CN111906497B - 用于形成可变排量发动机的连杆的中央联接件的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于形成可变排量发动机的连杆的中央联接件的方法包括粉末锻造和机加工工件，该工件断裂以将所述工件分成单独的部件。在生坯形式中，工件由压实的粉末状金属形成，并且具有大致成形为具有一对端面的平行六面体的主体。所述主体限定孔道、一对V形槽口和一对通道。所述V形槽口平行于所述孔道的中心轴线形成在所述孔道中，并相互配合以限定分离平面。每个所述通道在所述分离平面与所述端面相交的位置处形成在相关联的一个所述端面中。在锻造期间，所述通道闭合，但是产生应力集中，当部件彼此分离时，该应力集中有助于引导断裂。

Description

用于形成可变排量发动机的连杆的中央联接件的方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2019年5月10日提交的美国临时专利申请第62/846069号的权益，其公开内容通过引用合并于此，如同在此完全详细阐述一样。
技术领域
本公开涉及一种用于形成可变排量发动机的连杆的中央联接件(center link)的方法。
背景技术
该部分提供了与本公开相关的背景信息，其不一定是现有技术。
裂解加工是一种在连杆和诸如发动机机体和气缸盖之类的部件的制造中采用的相对常见的技术，其中盖与另一部件分离。简而言之，在盖和部件整体且一体形成的工件上采用裂解加工。该工艺涉及致裂工具的使用，致裂工具被插入工件中的孔道中。致裂工具被操作以在盖和从孔道向外伸出的部件之间产生断裂部。与盖和配合部件单独制造并组装的组件相比，裂解加工是有利的，因为其相对便宜，并且断裂部的不平坦表面提供了非常精确和稳定的接合部，该接合部具有带有锁定在一起的配合的峰和谷的表面。
在某些部件中，工件的设计和/或形成工件的金属的材料特性和/或工件的热处理，导致当盖从部件裂解时，断裂部以不希望的方式扩展。在这种情况下，可能有必要采取补救措施，例如在裂解操作之前，在工件的外表面中机加工V形槽口。虽然这种补救措施对于特定的盖和部件可能是必要的，但是它们是不期望的，因为它们往往增加成品的成本。
发明内容
本部分提供本公开的总体概述，而不是对其全部范围或所有特征的全面公开。
在一种形式中，本公开提供一种方法，其包括：由粉末状金属材料形成生坯工件，所述生坯工件具有主体，所述主体被大致成形为具有外周端表面和一对端面的平行六面体，所述一对端面由所述外周端表面彼此分开，所述主体限定第一孔道、第二孔道、第三孔道、一对V形槽口和一对通道，所述第一孔道、所述第二孔道和所述第三孔道各自具有垂直于所述端面的中心轴线，所述第一孔道的中心轴线、所述第二孔道的中心轴线和所述第三孔道的中心轴线设置在共同的平面中，使得所述第二孔道设置在所述第一孔道和所述第三孔道之间，所述V形槽口平行于所述第二孔道的中心轴线形成在所述第二孔道中并且相互配合以限定分离平面，所述分离平面围绕所述第二孔道的中心轴线从所述共同的平面偏移预定的偏移角，所述预定的偏移角为所述分离平面和所述共同的平面之间的锐二面角，其中所述第二孔道和所述外周端表面之间沿着所述分离平面的距离大于所述第二孔道和所述外周端表面之间的最小距离，每个所述通道在所述分离平面与相关联的一个所述端面相交的位置处形成在相关联的一个所述端面中；烧结所述生坯工件以形成烧结工件；锻造所述烧结工件以形成锻造工件，在所述锻造工件中，所述通道至少基本上闭合；将致裂工具插入所述第二孔道中；以及在所述致裂工具被插入所述第二孔道中时驱动所述致裂工具分开以使所述锻造工件沿着所述分离平面断裂成第一锻造部件和第二锻造部件。
在另一种形式中，本教导提供一种方法，其包括：由粉末状金属材料形成生坯工件，所述生坯工件具有主体，所述主体具有外周端表面和由所述外周端表面彼此分开的一对端面，所述主体限定第一孔道、第二孔道、第三孔道、一对槽口和一对通道，所述第一孔道、所述第二孔道和所述第三孔道各自具有垂直于所述端面的中心轴线，所述第一孔道的中心轴线、所述第二孔道的中心轴线和所述第三孔道的中心轴线设置在共同的平面中，使得所述第二孔道设置在所述第一孔道和所述第三孔道之间，所述槽口平行于所述第二孔道的中心轴线形成在所述第二孔道中并且相互配合以限定分离平面，所述分离平面围绕所述第二孔道的中心轴线从所述共同的平面偏移预定的偏移角，所述预定的偏移角为所述分离平面和所述共同的平面之间的锐二面角，每个所述通道在所述分离平面与相关联的一个所述端面相交的位置处形成在相关联的一个所述端面中；烧结所述生坯工件以形成烧结工件；锻造所述烧结工件以形成锻造工件，在所述锻造工件中，所述通道至少基本上闭合；将致裂工具插入所述第二孔道中；以及在所述致裂工具插入所述第二孔道中时驱动所述致裂工具分开以使所述锻造工件沿着所述分离平面断裂成第一锻造部件和第二锻造部件。
进一步的应用领域由在此提供的描述将变得显而易见。本概述中的描述和具体示例仅用于例示的目的，并不旨在限制本公开的范围。
附图说明
在此描述的附图仅用于所选实施例而不是所有可能的实现方式的例示目的，并且不旨在限制本公开的范围。
图1为根据本公开的教导所构造的示例性制品的分解透视图；
图2为根据本公开的教导所构造的由压实的粉末状金属形成的生坯的透视图；
图3为根据本公开的教导所构造的经烧结、锻造和机加工的工件的透视图；和
图4为安装在固定装置中的经烧结、锻造和机加工的工件的示意图，该固定装置被配置用以执行断裂操作以将工件分成第一部件和第二部件。
在附图的若干视图中，相应的附图标记始终表示相应的部分。
具体实施方式
本公开涉及由粉末状金属材料形成制品。粉末状金属材料在模具中被压实以形成生坯工件，生坯工件被烧结以形成烧结工件，烧结工件被锻造以形成锻造工件，锻造工件被机加工，并且经机加工的锻造工件随后沿着分离平面断裂以形成制品的能够组装在一起的部件。
参考图1，根据本公开的教导所构造的示例性(完成的)制品总体上由附图标记10表示。制品10具有用一对螺栓16紧固在一起的第一部件12和第二部件14。在所提供的示例中，制品10为用于可变冲程连杆的中央联接件，但是应当理解，制品10可以被不同地构造。例如，(完成的)制品可以为用于发动机的(固定冲程)连杆。制品10具有主体20，主体20大致为平行六面体形，并且具有一对相对的轴向端面22，该一对相对的轴向端面22通过外周边缘24彼此分开。主体20限定第一孔道30、第二孔道32和第三孔道34，第一孔道30、第二孔道32和第三孔道34中的各个分别具有大致垂直于端面22并延伸穿过端面22的中心轴线36、38和40。中心轴线36、38和40布置在共同的平面44中，从而第二孔道32设置在第一孔道30和第三孔道34之间。环形推力面46在每个端面22上围绕第一孔道30、第二孔道32和第三孔道34中的每个设置。每个环形推力面46为与第一孔道30、第二孔道32和第三孔道34中的相关联的一个相邻的相对平坦的区域。给定的一个端面22上的环形推力面46可以设置在一个或多个平面中，该一个或多个平面可以大致平行于端面22并垂直于中心轴线36、38和40设置。第一部件12和第二部件14沿着分离平面48彼此分离(即断裂)。分离平面48围绕第二孔道32的中心轴线38从共同的平面44偏移预定偏移角50。预定偏移角50为分离平面48和共同的平面44之间的锐二面角。第二孔道32和外周边缘24之间沿着分离平面48的第一距离52大于第二孔道32和外周边缘24之间的第二或最小距离54。制品10最初由压实的粉末状金属形成，然后在通过断裂操作分离第一部件12和第二部件14之前被烧结、锻造和机加工。
在图2中，生坯工件总体上由附图标记10a表示。生坯工件10a由已经在模具(未示出)中被压实的合适的粉末状金属材料形成，例如HS250、HS200或HS170，并且除了某些特征的尺寸和提供一对V形槽口70和一对通道72之外，形状大致类似于图1的制品10。V形槽口70平行于第二孔道32a的中心轴线38形成在第二孔道32a中，并相互配合以限定分离平面48。每个通道72被形成在相关联的一个端面22a中。关于生坯工件10a上的各种特征的尺寸，诸如第一孔道30a、第二孔道32a和第三孔道34a的内部特征可以分别被定尺寸为稍微小于制品10(图1)中的第一孔道30、第二孔道32和第三孔道34(图1)，而各种外部特征，例如生坯工件10a的厚度可以稍微厚于制品10(图1)的厚度。每个通道72形成在相关联的一个端面22a中，并且沿着分离平面48与相关联的一个端面22a相交的路径设置。通道72的尺寸可以相对较小，其宽度和深度小于或等于3mm，优选小于或等于2mm。通道72可以连续的方式完全延伸穿过端面22a，或者可以断断续续的方式延伸穿过端面22a。在所提供的示例中，每个通道72具有正方形或长方形的横截面形状，具有平坦的底面和垂直于底面的相对的侧壁。然而，将理解，通道72中的一个或两个的横截面形状可与这里所示的稍微不同。例如，通道72中的一个或两个的横截面形状可以部分或全部由半径限定。作为另一示例，通道72中的一个或两个的横截面形状可以具有大致V形的底面。
生坯工件10a被烧结以永久熔化粉末状金属。此后，烧结工件在热锻操作中被加工，使得锻造工件具有全密度。在热锻操作期间，端面22a中的通道72至少基本上闭合(即，与通道72相邻的材料被压实和/或被驱动到由通道72限定的空间中)。可选地，在热锻操作期间，V形槽口70可以闭合或基本上闭合。
在图3中，锻造工件10b随后根据需要被机加工。例如，第一孔道30、第二孔道32和第三孔道34可以被机加工成最终尺寸，其他特征，例如锻造工件的厚度也可以加工成最终尺寸。另外，螺栓孔80可以形成(例如，被钻制和攻丝)在锻造工件10b中。螺栓孔80可以形成在外周边缘24中，并且可以垂直于分离平面48(图1)设置。
参考图4，经机加工的锻造工件10c可以在具有固定部分100、芯轴102和楔形件104的致裂机90中被加工。固定部分100本身或与芯轴102一起被构造成对经机加工的锻造工件10c进行定向，以使分离平面48以预定的定向设置。芯轴102分别包括第一芯轴部分110和第二芯轴部分112，第一芯轴部分110和第二芯轴部分112被成形为水平圆柱段，该水平圆柱段被定尺寸为适合于第二孔道32的直径。第一芯轴部分110和第二芯轴部分112可以关于分离平面48对称设置，并匹配地接纳在第二孔道32中。第一芯轴部分110和第二芯轴部分112中的一个可以保持在静止的固定状态(例如，固定地安装到固定部分100)，而第一芯轴部分110和第二芯轴部分112中的另一个可以关于垂直于第二孔道32的中心轴线38的反作用轴线(reaction axis)120相对于第一芯轴部分110和第二芯轴部分112中的静止的一个移动。楔形件104被接纳在第一芯轴部分110和第二芯轴部分112之间，并且能沿着平行于(例如，重合于)第二孔道32的中心轴线38的楔形件平移轴线130移动。
在经机加工的锻造工件10c位于固定部分100中并设置在芯轴102上的情况下，楔形件104可以平移到第一芯轴部分110和第二芯轴部分112中，以驱动第一芯轴部分110和第二芯轴部分112中的可移动的一个远离第一芯轴部分110和第二芯轴部分112中的另一个，从而在经机加工的锻造工件10c中引发断裂，这将使第一部件12和第二部件14彼此分离。在这点上，由于第二孔道32中的至少基本上闭合的V形槽口70(图2)和生坯工件10a(图2)中的至少基本上闭合的通道72(图2)的存在所产生的应力集中有效地引导第一部件12和第二部件14之间的断裂，从而该断裂名义上沿着分离平面48发生。
重新参考图1，在断裂操作之后，第一部件12和第二部件14可以彼此接合，并且螺栓16可以用于将第一部件12和第二部件14彼此固定。如果需要，进一步的机加工操作，例如对第一孔道30、第二孔道32和第三孔道34中的一个或多个完成定尺寸，和/或在第一部件12和第二部件14中增加用于轴承壳的镗槽(tang slot)(未具体示出)。然而，应当理解，形成制品10所需的所有机加工都可以在热锻操作之后以及断裂操作之前进行。
从前面的讨论中，本领域普通技术人员将理解，本公开的教导可以用于形成如下(成品)制品，该制品具有包括孔道的几何形状，断裂部延伸穿过该孔道，但是该制品被成形为不同于制品10。在这点上，生坯工件可以由粉末状金属材料形成，并且可以限定与一对端面相交的孔道、平行于孔道的中心轴线形成在孔道中并相互配合以限定分离平面的一对V形槽口，以及一对通道，每个通道在分离平面与相关联的一个端面相交的位置处形成在该相关联的一个端面中；生坯工件可以被烧结以形成烧结工件；烧结工件可被锻造以形成锻造工件，在锻造工件中通道基本上闭合；致裂工具可以插入孔道中；并且当致裂工具被插入孔道中时，致裂工具可以被驱动分开，以使锻造工件沿着分离平面断裂成第一锻造部件和第二锻造部件。
为了例示和说明的目的，已经提供了实施例的前述描述。其并不旨在穷举或限制本公开。特定实施例的单独的元件或特征通常不限于该特定实施例，而是在适用的情况下可互换，并且可以用于选定的实施例中，即使没有具体示出或描述。其也可以许多方式变化。这些变化不应被视为脱离本公开，并且所有这些修改都旨在包括在本公开的范围内。

Claims (19)

1.一种用于形成可变排量发动机的连杆的中央联接件的方法，包括:
由粉末状金属材料形成生坯工件，所述生坯工件具有主体，所述主体被大致成形为具有外周边缘和一对端面的平行六面体，所述一对端面由所述外周边缘彼此分开，所述主体限定第一孔道、第二孔道、第三孔道、一对V形槽口和一对通道，所述第一孔道、所述第二孔道和所述第三孔道各自具有垂直于所述端面的中心轴线，所述第一孔道的中心轴线、所述第二孔道的中心轴线和所述第三孔道的中心轴线设置在共同的平面中，使得所述第二孔道设置在所述第一孔道和所述第三孔道之间，所述V形槽口平行于所述第二孔道的中心轴线形成在所述第二孔道中并且相互配合以限定分离平面，所述分离平面围绕所述第二孔道的中心轴线从所述共同的平面偏移预定的偏移角，所述预定的偏移角为所述分离平面和所述共同的平面之间的锐二面角，其中所述第二孔道和所述外周边缘之间沿着所述分离平面的距离大于所述第二孔道和所述外周边缘之间的最小距离，每个所述通道在所述分离平面与相关联的一个所述端面相交的位置处形成在相关联的一个所述端面中；
烧结所述生坯工件以形成烧结工件；
锻造所述烧结工件以形成锻造工件，在所述锻造工件中，所述通道闭合；和
将致裂工具插入所述第二孔道中；以及
在所述致裂工具被插入所述第二孔道中时驱动所述致裂工具分开以使所述锻造工件沿着所述分离平面断裂成第一锻造部件和第二锻造部件。
2.根据权利要求1所述的用于形成可变排量发动机的连杆的中央联接件的方法，其中所述生坯工件中的所述通道的深度和宽度均小于或等于3mm。
3.根据权利要求2所述的用于形成可变排量发动机的连杆的中央联接件的方法，其中所述深度和所述宽度均小于或等于2mm。
4.根据权利要求1所述的用于形成可变排量发动机的连杆的中央联接件的方法，其中在将所述致裂工具插入所述第二孔道中之前，所述方法进一步包括机加工所述锻造工件。
5.根据权利要求4所述的用于形成可变排量发动机的连杆的中央联接件的方法，其中机加工所述锻造工件包括将所述第一孔道的尺寸形成为预定的第一直径，将所述第二孔道的尺寸形成为预定的第二直径并将所述第三孔道的尺寸形成为预定的第三直径。
6.根据权利要求4所述的用于形成可变排量发动机的连杆的中央联接件的方法，其中机加工所述锻造工件包括攻丝形成一对孔，每个所述孔垂直于所述分离平面形成。
7.根据权利要求1所述的用于形成可变排量发动机的连杆的中央联接件的方法，其中所述生坯工件的主体限定一对环形推力面，每个所述环形推力面设置在相关联的一个所述端面上，并且其中每个所述通道具有一对通道部分，每个所述通道部分在相关联的一个所述V形槽口和所述外周边缘之间延伸。
8.根据权利要求1所述的用于形成可变排量发动机的连杆的中央联接件的方法，其中所述通道中的至少一个被形成有平坦的底部。
9.根据权利要求8所述的用于形成可变排量发动机的连杆的中央联接件的方法，其中所述通道中的所述至少一个被形成有长方形或正方形的横截面形状。
10.一种用于形成可变排量发动机的连杆的中央联接件的方法，包括:
由粉末状金属材料形成生坯工件，所述生坯工件具有主体，所述主体具有外周边缘和由所述外周边缘彼此分开的一对端面，所述主体限定第一孔道、第二孔道、第三孔道、一对槽口和一对通道，所述第一孔道、所述第二孔道和所述第三孔道各自具有垂直于所述端面的中心轴线，所述第一孔道的中心轴线、所述第二孔道的中心轴线和所述第三孔道的中心轴线设置在共同的平面中，使得所述第二孔道设置在所述第一孔道和所述第三孔道之间，所述槽口平行于所述第二孔道的中心轴线形成在所述第二孔道中并且相互配合以限定分离平面，所述分离平面围绕所述第二孔道的中心轴线从所述共同的平面偏移预定的偏移角，所述预定的偏移角为所述分离平面和所述共同的平面之间的锐二面角，每个所述通道在所述分离平面与相关联的一个所述端面相交的位置处形成在相关联的一个所述端面中；
烧结所述生坯工件以形成烧结工件；
锻造所述烧结工件以形成锻造工件，在所述锻造工件中，所述通道闭合；和
将致裂工具插入所述第二孔道中；以及
在所述致裂工具插入所述第二孔道中时驱动所述致裂工具分开以使所述锻造工件沿着所述分离平面断裂成第一锻造部件和第二锻造部件。
11.根据权利要求10所述的用于形成可变排量发动机的连杆的中央联接件的方法，其中所述第二孔道和所述外周边缘之间沿着所述分离平面的距离大于所述第二孔道和所述外周边缘之间的最小距离。
12.根据权利要求10所述的用于形成可变排量发动机的连杆的中央联接件的方法，其中所述通道中的至少一个被形成有平坦的底部。
13.根据权利要求12所述的用于形成可变排量发动机的连杆的中央联接件的方法，其中所述通道中的所述至少一个被形成有长方形或正方形的横截面形状。
14.根据权利要求10所述的用于形成可变排量发动机的连杆的中央联接件的方法，其中所述生坯工件中的所述通道的深度和宽度均小于或等于3mm。
15.根据权利要求14所述的用于形成可变排量发动机的连杆的中央联接件的方法，其中所述深度和所述宽度均小于或等于2mm。
16.根据权利要求10所述的用于形成可变排量发动机的连杆的中央联接件的方法，其中在将所述致裂工具插入所述第二孔道中之前，所述方法进一步包括机加工所述锻造工件。
17.根据权利要求16所述的用于形成可变排量发动机的连杆的中央联接件的方法，其中机加工所述锻造工件包括将所述第一孔道的尺寸形成为预定的第一直径，将所述第二孔道的尺寸形成为预定的第二直径并将所述第三孔道的尺寸形成为预定的第三直径。
18.根据权利要求16所述的用于形成可变排量发动机的连杆的中央联接件的方法，其中机加工所述锻造工件包括攻丝形成一对孔，每个所述孔垂直于所述分离平面形成。
19.根据权利要求10所述的用于形成可变排量发动机的连杆的中央联接件的方法，其中所述生坯工件的主体限定一对环形推力面，每个所述环形推力面设置在相关联的一个所述端面上，并且其中每个所述通道具有一对通道部分，每个所述通道部分在相关联的一个所述槽口和所述外周边缘之间延伸。
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