激光硬化曲轴制造技术

公开一种激光硬化曲轴。一种车辆轴包括轴颈，所述轴颈具有由车辆轴的底切区域限定并位于所述底切区域之间的峰部到峰部的接触表面区域，所述峰部到峰部的接触表面区域的整体被激光硬化至不大于1mm的深度以形成不包含未硬化部分的层。

Laser hardened crankshaft

A laser hardening crankshaft is disclosed. A vehicle shaft comprises a shaft neck and the shaft neck has a vehicle axle undercut area is defined and located in the region between the peak and bottom to surface contact area of the peak, peak to peak of the whole area of contact surface by laser hardening to less than 1mm depth to form does not contain part of the unhardened layer.

【技术实现步骤摘要】
激光硬化曲轴
本公开涉及曲轴制造，包括曲轴或凸轮轴的轴颈表面的激光硬化。
技术介绍
曲轴和凸轮轴制造包括对其表面的一部分进行硬化以提高其机械性能。通常，使用感应硬化来实现硬化。然而，感应工艺的固有特性导致许多缺点，诸如硬化层深度(casedepth)比必要的深度更深以及固有的变形。已经开发出替代方法，但是由于批次处理的要求，它们不太适合大批量生产。
技术实现思路
公开一种车辆轴。所述车辆轴可包括轴颈，所述轴颈具有由车辆轴的底切区域限定并位于所述底切区域之间的峰部到峰部的接触表面区域，所述峰部到峰部的接触表面区域的整体被激光硬化至不大于1mm的深度以形成不包含未硬化部分的层。所述车辆轴可以是曲轴或凸轮轴。所述轴颈可以是主轴颈。所述峰部到峰部的接触表面区域的整体可被激光硬化至不大于约0.5mm的深度。所述层的70％以上可具有恒定的深度。所述峰部到峰部的接触表面区域的一部分可以围绕油孔。在另一实施例中，公开一种曲轴。所述曲轴可以包括经由底切区域连接到配重的主轴颈和销轴颈。所述主轴颈和销轴颈中的一个可具有表面区域，所述表面区域在由底切区域中的两个形成的峰部之间延伸并终止于所述峰部以限定周向带。所述带的整个区域可被激光硬化以形成达到不大于约1mm的深度并且不包含未硬化部分的层。所述带的一部分可围绕具有未硬化表面区域的油孔。所述主轴颈和销轴颈中的一个可以是主轴颈。所述层可达到不大于约0.5mm的深度。所述层的70％以上可具有恒定的深度。所述层可具有一定轮廓，并且所述轮廓的变化率可以是(1μm/2mm)。所述轮廓可包括没有凹陷的中心部分。在又一实施例中，公开一种曲轴。所述曲轴可以包括经由底切区域连接到配重的多个轴颈。所述多个轴颈中的至少一个可具有被激光硬化的峰部到峰部的接触表面区域，所述峰部到峰部的接触表面区域由底切区域限定并延伸到一定深度以形成具有一定轮廓的层，所述轮廓具有约(1μm/2mm)的变化率。所述轮廓的至少70％可具有恒定的尺寸。所述轮廓可包括具有方形图案的端部区域。所述轮廓可包括没有凹陷的中心部分。所述多个轴颈可包括销轴颈。所述深度可以不大于1mm。附图说明图1示出了根据一个或更多个实施例的包括曲轴和凸轮轴的示例性车辆燃烧发动机的示意图；图2示出了激光硬化后的曲轴的透视图；图3示出了激光硬化后的凸轮轴的透视图；图4A示出了图2所示的曲轴的激光硬化后的主轴颈的示意性截面图，轴颈表面区域具有小于约1mm的硬化层深度；图4B示出了现有技术中的曲轴的激光硬化后的主轴颈的示意性截面图，轴颈表面区域具有约1.2mm的硬化层深度；图4C示出了现有技术中的曲轴的感应硬化后的主轴颈的示意性截面图，轴颈表面区域具有约2.5mm的硬化层深度；图5示出了图2所示的曲轴的激光硬化部分的透视图；和图6示出了具有感应硬化表面的现有技术中的曲轴的感应硬化部分的透视图。具体实施方式在此描述本公开的实施例。然而，应理解公开的实施例仅为示例，其它实施例可以采用各种可替代的形式。附图无需按比例绘制；可夸大或最小化一些特征以显示特定部件的细节。因此，在此所公开的具体结构和功能细节不应解释为限定，而仅为用于教导本领域技术人员以多种形式利用本专利技术的代表性基础。如本领域内的普通技术人员将理解的，参考任一附图示出和描述的各个特征可与一个或更多个其它附图中示出的特征组合以产生未明确示出或描述的实施例。示出的特征的组合为典型应用提供代表性实施例。然而，与本公开的教导一致的特征的各种组合和变型可以期望用于特定应用或实施方式。除非明确指出，否则本说明书中表示尺寸或材料性能的所有数值量应被理解为在描述本公开的最宽范围时用词语“约”修饰。首字母缩略词或其他缩写词的首次定义适用于本文中相同缩写词的所有后续使用，并且准用于初始定义的缩写词的正常语法变型。除非明确地做出相反的说明，否则对性能的测量由前文或后文中针对相同性能所参照的相同技术来确定。曲轴和凸轮轴是车辆发动机中的基本特征。图1示出了作为燃烧发动机14的内部部分的示例性曲轴10和凸轮轴12的示意图。曲轴10是能够在往复运动和旋转运动之间执行转换的机械部件。在车辆的内燃发动机14中，曲轴10将活塞16的往复运动转换成旋转运动，使得车轮能够驱动车辆向前。曲轴10可以是汽缸体内或汽缸盖中的任何曲轴10。曲轴10使用多个主轴颈20上的轴承连接到飞轮18、发动机缸体(未示出)，并经由它们各自的杆22连接到活塞16，使得发动机14的所有活塞16都附连到曲轴10。随着曲轴10使活塞16在汽缸(未示出)内上下移动，曲轴10调节活塞16的运动。曲轴10具有绕其旋转的线性轴线24，通常，若干个轴承轴颈20跨坐在被保持在发动机缸体(未示出)中的可更换轴承上。图1还示出了示例性凸轮轴12。凸轮轴12可以是汽缸体内或汽缸盖中的任何凸轮轴12。凸轮轴12用于通过活塞16对内燃发动机的气门26进行操作。凸轮轴12由圆柱形杆28和多个凸角(lobe)30组成，其中，圆柱形杆28在汽缸组(未示出)的长度上延伸，多个凸角30从圆柱形杆28突出并且每个气门26对应一个凸角30。凸角30通过在其旋转时压在气门26上而迫使气门26打开。凸轮轴12连接到曲轴10。当曲轴10旋转时，凸轮轴12以同步运动的方式与其一起旋转。曲轴10和凸轮轴12可以是整体式的或由若干零件组装而成。通常，这些轴32由钢条经辊锻锻造而成或由铁铸造而成。制造工艺包括多个步骤，通常多达25个操作，包括曲轴的粗加工、硬化、磨削或车削以及抛光。大多数钢轴32具有感应硬化的轴颈表面以提高它们的机械性能。一些高产量的车辆和大多数高性能轴使用更昂贵的氮化工艺。渗碳和火焰硬化是其他示例性的硬化方法。然而，所有这些技术都存在许多缺点，其中一些将在下面讨论。感应硬化工艺在轴颈表面区域覆盖方面具有固有的缺点，这是因为感应硬化导致由于感应场的性质而引起的某些区域的图案增殖(patternproliferation)和过热。管理感应场的物理性质的难度在于将其施加到期望的区域同时避开不期望的区域。在感应硬化工艺期间，油孔周围的电流流动通常导致膨胀和颈缩状况。此外，感应器的轴向定位通常是有问题的。线圈和方法(recipe)必须被设计成既防止倒角区域的冶金损伤又防止图案侵入底切。这些因素通常导致在硬度、表面覆盖度和表面硬化图案的宽度方面的折衷。为了获得更高百分比的表面覆盖度，已经提出将轴颈设计改为切向轴颈设计。然而，设计变化仍然导致与磨削和抛光相关的另外的制造方面的折衷。此外，典型的表面硬化方法引起轴的变形。例如，感应硬化使轴的轴线产生50μm至70μm或更大的变形。因此，习惯上，在精加工操作中去除的材料量和加工定位误差被考虑在内并被增加到期望的成品硬化层深度。这要求增加硬化层深度，这可以通过增加加热时间和供电频率来实现。高频感应硬化通常产生约1.5mm至3mm的硬化层深度(这表示足够的硬化层深度)并且能够在没有后续再处理的情况下进行再制造。然而，产品需要在处理后进行磨削。因此，磨削前的典型的硬化层深度为约1.5mm至3mm，但是在成品状态下感应硬化后的曲轴或凸轮轴的硬化层深度不小于0.5mm。归因于可管理的场强度和淬火控制的水平，感应工艺无法实现更浅的硬化层深度。此外，精加工工艺导致残余拉应力的相本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种车辆轴，包括：轴颈，具有由车辆轴的底切区域限定并位于所述底切区域之间的峰部到峰部的接触表面区域，所述峰部到峰部的接触表面区域的整体被激光硬化至不大于1mm的深度，以形成不包含未硬化部分的层。

【技术特征摘要】
2016.05.25 US 15/164,1891.一种车辆轴，包括：轴颈，具有由车辆轴的底切区域限定并位于所述底切区域之间的峰部到峰部的接触表面区域，所述峰部到峰部的接触表面区域的整体被激光硬化至不大于1mm的深度，以形成不包含未硬化部分的层。2.根据权利要求1所述的车辆轴，其中，所述车辆轴是曲轴或凸轮轴。3.根据权利要求1所述的车辆轴，其中，所述轴颈是主轴颈。4.根据权利要求1所述的车辆轴，其中，所述峰部到峰部的接触表面区域的整体被激光硬化至不大于约0.5mm的深度。5.根据权利要求1所述的车辆轴，其中，所述层的70％以上具有恒定的深度。6.根据权利要求1所述的车辆轴，其中，所述峰部到峰部的接触表面区域的一部分围绕油孔。7.一种曲轴，包括：主轴颈和销轴颈，经由底...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔·A·考普曼斯，
申请(专利权)人：福特汽车公司，
类型：发明
国别省市：美国,US