激光热处理的轴及其制造方法技术

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。

Shaft of Laser Heat Treatment and Its Manufacturing Method

【技术实现步骤摘要】
激光热处理的轴及其制造方法
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。
技术介绍
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。
技术实现思路
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专利技术的代表性基础。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(casedepth)上。这通常需要增加硬化层深度，本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
2018.01.15 US 15/871,2901.一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...

【专利技术属性】
技术研发人员：纳撒尼尔·大卫·汉森，迈克尔·A·科波曼尼斯，
申请(专利权)人：福特全球技术公司，
类型：发明
国别省市：美国,US