[发明专利]制造凸轮轴的方法和装置

说明书

本发明涉及一种制造较长的空心件、特别是凸轮轴的方法以及实施这种方法的装置。

已经知道了许多种制造凸轮轴的方法。在这里，基本上划分成两个组。

属于第一组的是采用传统方法制造的凸轮轴，凸轮轴或是锻造或是作为毛坯铸成，确切地说，不仅作为实心体而且也作为冷硬铸件，在这里，两个半成品还要进行其它加工步骤，即首先进行机械的、切削加工，然后紧接着采用热处理进行表面调质处理，最后研磨轴承支承部位和凸轮。这样制造的凸轮轴的缺点特别是其重量比较重，从而也产生了较高的惯性矩，这例如通过扭矩变化会对轴承造成损害，以及在毛坯加工步骤中会造成很高费用。

属于第二组的是接合的凸轮轴，在这种凸轮轴中，凸轮作为单个零件制造，然后采用各种不同方式同一个轴连接。比如说，凸轮可以焊接到一个空心轴上或者插入到一个管子上并热压配合到这个管子上面。对于后一种制造方式已知，放上凸轮的管子或者空心轴放入一个相应成形的模具中和按照内高压-变形方法(IHU-方法)把管子扩径，在这里，凸轮弹性扩张和管子塑性扩径，这样，通过压配合把凸轮固定地坐到管子或者空心轴上。

在采用IHU-方法时，待变形的管状空心件同时承受内压力和对其一端作用的轴向力。液体或者弹性体适合于作为压力介质。一般来说可以采用刚性工具传送轴向力，象活塞、冲头和可以对工件一端直接或者间接产生作用的相类似物品。

从DE3409541A1和DE3521206A1中知道了按照上述含义接合的或者组装的轴示例。两种公知的建议的共同点是，费用较高地单独制造要固定到轴上的功能件，特别是在单个制造凸轮情况下会造成很高的费用，并且与接合处理所需要的步骤有关的整个操作花费也比较高。

本发明是以这个问题为基础，即创造一种不仅可节省工具和工作步骤、而且可在提高效率的情况下降低制造较长空心件的费用以及避免壁厚减小的方法和一种实施这种方法的装置。

这个问题可以采用独立权利要求的特征解决，也就是说现在IHU-方法与现有技术有本质的区别，即不是用于为了创造压配合座、或者如在DE3521206A1情况中那样创造附加的轴向固定而扩大空心轴，而是用于凸出部分(凸轮)整件变形，尤其是本身由管子或者型材制作的凸轮-下面简单地和非限制性地称作为“空心件”或者“空心轴”或者“轴”，由此在凸出部分(凸轮)连续变形时不仅成本特别低地而且可以在工艺过程中节省用于制造整体空心件的时间。

在这里，在本发明其它结构中的各种不同实施的共同点是，空心轴在多步骤中变形，其中根据其构造和/或者其在轴上的位置，凸轮连续成形。因此意味着，如下列实施例也详细示出的，一方面凸轮逐步地可以达到其最后形式，但是另一方面也可以以其安排所要求的顺序相继在轴上成形。当然，这两种可能性也可以重叠使用。

在本发明的有利实施形式中，凸轮从轴中间到轴端相继成形，这可以采用特别经济的方式成对进行。也可以这样设想，凸轮从轴的一端到轴的另一端成形。这个过程的显著优点是特别是不需单个制造凸轮因而成本比较低的制造，以及检定而提供的情况，即可使轴向物料流畅通无阻地进入各变形区。按照本发明，通过施加轴向力和进给运动管端供料不会由于前面存在的成对凸轮所阻挡，也就是说，管材料可以畅通无阻地送入各变形区。如果这一对已经成形，则下一对凸轮进行成形。其中的优点是，通过轴向产生的压缩应力可以达到较大的、超过材料断裂伸长率的管材料变形程度。此外，大大减小了在变形区(要成形的凸轮)内的壁厚变薄，也就是说，可以得到均匀的壁厚，也就是说，达到了较高的部件稳定性。可以有许多可能性适合于实际应用。

这样凸轮可以根据位置目标明确地抵抗多个在其返回方面可控制的滑板或者相类似物品的压力单个或者成组地相继成形。

对于这个和下面实施方式，结合以前说明的可能性，即凸轮从轴中间到轴端相继成形，特别的优点是，通过控制进入位于内部区域的材料流、也就是说，在轴中间不会出现较高的材料拉应力(变薄拉深)，因为在位于里面的凸轮成形期间，材料流在轴向推入材料时不会被在其前面存放的凸轮所阻挡。此外，通过此可以制造由延伸能力较小的材料制成的凸轮轴，它具有较高凸轮高度以及较多的凸轮对和轴承支承部分。象比如说12缸发动机所需要的凸轮轴。在部件端部有较小的材料镦粗(镦扁)以及均匀的壁厚分布，另一个有利的可能性是在必要情况下壁厚总体减小。