少一种方法中，重叠区域92可以形成在油孔46附近。更具体地，重叠区域92可以形成在油孔46的大约30°内。

在至少一种方法中，提供了一种用于对车辆的轴进行激光硬化的方法。该方法可以包括利用激光器将光能施加到轴的轴颈表面，使得沿着第一轴向长度施加光能。该方法还可以包括使轴和激光器中的至少一个可旋转地移位。该方法还可以包括沿着第一轴向长度重复地施加光能并使轴和激光器中的至少一个可旋转地移位，以实现具有第一轴向长度的重复图案。当已经基本上围绕轴颈表面的整个圆周施加了重复图案时，该方法可以包括通过以下各项在轴颈表面上形成重叠区域：在重复图案内沿着第二轴向长度将光能施加到轴颈表面，使轴和激光器中的至少一个可旋转地移位，并且在重复图案内，沿着第三轴向长度将光能施加到轴颈表面。第二轴向长度可以小于第一轴向长度，并且第三轴向长度小于第二轴向长度。

该方法还可以包括使轴和激光器中的至少一个可旋转地移位，并且在重复图案内，沿着第四轴向长度将光能施加到轴颈表面，其中第四轴向长度小于第三轴向长度。

在至少一种方法中，重叠区域可以限定基本上三角形的重叠区域。基本上三角形的重叠区域的斜边可以与重复图案形成在大约20度至大约40度的范围内的角度。在至少另一种方法中，重叠区域可以形成基本上抛物线状的重叠区域。

该方法还可以包括使轴颈表面与表面精加工构件接合。表面精加工构件可以是带式抛光机的带或石材抛光机的石材。其他合适的表面精加工构件是明确考虑的。

该方法可以包括使轴和表面精加工构件中的至少一个相对于另一个移动，使得表面精加工构件接合重叠区域的具有第一轴向长度的第一激光轨迹。第一激光轨迹可以例如对应于图5的激光轨迹90b。

该方法还可以包括随后使轴和表面精加工构件中的至少一个相对于另一个移动，使得表面精加工构件接合重叠区域的具有大于第一轴向长度的第二轴向长度的第二激光轨迹。第二激光轨迹可以例如对应于图5的激光轨迹90a。

一种用于对车辆的轴进行激光硬化的方法可以包括利用激光以重复图案将光能施加到轴颈表面。当以围绕轴的基本上360度的弧施加了重复图案时，该方法可以还包括以不同于重复图案的图案将光能施加到表面以形成重叠表面图案。

虽然上文描述了示例性实施例，但是并不意图这些实施例描述由权利要求涵盖的全部可能形式。在说明书中所使用的词语为描述性而非限制性词语，并且将理解，可在不脱离本公开的精神和范围的情况下做出各种改变。如前所述，各种实施例的特征可组合以形成本发明的可能未明确地描述或示出的另外实施例。虽然各种实施例可能已经被描述为就一个或多个所希望的特性方面相较其他实施例或现有技术实施方式来说提供优点或是优选的，但是本领域的普通技术人员将认识到，一个或多个特征或特性可折衷以实现所希望的总体系统属性，这取决于特定应用和实施方式。这些属性可以包括但不限于成本、强度、耐久性、寿命周期成本、可销售性、外观、包装、尺寸、可维护性、重量、可制造性、易组装性等。因此，被描述为就一个或多个特性方面相较其他实施例或现有技术实施方式来说不如希望的实施例并非在本公开的范围外并且可能是特定应用所希望的。

根据本发明，提供了一种用于对车辆的轴进行激光硬化的方法，该方法包括：以重复图案将激光能量施加到轴颈表面；以及响应于围绕轴完全施加了重复图案，以不同于重复图案的图案将激光能量施加到表面以形成重叠表面图案，该重叠表面图案限定锥形斜坡，该锥形斜坡具有小于对应于仅重复图案的硬度的相应硬度。

根据一个实施例，重复图案由具有第一轴向长度的第一组激光轨迹限定，并且其中重叠表面图案包括具有小于第一轴向长度的轴向长度的第二组激光轨迹。

根据一个实施例，第一组激光轨迹中的各个激光轨迹在第一共同边缘和第二共同边缘之间延伸，并且其中第二组激光轨迹中的各个激光轨迹从第一共同边缘延伸并且不延伸到第二共同边缘。

根据一个实施例，第二组激光轨迹中的各个激光轨迹从第一共同边缘延伸到终止区域，并且其中终止区域相对于第一组激光轨迹中的各个激光轨迹以斜角延伸。

根据一个实施例，第二组激光轨迹包括具有小于第一轴向长度的轴向长度的第一重叠激光轨迹和具有小于第一重叠激光轨迹的轴向长度的第二重叠激光轨迹。

根据一个实施例，第二组激光轨迹中的各个激光轨迹设置成与第一组激光轨迹中的各个激光轨迹交替布置。

根据一个实施例，重叠表面图案形成在轴颈表面中形成的油孔附近。

根据一个实施例，重叠表面图案形成在距油孔大约30度的轴弧内。

根据一个实施例，锥形斜坡是基本上三角形的。

根据一个实施例，重叠表面图案包括：第一激光轨迹，其具有第一轴向长度；第二激光轨迹，其具有小于第一轴向长度的第二轴向长度；第三激光轨迹，其具有小于第二轴向长度的第三轴向长度；和第四激光轨迹，其具有小于第三轴向长度的第四轴向长度。

根据一个实施例，第四激光轨迹的第四轴向长度在重复图案的相邻激光轨迹的轴向长度的大约0.1％至大约5％的范围内。

根据本发明，提供了一种发动机，其具有：可围绕轴线旋转并且包括限定轴颈表面的轴颈的轴，该轴颈表面具有围绕轴颈表面的周边并且在第一边缘和第二边缘之间完全轴向延伸的第一组激光轨迹，和与第一组激光轨迹交错并从第一边缘以可变长度轴向延伸的第二组激光轨迹，以限定锥形斜坡重叠区域。

根据一个实施例，轴是曲轴或凸轮轴。

根据一个实施例，锥形斜坡重叠区域是基本上三角形的。

根据本发明，提供了一种用于对车辆的轴进行激光硬化的方法，该方法包括：利用激光器，将光能施加到轴的轴颈表面，使得沿着第一轴向长度施加光能；使轴和激光器中的至少一个可旋转地移位；沿着第一轴向长度重复地施加光能并使轴和激光器中的至少一个可旋转地移位，以实现具有第一轴向长度的重复图案；以及当基本上围绕轴颈表面的整个圆周施加了重复图案时，通过以下各项在轴颈表面上形成重叠区域：在重复图案内沿着第二轴向长度将光能施加到轴颈表面，且使轴和激光器中的至少一个可旋转地移位，以及在重复图案内，沿着第三轴向长度将光能施加到轴颈表面，其中第二轴向长度小于第一轴向长度，并且第三轴向长度小于第二轴向长度。

根据一个实施例，本发明的特征还在于使轴和激光器中的至少一个可旋转地移位，并且在重复图案内，沿着第四轴向长度将光能施加到轴颈表面，其中第四轴向长度小于第三轴向长度。

根据一个实施例，本发明的特征还在于使轴和激光器中的至少一个可旋转地移位，并且在重复图案内，沿着第五轴向长度将光能施加到轴颈表面，其中第五轴向长度小于第四轴向长度。

根据一个实施例，重叠区域限定了基本上三角形的重叠区域。

根据一个实施例，基本上三角形的重叠区域的斜边与重复图案形成在大约20度到大约40度的范围内的角度。

根据一个实施例，本发明的特征还在于，使轴颈表面与表面精加工构件接合；使轴和表面精加工构件中的至少一个相对于另一个移动，使得表面精加工构件接合具有第一轴向长度的重叠区域的第一激光轨迹；并且，随后使轴和表面精加工构件中的至少一个相对于另一个移动，使得表面精加工构件接合具有大于第一轴向长度的第二轴向长度的重叠区域的第二激光轨迹。

Claims (15)

1.一种用于对车辆的轴进行激光硬化的方法，其包括：

以重复图案将激光能量施加到轴颈表面；和

响应于围绕所述轴完全施加了所述重复图案，以不同于所述重复图案的图案将激光能量施加到所述表面，以形成重叠表面图案，所述重叠表面图案限定具有小于对应于仅所述重复图案的硬度的相应硬度的锥形斜坡。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述重复图案由具有第一轴向长度的第一组激光轨迹限定，并且其中所述重叠表面图案包括具有小于所述第一轴向长度的轴向长度的第二组激光轨迹。

3.如权利要求2所述的方法，其中所述第一组激光轨迹中的各个激光轨迹在第一共同边缘和第二共同边缘之间延伸，并且其中所述第二组激光轨迹中的各个激光轨迹从所述第一共同边缘延伸并且不延伸到所述第二共同边缘。

4.如权利要求3所述的方法，其中所述第二组激光轨迹中的各个激光轨迹从所述第一共同边缘延伸到终止区域，并且其中所述终止区域相对于所述第一组激光轨迹中的各个激光轨迹以斜角延伸。

5.如权利要求2所述的方法，其中所述第二组激光轨迹包括具有小于所述第一轴向长度的轴向长度的第一重叠激光轨迹和具有小于所述第一重叠激光轨迹的轴向长度的第二重叠激光轨迹。

6.如权利要求2所述的方法，其中所述第二组激光轨迹中的各个激光轨迹设置成与所述第一组激光轨迹中的各个激光轨迹交替布置。

7.如权利要求1所述的方法，其中所述重叠表面图案形成在所述轴颈表面中形成的油孔附近。

8.如权利要求7所述的方法，其中所述重叠表面图案形成在距所述油孔大约30度的轴弧内。

9.如权利要求1所述的方法，其中所述锥形斜坡是基本上三角形的。

10.如权利要求1所述的方法，其中所述重叠表面图案包括：

第一激光轨迹，所述第一激光轨迹具有第一轴向长度；

第二激光轨迹，所述第二激光轨迹具有小于所述第一轴向长度的第二轴向长度；

第三激光轨迹，所述第三激光轨迹具有小于所述第二轴向长度的第三轴向长度；和

第四激光轨迹，所述第四激光轨迹具有小于所述第三轴向长度的第四轴向长度。

11.如权利要求10所述的方法，其中所述第四激光轨迹的所述第四轴向长度在所述重复图案的相邻激光轨迹的轴向长度的大约0.1％至大约5％的范围内。

12.一种发动机，其包括：

轴，所述轴可围绕轴线旋转并且包括轴颈，所述轴颈限定轴颈表面，所述轴颈表面具有第一组激光轨迹和第二组激光轨迹，所述第一组激光轨迹围绕所述轴颈表面的周边并在第一边缘和第二边缘之间完全轴向延伸，所述第二组激光轨迹与所述第一组交错并从所述第一边缘以可变长度轴向延伸，以限定锥形斜坡重叠区域。

13.如权利要求12所述的发动机，其中所述轴是曲轴或凸轮轴。

14.如权利要求12所述的发动机，其中所述锥形斜坡重叠区域是基本上三角形的。

15.一种用于对车辆的轴进行激光硬化的方法，其包括：

利用激光器，将光能施加到所述轴的轴颈表面，使得沿着第一轴向长度施加所述光能；

使所述轴和所述激光器中的至少一个可旋转地移位；

沿着所述第一轴向长度重复施加光能并使所述轴和所述激光器中的至少一个可旋转地移位，以实现具有所述第一轴向长度的重复图案；以及

当基本上围绕所述轴颈表面的整个圆周施加了所述重复图案时，通过以下各项在所述轴颈表面上形成重叠区域，

在所述重复图案内，沿着第二轴向长度将光能施加到所述轴颈表面，且

使所述轴和所述激光器中的至少一个可旋转地移位，和

在所述重复图案内，沿着第三轴向长度将光能施加到所述轴颈表面，其中所述第二轴向长度小于所述第一轴向长度，并且所述第三轴向长度小于所述第二轴向长度。