專利名稱：具有參考標記的發動機鑄造部件及其加工方法
技術領域：
本發明涉及內燃機，包括但不局限于曲軸箱加工及其基準特征件。
背景技術：
內燃機包括具有多個氣缸的曲軸箱。氣缸含有活塞，由于燃燒事件使活塞 作往復運動，該往復運動通過曲軸箱進行傳遞而產生發動機的扭矩輸出。發動 機曲軸箱常常是鑄造金屬制成，且包括在其鑄造之后在其中形成或加工的特征 件。
用于加工曲柄箱的已知方法包括鑄造加工基準件或鑄造特征件，這些加 工基準件或鑄造特征件用來將鑄件定位到加工裝置上。通過將鑄件適當地設置 和定位到加工裝置上，可在曲軸箱中形成各個加工特征件時實現位置和公差尺 寸。
通常的加工基準件是"凸起件"或突起件，這些"凸起件"或突起件鑄造 在金屬曲軸箱中，且裝配到加工裝置的"工作臺"中的開口中。這些凸起件通 常就是用來定位曲軸箱，并且常常設置在最終要被加工的表面上，因此來去除 這些凸起件。去除凸起件的原因主要是減輕完成的和已加工的曲軸箱的重量， 還有改進發動機中曲軸箱的形狀、外觀和匹配性。
用于鑄造金屬曲軸箱的現有加工基準結構或凸起件的一個缺點是它們的 形狀通常是矩形的，不允許在超過兩個運動自由度上對準鑄件。而且，將在成 品中去除的現有基準結構不允許對成品中每個加工操作的質量進行尺寸檢查。
因此，需要一種改進的加工基準設計結構，該結構允許在超過兩個自由度 上定位待加工的鑄件，且允許對成品中每個加工操作的質量進行尺寸檢查。
發明內容
一種用于內燃機的部件包括多個形成在該部件上的鑄造特征件、以及多個加工特征件。該部件還包括至少一個參考標記，該參考標記包括內腔，該內腔 由第一側表面、第一傾斜表面、第二傾斜表面、以及谷部表面來包圍。至少一 個參考標記在鑄造操作過程中形成，且用來將部件定位在夾具上。多個加工特 征件不侵占至少一個參考標記的區域。第一傾斜表面和第二傾斜表面相對于彼 此成角度。
圖1是根據本發明的具有參考標記加工基準件的發動機曲軸箱的外形圖。 圖2是根據本發明的參考標記加工基準件的詳圖。
圖3和4示出了根據本發明的參考標記和定位器的不同位置。 圖5是根據本發明的加工內燃機曲軸箱的方法的流程圖。 圖6是具有參考標記加工基準件的發動機曲軸箱的剖視圖，這些基準件用 來驗證氣缸蓋接口表面與每個曲軸芯件之間的關系。
圖7是用于根據本發明的曲軸箱的尺寸規劃的簡圖。
具體實施例方式
下面描述了根據本發明的用于形成基準件或加工標記的裝置及其方法，該 基準件允許在超過兩個自由度上定位待加工的鑄件，且允許對成品中每個加工 操作的質量進行尺寸檢査。這里描述的基準件也可稱為"參考"標記，因為它 們在完工曲軸箱的加工過程之后不被去除，且可用作早期加工操作的"參考"。
圖l示出了發動機曲軸箱100的外形圖。所示的曲軸箱100是具有"V" 形結構的八缸發動機的曲軸箱。各具有四個氣缸104的兩個氣缸排102沿著其 全長相對地位于曲軸箱100的兩側。氣缸排102連接到占據曲軸箱100中心部 分的谷部結構106。氣缸蓋108顯示為在氣缸排102中的一個氣缸排上附連到 曲軸箱100。氣缸蓋108可包括附加的發動機部件(未示出)，諸如燃料噴射器、 吸氣閥和排氣閥、頂置凸輪軸等。曲軸箱IOO還可包括多個不同的一體通道和 /或內腔。例如，冷卻劑通道110、渦輪增壓器供油通道112、正時鏈內腔116 及其它結構可形成在曲軸箱100內。
中心供油通道118可以鉆通曲軸箱100的谷部結構106的全長。可采用通常稱之為"槍鉆"的操作來形成通道188，其通過曲軸箱100的金屬本體鉆出
長的開口。通道118可用來傳輸油或其它流體，從曲軸箱100—端傳輸到另一 端。在發動機運行過程中，通道118內的油可用于各種用途，例如用于潤滑各 種發動機部件，用來致動燃料噴射器，用來潤滑和/或致動頂置凸輪結構及其它 結構。通常，來自通道118的油可分配到其它通道。
曲軸箱100包括各種其它的加工特征件。例如，氣缸排102每個頂部的通 稱為"火焰板"的表面120可以是曲軸箱IOO與氣缸蓋108之間的接口。設置 在曲軸箱100谷部的谷部表面122可用作與其它發動機部件的接口，后表面124 可用作附連在可用來安裝傳動裝置的后罩殼(未示出)上的接口 。氣缸內孔104 具有側向圓柱形表面126，該表面126被加工和用來容納活塞(未示出)。形成 在曲軸箱100上的所有這些表面和其它表面要求在曲軸箱的各個加工操作過程 中實現精確的位置和公差尺寸。
曲軸箱IOO可有利地包括多個形成在其中的參考標記128。參考標記128 中的每一個可位于曲軸箱100的不同區域，且用作加工操作的加工基準件，這 些加工操作在曲軸箱IOO鑄造之后實施，以形成曲軸箱IOO中需要的用來對接 至各種部件的許多特征件。眾所周知，加工基準件是幫助定位參考點以引導用 來在鑄件上形成各種特征件的加工刀具、鉆頭等的特征件。
加工操作可使用參考標記128來建立曲軸箱IOO的坐標系，該坐標系接著 可被施加刀具、鉆頭、端銑刀等的計算機控制的機器來使用，以從鑄件中去除 金屬并在其中形成各種特征件。產生的該坐標系有利地是基于曲軸箱100的位 置，這些位置對于完成的和已加工的曲軸箱的匹配性、形式和功能來說是非常 重要的。
圖2以剖視圖示出了參考標記128的局部放大圖。參考標記128可在鑄造 操作過程中形成，且可包括局部的內腔或凹陷202。凹陷202可被第一側表面 204、第一傾斜表面208、第二傾斜表面210和谷部表面212所包圍。第一傾斜 表面208可相對于第二傾斜表面210定向成角度a，以有利于如下所述的多軸 定位。參考標記128設置成靠近邊緣214，因此沒有包圍內腔202的第二側表 面(未示出)，但是假如參考標記設置成遠離邊緣214，則將具有第二側表面。 第二側表面在第一側表面204的對面包圍內腔202。個定位器302設置成裝配在每個參考標 記128,如圖所示，以幫助將曲軸箱100定位到機器300上。每個定位器302 包括柄部304、第一斜切表面306、第二斜切表面308、以及設置在其末端的梢 部310。曲軸箱IOO可在該操作過程中沿方向312移動，直到參考標記128配 合定位器302為止。
圖4示出了定位器302與參考標記128配合的詳圖。當定位器302與參考 標記128配合時，第一斜切表面306平面地對準并接觸第一傾斜表面208，第 二斜切表面308平面地對準并接觸第二傾斜表面210，梢部210可有利地不接 觸谷部表面211，因此在其間形成間隙402。
參考標記128和定位器302之間的每個連接有利地能夠在三個自由度上將 曲軸箱100定位至機器300。坐標系404可定義成具有軸線X、第二軸線Y和 "矩"M(z)，軸線X定義成用來測量曲軸箱100和機器300之間的距離，第二 軸線Y定義成用來測量曲軸箱100和機器300之間的相對位置對準，矩M(z) 定義成用來測量曲軸箱100與機器300圍繞軸線Z(垂直于軸線X和Y中的每 一個)的相對轉動。定位器302與參考標記128的配合能夠相對于沿X和Y的 軸向運動和沿M(z)的轉動來限制和限定曲軸箱100在機器300上的位置。
沿X和Y軸線的運動和繞M(z)的轉動的限制有利地通過斜切表面306和 310與彼此成角度a的傾斜表面208和210之間的運動和轉動阻力以及接觸來 實現。角度a可選定為任意銳角，且當希望根據一垂直坐標系的約束時，可有 利地選定為約90度的夾角。通過使用可定向成彼此成90度的至少三個參考標 記，人們可有利地將曲軸箱100完全約束和定位至機器300。
圖5示出了加工鑄造部件的方法的流程圖。該部件可在先前的鑄造操作中 形成為包括形成于其中的參考標記特征件或開口。在步驟502中，可將部件定 位在機器或夾具附近。在步驟504中，可將部件上的一些或所有參考標記設置 成鄰近設在機器上的一些或更多定位器。在步驟506中，可將部件放置到機器 上，以使每個參考標記配合每個對應的定位器。在步驟508中，可有利地使每 個參考標記在三個自由度上相對于機器約束部件。在步驟510中，機器可在部
9件上實施各種加工操作，例如刨削、研磨、鉆孔、拋光等。在步驟512中，當 加工操作完成時，可有選擇地使用不同的或相同的參考標記配合不同的或相同 的定位器來將部件重新定位到機器上。
圖6的剖視圖示出了用于曲軸箱600的完整基準結構的一實施例，該完整 基準結構能夠定位曲軸芯件開口 602的定向和位置。曲軸箱600在氣缸排606 的頂部上具有表面604。通常在形成曲軸箱600的鑄造操作過程中形成構成氣 缸排606的多個氣缸內孔開口 608。開口或內孔608通常可在金屬圍繞曲軸芯 件(未示出)流動時形成。有利的是，曲軸箱600的結構應確保表面604和每 個內孔608之間的適當對準和對中。
表面604相對于曲軸箱604的定位可通過使用如上所述的多個參考標記 610 (只示出了三個中的一個)來建立。更有利的是，可在由表面604限定的 平面與曲軸芯件或間接地每個內孔608之間建立一關系，這些內孔608在形成 曲軸箱600的鑄造操作過程中通過使用第二多個芯件參考標記612來形成在曲 軸箱600中。芯件參考標記612中的每一個有利地位于曲軸箱600的谷部部分 614中，且可用作兩個氣缸排(這里只示出了一個氣缸排606)的位置參照。
芯件參考標記612中的每一個可有利地具有矩形形狀，該矩形形狀包括底 表面616，該底表面616應該平行于曲軸箱600的谷部部分614的谷部表面618， 且當內孔608適當對準時相對于表面604有預定距離和角度。通過定位左氣缸 排606上的表面604、右氣缸排(未示出)上的相應表面、以及到由芯件參考 標記612連在一起時限定的線或單獨考慮時限定的點的距離，可以有利地實現 曲軸箱600的所有鑄造和加工特征件并在鑄造過程中實現芯件定位。
圖7示出了用于曲軸箱700的尺寸規劃的簡圖。曲軸箱700可具有一組平 面或表面A和B，這些平面或表面限定成與每個氣缸蓋接口表面相重合。表面 A和B可用如上所述參考標記來限定。眾所周知，表面A和B離開曲軸中心 線的距離D以及表面A和B之間的角度e對于曲軸箱700的匹配性、形式和 功能來說是很重要的。為了有利于檢査和設置以便加工曲軸箱700，可根據如 上所述由兩個氣缸排之間的芯件參考標記所形成的高度C來確定高度d。因此， 形成表面A和B的參考標記以及形成高度C的芯件參考標記可有利地足以限 定曲軸箱700的重要尺寸參數。本發明可實施成其它特定形式，而不脫離其精神或實質特征。上述實施例 在所有方面都將被理解成僅僅是示例性的和非限制性的。因此，本發明的范圍 由所附的權利要求書而不是前面的說明書來限定。所有落入權利要求書的等同 意義和范圍的改變都將包含在其范圍內。
權利要求
1. 一種用于內燃機的部件，包括多個形成在所述部件上的鑄造特征件；多個加工特征件；至少一個參考標記，包括內腔，所述內腔由以下表面包圍第一側表面，第一傾斜表面，第二傾斜表面，以及谷部表面；其中，所述至少一個參考標記在鑄造操作過程中形成，所述參考標記用來將所述部件定位在夾具上，所述多個加工特征件不侵占所述至少一個參考標記的區域，并且所述第一傾斜表面和所述第二傾斜表面成角度。
2. 如權利要求1所述的部件，其特征在于，所述第一傾斜表面和所述第二 傾斜表面之間的所述角度約為90度。
3. 如權利要求l所述的部件，其特征在于，所述至少一個參考標記設置成 配合設在所述夾具上的定位器，所述定位器包括第一斜切表面、第二斜切表面、 以及梢部，并且當所述部件設置在所述夾具上時，所述第一斜切表面和第二斜 切表面接觸所述第一傾斜表面和第二傾斜表面。
4. 如權利要求l所述的部件，其特征在于，所述部件是內燃機的曲軸箱， 并且所述多個加工特征件包括平的氣缸蓋接口表面。
5. 如權利要求4所述的部件，其特征在于，還包括第二參考標記和第三參 考標記，所述至少一個參考標記、所述第二參考標記和所述第三參考標記設置 成鄰近所述平的氣缸蓋接口表面的邊緣，并且所述至少一個參考標記、所述第 二參考標記和所述第三參考標記中的每個參考標記相互設置在不同定向。
6. 如權利要求1所述的部件，其特征在于，形成在所述部件上的所述鑄造 特征件中的至少一些鑄造特征件使用用于鑄造操作的芯件來形成，并且所述部 件還包括在所述鑄造操作過程中由所述芯件形成的多個芯件參考標記。
7. —種用于內燃機的曲軸箱，包括設置在第一氣缸排中的多個氣缸內孔，其中，所述第一氣缸排在一端具有 第一氣缸蓋接口表面；第一參考標記和第二參考標記，所述第一參考標記和第二參考標記設置在 所述第一氣缸蓋接口表面的末端且鄰近所述第一氣缸蓋接口表面的邊緣；第三參考標記，所述第三參考標記設置成鄰近所述第一氣缸蓋接口表面的 所述邊緣，其中，所述第三參考標記相對于所述第一參考標記和第二參考標記 轉動；其中，所述第一參考標記、第二參考標記和第三參考標記中的每一個包括 內腔，所述內腔在四個側面上由以下表面包圍第一側表面， 第一傾斜表面，第二傾斜表面，所述第二傾斜表面相對于所述第一傾斜表面設置成一內 角，以及谷部表面；其中，所述第一參考標記、第二參考標記和第三參考標記中的每一個能夠 在第一軸向方向、第二軸向方向和第一轉動方向將所述曲軸箱約束到夾具上。
8. 如權利要求7所述的曲軸箱，其特征在于，所述內角是90度，所述第一軸向方向垂直于所述第二軸向方向，并且所述第一轉動方向圍繞第三軸線， 所述第三軸線垂直于所述第一軸向方向和所述第二軸向方向中的每一個。
9. 如權利要求7所述的曲軸箱，其特征在于，還包括第二氣缸排，其中，所述第二氣缸排與所述第一氣缸排成角度，并且所述第二氣缸排在一端具有第二氣缸蓋接口表面；附加的第一參考標記和附加的第二參考標記，所述附加的第一參考標記和 附加的第二參考標記設置在所述第二氣缸蓋接口表面的末端且鄰近所述第二 氣缸蓋接口表面的邊緣；附加的第三參考標記，所述附加的第三參考標記設置成鄰近所述第二氣缸 蓋接口表面的所述邊緣，其中，所述附加的第三參考標記相對于所述附加的第 一參考標記和附加的第二參考標記轉動；其中，所述附加的第一參考標記、附加的第二參考標記和附加的第三參考標記中的每一個包括附加的內腔，所述附加的內腔在四個側面上由以下表面包圍附加的第 一側表面，附加的第一傾斜表面，附加的第二傾斜表面，所述附加的第二傾斜表面相對于所述附加的第一 傾斜表面設置成一內角，以及 附加的谷部表面；其中，所述附加的第一參考標記、附加的第二參考標記和附加的第三參考 標記中的每一個能夠在附加的第一軸向方向、附加的第二軸向方向和附加的第 一轉動方向將所述曲軸箱約束到夾具上。
10. 如權利要求7所述的曲軸箱，其特征在于，還包括多個芯件參考標記， 其中，所述芯件參考標記由在鑄造操作過程中形成所述多個氣缸內孔的曲軸芯 件來形成。
11. 一種加工鑄造部件的方法，包括以下步驟 將所述鑄造部件定位成靠近機器夾具；將設在所述鑄造部件上的至少一個參考標記設置成鄰近設在所述機器夾 具上的至少一個定位器；使所述至少一個參考標記與所述至少一個定位器配合；相對于所述機器夾具來約束所述鑄造部件；在所述鑄造部件上實施至少一種加工操作；其中，所述至少一個參考標記在鑄造過程中形成在所述鑄造部件中，并且 所述參考標記保持不受在所述鑄造部件上的所述至少一種加工操作的影響。
12. 如權利要求ll所述的方法，其特征在于，還包括以下步驟從所述機 器夾具上脫開所述鑄造部件，以及使所述鑄造部件重新配合至所述機器夾具。
13. 如權利要求ll所述的方法，其特征在于，還包括以下步驟使附加的 參考標記與附加的定位器配合。
14. 如權利要求ll所述的方法，其特征在于，使所述至少一個參考標記與 所述至少一個定位器配合的所述步驟包括以下步驟使所述至少一個參考標記的第一傾斜表面與所述定位器的第一斜切表面接觸；使所述至少一個參考標記的第二傾斜表面與所述定位器的第二斜切表面接觸；其中，所述第一傾斜表面和所述第二傾斜表面相對于彼此成角度。
15. 如權利要求11所述的方法，其特征在于，相對于所述機器夾具來約束 所述鑄造部件的所述步驟包括使至少三個參考標記與所述機器夾具上的至少三個相應定位器配合，其中，所述至少三個參考標記中的每個參考標記相互設 置在不同定向。
16. 如權利要求11所述的方法，其特征在于，所述至少一個參考標記包括包圍開口的第一傾斜表面和第二傾斜表面，并且在所述鑄造部件上實施至少一種加工操作的所述步驟包括遠離所述第一傾斜表面和所述第二傾斜表面中的 每一個實施鉆孔、研磨、刨削和拋光操作中的至少一種操作。
17. 如權利要求9所述的方法，其特征在于，相對于所述機器夾具來約束 所述鑄造部件的所述步驟包括相對于兩個軸向自由度和一個轉動自由度來約 束所述鑄造部件。
全文摘要
一種用于內燃機的部件(100)包括多個形成在該部件上的鑄造特征件(例如116)、以及多個加工特征件(例如120)。該部件(100)還包括至少一個參考標記(128)，該參考標記(128)包括內腔(202)，該內腔由第一側表面(204)、第一傾斜表面(208)、第二傾斜表面(210)、以及谷部表面(212)來包圍。至少一個參考標記(128)在鑄造操作過程中形成，且用來將部件(100)定位在夾具(300)上。多個加工特征件(120)不侵占至少一個參考標記(128)的區域。第一傾斜表面(208)和第二傾斜表面(210)相對于彼此成角度(α)。
文檔編號F02B75/22GK101501314SQ200780029542
公開日2009年8月5日 申請日期2007年8月7日 優先權日2006年8月8日
發明者M·R·基林克, R·Z·奧澤維斯基, W·B·斯尼德 申請人:萬國引擎知識產權有限責任公司