专利名称：凸轮轴的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于汽车等的内燃机中的凸轮轴。
背景技术：
用于打开和关闭汽车发动机中的进气和出气阀的凸轮轴通常为通过铸造形成的整体式凸轮轴。
有时也使用通过锻造形成的凸轮轴。与通过铸造形成的凸轮轴相比，通过锻造形成的凸轮轴更坚固。
通过锻造形成的凸轮轴由采用成品形状的模具进行热锻来制造，其中凸轮滚柱和轴相互间形成一体。在制造这种凸轮轴时，需要使用与凸轮轴的轴长相适应的锻造装置。
与用于两轮车辆的凸轮轴相比，用于四轮车辆的凸轮轴具有更大量的凸轮滚柱，因而具有更大的轴长。因此，需要更大的锻造装置，制造成本也增加。另外，由于需要有与凸轮轴的形状相对应的模具，因此模具所需的价格也增加。
发明内容
因此，本发明的一个目的是解决上述问题，提供一种具有提高的强度且制造成本降低的凸轮轴。
本发明提供了一种通过将多个凸轮轴部件结合起来而形成的凸轮轴，其中凸轮轴部件包括凸轮滚柱和设于凸轮滚柱的两侧上的短轴，凸轮滚柱包括具有完整圆的一部分的基圆部分，以及从基圆部分中光滑地伸出来的凸轮顶部，短轴从基圆部分的两侧中延伸出来，凸轮轴部件通过锻造整体地形成，所述多个凸轮轴部件在其短轴处结合在一起。
根据本发明，各凸轮轴部件通过锻造整体地形成。因此，与通过铸造形成的凸轮轴部件相比，本发明的凸轮轴部件更加坚固。很容易降低通过锻造形成的凸轮轴部件的尺寸。在这种情况下，不需要有较大的锻造装置，因此可以抑制锻造装置所需的费用。另外，由于通过将多个凸轮轴部件结合起来而装配凸轮轴，因此，例如具有不同数量凸轮滚柱的凸轮轴能够用相同的锻造装置来制造，这便提供了通用性。因此，可以降低所需的模具种类，因而也抑制了模具所需的费用。
本发明提供了一种通过将至少一个凸轮轴部件与轴颈件结合起来而形成的凸轮轴，其中凸轮轴部件包括凸轮滚柱和设于凸轮滚柱的两侧上的短轴，凸轮滚柱包括具有完整圆的一部分的基圆部分，以及从基圆部分中光滑地伸出来的凸轮顶部，短轴从基圆部分的两侧中延伸出来，凸轮轴部件通过锻造整体地形成，凸轮轴部件在一个短轴处结合到轴颈件上。
根据本发明，凸轮轴部件通过锻造整体地形成。因此，与通过铸造形成的凸轮轴部件相比，本发明的凸轮轴部件更加坚固。很容易降低通过锻造形成的凸轮轴部件的尺寸。在这种情况下，不需要有较大的锻造装置，因此可以抑制锻造装置所需的费用。另外，由于通过将凸轮轴部件与轴颈件结合起来而装配凸轮轴，因此，例如具有不同数量凸轮滚柱的凸轮轴能够用相同的锻造装置来制造，这便提供了通用性。因此，可以降低所需的模具种类，因而也抑制了模具所需的费用。
在本发明中，凸轮轴部件可具有多个凸轮滚柱。与通过将均只具有一个凸轮滚柱的凸轮轴部件结合起来而装配成的凸轮轴相比，当各凸轮轴部件设有多个凸轮滚柱时，就可通过更短的结合凸轮轴部件的时间来装配出具有相同数量的凸轮滚柱和/或相同轴长的凸轮轴。本发明提供了一种凸轮轴的制造方法，包括通过锻造形成多个凸轮轴部件的步骤，其中凸轮轴部件包括凸轮滚柱和设于凸轮滚柱的两侧上的短轴，凸轮滚柱包括具有完整圆的一部分的基圆部分，以及从基圆部分中光滑地伸出来的凸轮顶部，短轴从基圆部分的两侧中延伸出来，各凸轮轴部件整体地形成；以及将所述多个凸轮轴部件在其短轴处结合起来的结合步骤。
本发明提供了一种凸轮轴的制造方法，包括通过锻造整体地形成凸轮轴部件的步骤，其中凸轮轴部件包括凸轮滚柱和设于凸轮滚柱的两侧上的短轴，凸轮滚柱包括具有完整圆的一部分的基圆部分，以及从基圆部分中光滑地伸出来的凸轮顶部，短轴从基圆部分的两侧中延伸出来；通过锻造整体地形成轴颈件的步骤；以及将凸轮轴部件的一个短轴结合到轴颈件上的结合步骤。
上述结合步骤优选是摩擦焊接步骤。
图1是根据本发明的一个实施例的凸轮轴的平面视图；图2是沿图1中线A-A的剖视图；图3A是在装配步骤开始之前的根据本发明的一个实施例的凸轮轴的平面视图；图3B是在装配步骤开始之后的根据本发明的一个实施例的凸轮轴的平面视图；图4是用于形成根据本发明的凸轮轴部件的锻造装置的局部平面剖视图；图5是显示了根据本发明的一个实施例的摩擦焊接的结合步骤的局部平面剖视图；图6是根据本发明的另一实施例的凸轮轴的平面视图；和图7是根据本发明的另外一个实施例的凸轮轴的平面视图。
具体实施例方式
下面将参见图1到4来介绍本发明的一个优选实施例。
图1显示了根据本发明的一个实施例的凸轮轴1。凸轮轴1具有沿轴向延伸的轴3。轴3设有多个截面均为凸轮形状的凸轮滚柱12，以及截面为完整圆的凸轮轴颈16。凸轮滚柱12和凸轮轴颈16与轴3整体地形成。如图2所示，各凸轮滚柱12包括具有完整圆的一部分的基圆部分12a，以及从该基圆部分12a中光滑地伸出来的凸轮顶部12b。
凸轮轴1包括凸轮轴部件11和轴颈件15。凸轮轴部件11具有一个凸轮滚柱12和从凸轮滚柱12的基圆部分12a的两侧中延伸出来的短轴13。轴颈件15具有一个凸轮轴颈16和从凸轮轴颈16的两侧中延伸出来的短轴17。凸轮轴部件11的短轴13包括一侧的短轴部分13a和另一侧的短轴部分13b。轴颈件15的短轴17包括一侧的短轴部分17a和另一侧的短轴部分17b。例如如图3A所示，某一凸轮轴部件11的另一侧的短轴部分13b的端面14b可结合(摩擦焊接)到与上述凸轮轴部件11相邻的另一凸轮轴部件11的一侧的短轴部分13a的端面14a上。另外，如图3B所示，已结合的凸轮轴部件11的另一侧的短轴部分13c的端面14c可以结合到某一轴颈件15的一侧的短轴部分17a的端面18a上。通过重复上述结合步骤(摩擦焊接步骤)，便可形成具有所需形状的凸轮轴1。
凸轮轴部件11可由卧式锻造装置通过锻造来形成，该锻造装置包括可执行多个加工步骤的设备，工件在其中顺序地运动，并且同时执行多项步骤。下面将介绍凸轮轴部件11的成形工艺。
首先，切割由金属制成的卷材以制出棒形材料。将该棒形材料预成形为预制材料，其在轴向上的中央部分处被加厚。然后将该预制材料置于如图4所示的卧式锻造装置51上。
图4所示的卧式锻造装置51包括固定模具61和可进出于模具61中的冲头71。在模具61的朝向冲头71的端面上形成了模具复制空间62。模具复制空间62具有与凸轮轴部件11在正交于其轴线的方向上的大致一半部分基本上相同的形状。在模具复制空间62中设有模具顶杆63，其能够相对于模具复制空间62沿前后方向滑动。另一方面，在冲头71的朝向模具61的端面上形成了冲头复制空间72。冲头复制空间72在形状上与模具复制空间62对称。在冲头复制空间72中设有冲头顶杆73，其能够相对于冲头复制空间72沿前后方向滑动。
当通过卧式锻造装置51来制造凸轮轴部件11时，预制材料被夹爪(未示出)所夹持，并被置于模具61的模具复制空间62中，使得预制材料可与模具顶杆63形成接触。然后冲头71朝向模具61运动，使得冲头顶杆73与预制材料形成接触。因此，预制材料便被夹在模具顶杆63和冲头顶杆73之间。之后，预制材料从已回退的夹爪中释放出来。然后，由于冲头71进一步朝向模具61运动，因此便由冲头顶杆73对预制材料施加了载荷。这样，预制材料按照复制空间62和72的形状而流动，因而能够通过锻造来形成具有所需形状的凸轮轴部件11。
与凸轮轴部件11类似，轴颈件15也可由卧式锻造装置通过锻造来形成，该锻造装置具有形状与轴颈件15的最终形状基本上相同的复制空间。
接着将在下文中参考图5来介绍凸轮轴部件11的结合步骤，或者是将凸轮轴部件11结合到轴颈件上的结合步骤。图5显示了摩擦焊接装置81。如图5所示，摩擦焊接装置81包括固定的第一卡盘82和与之相对的可动的第二卡盘83。
凸轮轴部件11的一侧的短轴部分13a被第一卡盘82所夹持。同时，另一凸轮轴部件11的另一侧的短轴部分13b被第二卡盘83所夹持，使得由第二卡盘83所夹持的凸轮轴部件11的轴中心与由第一卡盘82所夹持的凸轮轴部件11的轴中心对齐。然后使第一卡盘82高速旋转，因而凸轮轴部件11也旋转。当第二卡盘83朝向旋转的第一卡盘82运动时，由第一卡盘82所夹持的凸轮轴部件11的另一侧的短轴部分13b的端面14b和由第二卡盘83所夹持的凸轮轴部件11的一侧的短轴部分13a的端面14a便相互间形成接触。在端面14a和14b之间产生了摩擦热。然后停止第一卡盘82的旋转，并且适当地定位凸轮滚柱12。在这一状态下，第二卡盘83进一步朝向第一卡盘82运动，因此，凸轮轴部件11的另一侧的短轴部分13b的端面14b和凸轮轴部件11的一侧的短轴部分13a的端面14a便被相互间压在一起。这样，由第一卡盘82所夹持的凸轮轴部件11和由第二卡盘83所夹持的凸轮轴部件11便相互间结合在一起。之后，以类似的方式顺序地结合另一凸轮轴部件11的一侧的短轴部分13的端面14，或者是轴颈件15的一个短轴17的端面18。这样便装配出具有所需形状的凸轮轴1。
如上所述，凸轮轴1通过多个凸轮轴部件11装配而成。各凸轮轴部件11包括凸轮滚柱12和设于凸轮滚柱12的两侧上的短轴13，它们通过锻造整体地形成。凸轮滚柱12具有基圆部分12a和凸轮顶部12b。短轴13从基圆部分12a的两侧上延伸出来。由于待通过锻造形成的凸轮轴部件11可具有较小的尺寸，因此不需要扩大其锻造装置便可通过锻造来形成凸轮轴部件11。另外，由于可通过将多个凸轮轴部件11结合起来而装配出凸轮轴1，因此，例如具有不同数量凸轮滚柱12的凸轮轴能够用相同的锻造装置来制造。
下面将介绍本发明的其它实施例。图6所示的第一凸轮轴部件21具有两个凸轮滚柱22，22。在这两个凸轮滚柱22，22之间形成了短轴23。第二凸轮轴部件31具有一个凸轮滚柱32和一个凸轮轴颈37。在凸轮滚柱32和凸轮轴颈37之间形成了短轴33。与上述实施例类似，通过将短轴25的朝外延伸的端面26与短轴35的朝外相对延伸的端面36结合起来，就可通过第一凸轮轴部件21和第二凸轮轴部件31来形成具有所需形状的凸轮轴1。
第一凸轮轴部件21具有两个凸轮滚柱22，22以及短轴23，而第二凸轮轴部件31具有一个凸轮滚柱32、一个凸轮轴颈37以及短轴33。然而，设置在一个凸轮轴部件上的凸轮滚柱和凸轮轴颈的数量并未受到特别的限制。
与通过将均设有一个凸轮滚柱12的凸轮轴部件11结合起来装配而成的凸轮轴相比，当各凸轮轴部件设有多个凸轮滚柱时，就可通过更短的焊接结合凸轮轴部件的时间来装配出具有相同数量的凸轮滚柱和相同轴长的凸轮轴。
在上述实施例中，凸轮轴颈16和37通过锻造来形成。然而如图7所示，可以在从凸轮滚柱42中延伸出来的一个轴上通过锻造来形成直径比所需尺寸更大的大直径部分43c，然后通过机加工来形成短轴43和凸轮轴颈37。
在上述实施例中，凸轮轴部件通过卧式锻造装置来形成。然而并不限于此，凸轮轴部件也可通过立式锻造装置来形成。另外，凸轮轴部件的结合方法并不限于摩擦焊接结合。
权利要求
1.一种通过将多个凸轮轴部件结合起来而形成的凸轮轴，其中，所述凸轮轴部件包括凸轮滚柱和设于所述凸轮滚柱的两侧上的短轴，所述凸轮滚柱包括具有完整圆的一部分的基圆部分，以及从所述基圆部分中光滑地伸出来的凸轮顶部，所述短轴从所述基圆部分的两侧中延伸出来，所述凸轮轴部件通过锻造整体地形成，和所述多个凸轮轴部件在其短轴处结合在一起。
2.一种通过将至少一个凸轮轴部件与轴颈件结合起来而形成的凸轮轴，其中，所述凸轮轴部件包括凸轮滚柱和设于所述凸轮滚柱的两侧上的短轴，所述凸轮滚柱包括具有完整圆的一部分的基圆部分，以及从所述基圆部分中光滑地伸出来的凸轮顶部，所述短轴从所述基圆部分的两侧中延伸出来，所述凸轮轴部件通过锻造整体地形成，和所述凸轮轴部件在一个所述短轴处结合到所述轴颈件上。
3.根据权利要求1或2所述的凸轮轴，其特征在于，所述凸轮轴部件具有多个凸轮滚柱。
4.一种凸轮轴的制造方法，包括通过锻造形成多个凸轮轴部件的步骤，其中所述凸轮轴部件包括凸轮滚柱和设于所述凸轮滚柱的两侧上的短轴，所述凸轮滚柱包括具有完整圆的一部分的基圆部分，以及从所述基圆部分中光滑地伸出来的凸轮顶部，所述短轴从所述基圆部分的两侧中延伸出来，各所述凸轮轴部件整体地形成；和将所述多个凸轮轴部件在其短轴处结合起来的结合步骤。
5.一种凸轮轴的制造方法，包括通过锻造形成多个凸轮轴部件的步骤，其中所述凸轮轴部件包括凸轮滚柱和设于所述凸轮滚柱的两侧上的短轴，所述凸轮滚柱包括具有完整圆的一部分的基圆部分，以及从所述基圆部分中光滑地伸出来的凸轮顶部，所述短轴从所述基圆部分的两侧中延伸出来；通过锻造整体地形成轴颈件的步骤；和将所述凸轮轴部件的一个短轴结合到所述轴颈件上的结合步骤。
6.根据权利要求4或5所述的凸轮轴的制造方法，其特征在于，所述结合步骤是摩擦焊接步骤。
全文摘要
本发明提供了一种通过将多个凸轮轴部件结合起来而形成的凸轮轴。凸轮轴部件包括凸轮滚柱和设于凸轮滚柱的两侧上的短轴，凸轮滚柱包括具有完整圆的一部分的基圆部分，以及从基圆部分中光滑地伸出来的凸轮顶部。短轴从基圆部分的两侧中延伸出来。凸轮轴部件通过锻造整体地形成。所述多个凸轮轴部件在其短轴处结合在一起。
文档编号F01L1/047GK1752485SQ20041001209
公开日2006年3月29日 申请日期2004年9月24日 优先权日2004年9月24日
发明者榊原信良 申请人:武藏精密工业株式会社