[发明专利]单体空心凸轮轴及其制造方法

说明书

本发明涉及一种空心凸轮轴及使用内高压成型法生产这种空心轴的方法。

本发明特别涉及那些方法，即在用内高压成型法由管段形成完全的空心轴时使用预成型法。其中管段可为任意纵向延伸的空心体，也可为矩形管，六边形管或其它截形的空心管。

与实心凸轮轴不同，如图1示意示出的空心凸轮轴相对要轻75％。而相比之下已知的凸轮轴，如从DE-C-3704092，EP278292，EP278292，DE-C-3428372或EP290758或EP303845所公开的凸轮轴只比实心轴轻40％。另外，已知的凸轮轴制造成本较高，因为要将分开的凸轮和空心管预先夹持在一起并且随后以一合适的方式一起置入一个模具中，必须将昂贵的单个零件贮存在仓库并将其装在一起。

基于该原因，迄今已知的空心凸轮轴尽管在理论上并且在保护权利的专利申请中对其制成后的形状作了描述，但仍没在车辆中得到应用。

对此，可在一个生产此类轴的合适的方法技术中找出该原因。例如在DE-C-1910517中给出了制造该空心凸轮轴的建议。但是，这种方法完全不适用于由空心管制造凸轮轴。所要求的变形既不能用电磁变形，也不能用电液成形来经济地实现，如在DE-C-3736453中所描述的旋转锻迄今也仍不能达到预定目标。这种空心凸轮轴的生产方法特别会由于凸轮单边质量分配(不均)而导致失败。相应于US-C-2,892,254的第一工具的单工序内高压成型法也不能达到预定目标。尽管该先进方式中具有材料的轴向推移，在凸轮尖端的形状仍不能充实，同样在凸轮上会产生一个较大的壁的延伸。图2示出了由已知的单工序的内高压成型法生产的凸轮中不希望的壁的延伸。

对于内高压成型法或者IHV-方法，例如1984年3月9日的《工业期刊》第20页对其进行了描述，或在1D/91版的《金属成型技术》第15页以后，即A.Ebbinghaus的“内高压成型法制的轻型精密工件”中，或在《材料和企业》123(1990),3，第241到243页中，即A.Ebbinghaus的“以内高压成形法经济地构造精密工件”中，或在《材料和企业》122,(1991),11,(1989)，第933到938页中都对其作了描述。以下不再重复对所有的公开资料进行描述。

这些方法迄今被用于例如生产法兰，如在EP-2395052所述。或者也可用来将凸轮紧固在管上以制造空心凸轮轴。

相比起来本发明的目的在于：提供一个可经济地生产的空心凸轮轴及其制造方法。

由这样的凸轮轴可实现上述目的，即它为由可冷成型和热处理的金属或塑料一体组成，并且具有一个与凸轮轴的外轮廓平行的纤维走向。

最好使用碳素钢，它具有足够的延伸率并且也可进行热处理从而产生硬化。

合适的材料可为：19MnB4,16MnCr5,CK45,19CrMo44,15Cr3,C25钢，X3NiCoMoTi1895,B-C-Ti合金和一些具有类似性能的材料。

另外本发明还涉及一种使用内高压成型法生产空心轴的方法，其特征在于下列步骤：

-置上一管出口部分并充灌液体；

-至少将待扩径管段密封；

-在待扩径管段中施以一合适的内高压用于制成一个中间产品-预成型件，其中在施加内高压的同时将空心管沿纵向向一可移动的模具中进行镦锻，使得在应形成凸轮处产生材料堆积；

-用内高压成型方法在一相应于最终凸轮轴形状的模具中进行中间产品-预成型件的成形，因而可在所要求的部位形成凸轮，必要时可通过热处理对凸轮进行后续加工。

由从属权利要求可得出本发明有益的其它进一步的结构。

按本发明亦能通过已知的内高压成型方法(1993年在Hannover召开的第14届成形技术学术会报告，引用了它的广泛的公开资料，构思出一个两道工序的凸轮轴的成型方法，它可用于经济地制造凸轮轴。其中，从工艺角度来看，凸轮尖端的形状精度和壁的低延伸率为相应的内高压成型方法的主要要求。

该方法令人惊异之处在于，它可生产带基本恒定壁厚的凸轮轴。

以下借助附图和其说明对本发明作进一步阐述，附图中：

图1为一按本发明的在两成型工序中制造的凸轮轴的示意图；

图2为一在一道单一工序中制成的凸轮轴示意图；

图2a为沿图2中A-A线的剖面图；

图3为一按本发明制造的凸轮预成型件的剖面图；

图3a为凸轮最终成型件的剖面图，它由图3中的预成型件制成；

图4为凸轮第一成型工步的一预成型件横向和纵向剖面图；