曲軸的圓角部的強化方法及強化裝置的制造方法
【專利摘要】本發明提供一種曲軸的圓角部的強化方法及強化裝置。該強化裝置不僅在半徑方向上在軸線方向上也能夠對圓角部進行強化。在曲軸的圓角部的強化裝置中，從與銷部或軸頸部的軸線垂直的方向將按壓部件按壓到使用曲軸時所述銷部或軸頸部的在圓角部的圓周方向上彎曲載荷及/或扭轉應力最大的部分，對彎曲載荷及/或扭轉應力最大的部分施加壓縮殘留應力。該曲軸的圓角部的強化裝置具備：支架(52)，其在末端部具有傾斜面(55)；以及按壓塊(60)，其具有沿著傾斜面(55)滑動自如的滑動面(61)和沿著圓角部的突條(62)，傾斜面(55)以面向圓角部側的方式相對于按壓塊(60)的按壓方向均一地傾斜。
【專利說明】
曲軸的圓角部的強化方法及強化裝置
技術領域
[0001]本發明涉及對曲軸的圓角部進行強化的強化方法及強化裝置，特別是涉及不僅在半徑方向上還在軸向上對圓角部進行強化的技術。
【背景技術】
[0002]例如，曲軸具有軸頸銷和曲柄銷，連桿的大端部被旋轉自如地支承于曲柄銷，軸頸銷被旋轉自如地支承于發動機組的軸頸軸承。在曲柄銷及軸頸銷的角部為了避免與配合部件干涉而形成有截面為半圓狀的槽(圓角部)。圓角部是強度低的部分，由于在內燃機爆發時受到大的彎曲力矩，因此，期望對圓角部的銷頂部(在直列4缸的情況下，是相位為0°和180°的位置)進行強化。
[0003]在日本特許第3899246號公報中，提出了在沖頭的末端部兩側形成側視觀察時為圓弧狀的坡面、在坡面上滑動自如地配置有凸形狀模具的鍛造裝置。在該鍛造裝置中，當凸形狀模具按壓圓角部，則凸形狀模具沿著坡面向外側突出，還在軸線方向按壓圓角部，得到較大的強化部位。
[0004]但是，在日本特許第3899246號公報所記載的技術中，不能夠得到上述那樣的效果。其理由在于，使凸形狀模具向外側突出的作為凸輪面的坡面是圓錐面(0011段)，當凸形狀模具哪怕是稍微向外側突出，就會在凸形狀模具與圓錐面之間產生間隙，凸形狀模具回相對于沖頭傾斜。
【發明內容】
[0005]因此，本發明的目的在于提供不僅在半徑方向上還能夠在軸線方向上對圓角部進行強化的曲軸的圓角部的強化方法及強化裝置。
[0006]本發明是一種曲軸的圓角部的強化方法，從與銷部或軸頸部的軸線垂直的方向將按壓部件按壓到銷部或軸頸部的圓角部的圓周方向上的使用曲軸時彎曲載荷及/或扭轉應力最大的部分，對彎曲載荷及/或扭轉應力最大的部分施加壓縮殘留應力，該曲軸的圓角部的強化方法的特征在于，將按壓部件支承為在相對于其按壓方向朝向軸線方向傾斜的方向上滑動自如，當按壓部件按壓圓角部時使按壓部件滑動而在朝向軸線方向傾斜的方向移動。
[0007]在本發明中，當按壓部件按壓圓角部時使按壓部件滑動而在軸線方向移動，由此，能夠通過按壓部件在軸線方向上按壓圓角部。因此，不僅能夠在半徑方向上還能夠在軸線方向上對圓角部進行強化。
[0008]這里，在本發明中，優選的是，在按壓部件的后端側設置有引導部件，該引導部件具有與按壓部件對置的凸狀的傾斜面，按壓部件由互相接觸和分離自如的一對按壓部構成，并且所述按壓部件具有與凸狀的傾斜面對置且與該傾斜面相同形狀的凹狀的傾斜面，當按壓部件按壓圓角部時，凸狀的傾斜面按壓凹狀的傾斜面，按壓部在按壓所述圓角部的同時進行滑動。
[0009]此外，本發明是一種曲軸的圓角部的強化裝置，其從與銷部或軸頸部的軸線垂直的方向將按壓部件按壓到銷部或軸頸部的圓角部的圓周方向上的使用曲軸時彎曲載荷及/或扭轉應力最大的部分，對彎曲載荷及/或扭轉應力最大的部分施加壓縮殘留應力，該曲軸的圓角部的強化裝置的特征在于，該曲軸的圓角部的強化裝置具備:引導部件，其在末端部具有傾斜面；以及按壓部件，其具有沿著傾斜面滑動自如的滑動面和沿著圓角部的按壓面，傾斜面以面向圓角部側的方式相對于按壓部件的按壓方向均一地傾斜。
[0010]在本發明中，當通過按壓部件的按壓面按壓圓角部時，按壓部件沿著引導部件的傾斜面滑動而在軸線方向移動。由此，按壓面在軸線方向上按壓圓角部，因此，不僅能夠在半徑方向上還能夠在軸線方向上對圓角部進行強化。
[0011]這里，在本發明中，優選是這樣的方式:引導部件的傾斜面與按壓部件對置且呈凸狀，按壓部件由互相接觸和分離自如的一對按壓部構成，并且所述按壓部件具有與凸狀的傾斜面對置且與該傾斜面相同形狀的凹狀的傾斜面，當按壓部件按壓圓角部時，凸狀的傾斜面按壓凹狀的傾斜面，按壓部在按壓圓角部的同時進行滑動。
[0012]此外，在本發明中，優選的是:按壓部件具備對圓角部加工規定的按壓量的按壓面，按壓面具備成型區間和漸變區間，在該成型區間所述按壓面由大致圓筒曲面構成，該大致圓筒曲面從法線方向起在圓周方向兩側45°以內的范圍內具有從圓角部的截面的曲率半徑減去按壓量而得到的曲率半徑，在該漸變區間中，按壓面在從法線方向起超出成型區間的圓周方向兩側90°以內的范圍內逐漸擴徑至在圓角部的曲率半徑上加上退避量而得的退避半徑。
[0013]在上述的方式中，由于成型區間的曲率半徑比軸部件的曲率半徑小，因此，能夠對更大的范圍(最大是單側45°的范圍)進行強化。此外，由于具備逐漸擴徑至在軸部件的曲率半徑上加上退避量而得的退避半徑的漸變區間，因此，施加于軸部件的壓縮殘留應力在漸變區間內逐漸減少，并到達沒有壓縮殘留應力的部分，因此，能夠減小在與施加了壓縮殘留應力的部分相鄰的部分產生的拉伸殘留應力。另外，成型區間優選為從法線方向起朝向圓周方向兩側30?45°的范圍。此外，漸變區間優選為從法線方向起超出成型區間而朝向圓周方向兩側60?75°的范圍。
[0014]此外，優選的是:在包含軸線的截面中，與傾斜面垂直的直線通過按壓面按壓圓角部的作用部。這是因為:如果按壓面按壓圓角部的作用部的位置從傾斜面脫離，則當按壓面從垂直于軸線的方向按壓圓角部時，按壓部件不容易沿著引導部件的傾斜面進行滑動。
[0015]此外，優選傾斜面為例如圓筒曲面。在這種情況下，將引導部件傾斜地固定于銑床等，通過銑削刀具進行穿孔，由此，能夠加工傾斜面。另一方面，按壓部件例如呈大致半環狀，能夠使滑動面作為圓柱曲面而相對于傾斜面在圓柱曲面的軸線方向滑動。此外，在按壓部件的內周面的一側緣部設置按壓面。按壓面能夠采用向圓角部側及圓角部的軸線方向突出的突條。
[0016]根據本發明，不僅能夠在半徑方向上還能夠在軸線方向上對曲軸的圓角部進行強化。此外，能夠對圓角部的更大的范圍進行強化，并且能夠得到可減小在與施加了壓縮殘留應力的部分相鄰的部分產生的拉伸殘留應力等效果。
【附圖說明】
[0017]圖1是示出在本發明的實施方式中強化的曲軸的側視圖。
[0018]圖2是示出在本發明的實施方式中對曲柄銷進行強化的狀態的側視圖。
[0019]圖3是示出在本發明的實施方式中對軸頸銷進行強化的狀態的側視圖。
[0020]圖4中，(A)是示出本發明的實施方式的上沖頭的主視圖，(B)是其側剖視圖。
[0021 ]圖5中，(A)是示出本發明的實施方式中的支架的主視圖，(B)是其側剖視圖。
[0022]圖6是示出在本發明的實施方式中對曲柄銷進行強化的狀態的放大側視圖。
[0023]圖7是示出本發明的實施方式的軸部件的強化方法的沿著圖2中的箭頭VI1-VII線的剖視圖。
[0024]圖8是示出加工部分的細節的放大圖。
【具體實施方式】
[0025]以下，參照附圖對本發明的一個實施方式進行說明。圖1是示出在本實施方式中進行強化的曲軸I的側視圖。曲軸I是通過熱鍛而成型的，在作為旋轉軸的軸頸銷11上形成有向半徑方向突出的曲柄臂12，在一對曲柄臂12的端部架設有曲柄銷13，在一對曲柄臂12中的一方的另一端部形成有平衡配重14。在各軸頸銷11及曲柄銷13的兩角部形成有由截面為大致半圓形狀的槽構成的圓角部15。
[0026]圖2示出通過下模2及上模3對曲柄銷13的圓角部15進行塑性加工的狀態，曲軸I被以曲柄銷13朝向上下方向的方式載置于下模2。在下模2的一側設置有向上方延伸的長的第I下沖頭21。此外，在下模2的另一側設置有向上方延伸的短的第2下沖頭22。同樣地，在上模3的一側設置有向下方延伸的長的第I上沖頭31。此外，在上模3的另一側設置有向下方延伸的短的第2上沖頭32。
[0027]圖3示出通過下模4及上模5對軸頸銷11的圓角部15進行塑性加工的狀態。在下模4設置有向上方延伸的下沖頭41。此外，在上模5設置有向下方延伸的上沖頭51。
[0028]圖4中(A)是示出上沖頭51的主視圖，(B)是其剖視圖。在圖中，標號52是支架(引導部件)，如圖5的(A)所示，支架52在矩形的板53的一側形成有半圓狀的孔54。孔54以在圖5的(B)中用點劃線表示其中心的方式形成為在從相對于板53的正反側的板厚方向朝向另一側傾斜的方向觀察時為圓形。在孔54的緣部形成有截面呈V字狀的傾斜面55。在通過板53的中心的截面中傾斜面55所成的角度Θ為60?150°。在這樣構成的支架52上安裝有一對按壓塊(按壓部件)60。
[0029]按壓塊60是大致半環狀，在其外周上形成有與上述傾斜面55相同形狀的滑動面61。此外，在按壓塊60的內周的與另一按壓塊60相反一側的緣部形成有向內周側及板厚方向外方突出的突條(按壓面)62。一對按壓塊60在圖4的(B)所示的截面中是對稱形狀，通過一對按壓塊60的滑動面61而形成凹部，板53的傾斜面55以楔狀嵌合于該凹部中。在按壓塊60上形成有貫通板厚方向的孔63，在孔63中安裝有螺栓64及螺母65。通過這些螺栓64及螺母65，使得按壓塊60無法越過規定的尺寸地互相分離。此外，在支架52的下表面安裝有止擋件66，使得按壓塊60不會從支架52落下。
[0030]圖6是示出按壓塊60的細節的剖視圖。如圖6所示，按壓塊60的突條62的截面呈大致半圓狀，其曲率半徑被設定為比圓角部15的曲率半徑小。此外，突條62向曲柄臂12側突出，突條62在其上側在與曲柄臂12之間形成有間隙。此外，與傾斜面55垂直的直線L(參照圖6)通過突條62按壓圓角部15的作用部F。另外，第I上沖頭31、第I下沖頭21、第2下沖頭22、下沖頭41及第2上沖頭32也與上述上沖頭51同樣地形成。
[0031]圖7示出下沖頭41及上沖頭51的側視觀察形狀。上沖頭51的突條62具有由大致圓筒曲面構成的成型區間A，在該成型區間A中，大致圓筒曲面從法線I的方向起(從曲率中心O朝向上沖頭51的中心線的方向)在圓周方向兩側45°以內的范圍內具有從圓角部15的截面的曲率半徑減去按壓量而得的曲率半徑。這里，“按壓量”是指突條62沿著法線I對圓角部15進行加工的厚度。在成型區間A中，通過突條62大致均等地進行加工。
[0032]如圖8所示，設置有漸變區間B，該漸變區間B中，從法線I的方向起在超出成型區間A的圓周方向兩側90°以內的范圍內逐漸擴徑至在圓角部15的曲率半徑上加上退避量而得的退避半徑N。在圖8中，實線是圓角部15的半徑R的圓，虛線是成型后的成型半徑S(圓角部15的半徑-按壓量)的圓，兩點劃線是退避半徑N(圓角部15的半徑+退避量)的圓。在漸變區間B中，繞著曲率中心O來描繪凸輪輪廓，按照每個角度的測點來設定與曲率中心O的距離，從而設定突條62的形狀。
[0033]具體而言，確定成型區間A和漸變區間B的角度，從成型區間A的端點按照每10°來設定半徑，確定測點。在這種情況下，將漸變區間B的角度除以10°來計算測點數，計算退避半徑N與成型半徑S的差。然后，使突條62的曲率半徑每隔10°擴大一個值，該值是將退避半徑N與成型半徑S的差除以測點數而求得的值。這樣，隨著超出成型區間A而朝向圓周方向，與曲率中心O的距離逐漸增加U，在點P處，與圓角部15的半徑R—致，如果進一步朝向圓周方向，則朝向與成型區間A相反的方向呈凸狀，達到退避半徑N。
[0034]下沖頭41也與上述上沖頭51同樣地構成。即，在突條62上具有由大致圓筒曲面構成的成型區間A，在該成型區間A中，大致圓筒曲面從法線I的方向起在圓周方向兩側45°以內的范圍內具有從圓角部15的截面的曲率半徑減去按壓量而得的曲率半徑。此外，設置有漸變區間B，該漸變區間B中，在超出成型區間A的圓周方向兩側90°以內的范圍內，逐漸擴徑至在圓角部15的曲率半徑上加上退避量而得的曲率半徑。
[0035]接下來，對通過上述結構的下沖頭41及上沖頭51來強化圓角部15的方法進行說明。在本實施方式中，通過在常溫下進行塑性加工來強化圓角部15。當使上模5下降時，上沖頭51的突條62中的成型區間A與曲柄銷13的圓角部15接觸，通過該成型區間A和第I下沖頭121的突條62的成型區間A來對圓角部15進行加工。此時，如圖6所示，支架52的傾斜面55以楔狀進入按壓塊60之間，按壓塊60彼此互相分離。并且，突條62對圓角部15的軸線方向側的部分進行加工。通過以上的加工，對圓角部15的半徑方向側的部分和軸線方向側的部分施加了壓縮殘留應力。在圓角部15的與成型區間A對應的部分，由于在遍及其大致整體的范圍內按照按壓量而在上下方向上進行成型，因此，壓縮殘留應力在成型區間A中是大致均勻的。并且，通過該壓縮殘留應力，當對圓角部15施加了彎曲力矩時，所產生的拉伸應力被抵消。
[0036]另一方面，在漸變區間B中，隨著從法線I的方向朝向圓周方向，加工量逐漸減少，接下來直至不加工的部分。因此，施加給圓角部15的壓縮殘留應力在漸變區間B內逐漸減少，并直至沒有壓縮殘留應力的部分，因此，能夠減小在與施加了壓縮殘留應力的部分相鄰的部分產生的拉伸殘留應力。
[0037]這里，上述曲軸I是直列4缸用的曲軸，在這種情況下，在內燃機的爆發時，在相位為0°和180°的位置、即圖7中的圓角部15的頂點和最下點受到最大的彎曲載荷及/或扭轉應力。具體而言，在曲柄銷13的情況下，是圓角部15的位于與平衡配重14的方向成180°相反側的部分。此外，在軸頸銷11的情況下，是圓角部15的位于平衡配重14的方向的部分。
[0038]在本實施方式中，通過上沖頭51和下沖頭41對圓角部15的彎曲載荷及/或扭轉應力最大的部分進行加工，能夠對圓角部15的半徑方向側的部分和軸線方向側的部分施加壓縮殘留應力。此外，由于能夠只對需要強化的部分施加壓縮殘留應力，因此，沒有浪費。而且，由于局部地對圓角部15進行塑性加工，因此，能夠抑制由于塑性加工而導致的在軸向的伸長。
[0039]特別地，在上述實施方式中，由于在上沖頭51和下沖頭41設置有成型區間A和漸變區間B，因此，能夠對圓角部15的較大的范圍進行強化，并且能夠減小在與施加了壓縮殘留應力的部分相鄰的部分產生的拉伸殘留應力。此外，由于與支架52的傾斜面55垂直的直線L通過突條62按壓圓角部15的作用部，因此，能夠使按壓塊60可靠地滑動而在軸線方向移動。
[0040]接下來，使曲軸I上下反轉，以使左端的曲柄銷13和其右側的曲柄銷13朝向上下方向的方式載置于下模2，與上述同樣地進行圓角部15的塑性加工。此外，通過圖3所示的下模4及上模5對軸頸銷11的圓角部15進行塑性加工。以上的情況也能夠得到與上述內容同等的作用、效果。
[0041]另外，在上述實施方式中，如圖2所示，通過多個上下沖頭21、22、31、33來進行2個曲柄銷13的強化，但也可以通過一對上下沖頭一個個地對曲柄銷13進行強化。或者，也可以使用總模具來一次性地對全部曲柄銷13及全部軸頸銷11進行強化。
[0042]本發明能夠利用于曲軸的圓角部的強化。
【主權項】
1.一種曲軸的圓角部的強化方法，從與銷部或軸頸部的軸線垂直的法線方向將按壓部件按壓到所述銷部或軸頸部的圓角部的圓周方向上的使用曲軸時彎曲載荷及/或扭轉應力最大的部分，對彎曲載荷及/或扭轉應力最大的部分施加壓縮殘留應力，該曲軸的圓角部的強化方法的特征在于， 將所述按壓部件支承為在相對于其按壓方向朝向軸線方向傾斜的方向上滑動自如，當所述按壓部件按壓所述圓角部時使所述按壓部件滑動而在朝向所述軸線方向傾斜的方向上移動。2.根據權利要求1所述的曲軸的圓角部的強化方法，其特征在于， 在所述按壓部件的后端側設置有引導部件，該引導部件具有與所述按壓部件對置的凸狀的傾斜面， 所述按壓部件由互相接觸和分離自如的一對按壓部構成，并且所述按壓部件具有與所述凸狀的傾斜面對置且與該傾斜面相同形狀的凹狀的傾斜面， 當所述按壓部件按壓所述圓角部時，所述凸狀的傾斜面按壓所述凹狀的傾斜面，所述按壓部在按壓所述圓角部的同時進行滑動。3.—種曲軸的圓角部的強化裝置，其從與銷部或軸頸部的軸線垂直的法線方向將按壓部件按壓到銷部或軸頸部的圓角部的圓周方向上的使用曲軸時彎曲載荷及/或扭轉應力最大的部分，對彎曲載荷及/或扭轉應力最大的部分施加壓縮殘留應力，該曲軸的圓角部的強化裝置的特征在于， 該曲軸的圓角部的強化裝置具備:引導部件，其在末端部具有相對于按壓方向朝向軸線方向傾斜的傾斜面；以及所述按壓部件，其具有沿著所述傾斜面滑動自如的滑動面以及沿著所述圓角部的按壓面， 所述傾斜面以面向所述圓角部側的方式相對于所述按壓部件的按壓方向均一地傾斜。4.根據權利要求3所述的曲軸的圓角部的強化裝置，其特征在于， 所述引導部件的所述傾斜面與所述按壓部件對置且呈凸狀， 所述按壓部件由互相接觸和分離自如的一對按壓部構成，并且所述按壓部件具有與所述凸狀的傾斜面對置且與該傾斜面相同形狀的凹狀的傾斜面， 當所述按壓部件按壓所述圓角部時，所述凸狀的傾斜面按壓所述凹狀的傾斜面，所述按壓部在按壓所述圓角部的同時進行滑動。5.根據權利要求3或4所述的曲軸的圓角部的強化裝置，其特征在于， 所述按壓部件具備對所述圓角部加工規定的按壓量的按壓面，所述按壓面具備成型區間和漸變區間，在所述成型區間所述按壓面由大致圓筒曲面構成，該大致圓筒曲面從所述法線方向起在圓周方向兩側45°以內的范圍內具有由所述圓角部的截面的曲率半徑減去所述按壓量而得到的曲率半徑，所述漸變區間中，所述按壓面在超出所述成型區間的圓周方向兩側90°以內的范圍內逐漸擴徑至在所述圓角部的曲率半徑上加上退避量而得的退避半徑。6.根據權利要求3或4所述的曲軸的圓角部的強化裝置，其特征在于， 在包含所述軸線的截面中，與所述傾斜面垂直的直線通過所述按壓面按壓所述圓角部的作用部。7.根據權利要求3或4所述的曲軸的圓角部的強化裝置，其特征在于，所述傾斜面是圓筒曲面。
【文檔編號】B21J5/02GK105964848SQ201610136333
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年3月10日
【發明人】田中利享, 三浦大介, 吉村拓郎, 竹內豐, 越野大介
【申請人】本田技研工業株式會社