CN1192391A - 连杆头端孔内的轴承材料 - Google Patents
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Abstract
在内燃机的连杆内,在连杆头端孔内镶装轴瓦。轴瓦的镶入需要制造费用,它还形成一个故障源。采用此新方法,连杆轴承的制造减少了用于装配的费用。,按照本发明,连杆大头孔(3)等离子喷镀以铝青铜层。在等离子镀覆后,通过拆下轴承盖(9)打开连杆头端孔,在这一过程中等离子体层被断开。接着,盖(9)重新用螺钉(10)装上,真正的滑动层通过精镗孔加工。本发明应用于内燃机中。
Description
本发明涉及一种制造连杆头端孔的方法。
目前尤其在内燃机中使用的连杆设计为所谓切开式连杆或断开式连杆。在这种情况下围绕着曲轴的连杆大头孔是切开或断开的。连杆小头孔通常无需打开，因为它借助于一直销连接在活塞上。
取决于轴承的负载，连杆头端孔装有不同的轴瓦(滑动轴承)。主要用薄壳背衬材料作为轴瓦，它们通常用按照DIN 17210或SAE1010的钢C10制造。取决于结构形状和用途，轴瓦可以冷作硬化。滑动轴承真正的滑动层，例如巴氏合金、铅青铜、轻金属、喷镀金属层等，可以外加在上述薄壳钢背材料上，这要取决于轴承上预期的载荷有多大。轴瓦可以设计为三元的、二元的或整体的轴瓦或其他方式。为了保证轴瓦在装配后获得完美的配合，轴瓦的装配带有预应力。
轴瓦不仅构成材料的成本因素，它们还需要支付加工费用并形成一个故障源。因此，例如在装配时可能忘记了轴瓦或半个轴瓦，这将导致对发动机的严重的破坏。
本发明的目的是提供一种减少装配费用的连杆轴承。
此目的借助于权利要求1的措施达到。
从属权利要求说明了最佳实施例。
按照本发明不再在连杆头端孔中镶装轴瓦，这尤其包括连杆大头孔，甚至可能包括两个连杆头端孔，轴承层直接通过热喷镀加在连杆头端孔上。作为热喷镀尤其使用等离子喷镀。连杆尤其是内燃机的零件。
当轴承层是喷镀上的，有利的是喷镀上金属，在这种情况下最好采用金属合金。而且最好采用不同金属(尤其是金属合金)的混合物。这种混合物可例如是铝和锡的混合物，在这种情况下，这种混合物尤其有利的是通过混合各粉末状成分获得。金属粉末的等级主要取决于具体的喷镀参数，并能由本领域专业人员通过系列试验容易确定。作为轴承材料采用青铜是有利的，尤其是铝青铜(铝/锡)，或甚至铜青铜以及金属/软材料层和/或金属/固体润滑剂层。软金属诸如铅例如用作软材料，它们散布在较硬的金属中，例如合金铝(铝/铜/镁/铬)。不过别的材料例如含氟聚合物(如聚四氟乙烯)也可以用作软材料。适宜的固体润滑剂的例子是诸如二硫化钼、氮化硼或石墨等复化物。
喷镀上的轴承材料最好具有加大的尺寸，然后对它再进行机械加工。搪磨例如用于再加工；在这里尤其适用精镗孔。在搪磨时最好除去20至300μm尤其50至200μm的轴承材料；在精镗孔的情况下，加大的尺寸最好为50至1000μm，尤其是100至500μm。
加工完成后的轴承层(去除了加大的尺寸后)最好是150至800μm，尤其是200至500μm。这样的层远薄于一般的轴瓦，后者的厚度约2.5mm。这意味着或在连杆上留下更多的材料(可以承受更大的负荷)，或连杆可以制成重量较轻。
按照本发明通过热喷镀加上轴承材料层的连杆头端孔，最好只在轴承材料被镀覆后才打开。这一方法主要用在连杆头端孔是断(裂)开的情况下。在此方法中，连杆头端孔(在内侧)在每一个要求断裂的地方有一切槽口。切槽口最好借助于激光器造成，在这种情况下例如固态激光器以约45°插入连杆头端孔内。激光器功率尤其采用5至10KW。被制成的切槽口最好深度为0.2至0.7mm和宽度为0.3至0.8mm。断裂点通常大体位于连杆头端孔中央。按另一种可供选择的方案，切槽口也可以借助于拉刀例如通过冲击制造。
当连杆头端孔要切槽口和断裂时，则工艺程序最好安排成这样：首先连杆头端孔切槽口，然后通过热喷镀加上轴承材料，接着实施断开。用这一方法免除了间隙(或减到最小程度)，要不然这种间隙将存在于断裂点或各轴瓦之间。对于大负荷发动机，这种间隙促使油膜撕裂。通过将切槽口的工序安排在先于镀覆轴承材料，达到了改善润滑特性的目的。在某些情况下断裂也可以在镀覆轴承材料之前进行，然后轴承材料再次断开(最好没有切槽口)。
若连杆头端孔是通过被切开而打开的，那么切开最好在热喷镀加上轴承材料之前进行。在此方法中连杆头端孔被切开，留下的连杆和连杆轴承盖分开的表面分别通过拉削修平。然后这两个部分重新装配在一起，钻孔和攻螺纹并用螺钉连接在一起。在这里同样在连杆头端孔中最好制有一切槽口(在分开位置)，该连杆头端孔已用螺钉重新连接在一起，切槽口尤其在镀覆轴承材料层之前进行。接着，此连杆头端孔最好再次断开以便分开轴承层。在这种情况下若断裂发生得太不平整，则轴承层本身必须切槽口。
尤为有利的是只有在连杆头端孔被打开后才进行上面所叙述的对轴承层的处理(搪磨或镗孔)。其结果是，当轴承层断开时可能发生在断裂边缘的任何毛刺在去除多余尺寸的同时被去掉。
在按本发明制造的连杆内同样可以在连杆头端孔内制一润滑油道。此油道最好只有在轴承层被镀覆后并尤其在轴承层经再加工之后才钻入连杆头端孔内。在这种情况下油道也可以通过连杆钻至另一端的连杆孔。
按照本发明，连杆平的表面(大的侧面)最好在轴承层镀覆后才再加工。在这里，再加工最好借助于平面磨进行。
在按本发明的方法中，连杆头端孔粗糙化的操作最好在镀层前进行。这种粗糙化尤其最好通过喷砂进行；不过也可以喷高压液体。在这种情况下，尤其是C70钢的孔的材料最好被粗糙至平均的峰谷高Ra为4至30μm，尤其是8至12μm。具有这种平均峰谷高能做到使轴承材料在连杆头端孔材料上特别良好的粘附。
为了特别有利于在连杆头端孔内制成轴承层，连杆头端孔的至少一个平的表面用一样板覆盖，后者在连杆头端孔区域内有一口。上述口的尺寸应大体上与连杆头端孔尺寸相同，所以，一方面此样板不妨碍镀层的操作，另一方面基本上避免了在连杆头端孔区域内平的表面被镀层。若只有一个平的表面用样板覆盖，则另一个平的表面最好放在平台上，如同样板那样，它也类似地在连杆头端孔区域内有一口。
按本发明一根根连杆的连杆头端孔最好在一次操作中镀层。为此目的，多根连杆，最好2至10根尤其4至8根，一根平放在另一根上并使要镀层的连杆头端孔形成一圆筒。为此目的，可以在专用平台上设一夹具，此夹具为放在它里面的这些连杆定心。按此方法实际上被同时镀层的连杆最好合成一组，以便以后一起安装在一台内燃机中。一台内燃机的所有这些(一致的)连杆最好通过将它们一根放在另一根上地一起镀层。若由于缸数的设计(例如12缸)不可能这样做时，至少一排缸(V12发动机为6个)的连杆一根平放在另一根上地一起镀层。这种方法带来的结果是使这些具有相同质量的连杆装在一台内燃机中。
在热喷镀时，气流最好通过连杆头端孔，这尤其是在一根根平叠在一起的多根连杆被镀层的情况下。经过调节的和纯净的空气尤其适宜于作为气流。尤其是，此空气流应实际上是无油脂和无水分的，并只要有可能应有在给定范围内的温度(约20℃)。空气流最好有流速(空气侵入速度)为3至15m/s，尤其5至8m/s。在喷镀时形成的任何过量喷浆都将被气流吹除。
轴承材料最好用旋转式扩散喷雾器喷镀，喷雾器尤其是在连杆头端孔上方便已旋转地插入连杆头端孔(或多个连杆头端孔)中。用这种扩散喷雾器可在连杆头端孔内获得特别均匀的镀层。在按本发明的连杆头端孔镀层过程中，扩散喷雾器插入，并以推进速度最好为0.5至20mm/s尤其2至8mm/s通过等离子体区的孔。
在喷镀操作时，最好在连杆头端孔上镀有多个轴承材料层，尤其在连杆头端孔内形成4至30层。按此方法，这些层最好沿不同的方向施镀，其目的是改善镀层的质量。在连杆头端孔内做到这一点，是使扩散喷雾器为连杆头端孔镀层时一会儿插入一会儿拉回，旋转的扩散喷雾器最好保持其旋转方向不变。
按照本发明，连杆被镀覆轴承材料层成批地生产。在这种情况下，若对至少批量中的某些个别连杆进行测量则是有利的。在这种情况下尤其要测量平均峰谷高Ra和/或轴承材料本身(例如在采用混合物时测量轴承材料分布的均匀度)。连杆的测量最好采用无损方法进行。
下面参见作为示范性的实施例和附图更详细地说明本发明，附图有：
图1表示连杆前视图；
图2表示连杆侧视图；以及
图3表示连杆大头孔的分层结构。
下面说明制造断裂式连杆的方法
普通的连杆1(图1和2)，诸如早先曾设有例如C70钢制的轴瓦的，被放在生产线上。这是紧接着侧面2的预磨削之后。接着，粗加工连杆大头孔和小头孔3、4，亦即加工到尺寸。此外，在侧表面2内进行用于连杆轴承盖9的螺钉孔的加工，亦即加工孔5和螺纹6。
为了准备进行断开，固态激光器7以45°角插入连杆大头孔3内。借助于激光器7在连杆大头孔3内在任何情况下均在两侧并在中央烧出切槽口8，其宽度约0.5mm和深度约0.3至0.5mm。按另一种可供选择的方案，也可以借助拉刀制出此切槽口。
当切槽口8制成后，连杆大头孔3按下面所述的那样等离子喷镀。当喷镀有等离子体层后，连杆大头孔3与等离子体层一起，借助于一断裂设备用约100KN的断开力裂开。清洗开裂点(用压缩空气吹)，以及，借助于螺钉10用预定的扭矩装配已裂开的连杆轴承盖9。连杆小头孔加压装入轴瓦11。然后通过磨削完成平的表面12的加工。
然后，连杆大头孔3以及如果恰当的话还有连杆小头孔4加工到尺寸16(图3)。这要借助于精密钻或精镗孔。接着，彻底清洗连杆，测量和分级。
下面说明制造切开式连杆的方法。
用于切开式连杆的制造方法基本上与以上所述的方法相同，但是在侧面、顶面和螺钉支承面拉削后，连杆头端孔正通过切开而被分离开。在它被切开后，在连杆上的和在连杆轴承盖上的分离面分别拉削。这是在一道清洗工序之后进行的，在清洗工序后连杆小头孔粗加工和精加工。然后盖的螺钉通过装入孔和螺纹中插入侧面内。在连杆上和在连杆轴承盖上的分开面通过磨削精加工，再次清洗，以及将连杆轴承盖装在连杆上。切开面再次用固态激光器开槽口，并接着连杆大头孔被设置轴承层，随后再次断开此轴承层。
各个工序诸如将轴瓦11压入连杆小头孔4中可在整个过程的不同时刻进行，甚至例如在等离子喷镀之前。
下面说明连杆大端孔的等离子镀层的制作方法。
为了等离子喷镀，清洗连杆，连杆大头孔用热蒸汽去油污然后干燥，为的是使实际上没有残余水分。以此方式粗加工后的连杆4至8个高度地一根在另一根上面堆叠起来，所以连杆大头孔定心地放在专用平台内相应的口上。在此情况下连杆最好排齐并借助于粗加工后的连杆小头孔以及连杆或侧面固定。装载后的平台经由一准备区进入喷砂装置，在喷砂装置中连杆大头孔被喷砂，以达到平均峰谷高Ra约8至12μm。接着，连杆移入清洗站，被喷砂的表面用压缩空气吹净。最后，粗加工的连杆移入等离子站，在那里连杆大头孔用旋转的等离子喷枪(图3)镀以铝青铜层至层厚15约为0.5mm。然后，镀层后的连杆进入冷却区，在那里冷却后的连杆从专用平台上拆下并送往作如上面曾提及的进一步加工。
按本发明生产的连杆具有的优点是，它们在连杆大头孔中没有轴瓦，因此实际上也免除了轴瓦的装配、定位槽的加工以及轴瓦的倒角。其结果是应用等离子体层在价格方面有竞争能力。此外，在有等离子镀层的连杆的情况下提高了装配的可靠性，因为不再可能有在装配时发生忽略轴瓦的问题。
按本发明的连杆在连接轴承盖的区域内在连杆大头孔上有较大的腹板宽度，因为在再加工后的等离子体层厚度只有约0.3mm，但是轴瓦的厚度为2.5mm。其结果是用于负荷较高的发动机的连杆可承受更大的载荷和/或有可能减轻重量。此外，两个半轴瓦之间的间隙不再存在，在那里在高负荷下油膜开始被撕破。因此按本发明生产的连杆改善了润滑性能。
Claims (31)
1.制造连杆的方法，连杆有一连杆头端孔，孔中配置有轴承层，其特征为：轴承层通过热喷镀轴承材料直接镀在连杆头端孔上。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征为：轴承材料借助于等离子喷镀施加。
3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征为：金属，尤其是金属合金以及特别是不同金属的混合物作为被镀覆的轴承材料。
4.按照权利要求3所述的方法，其特征为：青铜，尤其铝青铜作为被镀覆的轴承材料。
5.按照权利要求3或4所述的方法，其特征为：金属/软材料层和/或金属/固体润滑剂层作为被镀覆的轴承材料。
6.按照前述权利要求之一所述的方法，其特征为：被镀覆的轴承材料经再机械加工，尤其借助于金属加削。
7.按照权利要求6所述的方法，其特征为：被镀覆的轴承材料被搪磨或精镗孔。
8.按照权利要求7所述的方法，其特征为：在搪磨时被镀覆的轴承材料被去除20至300μm，尤其是50至200μm。
9.按照权利要求7所述的方法，其特征为：精镗孔时去除50至1000μm，尤其是100至500μm。
10.按照前述权利要求之一所述的方法，其特征为：轴承材料，若恰当是在再加工之后，被制成厚度为150至800μm，尤其是200至500μm。
11.按照前述权利要求之一所述的方法，其特征为：只有在轴承材料被镀覆后连杆头端孔才打开。
12.按照权利要求11所述的方法，其特征为：连杆头端孔通过切槽口和断裂被打开。
13.按照权利要求12所述的方法，其特征为：连杆头端孔在镀覆轴承材料之前切槽口，以及在轴承材料被镀覆后通过断裂被打开。
14.按照权利要求1至10之一所述的方法，其特征为：连杆头端孔在轴承材料镀覆前通过切开被打开。
15.按照权利要求14所述的方法，其特征为：被打开的连杆头端孔装配在一起、切槽口、然后镀覆轴承材料层和被断裂开。
16.按照权利要求14所述的方法，其特征为：被打开的连杆头端孔装配在一起、镀层并然后切槽口和被断裂开。
17.按照权利要求11至16之一连同权利要求6至9中任一项所述的方法，其特征为：轴承材料的再机械加工只有在连杆头端孔被打开后才进行。
18.按照前述权利要求之一所述的方法，其特征为：在轴承材料被镀覆后润滑油道才钻入连杆头端孔内。
19.按照前述权利要求之一所述的方法，其特征为：在轴承材料被镀覆后连杆的平的表面被再加工，尤其是磨削。
20.按照前述权利要求之一所述的方法，其特征为：在轴承材料被镀覆前，连杆头端孔被粗糙化，尤其借助于喷砂法。
21.按照权利要求20所述的方法，其特征为：连杆头端孔被粗糙化至平均峰谷高Ra为4至30μm，尤其8至12μm。
22.按照前述权利要求之一所述的方法，其特征为：多根连杆定心地一个放在另一个上加工它们要用轴承材料镀覆的连杆头端孔。
23.按照权利要求22所述的方法，其特征为：多根连杆尤其是一台内燃机的一排气缸的所有连杆一根放在另一根上面地加工。
24.按照前述权利要求之一所述的方法，其特征为：要镀覆轴承材料的一个或多个连杆头端孔至少在一个平的表面上用一样板覆盖，该样板有一大体上与连杆头端孔尺寸相同的口并且将此口定心地放置在连杆头端孔上。
25.按照前述权利要求之一所述的方法，其特征为：至少一批中的某些个别的连杆要镀覆轴承材料的连杆头端孔和/或已镀覆轴承材料的连杆头端孔用一种无损的方法测量。
26.按照前述权利要求之一所述的方法，其特征为：镀覆轴承材料借助于旋转的扩散喷雾器或借助于旋转的用于轴承材料射流的偏转件。
27.按照前述权利要求之一所述的方法，其特征为：被喷镀的轴承材料是粉末状的。
28.按照前述权利要求之一所述的方法，其特征为：在热喷镀时，气流尤其是空气流以流速3至15m/s尤其是5至10m/s流过连杆头端孔。
29.按照前述权利要求之一所述的方法，其特征为：热喷镀以推进速度为0.5至20mm/s尤其是2至8mm/s贯穿连杆头端孔进行。
30.按照前述权利要求之一所述的方法，其特征为：轴承材料镀覆成多层，尤其是4至30层，它们构成轴承层，如果恰当重新圆柱形地局部去除。
31.按照权利要求30所述的方法，其特征为：各层按不同的操作方向镀覆，尤其沿互相相反的方向。
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