用于凸轮桃和轴颈制备及焊接修复的方法
【技术领域】
[0001] 本发明大体上设及一种用于修复可旋转轴的一个区段的方法，更具体地设及利用 焊接工艺修复可旋转轴的一个区段如凸轮桃或轴颈的方法。
【背景技术】
[0002] 具有在其外表面的一部分上形成偏屯、特征结构的可旋转轴普遍用于需要各种构 件的周期性地定时的机械事件或致动的各种机器中。例如，内燃发动机可针对控制空气和 排气流入和流出一个或多个燃烧室的进气口或排气口的定时操作使用旋转凸轮轴。凸轮轴 通常是具有自其突出的凸轮桃或偏屯、特征结构的单体结构。凸轮桃设置成周期性地推动连 接至另一发动机构件的滚子或从动件，其中该滚子或从动件顺循各凸轮桃的外周或外圈。
[0003] 在典型的凸轮轴应用中，各凸轮桃典型地与滚子或从动件连续接触。凸轮桃与从 动件之间的界面承受压缩力和摩擦，从而在长期的使用过程中或在存在不良状况时导致凸 轮桃的磨损和/或损伤。例如，在为界面提供的润滑不足的情况下和/或从动件未与其各自 的凸轮桃正确对准的状况下，凸轮桃可能发生磨损和/或损伤。长时间的高强度使用也会 引起磨损。损伤和/或磨损的凸轮桃可直接影响从动件的运动并进而影响发动机的运转。 因此，有必要更换或重建凸轮轴。
[0004] 与重建凸轮轴相关的挑战之一是重建轴上的偏屯、特征结构，例如凸轮桃和轴颈。 运些偏屯、特征结构普遍具有从该特征结构的小径突出的部分，从而形成凸起的、带有直角 边缘的阶梯状轮廓。由于焊接动态和焊道表面张力，难W有效地重建运些特征结构且尤其 是重建该特征结构本来有的直角边缘。然而，经济考虑决定了通常更希望重建磨损的凸轮 轴，而不是用新凸轮轴来更换磨损的凸轮轴。 阳〇化]已采用不同的焊接策略来修复可旋转轴的磨损部位并解决与修复相关的问题，例 如停机时间和材料成本。例如，1992年12月22日公布的美国专利No. 5, 172, 475 ( "Amos 等人"）公开了一种用于修复转子的现有技术方法，该方法要求将转子切断为两个W上部 段，从转子去除裂纹部分，并且将焊接材料沉积在转子上，直至被去除的部分被焊接金属替 换。执行另外的焊接W积累足够的原料，用W加工出焊接坡口，所述焊接坡口用于提供将转 子体部14和根端18焊接在一起的表面。参看第2栏第24-55行，W及图1和2。
[0006] 虽然修复磨损的可旋转轴的现有技术方法在一定程度上有用，但运些方法并未具 体解决与焊接偏屯、特征结构如凸轮桃和轴颈相关的难题。因此，依然需要更有效地修复可 旋转轴，包括诸如凸轮桃和轴颈的特征结构，同时保持该特征结构本来有的直角边缘。因 此，所公开的用于修复可旋转轴的一个区段的方法针对于克服目前可用的修复方法中的运 些缺点中的一个或多个。
【发明内容】
[0007] 根据本发明的一个方案，公开了一种用于修复可旋转轴的一个区段的方法。可旋 转轴的该区段包括具有与可旋转轴的旋转轴线平行的表面的表面部。可旋转轴的该区段还 包括与可旋转轴的旋转轴线垂直的轴向端部。该方法包括制备在该区段的周界上延伸并在 表面部中向下延伸的井区。该井区具有与旋转轴线基本上平行的底部并且包括相对的侧 壁。各侧壁紧邻该区段的轴向端部延伸并直接邮邻表面部的其余部分。该方法还包括利用 焊接工艺将材料沉积在井区中W填充井区并移除一部分沉积在井区中的材料。
[0008] 根据本发明的另一个方案，公开了一种修复可旋转轴的一个区段的方法。该区段 从可旋转轴偏屯、地延伸并且包括具有与可旋转轴的旋转轴线平行的表面的表面部。该区段 还包括与可旋转轴的旋转轴线垂直的轴向端部。该方法包括锐削在该区段的周界上延伸并 在表面部中向下延伸的井区。该井区具有与旋转轴线基本上平行的底部并且包括相对的侧 壁。各侧壁紧邻该区段的轴向端部延伸并直接邮邻表面部的其余部分。该方法还包括通过 使用激光包覆焊接将材料沉积在井区中W填充井区并研磨一部分沉积在井区中的材料。
【附图说明】
[0009] 通过参阅下文结合附图对本发明的一个方案的描述，本发明的上述及其它特征和 优点W及实现它们的方式将变得明显并且更好理解，在附图中：
[0010] 图1是可采用根据本发明的一个方案的方法的可旋转轴的一个区段的主视平面 图。
[0011] 图2是根据本发明的一个方案的修复可旋转轴的一个区段的方法的流程图。
[0012] 图3是根据本发明的一个方案的图1所示的可旋转轴的区段在制备井区之后的主 视平面图。
[0013] 图4是根据本发明的一个方案的沿着旋转轴线截取的图3所示的区段的局部剖视 图。
[0014] 图5是根据本发明的一个方案的修复可旋转轴的一个区段的方法的图形表示。
[0015] 图6是具有可利用本发明的方案修复的构件的内燃发动机。
【具体实施方式】
[0016] 图1是可采用根据本发明的一个方案的方法的可旋转轴的一个区段的正视平面 图。参照图1，示出了可旋转轴20的一个区段10。可旋转轴20可W是细长构件，例如凸轮 轴。可旋转轴20具有旋转轴线A并且构造成围绕旋转轴线A旋转Ξ百六十度（360度）。 可旋转轴20可例如由凸轮轴驱动器、传动链或其它合适的装置驱动而旋转。 阳017] 可旋转轴20包括与可旋转轴20基本上一体地旋转的区段10。区段10例如附着 在可旋转轴20上或与其一体化。区段10包括具有可与旋转轴线A平行的表面的表面部 30。区段10还可包括与可旋转轴20的旋转轴线A垂直的轴向端部40。
[0018] 可旋转轴20的该区段10具有大致的圆形截面。然而，区段10的圆形截面可能是 不均匀的。在一些方案中，区段10相对于可旋转轴20的旋转轴线A是偏屯、的（即，不同屯、 的）。区段10的轮廓取决于区段10和可旋转轴20的具体应用。
[0019] 在一些方案中，区段10是用于可旋转轴20如发动机的凸轮轴的凸轮桃。在另一 些方案中，区段10是用于可旋转轴20的轴颈或其它类型的轴承。区段10和可旋转轴20 由诸如铸铁、铸钢、锻钢、侣的材料或其它适合它们的应用的材料组成。
[0020] 在可旋转轴20工作期间，区段10可能发生磨损和/或变成受损。例如，在发生润 滑不足、失准或影响该区段与另一构件或一般而言任意与该区段接触的从动构件之间的工 作界面的另一故障的状况下，可能发生磨损或损伤。过度工作也会引起区段10的磨损。运 些状况会导致可旋转轴20的更换和报废。然而，可通过如下文描述的公开方法有利地修复 可旋转轴20。
[0021] 本发明提供了与修复可旋转轴20的磨损或损伤的区段10 W避免导致用新轴来报 废可旋转轴20相关的方法的各种方案。图2示出根据本发明的一个方案的用于修复可旋 转轴20的区段10的方法100的流程图。在工序110中，在磨损的区段10中制备井区50。 可采用锐削工艺来制备井区50。锐削工艺可使用键槽锐刀或球头立锐刀来执行。或者，可 使用研磨工艺或机加工工艺来制备井区50。制备井区50要求至少去除可旋转轴20的区段 10的磨损或受损部分。然而，在工序110期间可从区段10去除另外的材料。一旦工序110 完成，则修复方法100可非必要地进行至如下文中说明的工序120 (焊接前热处理）。或者， 在工序110之后，方法100可省略工序120并在工序110完成之后进行至工序130 (将材料 沉积在井区50中）。
[0022] 现在参照图3,示出了已在工序110中制备井区50之后可旋转轴20的区段10的 一部分。图4示出沿着旋转轴线A截取的图3所示的区段10的局部剖视图。如图所示，井 区50向下延伸到表面部30中并贯穿区段10的周界延伸。井区50具有底部60和相对的 侧壁70。底部60可与旋转轴线A基本上平行。各侧壁70紧邻轴向端部40延伸并直接邮 邻表面部30的其余部分。在一些方案中，底部60与侧壁70之间可形成有圆角80 W抑制 应变。井区50可具有与图3和4所示的井区不同的几何形状。例如，底部60和侧壁70可 W是曲形的，使得井区50是曲形的。例如，井区50可具有曲形的底部60和曲形的侧壁70。 井区50也可具有成角度的侧壁70。
[0023] 在工序120,可对区段10进行焊接前热处理来制备井区50和区段10 W用于修复 方法100中的后续工序。该焊接前热处理发生在制备区段10中的井区50(工序110)之后 和将材料沉积在井区50中（工序130)之前。焊接前热处理在高溫下发生规定时间W确保 井区50的表面充分准备好将材料沉积在井区50中。该焊接前热处理工序120是非必要的 并且取决于在工序130中使用的焊接工艺，还取决于沉积在井区50中的材料和区段10的 材料的类型W及区段10的具体应用。焊接之前的焊接前热处理可实现更好的焊接穿透并 延缓焊接之后的冷却过程W允许增加应力消除、减少材料硬化等。一旦工序120完成，则修 复工序100进行至如下文说明的工序130 (将材料沉积在井区50中）。代替工序120或除 工序120 W外，可对井区进行清洁并准备好进行下一个工序。该过程可包括砂纸打磨、喷 砂、油脂去除、研磨、涂层去除等。
[0024] 在修复方法100的工序130中，将材料沉积到井区50中W填充井区50。在工序 130中沉积的材料代替在工序110中制备井区50时从区段1