專利名稱：制造具有軸承瓦的連桿的方法以及具有軸承瓦的連桿的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
該本發(fā)明涉及一種制造具有一個軸承瓦(bearing)或多個軸承瓦的連桿的方法，并且涉及一種具有一個軸承瓦或多個軸承瓦的連桿。
背景技術(shù)：
將車輛發(fā)動機(jī)的活塞和曲軸連接起來的連桿包括一個位于曲軸側(cè)的大端部分、一個位于活塞一側(cè)的小端部分和一個在兩個端部之間的桿部。該小端部分具有一個圓形的裝配孔(即一個小端孔)，一個用于連接的活塞銷(a pisoton pin)可旋轉(zhuǎn)地安裝在其中；大端部分具有一個裝配孔(即一個大端孔)，一個用于連接的曲柄銷(a crankpin)可旋轉(zhuǎn)地安裝在其中。
一個連桿瓦(con rod bearing)與連桿的大端部分和小端部分的相反連桿相裝配孔的內(nèi)表面裝配在一起，該軸承瓦整體為圓柱形，并且曲柄銷和活塞銷通過該連桿瓦在相應(yīng)的裝配孔中可旋轉(zhuǎn)地安裝以用來連接。
在傳統(tǒng)方法中，上述連桿瓦是預(yù)先與連桿分別制造出來的，然后與兩個裝配孔的相應(yīng)內(nèi)表面裝配起來。這樣，連桿的大端部分和小端部分通過相應(yīng)的連桿瓦分別連接到曲柄銷和活塞銷上。
每個連桿瓦是通過將厚度大約0.3mm的軸承瓦金屬(即合金)連接到一個薄板上來制造的，該薄板也叫做襯墊金屬(backmetal)，該薄板通過一個冷加工的箍制造，箍的厚度大約為1.5mm。也就是說每個連桿瓦的制造過程需要復(fù)雜的步驟，包括(1)鑄造軸承瓦合金的步驟，(2)將軸承瓦合金加工到薄板中的步驟，(3)將襯墊金屬和軸承瓦金屬加工入一個襯里(clad)中的步驟，和(4)機(jī)加工該襯里的步驟。這樣，每個連桿瓦的制造需要很多人力、時間和成本。另外，當(dāng)連桿瓦與連桿裝配在一起的時候，需要很高精度。這樣，連桿瓦需要小心加工。
特別需要解釋的是，當(dāng)連桿瓦與連桿裝配在一起的時候，雜質(zhì)可能進(jìn)入它們之間的間隙，或者間隙的精度可能出現(xiàn)問題。這樣，連桿瓦的裝配就變得困難并且需要精心。此外，還有一個問題是連桿瓦也可以由于軋住(seizer)、疲勞、與銷子一起旋轉(zhuǎn)、或腐蝕而損壞(即在出現(xiàn)很小振動的情況下，連桿瓦的外徑和/或連桿裝配孔的內(nèi)表面都會發(fā)生磨損，并且軸承瓦也會被磨損所產(chǎn)生的力損壞)。
同時，要通過噴涂，在連桿的裝配孔的相應(yīng)內(nèi)表面上要覆蓋軸承瓦金屬材料，從而在裝配孔的相應(yīng)內(nèi)表面上形成軸承瓦金屬層(即相應(yīng)的軸承瓦)。然而，在使用噴涂工序的時候，如果連桿的材料是不合格的，就會降低軸承瓦與連桿之間的連接強(qiáng)度(bondingdegree)。此外，因為由噴涂形成的軸承瓦金屬層沒有與連桿的材料混合，所以金屬層的剝離強(qiáng)度(peel strength)比較低。
此外，當(dāng)軸承瓦金屬層是由噴涂方法形成的時候，噴槍不能插入連桿小端部分的裝配孔(即小端孔)中，因此就不得不沿著傾斜的方向噴涂軸承瓦金屬材料，導(dǎo)致軸承瓦金屬層的連接強(qiáng)度降低，甚至引起剝落或斷裂。
在下面標(biāo)注的專利文獻(xiàn)1公開了一種滑動-軸承瓦結(jié)構(gòu)。在所公開的發(fā)明中，一個連桿瓦是通過一個襯墊金屬和一個軸承瓦金屬構(gòu)成的，并且襯墊金屬的外圓周面要進(jìn)行例如噴丸硬化(a shotpeening)以便改善其硬度并減少例如連桿瓦由于腐蝕引起的磨損。
然而，上述連桿瓦是預(yù)先與連桿分別制造出來的，然后與連桿裝配起來。在這方面現(xiàn)有技術(shù)與本發(fā)明不同。
專利文獻(xiàn)2公開一種制造具有軸承瓦的連桿的方法。在所公開發(fā)明中，環(huán)狀軸承瓦金屬安裝在連接具有一個帽的連接-桿的裝配孔中，然后進(jìn)行燒結(jié)(sinter)以便軸承瓦合金滲透入裝配中，然后切除帽部分。然而，在公開的發(fā)明中，環(huán)狀軸承瓦金屬預(yù)先與連桿分開制造的，然后再裝配連接到連桿的裝配孔中。這樣，在先的發(fā)明與本發(fā)明不同。
專利文獻(xiàn)1日本專利申請公開文本9-222117
專利文獻(xiàn)2日本專利申請公開文本9-137202發(fā)明內(nèi)容發(fā)明要解決的問題 在上述背景下，才產(chǎn)生出本發(fā)明，因此本發(fā)明的一個目的是提供一種制造具有軸承瓦的連桿的方法，以及一種具有軸承瓦的連桿，其中，它們都不需要將軸承瓦與連桿分開制造的步驟或?qū)⑤S承瓦與連桿裝配在一起的步驟，以便減少制造具有軸承瓦的連桿所需的工序、勞動力、和成本，并解決上述將軸承瓦與連桿分開制造所產(chǎn)生的各種問題。
技術(shù)方案 權(quán)利要求1涉及一種制造具有一個軸承瓦或多個軸承瓦的連桿的方法，其特征在于預(yù)先用軸承瓦金屬材料制造一個圓柱形成型體，其形狀為圓柱形，橫截面形狀與連桿的大端部分和/或小端部分的圓形的裝配孔的圓形內(nèi)表面對應(yīng)，圓柱形成型體作為內(nèi)部構(gòu)件插入并安裝在裝配孔的內(nèi)表面內(nèi)側(cè)，在該裝配孔的內(nèi)表面上，通過旋轉(zhuǎn)的沖壓工具的盤狀旋轉(zhuǎn)沖壓部分的端部的外圓周表面形成一個大致錐形表面，其可沿著沖壓工具的軸向和移動方向可以看到，該錐形表面外徑小于裝配孔的內(nèi)徑，大于被沖壓的圓柱形成型體的內(nèi)徑，該錐形表面在旋轉(zhuǎn)的同時，被沖壓到圓柱形成型體的端面上以便通過摩擦加熱并軟化圓柱形成型體，并且該旋轉(zhuǎn)沖壓部分是沿著軸向移動，同時該旋轉(zhuǎn)沖壓部分旋轉(zhuǎn)并且該旋轉(zhuǎn)沖壓工具除了旋轉(zhuǎn)沖壓部分之外的其它部分不與圓柱形成型體接觸，使得由軸承瓦金屬材料制成的圓柱體塑性地流入(plastically flow)與軸向相同的方向以及徑向向外的方向，由此軸承瓦金屬層直接連接并形成在裝配孔的內(nèi)表面上。
權(quán)利要求2從屬于權(quán)利要求1，其特征在于，多個所述連桿層疊在一起，因此它們對應(yīng)的裝配孔的相應(yīng)的軸線彼此重合，由軸承瓦金屬材料制成的圓柱體的長度等于相應(yīng)的裝配孔軸向長度的總和，圓柱體插入連桿的每一個相應(yīng)的裝配孔中，以便位于上述每個裝配孔中，該旋轉(zhuǎn)沖壓工具在旋轉(zhuǎn)的同時也沿著軸向移動，由此軸承瓦金屬層直接連接并形成在連桿相應(yīng)的裝配孔的對應(yīng)內(nèi)表面上，并隨后連桿彼此分離。
權(quán)利要求3涉及具有一個軸承瓦或多個軸承瓦的連桿，其特征在于在連桿的大端部分和/或小端部分的一個圓形裝配孔的內(nèi)表面上，通過摩擦生熱和施加一定壓力使得軸承瓦金屬材料塑性地流動從而直接連接并形成一個圓柱形軸承瓦金屬層。
發(fā)明的運行與優(yōu)點 根據(jù)權(quán)利要求1，用軸承瓦金屬材料制造的圓柱形體，作為內(nèi)部構(gòu)件被插入并安裝在連桿的圓形裝配孔的內(nèi)表面內(nèi)側(cè)，旋轉(zhuǎn)沖壓工具的盤狀旋轉(zhuǎn)沖壓部分，更準(zhǔn)確地說是，作為盤狀旋轉(zhuǎn)沖壓部分在軸向和移動方向上的外圓周表面的錐形表面在旋轉(zhuǎn)的同時被軸向壓到軸承瓦金屬材料的圓柱形成型體的端面上，以便通過摩擦對圓柱形成型體的沖壓部分進(jìn)行加熱和軟化，旋轉(zhuǎn)沖壓部分在旋轉(zhuǎn)的同時沿著軸向移動，而除了旋轉(zhuǎn)沖壓部分之外的旋轉(zhuǎn)沖壓工具的其它部分沒有與圓柱形成型體接觸，使得圓柱形成型體沿著與軸向相同的方向以及徑向向外的方向塑性地流動，由此軸承瓦金屬層直接連接并形成在連桿的裝配孔的內(nèi)表面上。
這樣，在目前的制造方法中，旋轉(zhuǎn)沖壓工具、特別是其盤狀旋轉(zhuǎn)沖壓部分的錐形表面在旋轉(zhuǎn)的同時被壓到插入裝配孔內(nèi)表面內(nèi)側(cè)的軸承瓦金屬材料上，以便通過摩擦加熱并軟化金屬材料，從而引起同樣的塑性流動，由此軸承瓦金屬層直接連接并形成在裝配孔的內(nèi)表面上。因此，就不必單獨制造由襯墊金屬和軸承瓦金屬構(gòu)成的連桿瓦，而在傳統(tǒng)方法中包括許多步驟。另外，也不需要將連桿瓦與連桿裝配起來。這樣，就可以簡化制造具有一個軸承瓦或多個軸承瓦的連桿的方法的步驟，并減少制造連桿所需的成本。
另外，這樣形成的軸承瓦金屬層牢固地結(jié)合在裝配孔的內(nèi)表面上，并不會產(chǎn)生在傳統(tǒng)方法中，由于連桿瓦和連桿單獨制造之后再裝配起來而產(chǎn)生的上述問題。
此外，在本制造方法中，旋轉(zhuǎn)沖壓工具與軸承瓦金屬材料接觸的外圓周面的面積可以最小化。因此，可以避免在接觸面積上發(fā)生例如軋住的問題。另外，軸承瓦金屬層可以形成在裝配孔的內(nèi)表面上，因此金屬層的厚度在軸向是一致的。
另外，本方法不需要在傳統(tǒng)方法中使用的、厚度從1mm到1.5mm的襯墊金屬。因此，連桿整體尺寸和重量都可以減少，有助于提高汽車發(fā)動機(jī)的輸出功率和減少燃料消耗量。此外，因為不需要襯墊金屬，所以連桿的傳熱性和散熱能力提高，更有助于提高發(fā)動機(jī)的輸出功率。
根據(jù)權(quán)利要求2，若干個上述連桿層疊在一起，因此它們對應(yīng)的裝配孔的相應(yīng)的軸線彼此重合，由軸承瓦金屬材料制成的圓柱體的長度等于相應(yīng)的裝配孔軸向長度的總和，圓柱體插入連桿的每一個相應(yīng)的裝配孔中，以便位于上述每個裝配孔中，旋轉(zhuǎn)沖壓工具在旋轉(zhuǎn)的同時也沿著軸向移動，由此軸承瓦金屬層直接連接并形成在連桿相應(yīng)的裝配孔的對應(yīng)內(nèi)表面上，并隨后連桿彼此分離。在本制造方法中，軸承瓦金屬層有效地連接并形成在多個連桿的相應(yīng)的裝配孔的對應(yīng)內(nèi)表面上。
因此，本制造方法特別適合大量制造連桿。
權(quán)利要求3涉及具有一個軸承瓦或多個軸承瓦的連桿，其中在連桿的大端部分和/或小端部分的該圓形裝配孔的內(nèi)表面上，通過摩擦生熱和壓力的作用使得軸承瓦金屬材料塑性地流動從而直接連接并形成該圓柱形軸承瓦金屬層。這樣，具有一個軸承瓦或多個軸承瓦的連桿不包括襯墊金屬。因此，連桿整體尺寸和重量都該減少，因此有助于提高汽車發(fā)動機(jī)的輸出功率和燃料消耗量。此外，因為不使用襯墊金屬，所以可以提高連桿的熱傳導(dǎo)率，并因此提高其散熱能力。
因為軸承瓦金屬層在摩擦產(chǎn)生熱量和所承受壓力的作用下牢固地連接到裝配孔的內(nèi)表面上，因此金屬層不會發(fā)生從裝配孔的內(nèi)表面脫落的問題。


圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的、具有軸承瓦(即，軸承瓦金屬層)的連桿的視圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例、用于說明在圖1中所示的軸承瓦金屬層的制造方法的相應(yīng)步驟。
圖3是用于說明軸承瓦金屬層制造方法的一個視圖。
圖4是用于說明軸承瓦金屬層制造方法中所使用的拔模斜度(draft)的一個視圖。
圖5是用于在軸承瓦金屬層制造方法中所使用的、由軸承瓦金屬材料制成的圓柱體的實施例的視圖。
圖6是說明在軸承瓦金屬層制造方法中所使用的控制方法的視圖。
圖7是用于說明在軸承瓦金屬層已經(jīng)形成后制造連桿的步驟的視圖。
圖8是說明制造本發(fā)明另一個實施例的軸承瓦金屬層的視圖。
圖9是用于說明將本發(fā)明的每個實施例進(jìn)行比較的比較實施例的視圖。
附圖標(biāo)記說明10連桿 12大端部分 14小端部分 18大端孔(裝配孔)20小端孔(裝配孔) 22，24軸承瓦金屬層(軸承瓦)26旋轉(zhuǎn)沖壓工具 28旋轉(zhuǎn)沖壓部分 30錐形表面38圓柱形成型體
具體實施例方式下面，將參照附圖詳細(xì)介紹本發(fā)明的實施例。
在圖1中，附圖標(biāo)記10表示一個連桿，其包括一個大端部分12、一個小端部分14，和位于兩個端部12、14之間的桿部分16。
大端部分12具有一個大端孔18(即裝配孔)，一個曲柄銷安裝在該孔18中，小端部分14具有一個小端孔20(即裝配孔)，一個活塞銷安裝在孔20中。這樣，曲柄銷連接到大端部分12上以使得曲柄銷可旋轉(zhuǎn)地安裝在大端孔18中，活塞銷連接到小端部分14上以使得活塞銷可旋轉(zhuǎn)地安裝在小端孔20中。
在大端孔18的內(nèi)表面上，直接連接并形成有一個軸承瓦金屬層22，其具有對應(yīng)截面形狀且為圓柱形，厚壁很??；在小端孔20的內(nèi)表面上，直接連接并形成有一個軸承瓦金屬層24，其具有對應(yīng)截面形狀且為圓柱形，厚壁很小。這樣，曲柄銷通過軸承瓦金屬層22連接到大端部分12上，從而使得曲柄銷可旋轉(zhuǎn)地安裝在大端孔18中，活塞銷通過軸承瓦金屬層24連接到小端部分14上，從而使得活塞銷可旋轉(zhuǎn)地安裝在小端孔20中。
大端部分12是通過兩半部分構(gòu)成的，它們通過螺釘和螺母彼此固定在一起。
圖2和3表示了在大端孔18的內(nèi)表面上形成軸承瓦金屬層22的方法。
因為在小端部分14一側(cè)形成軸承瓦金屬層24的方法與形成軸承瓦金屬層22的方法基本相同，因此以下說明書僅僅涉及在大端部分12一側(cè)形成軸承瓦金屬層22的方法。
在圖2中，附圖標(biāo)記26表示一個旋轉(zhuǎn)沖壓工具，其包括一個作為主要部分的盤狀旋轉(zhuǎn)沖壓部分28。
旋轉(zhuǎn)沖壓部分28具有一個錐形表面30，其由端部的外圓周面沿著軸向和移動方向形成(即圖中的向下方向)。
旋轉(zhuǎn)沖壓工具26，即其盤狀旋轉(zhuǎn)沖壓部分28的錐形表面30通過摩擦加熱下述由軸承瓦金屬材料制成的圓柱形成型體38(其壁厚度為大約1mm到大約5mm)，并沿著圖中向下方向和徑向向外方向壓迫成型體38以便軸承瓦金屬材料塑性流動。
盤狀旋轉(zhuǎn)沖壓部分28在如圖所示的錐形表面30的上面還具有一個內(nèi)徑確定表面32，其與錐形表面30相連，并在軸向平行筆直延伸很小的尺寸(即很小的長度)。
內(nèi)徑確定表面32限定了軸承瓦金屬層22的內(nèi)徑，下面將詳細(xì)描述。然而，可以根據(jù)情況省略該筆直的、內(nèi)徑確定表面32。
盤狀旋轉(zhuǎn)沖壓部分28的直徑D和厚度T之間的關(guān)系為T/D≤0.3。
附圖標(biāo)記34表示旋轉(zhuǎn)沖壓工具26的連接部分，將盤狀旋轉(zhuǎn)沖壓部分28和一個旋轉(zhuǎn)沖壓裝置連接起來。連接部分34沒有構(gòu)成一個工作部分。因此，連接部分34的外徑要足夠小，以保證當(dāng)旋轉(zhuǎn)沖壓工具26操作圓柱形成型體38的時候，連接部分34不與成型體38接觸。
附圖標(biāo)記30表示一個備用部件。
在本實施例中，如圖3(I)所示，作為圓柱形成型體38的軸承瓦金屬材料作為內(nèi)部構(gòu)件插入并安裝在大端孔18的內(nèi)表面內(nèi)側(cè)。
接著，如圖3(II)所示，連接到旋轉(zhuǎn)沖壓裝置上的旋轉(zhuǎn)沖壓工具26的盤狀旋轉(zhuǎn)沖壓部分28，更準(zhǔn)確地說是旋轉(zhuǎn)沖壓部分28的錐形表面30在旋轉(zhuǎn)的同時被壓到圓柱形成型體38的上端面上，如圖所示，以便圓柱形成型體38，即軸承瓦金屬材料被表面30和成型體38之間的摩擦所產(chǎn)生的熱量加熱并軟化。
盤狀旋轉(zhuǎn)沖壓部分28的外徑小于大端孔18的內(nèi)徑，且大于圓柱形成型體38的內(nèi)徑。
在本實施例中，旋轉(zhuǎn)沖壓工具26，即盤狀旋轉(zhuǎn)沖壓部分28在軸向即圖中向下方向被壓動，同時沖壓部分28旋轉(zhuǎn)且備用部件36沿著相同方向移動，以便軸承瓦金屬材料沿著作為移動方向的軸向和徑向向外方向塑性流動。
這樣，圓柱形軸承瓦金屬層22直接且牢固地形成并連接到大端孔18的圓形內(nèi)表面上。
最好，圓柱形成型體38被旋轉(zhuǎn)沖壓部分28操作的拔模斜度(draft)不小于7％。
這些拔模斜度被定義為(t1/t0)×100(％)，其中t0是圓柱形成型體38的壁的最初厚度，t1是成型體38加工后的厚度，如圖4所示。
拔模斜度與通過例如滾壓所制造的平板材料的拔模斜度類似。
當(dāng)圓柱形成型體38是按照至少7％的拔模斜度工作的時候，軸承瓦金屬層22可以很好地壓在并連接在大端孔18的內(nèi)表面上。
在本實施例中，最好使用一個圓柱體來作為圓柱形成型體38，如圖5(A)所示，為圓柱形，即在它被插入大端孔18的內(nèi)表面內(nèi)側(cè)之前沿圓周方向是無縫連續(xù)(seamlessly continuous)的。
沿圓周方向無縫連續(xù)的圓柱形成型體38可以由任何加工方法制成，例如鑄造、拉伸或模壓。
或者，也可以使用一個如圖5(B)所示的圓柱體作為圓柱形成型體38，用一塊板彎成圓柱形。
即使在后者中，當(dāng)圓柱形成型體38是通過旋轉(zhuǎn)沖壓工具26制造的時候，軸承瓦金屬層22也要制成上述沿圓周方向無縫連續(xù)的圓柱形。
在這里，作為軸承瓦金屬材料的可以是鑄件、燒結(jié)粉末、機(jī)械合金、軋制材料、發(fā)泡材料等。
特別是當(dāng)燒結(jié)粉末或鑄件具有特定功能的成分的時候，其脆性可能導(dǎo)致例如在其后工序中發(fā)生斷裂。然而，在本方法中，摩擦加熱引起塑性流動，因此不會發(fā)生斷裂或脫離。
此外，本方法會帶來很高的晶粒細(xì)化(grain-refining)效果。
作為軸承瓦金屬材料最好采用鋁基合金或銅基合金。
鋁基合金可以是鋁錫合金或鋁鉍合金。
另一方面，銅基合金可以是銅錫合金。
連桿10本身可以是通過任何不同的方法制造出來的，例如鑄造、鍛造、或燒結(jié)。
制造連桿10的一種較好的材料是碳鋼例如S55C、鉻鉬鋼(即機(jī)械或結(jié)構(gòu)鋼)例如SCM435、鈦合金(例如Ti-6Al-4V)、或鋁合金。
旋轉(zhuǎn)沖壓工具26，特別是旋轉(zhuǎn)沖壓部分28是熔點比軸承瓦金屬材料高的材料制成的，旋轉(zhuǎn)沖壓部分28的最大外徑小于大端孔18的內(nèi)徑，如上所述。
連接并形成在大端孔18內(nèi)表面的軸承瓦金屬層22的厚度取決于大端孔18的內(nèi)徑與旋轉(zhuǎn)沖壓部分28的外徑之差。軸承瓦金屬層22的厚度可以通過改變旋轉(zhuǎn)沖壓部分28的外徑而變化。
軸承瓦金屬層22的厚度最好是大約0.5mm至大約1.5mm。
當(dāng)形成軸承瓦金屬層22的時候，最好能控制溫度使得連桿10被預(yù)熱來提高金屬層22與桿10的連接強(qiáng)度，或使得當(dāng)產(chǎn)生大量熱的時候金屬層22被水冷卻。
旋轉(zhuǎn)沖壓工具26特別是旋轉(zhuǎn)沖壓部分28的耐用性通過將工具鋼進(jìn)行表面處理而有效增加，表面處理可以是例如淬火或退火熱處理、等離子粉末包覆焊接(a plasma powder cladding welding)、或金屬噴鍍。
另外，當(dāng)旋轉(zhuǎn)沖壓工具26被流經(jīng)工具的冷卻水冷卻的時候，其耐用性可以有效地增加。
在本實施例中，旋轉(zhuǎn)沖壓部分28和軸承瓦金屬材料接觸面的適當(dāng)溫度為軸承瓦金屬材料的熔點到比熔點低大約100℃的范圍內(nèi)。但是，如果從金相圖上判斷材料固相和液相的溫度差異很大，則部分熔化不會出現(xiàn)問題。
當(dāng)大端孔18的內(nèi)徑大約為50mm的時候，旋轉(zhuǎn)沖壓部分28在不大于大約1500rpm的速度旋轉(zhuǎn)就會得到很好效果。隨著端孔18的尺寸減小，沖壓部分28的轉(zhuǎn)速也可以變?yōu)楦蠓秶?br> 旋轉(zhuǎn)沖壓部分28的錐形表面30可以不是一個精確的錐形表面，只要表面30的直徑從移動方向上觀察在(即圖中向上向上)從其前端向后端的方向逐漸增加就可以。例如，錐形表面30可以是稍微彎曲的表面。
如圖6所示，旋轉(zhuǎn)沖壓工具26可以通過摩擦來加熱圓柱形成型體38從而使得成型體38塑性流動，采用的方式是首先旋轉(zhuǎn)沖壓部分28的錐形表面30以很小的壓力壓在圓柱形成型體38的上端面上，以便通過摩擦加熱成型體38，然后一個很大的推力在軸向被施加到?jīng)_壓部分28上，以使得成型體38塑性流動。
在圖6中，橫軸表示時間，縱軸表示從旋轉(zhuǎn)沖壓部分28施加到圓柱形成型體38上的壓力。
圖6(A)表示在壓力保持不變的時候執(zhí)行工序的曲線；圖6(B)表示在旋轉(zhuǎn)沖壓部分28的位移保持不變的時候執(zhí)行工序的曲線；圖6(C)表示在沖壓部分28的壓力和位移以混合方式受控的時候執(zhí)行工序的曲線。
在軸承瓦金屬層22和軸承瓦金屬層24分別以上述方式(圖7(I))已經(jīng)形成在大端孔18的內(nèi)表面上和小端孔20的內(nèi)表面上之后，大端部分12被分成兩半部分，如圖7(II)所示。當(dāng)曲柄銷與大端部分12裝配在一起的時候，兩半部分通過螺栓和螺母彼此固定，這樣兩半部分形成一個整體。
這樣，在本制造方法中，旋轉(zhuǎn)沖壓工具26、特別是盤狀旋轉(zhuǎn)沖壓部分28的錐形表面30在旋轉(zhuǎn)的同時被壓到插入大端孔18內(nèi)表面內(nèi)側(cè)的圓柱形成型體38上，以便通過摩擦加熱并軟化成型體，從而引起成型體38塑性流動，由此軸承瓦金屬層22直接連接并形成在大端孔18的內(nèi)表面上。因此，就不必單獨制造由襯墊金屬和軸承瓦金屬構(gòu)成的連桿瓦，在傳統(tǒng)方法中包括許多步驟。另外，也不需要將連桿瓦與連桿10裝配起來。這樣，就可以簡化制造具有軸承瓦的連桿的方法所采用的步驟，并減少制造具有軸承瓦的連桿所需成本。
另外，與連桿瓦和連桿單獨制造之后再裝配起來的情況相比，這樣形成的軸承瓦金屬層22更牢固地結(jié)合在大端孔18的內(nèi)表面上。
此外，在本制造方法中，旋轉(zhuǎn)沖壓工具26與軸承瓦金屬材料接觸的外圓周面的面積可以最小化。因此，可以避免在接觸面積上發(fā)生例如軋住的問題。另外，軸承瓦金屬層22可以形成在大端孔18的內(nèi)表面上，這樣金屬層22在端孔18的軸向上的厚度不變。
另外，本方法不需要在傳統(tǒng)方法中用于連桿瓦上的、厚度從大約1mm到大約1.5mm的襯墊金屬。因此，連桿10整體尺寸和重量都可以減少，有助于提高汽車發(fā)動機(jī)的輸出功率和減少燃料消耗量。此外，因為不需要襯墊金屬，所以連桿10的傳熱性和散熱能力提高，更有助于提高發(fā)動機(jī)的輸出功率。
圖8表示本發(fā)明的另一個實施例。
在該實施例中，多個連桿10彼此疊加使得各個大端孔18的軸線彼此重合，一個由軸承瓦金屬材料制成、從軸向上測量長度等于各個大端孔18長度總和的圓柱體38插入每個大端孔18中以便位于每個大端孔18中。這時，旋轉(zhuǎn)沖壓工具26在旋轉(zhuǎn)的同時沿著其軸向移動，以便軸承瓦金屬層22直接且連續(xù)地連接并形成在連桿10的每個大端孔18的內(nèi)表面上，連桿10彼此分離，使得它們都具有各自的軸承瓦金屬層22。
在本制造方法中，軸承瓦金屬層22有效地連接并形成在多個連桿10的相應(yīng)的大端孔18的對應(yīng)內(nèi)表面上。
因此，本制造方法特別適合大量制造連桿10。
圖9表示與本發(fā)明的上述實施例不同的實施例。
圖9(A)表示的實施例中，軸承瓦金屬層22形成在單個連桿10的大端孔18的內(nèi)表面上；圖9(B)表示的實施例中，軸承瓦金屬層22連續(xù)地形成在多個彼此疊加的連桿10的各個大端孔18的對應(yīng)內(nèi)表面上。
在這些比較實施例中，塊狀軸承瓦金屬材料38A位于大端孔18內(nèi)部空間的底部，圓柱形沖壓桿40A在旋轉(zhuǎn)的同時插入大端孔18中。圓柱形沖壓桿40A在圖中向下方向上的前進(jìn)運動導(dǎo)致給軸承瓦金屬材料38A施加壓力，沖壓桿40A的旋轉(zhuǎn)通過摩擦加熱并軟化金屬材料38A，從而金屬材料38A塑性流動并在圖中的向上方向上被從底部壓入沖壓桿40A的外圓周面和大端孔18的內(nèi)表面之間的很小間隙中。這樣，軸承瓦金屬層22就形成在大端孔18的內(nèi)表面上。
然而，在比較實施例中，當(dāng)軸承瓦金屬材料38A受熱并軟化，并塑性向上流入沖壓桿40A的外表面和端孔18的內(nèi)表面之間很小間隙的時候，金屬材料38A不能沿著小間隙順利地向上流動，因為例如，沖壓桿40A的外表面或端孔18的內(nèi)表面或表面摩擦所產(chǎn)生阻力的作用。另外，因為金屬材料38A的溫度逐漸降低，作用在金屬材料38A上的阻力就增大。這樣，可能很難形成具有足夠高度的軸承瓦金屬層22(即，在軸向上具有足夠長度)。此外，可能出現(xiàn)的另一個問題是軸承瓦金屬層22的下部會很厚，上部很薄，即金屬層22厚度不是足夠一致。
另外，在比較實施例中，沖壓桿40A的整個外圓周面，即很大面積與軸承瓦金屬材料38A或軸承瓦金屬層22的內(nèi)表面摩擦接觸。因此，摩擦接觸所產(chǎn)生的熱量可能導(dǎo)致軋住，從而很難輕易形成形成和連接軸承瓦金屬層22。
特別地，在該實施例中，如圖9(B)所示，當(dāng)軸承瓦金屬層22是多個連桿10彼此疊加形成的時候，上述問題就很清楚地表現(xiàn)出來。
相反，本發(fā)明的上述實施例不會出現(xiàn)那些問題，保證了軸承瓦金屬層22很容易地形成并連接在端孔18的大端孔內(nèi)表面或表面上。
雖然已經(jīng)詳細(xì)介紹了本發(fā)明的實施例，但是可以理解的是本發(fā)明并不限于所述實施例的細(xì)節(jié)，而可能在不背離發(fā)明精神的基礎(chǔ)上包含各種不同的變化。
權(quán)利要求
1.一種制造具有一個軸承瓦或多個軸承瓦的連桿的方法，其特征在于，預(yù)先用軸承瓦金屬材料制造一個圓柱形成型體，其形狀為圓柱形，橫截面形狀與連桿的大端部分和/或小端部分的圓形的裝配孔的圓形內(nèi)表面對應(yīng)，該圓柱形成型體作為內(nèi)部構(gòu)件插入并安裝在裝配孔的內(nèi)表面內(nèi)側(cè)，在該裝配孔的內(nèi)表面上，通過旋轉(zhuǎn)的沖壓工具的盤狀旋轉(zhuǎn)沖壓部分的端部的外圓周表面形成一個大致錐形表面，其可沿著沖壓工具的軸向和移動方向可以看到，該錐形表面的外徑小于裝配孔的內(nèi)徑，大于被沖壓的圓柱形成型體的內(nèi)徑，錐形表面在旋轉(zhuǎn)的同時被軸向壓到圓柱形成型體的端面上，以便通過摩擦加熱和軟化圓柱形成型體，旋轉(zhuǎn)沖壓部分在軸向上移動，同時旋轉(zhuǎn)沖壓部分旋轉(zhuǎn)，而旋轉(zhuǎn)沖壓工具除了旋轉(zhuǎn)沖壓部分之外的其它部分不與圓柱形成型體接觸，使得軸承瓦金屬材料形成的圓柱體沿著軸向和徑向向外方向塑性流動，以使得軸承瓦金屬層直接連接并形成在裝配孔的內(nèi)表面上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于有若干個所述連桿層疊在一起，且它們對應(yīng)的裝配孔的相應(yīng)的軸線彼此重合，由軸承瓦金屬材料制成的圓柱體的長度等于相應(yīng)的裝配孔軸向長度的總和，圓柱體插入連桿的每一個相應(yīng)的裝配孔中，以便位于上述每個裝配孔中，旋轉(zhuǎn)沖壓工具在旋轉(zhuǎn)的同時也沿著軸向移動，由此軸承瓦金屬層直接連接并形成在連桿相應(yīng)的裝配孔的對應(yīng)內(nèi)表面上，并隨后連桿彼此分離。
3.一種具有一個軸承瓦或多個軸承瓦的連桿，其特征在于在連桿的大端部分和/或小端部分的一個圓形裝配孔的內(nèi)表面上，通過摩擦生熱和一定壓力的作用使得軸承瓦金屬材料塑性流動從而直接連接并形成有一個圓柱形軸承瓦金屬層。
全文摘要
一種制造具有軸承瓦的連桿的方法，其中不采用單獨制造連桿和軸承瓦的制造方法和將軸承瓦裝配到連桿上的方法，以減少制造連桿的工序、勞動力和成本。軸承瓦合金材料制成的一個中空的圓柱形的模子(38)作為內(nèi)部構(gòu)件插入和安裝到一個連桿(10)的大端部分(12)的圓形大端孔(18)的內(nèi)表面內(nèi)側(cè)。旋轉(zhuǎn)沖壓工具(26)的一個錐形表面(30)在旋轉(zhuǎn)的同時被壓到中空圓柱形模子(38)上，且加熱和軟化中空圓柱形模子(38)以使得軸承瓦金屬材料制成的中空圓柱形模子(38)軸向地和徑向向外流動，從而軸承瓦金屬層(22)直接連接和形成在大端孔(18)的內(nèi)表面上。
文檔編號B23K20/12GK101065586SQ200580040859
公開日2007年10月31日 申請日期2005年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月30日
發(fā)明者村上秀樹, 篠田剛, 南部圭司 申請人:獨立行政法人科學(xué)技術(shù)振興機(jī)構(gòu), 村上秀樹, 篠田剛