专利名称：起动机端头轴的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种汽车起动机端头的制造方法。
背景技术：
本发明更为具体地涉及用于一种类型起动机的起动机端头轴，此类型起动机包括一起动机端头，它包括一起动机小齿轮，安装成在起动机端头轴上沿轴向在前边的工作位置与后边的空载位置之间滑动，此起动机端头包括一主体，一套筒，被安装在主体上以使得能在起动机端头轴上滑动并且它的内部孔内包括一环形成槽部分，它的各内部槽与起动机端头轴上一带槽部分上的各外部槽配合。并设置有止动装置，用于限制起动机端头小齿轮相对于起动机端头轴朝着至少一个给定的后轴向空载位置的轴向滑动行程。
为此目的，钢制起动机端头轴陆续包括至少一个第一前边导引部分，沿轴向在起动机端头上滑动；一个第一带槽的中间部分，包括各外部槽，能够与起动机端头上互补的各内部槽配合；以及一个第三后边部分，包括至少一个指向前边的环形台肩横断面，这构成了一个后边止动面，用于确定起动机端头的给定的轴向后边的空载位置。
起动机端头可以直接与比如是平面的并径向取向的环形止动面配合，或者间接地通过一个环或止动垫圈沿轴向朝后边压靠该止动面，为此目的，所述止动面可以属于所述轴上的一个内部径向槽，止动环被安装在其中。
起动机端头轴也可以沿轴向后边延伸，以便构成起动机电动机的转子轴。
制造这样一种起动机端头轴包括以下各步骤—机加工，以便借助于切削刀具在自动车床上获得粗略外形；—利用冷变形制造外部各螺旋槽并在转子轴上滚花用于保持转子电枢的成组钢片；—清洗所述轴，以便消除切削油液和润滑油而不干扰随后的热处理；
—按照计划的各参数通过在表面层上局部感应到给定深度进行表面淬火热处理以便改进和优化所述轴的机械特性，所述轴比如被保持在垂直位置并且通过将转动中的所述轴安放在在轴向上沿着所述轴行走的感应器中以“行走中”方式进行感应表面退火(在一种变型中，可以借助于在轴向上相对于所述轴为静置的“模壳(form)”式感应器进行热处理)。
—矫直所述轴，所述轴在其两端受到夹持，局部处施加力量以便使之在这两点之间发生塑性变形；—刨削，以便除去热处理期间形成在所述轴圆柱形表面上的覆皮层，并在这些区域获得粗糙度、最终尺寸和诸如环的形状、同心度等的几何特性。
这样一种制造方法引入主要具有两种来源的残余应力。
这些残余应力是机械导致的应力，由在热处理之前的制造过程中各步骤造成，也就是说，热导致应力，由表面淬火热处理造成。
这些残余应力具有致使在由感应式表面淬火作业被露出的表面上开始产生裂纹的水平，直到超出在此区域中轴材料的机械特性，材料是低碳钢，炭含量在0.38％与0.55％之间，而最好是在0.45％与0.51％之间。
曾经发现，在指向前边的第三环形台肩横断面上导致这种开裂现象特别是各圆形裂纹的形状，而所述面构成了起动机端头的直接或间接的止动面。
发明内容
本发明提出一种制造钢质起动机端头轴的方法，所述轴依次包括至少一个第一导引前段，沿轴向滑动在起动机端头上；一个带槽的中间段，包括能够与起动机端头上各互补内部槽配合的各外部槽；以及一个第三后段，包括至少一个指向前边的环形台肩横断面，它构成了后边止动面，用于确定起动机端头规定的轴向位置，所述方法至少以下各个接续的步骤—a)机加工第一、第二和第三三段；—b)制造第二中间段的各外部槽；—c)表面热处理起动机端头轴的至少一轴向部分；特征在于，本方法包含一热处理步骤之前的附加步骤，用于减小在热处理之前的各步骤导致的，特别机加工步骤导致的残余机械应力。
按照本发明的其它特征—所述附加步骤是一个起动机端头轴至少一轴向部分的退火步骤；—起动机端头轴至少一轴向部分的附加退火步骤是一种沿着所述轴向部分通过感应加热表面的作业；—通过感应加热表面进行的退火附加步骤包括一加热期，其间感应器相对于起动机端头轴的所述部分沿轴向是静置的；—静置的加热期在0.5秒与15秒之间；—静置的加热期在1.9秒与2.3秒之间并最好是等于2.1秒；—感应器的轴向长度基本上等于起动机端头轴所述部分的轴向长度；—感应器的轴向长度小于起动机端头轴所述部分的轴向长度，而感应器被驱动而相对于起动机端头轴作轴向平移；—感应器相当于起动机端头轴的相对平移速度在100毫米/分钟与700毫米/分钟之间；—感应器相当于起动机端头轴的相对平移速度在450毫米/分钟与550毫米/分钟之间，而最好是等于500毫米/分钟；—感应加热功率小于10kW；—感应加热功率在4.5kW与7kW之间；—起动机端头轴相对于感应器以低于200转/分钟的转速被驱转；—感应器的内部轮廓互补于所述起动机端头轴部分的外部轮廓；—按照另一实施例，起动机端头轴至少一轴向部分的退火步骤是在炉中加热起动机端头轴的作业；—加热温度在500℃与700℃之间；—加热温度在540℃与560℃之间，最好是等于550℃；—起动机端头轴的加热作业持续时间在30分钟与120分钟之间；—起动机端头轴的加热作业持续时间在55分钟与65分钟之间，最好是等于60分钟；—起动机端头轴在炉中的加热作业是一种以恒温加热的作业；—起动机端头轴在炉中加热的作业进行一缓慢地冷却到环境温度的作业；—起动机端头轴至少一轴向部分表面热处理的所述步骤c)是一个感应表面淬火的步骤；
—感应表面加热和感应表面淬火的所述附加步骤是用相同的感应加热装置连续进行的；—所述方法包括接续于表面热处理步骤的一个起动机端头轴至少一轴向部分的机械矫直步骤；—所述方法包括一个起动机端头轴表面某些部分的刨削步骤，接续于起动机端头轴至少一轴向部分的表面热处理步骤；—指向起动机端头轴第三后部段前边的所述环形台肩横断面属于一内部径向槽，所述径向槽接纳一后弹性止动环圈，用于确定起动机端头的所述规定轴向位置；—起动机端头轴沿轴向延伸超过所述第三后段，以便构成起动机电动机的转子轴；—转子轴包括通过冷变形制成的滚花段，而用于减小残余机械应力的所述附加步骤接续于通过冷变形制造转子轴滚花段的步骤。
通过阅读以下的详细说明且为了更好地理解而参照附图，本发明的其它特性和优点将更加明显，在附图中图1是按照本发明的原则制成的汽车起动机端头轴的视图；图2是类似于图1中的视图，其绘出了制造图1中所述轴中在自动车床进行机加工作业之后的中间状态；图3是图1中所述轴第三段T3的轴向剖面和放大的半视图，结合用于按照本发明的原则的进行附加退火步骤的感应加热装置的示意简图。
具体实施例方式
在下面的说明书中和权利要求书中，不受到约束地将参照各图中的左右取向采用为前后取向。
图1画出起动机端头轴10，也称作起动机轴，其为从前到后伸展、具有轴线X-X的圆柱形零件。
在此实施例中，以已知方式，轴10依次从前到后地包括第一光滑前轴端段12，用于所述轴10在未显示的前轴承中的转动导引，该轴承属于壳体构件或起动机前端；光滑段14，用于可滑动地导引起动机的未显示的起动机端头；各外部螺旋槽16，用以与起动机端头上的未显示的各内部螺旋槽配合，以便将起动机端头以转动方式连接在所述轴10上；内部径向槽18用以接纳未显示的轴向止动环圈，以便限定或不限定起动机端头的一个所谓后轴向空载位置。
各段12、14、16和18构成特别的起动机端头轴。起动机端头轴在此沿轴向朝后伸展一个滚花段20，用以接纳未显示的属于起动机的电动机电枢的一组或一叠金属薄片。
最后，所述轴10结束在光滑的后轴端段20上，像端段12一样，在起动机的后轴承中以转动方式导引所述轴10。
在本发明的意义当中，如图1中所示。依次形成了第一前轴向段T1，对应于轴段14；第二轴向中间段T2，包括各槽16；第三轴向后段T3；以及最后的后轴向段T4，其使起动机端头轴超出轴段T3并总体对应于被滚花的轴段20。
可以在图3中看出，在后段T3中的槽18沿轴向向后受到朝前取向的径向取向的横断面22的限制，此面沿径向地向外延伸，直到轴段T3具有较大外径D1的圆柱形表面24为止，此处此直径比如等于13毫米。
槽18还沿轴向向前受到指向后边的沿径向取向的横断面26的限制，此面沿径向伸向外侧，直到一个小于面22之D1的外径。
以已知方式，利用自动车床机对钢质“坯料”或毛坯的加工开始轴的制造，直到如图2中所示的粗制零件为止，如果与图1中的所述轴相比，它还不包括各槽16，也不包括轴段T4上的滚花20。
毛坯的圆柱形轮廓通过在自动车床上用切削刀具切除材料而进行处理。这种作业可在所述轴10表面上产生残余应力，特别是在想要用于接纳止动环圈的槽18的取向朝前的后横断面22上(见图3)。这些应力出现在几微米的深度上。
通过冷变形制成各槽16和滚花20，或者在一变型中通过切除材料而制成。
螺旋槽16的各种形式，以比如从文件FR-2745855获知的方式，同样对起动机端头完成向前轴向止动的功能，并且通过使轴的相应各段的被转动的表面经过一个轨道的同时施加压力而进行的一系列冷变形作业而获得所述滚花形状。这种作业在几毫米深度上的材料内引入附加残余应力。也可以通过使用圆柱形带滚花的转轮或通过切除材料来获得这些形状。
然后，所述制造包括清洗步骤，其为一个清洗所述轴的操作，以除去切削油液和润滑剂以不妨碍随后的热处理。
按照本发明的教导，所述轴10的制造方法包括附加的退火步骤，其是为了消除由各个机械改变步骤造成的上述的残余应力，这些残余应力会产生具有无法接受的许多裂纹的外观。
按照本发明的消除或“消除应力”退火热处理减小或除去了零件中的残余机械应力，以便保持在材料可以接受的界限内以继续进行已知制造方法的随后各项操作。
能够采用一种用于成批加热的设施，诸如炉子(未显示的)，或借助于一种感应表面加热设施，来实现消除应力退火步骤。
在第一种情况下并按照本发明第一实施例，消除应力退火热处理是在整个零件上进行的。
通过执行以下各项作业获得残余应力的减小—加热作业，将整个轴加热到高达500℃与700℃之间的温度，最好是等于550℃±10℃，以便对于轴主体的微结构不具有任何改变；—等温维持在此加热温度30分钟或120分钟，最好是60分钟，加热持续时间具体取决于安放在炉子中进行消除加热循环的装载量；—在平静大气中或在炉中的缓慢冷却作业。
在通过感应的外部加热或在表面上加热的第二种情况下，可以通过在全部或部分所述轴10上，而最好是在图1中确定的轴段T3上进行感应，进行消除应力退火热处理可以获得在微结构不改变的情况下减小残余应力的预期效果，特别是为减少根据本发明减少残余应力的退火的附加步骤的持续时间。
这种解决方案具有的优点是一方面使制造循环过程被整合在一起，并且通过在制造方法中已经使用的感应作用还能够利用用于表面淬火热处理的设施来完成，其频率低于400kHz并最好是在320与360kHz之间。
为做到这一点，并如图3中可见，比如设置一环形感应器30，其有效轴向加热长度L是比如5毫米左右，而其外径D2使得在其内部凹的圆柱表面32与面对的表面24的凸出表面之间存在一个在1毫米与3毫米之间的，最好是等于2.5毫米的径向间隙或气隙。
如图3中所示，感应器和所述轴具有“固定的”相对的轴向位置，该位置对应于槽18的台肩22被限定成加热区域。
感应器30相对于所述轴10的这一相对轴向位置是被保持“固定的”，由于进行0.5秒到15秒的、最好是2.1秒的一种静态加温或加热，在此期间，感应器被供以小于或等于10千瓦的电力、最好是在4.5千瓦到7千瓦之间。
在此静态加热阶段期间，所述轴10被驱动而以低于200转/分钟的转速围绕其转动轴线X-X转动。
接下来，感应器在图3中箭头F的方向上沿着所述轴10以每分钟100与700毫米的、最好是等于500毫米/分钟的移动速度沿轴向朝前移动，沿着轴段T3陆续经过接着台肩22向前的多个区域。
感应器的移动速度取决于由感应器提供的功率。
在移动期间，也就是说，感应器30沿着所述轴10的相对移动期间，后者也最好是如以上所说明的那样被转动驱动而且感应器的功率小于或等于10千瓦、最好在4.5千瓦与7千瓦之间。
借助于改型，有可能采用一种感应器，其有效加热长度L足以“包含”有待退火的整个区域，比如整个T3段，然后通过简单的静态加热进行消除应力退火(relaxation annealing)。
感应器也可以是一种带有的形状或内部轮廓与待退火轴的各段互补的感应器。
在按照本发明的原则进行消除应力退火步骤之后，以已知的方式，包括对由图1所示的前和后轴向部分P1和P2的表面进行感应加热的热处理步骤，继续进行所述轴10的制造。
如前言中所述，这是一种位于达到某一给定深度的表面层上的淬火热处理。
所述轴10后边部分P2的表面靱化作业可以最好在与用于根据本发明消除应力退火步骤相同的感应加热台上进行。
局部淬火热处理作业也可并再次造成在材料中的由热引起的残余应力，但是，如果正确地执行该步骤，则整个残余应力不足以达到导致前述的由机加工引起的残余应力情况下断裂变形那样的数值。
由感应器进行的表面淬火退火也可以“在移动中”被执行或由一个成形的感应器执行。
所述方法然后可以包括矫直步骤，其中所述轴以其两端被夹持而局部施加作用力的方式，以使得使其在此两点之间发生塑性变形，以及最终的刨削步骤，目的在于除去所述轴10表面12和22上热处理期间形成的覆皮层(layer of scale)。
本发明可以用于轴中任何希望实现消除或解除机械应力的部分。
权利要求
1.一种制造钢质起动机端头轴(10)的方法，所述轴依次包括至少第一前导引段(T1)，沿轴向在起动机端头上滑动；第二带槽的中段(T2)，包括各外部槽(16)，能够与起动机端头上的各互补的内部槽配合；以及第三后段(T3)，包括至少一个朝前取向的环形台肩横断面(22)，构成了后止动件，用于确定起动机端头的规定轴向位置，所述方法包括至少以下各接续的步骤—a)机加工第一、第二和第三段(T1，T2，T3)；—b)制造第二中段(T2)的各外部槽(16)；—c)对起动机端头轴(10)至少一个轴向部分(P1)的表面热处理；了其特征在于所述方法包括一个先于热处理步骤的附加步骤，用于减小在热处理之前的各步骤中的残余机械应力。
2.按照前述权利要求所述的方法，其特征在于所述附加步骤是一个对起动机端头轴(10)的至少一个轴向部分(18-22，T3)的进行退火的步骤。
3.按照前述权利要求所述的方法，其特征在于起动机端头轴(10)至少一个轴向部分(18-22，T3)的退火附加步骤是一种沿着所述轴向部分的表面进行感应加热作业。
4.按照前述权利要求所述的方法，其特征在于通过感应表面加热进行的附加的退火步骤包括加热期，其间，感应器相对于起动机端头轴(10)的所述部分是沿轴向静置的。
5.按照前述权利要求所述的方法，其特征在于所述静置加热期为0.5秒与15秒之间。
6.按照权利要求4所述的方法，其特征在于感应器(30)的轴向长度(L)基本上等于起动机端头轴(10)所述部分的轴向长度。
7.按照权利要求3所述的方法，其特征在于感应器(30)的轴向长度(L)小于起动机端头轴(10)所述部分的轴向长度，而感应器相对于起动机端头轴(10)受到驱动而轴向平移。
8.按照前述权利要求所述的方法，其特征在于感应器相当于起动机端头轴(10)的相对轴向平移速度在100毫米/分钟与700毫米/分钟之间。
9.按照权利要求3所述的方法，其特征在于感应加热功率小于10kW。
10.按照权利要求3所述的方法，其特征在于起动机端头轴(10)相对于感应器以小于200转/分钟的转速被驱转。
11.按照权利要求6所述的方法，其特征在于感应器的内部轮廓与所述起动机端头轴(10)部分的外部轮廓互补。
12.按照权利要求2所述的方法，其特征在于起动机端头轴(10)至少一个轴向部分(18-22，T3)的所述退火附加步骤是在炉子中加热起动机端头轴的作业。
13.按照前述权利要求所述的方法，其特征在于加热温度在500℃与700℃之间。
14.按照权利要求12所述的方法，其特征在于起动机端头轴(10)加热作业的持续时间在30分钟与120分钟之间。
15.按照权利要求12所述的方法，其特征在于在炉子中加热起动机端头轴(10)的作业是一种以恒温加热的作业。
16.按照权利要求12所述的方法，其特征在于在炉子中起动机端头轴(10)的加热作业接续一个缓慢地冷却到环境温度的作业。
17.按照权利要求1所述的方法，其特征在于起动机端头轴(10)至少一个轴向部分(P1，P2)的所述表面热处理步骤c)是一个通过感应的表面淬火步骤。
18.按照前述权利要求结合权利要求3所述的方法，其特征在于连续地利用相同的感应加热装置执行所述通过感应的表面加热和通过感应的表面淬火两个附加步骤。
19.按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述方法包括接续在表面热处理步骤之后的一个起动机端头轴(10)至少一个轴向部分的机械矫直步骤。
20.按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述方法包括接续于起动机端头轴至少一个轴向部分(P1，P2)的表面热处理步骤的对一个起动机端头轴(10)表面某些部分(12，21)的刨削步骤。
21.按照权利要求1所述的方法，其特征在于朝向起动机端头轴(10)第三后段前方的所述环形台肩横断面(22)属于一内部径向槽(18)，此槽接纳后弹性止动环圈，用于确定起动机端头的所述规定轴向位置。
22.按照权利要求1所述的方法，其特征在于起动机端头轴(10)沿轴向延伸到所述第三后段(T3)之外，以便构成起动机电动机的转子轴(T4)。
23.按照前述权利要求所述的方法，其特征在于转子轴包括通过冷变形制成的滚花槽(20)的段(T4)，以及用于减小残余机械应力的所述附加步骤后续于通过冷变形制造转子轴的滚花段的步骤。
全文摘要
本发明涉及一种制造一个轴(10)的方法，所述轴依次包括第一段；第二开槽的段(T2)；以及第三段(T3)，设置有用于起动机的台肩表面(22)；所述方法包括至少以下各接续的步骤a)机加工所述三段(T1，T2，T3)；b)在第二中段(T2)中制造各外部槽(16)；及c)对起动机端头轴(10)至少一个轴向部分(P1)的表面热处理。本发明的特征在于所述方法包括一个先于热处理步骤的附加步骤，用于减小在热处理之前的各步骤中的残余机械应力。所述附加热处理步骤为用于通过感应加热对所述起动机(10)的至少一个轴向部分(18－22，T3)进行退火的步骤。
文档编号C21D1/10GK1957096SQ200580016243
公开日2007年5月2日 申请日期2005年5月19日 优先权日2004年5月19日
发明者塞林·伯索德 申请人:瓦里奥电动马达设备公司