专利名称：中空曲轴及其制造方法
技术领域：
本发明涉及中空曲轴、发动机和配有该曲轴的车辆，也涉及制造这样的曲轴的方法。
背景技术：
用于现有车辆发动机的曲轴，通常是由如锻造或浇铸而成的单个工件制成的。这样，使用的材料如铸铁、钢材，出现在该工件的所有区段，因此需要在加工过程中实现用于润滑曲轴上轴承和轴颈的油通过的孔洞。由于该曲轴的整体外形，其通常较大的重量在不改变曲轴外形的形状和尺寸的前提下很难减小。为了减小这样的曲轴的重量，FR2802591中提出实现一种由一定数量的单独元件组成的机械化焊接曲轴，这些单独元件内部具有空腔以减小重量，并且相互连接以组成曲轴。这些单独元件通过相对于曲轴的轴向横向延伸的焊接部组装在一起。如FR2020149中所述，也提出实现一种借助于两个薄板工件的曲轴，这两个薄板工件被冲压然后通过沿曲轴定向的组装接缝焊接在一起。两个工件的组装可以通过压力下的阻力焊接来实现或者还可以通过加紧将一个工件压装在另一个上来实现。所以，该制造方法可以得到中空曲轴，其材料轻于组成曲轴外壁的材料，而且其内部区段整体允许例如油的流通。这样我们得到了所希望的重量上的改进。然而，通过加紧的组装实施起来相对复杂，此外这样组装的曲轴的强度可能不足。所以优选采用沿曲轴的纵轴方向边对边组装的两个工件通过焊接或钎焊组装的
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閲W ο然而，可以发现这样的组装在强度方面不具有足够的质量。
发明内容
所以，本发明的目的是实现一种由两个通过锻造得到的工件或半壳体组成的轻质中空曲轴，这两个工件或半壳体沿曲轴的纵轴方向组装，限定了所述曲轴的例如允许润滑油流通并能减小工件重量的中空内部区段，使其能够传送较大的转矩的同时能够相对简单经济地进行制造。本发明的目标是一种中空曲轴，其由由锻造得到的两个工件或半壳体通过沿所述曲轴的纵轴方向焊接组装而成，其特征在于，所述工件的连接边的形状设计为使得，当所述工件边对边组装时，限定用于接收焊缝的沟槽，所述工件的其中之一的边缘还具有在所述工件的内表面的延长部分中的凸边，在所述工件组装时所述凸边沿着另一个工件的内表面安放。
有利地，其中一个半壳体的凸边位于另一个半壳体的内表面的后方以及沟槽的前方，在由边缘形成的沟槽处实现的焊接部(soudure)被加强。此外，半壳体的尺寸设计成使得在边对边组装时两个工件之间存在缝隙，以避免由于材料膨胀导致的应力。根据优选的实现型式，每个半壳体的连接边分别具有斜面，以使得所述半壳体的边对边组装限定向曲轴外部开口的V形的沟槽。另外，焊接时存在碳化变形的风险，一旦生成就不可能将其从曲轴内部除去，还有可能进入到轴承和轴颈的润滑回路中。优选地，在实现组成曲轴的两个半壳体时，可以在两个半壳体中至少一个的边缘上设置凹部，该凹部在两个半壳体边对边组装时形成联通这样形成的曲轴的内部和外部的通道。可以在焊接时避免形成碳化的保护气体，尤其是氮气，可以穿过该通道被弓丨入到曲轴的内部。优选的，可以考虑在每个半壳体的边缘上设置这样的凹部，以便于在半壳体组装时所述凹部互相面对共同形成通道。本发明同样涉及配有这种中空曲轴的如2、3、4或6气缸的内燃式发动机，和配有这种发动机的车辆。本发明同样涉及一种制造中空曲轴的制造方法，其中，沿所述曲轴的纵轴通过焊接边对边组装两个锻造的工件或半壳体，其特征在于，所述工件的连接边的形状设计为当组装时限定在焊接时用于接收供给金属的沟槽，此外，所述工件的其中之一的边缘的形状设计为具有用于沿着另一个工件的内表面安放的凸边。在对所述工件进行冲压时，还在至少一个工件的边缘上实施凹部，当组装所述工件时所述凹部形成联通由此形成的所述曲轴的内部和外部的通道。可以考虑在每个工件上设置凹部，当组装时所述凹部互相面对形成通道。这样，在被组装的两个半壳体的焊接操作时，可以通过位于两个半壳体的连接边之间的通道向由此形成的所述曲轴的内部空间注入用于保护的惰性气体，如氮气。因此，本发明借助于包括经济上有优势且简单容易操作的焊接的制造方法来实现曲轴在重量方面较大的改进同时保持所述曲轴的强度，此外还提出了有效防止所述曲轴内部形成碳化的保护措施。另外，为了限制曲轴的中空区域对所述曲轴内部油流通方面的影响，还可以提出将中空区域与用于曲轴的轴承和轴颈润滑的油路分隔开，这样以避免曲轴的中空区域被油填充所带来的各种问题和风险。这样，根据第一实施形式，在两个半壳体组装之前其中之一配有油流通装置，如管道。管道的截面根据我们希望流通的油量来选择，且该管道从待润滑区域附近通过，在所述待润滑区域管状接头将例如将管道连接至轴承和轴颈。根据第二实施形式，在用于轴承和轴颈润滑的油路外实现曲轴的中空区域。这样，不需要考虑设置适用于轴承的用于增加油量的油泵。同样也避免由于发动机工作或油压提升迟缓造成的曲轴平衡差的风险。
现在结合附图来更加具体的描述本发明图1为在联通曲轴内部和外部的通道处，用于组成曲轴而被组装的两个工件的横向剖视图；图2为完成焊接后的如图1所示的横向剖视图；图3为根据本发明的曲轴在沿曲轴方向的另一位置上的横向剖视图；图4为根据本发明的2气缸中空曲轴的纵向剖面图；图5为3气缸中空曲轴的纵向剖视图；图6为根据一种实施例的4气缸中空曲轴的纵向剖视图；图7为根据另一种实施例的4气缸中空曲轴的纵向剖视图。
具体实施例方式本发明涉及由通过冲压得到的两个工件或半壳体2、2’组成的曲轴1。这样，切开的钢通过感应加热以实现对第一半壳体2的冲压。接着，对该半壳体2去毛刺和量口径。然后，在对所述半壳体2喷丸处理(grenailler)之前进行受控冷却步骤。接下来，在将其送往进行尺寸检查和磁粉探伤前，对该半壳体2进行外形检查步骤。对第二半壳体2’实施同样的处理步骤。对于如图4和5所示的2或3气缸曲轴，可以借助于端对端定位在同一次锻压 (coup de presse)下对带有平的连接面(plan de joint)的两个半壳体2、2’进行冲压。然而，对于例如具有3或6气缸的发动机曲轴，总是存在轴颈和平衡重之间的角度偏移问题。 那么，用于3或6气缸发动机的曲轴可以用多连接面进行冲压。也可以考虑用带有平的连接面的两个半壳体实现曲轴，然后，对得到的工件进行处理以得到轴颈和对重之间需要的角度偏移。两个半壳体2、2’制成后被边对边组装起来。每个半壳体2、2’的连接边3、3’的形状设计为在进行边对边安置时限定出向曲轴1的外部开口的沟槽4。该沟槽4优选地为 V形。也可以考虑将每个工件2、2’的边3、3’的形状设计为使得沟槽4成例如U形。这样，每个工件2、2’的边3、3’在冲压时形状被设计成具有从半壳体的外部向内部的斜面5、5’，边对边的安置就形成了向曲轴1的外部开口的V形沟槽4。此外，工件2、2’的其中之一 2至少在边3处形成比工件2’的壁更厚的壁，使得半壳体2的内部区段低于工件2的内部区段。边3的厚度在冲压的时候允许同时设置用于形成沟槽4的斜面5和半壳体2的内表面的凸边6。这样，在边对边安置半壳体2、2’时，凸边6安放在半壳体2’的内表面的后方。这样，工件2的凸边6嵌入工件2’中。对半壳体2、2’的尺寸进行设计，使得边对边组装时两个工件之间有缝隙，尤其在其中一个半壳体的凸边和另一个半壳体的内表面之间处，这样能够避免由于材料膨胀产生的应力。另外，每个半壳体2、2’在预先确定的位置处有凹部7、7’。这些凹部7、7’，在两个半壳体2、2’边对边组装时相对放置，形成联通曲轴1的内部与外部的通道8。可以在焊接时避免形成碳化的保护气体，尤其是氮气，可以穿过通道8被引入到曲轴1的内部。一旦两个半壳体2、2’边对边组装且曲轴1的内部置于气体保护中后，便可以在沟槽5处通过供给金属实现两个半壳体的焊接，以形成焊缝9。该焊接可以根据两个半壳体 2、2’的轮廓借助于被预先编好程序的机器人实现。最后焊接通道8，被限制在曲轴1内部的保护气体可以在钻孔过程中释放出来，该孔是用于润滑轴承和轴颈的油的油路，这将稍后实现。焊接实施之后，对焊接后的曲轴的外部焊道去毛刺(所述曲轴没有内部焊道)，然后让其在室温下冷却，并且实施不同的检查，如外观、尺寸的检查和磁粉探伤。图6示出了根据本发明的1、4气缸曲轴的一个实施例，其中设置了用作所述曲轴 1的轴承和轴颈的润滑油的油路的管道12。预先设置的管形接头10用于将轴承和轴颈连接到管道12。这样避免了油出现在曲轴1的中空区域Ia中。作为变型，可以考虑将中空区域Ia实施在油路11之外，如图7中所示。本发明当然不仅局限于所描述的实施例，同样包括本发明范围内的所有变型。
权利要求
1.一种中空曲轴(1)，其通过由锻造得到的两个工件或半壳体0、2’)沿所述曲轴(1) 的纵轴方向焊接组装而成，其特征在于，所述工件(2、2’ )的连接边(3、3’ )的形状设计为使得，当所述工件0、2’)边对边组装时，限定在焊接时用于接收供给金属的沟槽，所述工件(2、2’ )的其中之一 O)的边缘C3)还具有在所述工件O)的内表面的延长部分中的凸边(6)，在所述工件(2、2’ )组装时所述凸边沿着另一个工件(2’ )的内表面安放。
2.根据权利要求1所述的曲轴(1)，其特征在于，每个半壳体0、2’)的连接边(3、3’) 分别具有斜面(5、5’)，以使得所述半壳体(2、2’ )的边对边组装限定向曲轴(1)外部开口的V形的沟槽⑷。
3.根据权利要求1和2中任一项所述的曲轴(1)，其特征在于，至少其中一个半壳体 (2)的边缘C3)包括凹部(7)，所述凹部(7)在两个半壳体(2、2’ )边对边组装时形成联通由此形成的曲轴的内部与外部的通道(8)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的曲轴(1)，其特征在于，中空曲轴(1)配有油的流通装置，如管道。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的曲轴(1)，其特征在于，所述曲轴的中空区域位于用于润滑轴承和轴颈的油路之外。
6.一种制造中空曲轴(1)的制造方法，其中，沿所述曲轴(1)的纵轴对边对边组装的两个锻造的工件或半壳体(2、2’ )进行焊接，其特征在于，所述工件(2、2’ )的连接边(3、 3’ )的形状设计为当组装时限定在焊接时用于接收供给金属的沟槽G)，此外，所述工件 (2,2')的其中之一 O)的边缘(3)的形状设计为具有用于沿着另一个工件O’)的内表面安放的凸边(6)。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，锻造包含冲压步骤。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在对所述工件(2、2’)进行冲压时，还在每个工件0、2’)的边缘(3、3’)上实施凹部(7、7’)，当组装所述工件0、2’)时所述凹部 (7、7’ )互相面对形成联通由此形成的所述曲轴(1)的内部和外部的通道(8)，而且在被组装的两个半壳体0、2’)的焊接操作时，通过通道⑶向由此形成的所述曲轴⑴的内部空间注入用于保护的惰性气体，如氮气。
9.一种尤其用于机动车辆的发动机，其特征在于，其包含根据权利要求1至5中任一项所述的曲轴。
10.一种机动车辆，其特征在于，其包含根据权利要求9所述的发动机。
全文摘要
本发明涉及一种中空曲轴(1)，其由通过锻造得到的两个工件或半壳体(2、2’)通过沿所述曲轴(1)的纵轴方向焊接组装而成。本发明特征在于，所述工件(2、2’)的连接边(3、3’)的形状设计为使得，当所述工件(2、2’)边对边组装时，限定用于安放焊缝的沟槽(4)，所述10工件(2、2’)的其中之一(2)的边缘(3)还具有在所述工件(2)的内表面的延长部分中的凸边(6)，在所述工件(2、2’)组装时其沿着另一个工件(2’)的内表面安放。
文档编号B21K1/08GK102481619SQ201080033470
公开日2012年5月30日 申请日期2010年6月9日 优先权日2009年7月21日
发明者B·费龙, J·Y·莫兰, M·勃朗, M·梅尼 申请人:标致·雪铁龙汽车公司