專利名稱：帶一軸承合金的連桿的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種按權利要求1前序部分所述的一種連桿的制造方法以及涉及一種按權利要求19前序部分所述的連桿。
目前所用的連桿，特別是內燃機用的連桿都做成所謂切開連桿或破開連桿。這里是指環(huán)抱曲軸的大的連桿孔進行切開或破開。小的連桿孔一般不用打開，因為它通過一根直的螺栓與活塞連接。
連桿孔根據軸承負荷配備不同的軸瓦(滑動軸承)。作為軸瓦可用支承軸瓦材料，按德國工業(yè)標準DIN 17210或按美國汽車工程師學會標準SAE1010，軸瓦一般用C10號鋼制作。根據結構和使用不同，軸瓦可冷作硬化。在這種支承軸瓦材料上可涂覆一層滑動軸承實際的摩擦層，例如白合金、鉛青銅、輕金屬、噴涂層等，視軸承負荷而定。軸瓦可作成三元合金軸瓦、二元合金軸瓦或整體軸瓦或別的形式。為了軸瓦在安裝后達到良好的配合，軸瓦應以一定的預應力進行安裝。
軸瓦不只是一個材料的價格因素，它還包括生產費用和誤差來源。所以例如在安裝時忘掉嵌入軸瓦或半邊軸瓦，就可造成發(fā)動機的嚴重損壞。
本發(fā)明的目的在于，制造一種帶有高強度滑動層的連桿軸承。
這個目的是按具有權利要求1所述措施的方法來實現的。
實現這個制造出的連桿具有權利要求19所述的特征。
各種優(yōu)選的結構型式可從各項從屬權利要求得知。
根據本發(fā)明，在一個連桿孔中，這里特別是指在大的連桿孔中，必要時也指在兩個連桿孔中，不再是嵌入一個軸瓦，而是通過熱噴涂直接將軸承涂層噴涂到連桿孔上。作為熱噴涂，最好用等離子噴涂。連桿是內燃機的特別的部件。為了增加軸承涂層的附著抗拉強度，可將連桿孔的被涂敷的材料表面打毛，最好用具有不同篩分曲線的砂子進行噴砂打毛。為了增加軸承涂層上的剩余油量，軸承涂層可具有一個槽和/或微孔。
根據本發(fā)明，用不同的篩分曲線，也叫篩孔等級，其中，本發(fā)明特別適用16目～230目(16、18、20、25、30、35、40、45、50、60、70、80、100、120、140、170、200和230)篩孔等級，目數給定所用篩子的每平方英寸(6.45平方厘米)的篩孔數。每種篩分曲線，包括誤差和篩子金屬絲直徑例如可查閱《化學和物理手冊》第64版，1983/84CRC出版公司，佛羅里達州，S·F-114。
在連桿孔熱噴涂時業(yè)已證明，例如由鋁青銅制成的可用的軸承涂層具有很高的涂層內應力，特別是噴涂一種只具有較低孔隙率的材料這種內應力明顯增加。這表明有必要采取提高軸承涂層附著強度的措施。根據本發(fā)明，通過用至少一個細的和至少一個較粗的篩分曲線的砂子對連桿孔進行噴砂來解決這個問題。
連桿軸承的可靠運行要求軸承具有抗磨損的設計和結構，以便軸承力可靠地和在仍容許的溫度下進行傳遞。如果滑動面被一層有承載能力的潤滑膜(油膜)相互隔開，則總是可達到抗磨可靠性。這種潤滑膜在滑動軸承時通過一個小偏心的軸承來產生。這樣，不斷旋轉的軸起泵的作用，這種泵作用把潤滑材料(發(fā)動機油)送入(偏心的)軸承間隙，并在收斂的軸承間隙上建立油壓力。就是說，潤滑劑被壓入這個最窄的橫斷面中。這時如果軸的旋轉運動開始或軸的旋轉運動很慢時，則會產生“邊界潤滑”(在軸頸上的軸承材料的界面摩擦)的狀態(tài)。旋轉運動的增加引起油膜參與軸頸的支承，雖然還沒有建立附著的油膜。這是一種“混合摩擦狀態(tài)”，亦即同時的界面摩擦和浮動摩擦。這種狀態(tài)主要出現在發(fā)動機啟動和停止時。進一步增加旋轉速度則會引起具有一半軸承間隙厚度的液力承載的潤滑膜層的形成。這種狀態(tài)是“浮動摩擦”。該軸承間隙一般為15～60微米。
根據本發(fā)明，(大的)連桿孔用一種適當的軸承材料進行等離子噴涂，特別是結合在滑動軸承涂層內產生微孔和/或一個槽而可在連桿軸承內達到高的儲油容積，從而減少相互運動的零部件的摩擦和磨損，特別是在界面潤滑和混合摩擦的情況下。通過在連桿軸承內引入至少一個槽明顯提高儲油容積。其中，這個槽(或這些槽)作成徑向槽是特別有利的。為了進一步提高儲油能力，這些槽保留(至少在很大程度上)不加工，亦即用制造引起的粗糙表面結構即可。
滑動軸承面最好切削加工的多孔的、但壓力穩(wěn)定的表面結構和具有很粗糙的表面結構的未加工的槽引起在任何軸承狀態(tài)中在軸承內存儲一定的油量，而與旋轉運動和油壓無關。這樣就可在很小曲軸轉數時通過界面摩擦和混合摩擦的狀態(tài)，從而較快地達到(幾乎)無磨損的液力的潤滑狀態(tài)。就是說，明顯改善發(fā)動機啟動和停止狀態(tài)時的防摩擦性能，從而在相同軸承尺寸情況下達到較高的軸承負荷。
本發(fā)明具有如下的優(yōu)點不需要在連桿情況下構成滑動軸承面的一般的軸瓦，因為根據本發(fā)明，軸承涂層可噴涂到連桿材料上(不是專用的元素)。從而可同時取消軸瓦的安裝。由于取消了軸瓦和/或由于取消了本發(fā)明滑動軸承涂層的切削精加工而可減少各種誤差。在一般的連桿軸承中存在著三個誤差第一個誤差是曲軸的誤差，第二個誤差由連桿中(軸瓦的)滑動涂層來決定，第三個誤差由軸瓦嵌入的連桿孔來決定。通過本發(fā)明的涂層和軸承涂層的精加工消除了第三個誤差。此外，根據本發(fā)明，在螺絲范圍內具有較大的材料厚度，因為按本發(fā)明噴涂的軸承涂層具有一個小于軸瓦的厚度；從而在相同的連桿外形尺寸的情況下具有較高的荷載。第三個誤差(連桿孔的誤差)在本發(fā)明時可確定很粗略，因為這個誤差通過隨后的涂層被抵消，該涂層可按第二個誤差尺寸例如通過精磨去除。
根據本發(fā)明，這種軸承涂層最好這樣噴涂，使軸承涂層至少在表面具有一定的孔隙率。該孔隙率通過制作帶有微孔的軸承涂層來達到的，這些微孔也可通過氧化物夾雜來形成，這種氧化物夾雜在精加工涂層表面時在無微孔形成的情況下清作掉。孔隙率在滑動面范圍內最好為0.2％～6％，特別是0.5％～4％。此外，微孔最好不要相互連接，這樣微孔的孔隙容積主要由封閉的孔組成。這些微孔構成一個液力的微型壓力室潤滑系統(tǒng)，其中，微孔例如通過表面加工的切削過程(例如精磨)露出?；瑒虞S承面內的孔起儲油室的作用，所以在發(fā)動機起動或發(fā)動機停止的一瞬間和曲軸開始轉動或減速轉動時，即使滑動軸承中的油壓已經下降或剛才建立，大概通過來自微孔的發(fā)動機油與曲軸的附著仍能提供足夠的油容積來形成滑動膜(浮動摩擦)，通過本發(fā)明存在的微壓力室系統(tǒng)可顯著縮短混合摩擦的范圍，從而也顯著提高了軸承的抗摩擦性能，而不用引進附加的滑動軸承材料如鉛合金、錫合金或鎳合金等?？椎某叽绾涂兹莘e最好根據滑動表面的軸承負荷在熱噴涂時進行調整?？椎娜莘e的絕大部分尺寸一般為0.2～2.5微米，特別是1～50微米。
根據本發(fā)明，軸承涂層制作時的一般過程為首先要噴涂的基體表面(例如大的連桿孔)進行清潔，特別是除油。這個工作例如用過熱蒸汽進行。接著例如用三氧化二鋁(Al2O3)二氧化硅(SiO2)或碳化硅(SiC)進行基體表面噴砂處理。噴砂壓力最好為3～8巴，特別是4～6巴，其中可用不同的粒度進行噴砂。最好用不斷增大的粒度(逐漸變粗的篩分曲線)，就是說，首先用較細的顆粒，然后用較粗的顆粒進行噴砂。最少用三種不同的粒度(逐漸變粗的篩分曲線)是特別有利的。粒度都在一般的篩孔范圍，其中微粒最好用80目和更細一些，特別是100～230目。中間粒度最好用100目或更大，特別是到40目，最好80目～45目。在粗顆粒時，最好用45目或更大和最好30目或更大的顆粒，最好到16目(標準篩孔尺寸600微米～1.18毫米)。
在噴砂時用不同的粒度也可在開槽的范圍內例如一個破口槽或槽的范圍內達到良好的表面粗糙度，其中在光滑的范圍內表面結構的平均粗糙深度RA約為5～10微米，特別是6.5～8微米，在RZ時，約為35～60微米時特別是42～54微米。用這種噴砂粗糙度在連桿上可達到熱噴涂層的特別好的附著抗拉強度。
接著例如用一種鋁-銅-鐵合金(鋁青銅)進行等離子噴涂。最好熱噴涂的軸承涂層具有不斷上升的孔隙率，其中首先噴涂一層孔隙率小的(≤2％，特別是≤1％)涂層。為此，宜用一種例如38微米(400目)的粉末粒度。這個底涂層噴成約100～300微米、特別是200～150微米的層厚。然后產生一層孔隙率為2％-6％、特別是2.5％～4％的涂層，其中粉末的粒度例如用大約63微米(230目)。粉末粒度是這樣選擇的，即粉末的至少40％、特別是至少50％重量百分比小于或等于標準篩孔尺寸，最好至少70％重量百分比、特別是至少80％重量百分比在下一個等級內，此外，最好至少90％重量百分比在雙直徑內(半目尺寸)。
涂層的厚度同樣可在底涂層給定的范圍內選擇。如果只噴涂一層，則這層最好為100～600微米厚，特別是200～400微米厚。
本發(fā)明發(fā)明，涂層內應力隨不斷減少的孔隙率而增加，從而存在該涂層從連桿孔剝落的危險。本發(fā)明特別采用特殊的噴砂步驟，用這些噴砂步驟可達到連桿孔上的涂層的特別高的附著強度。另一方面，本發(fā)明是通過提高涂層的噴涂溫度來避免由于太高的涂層內應力引起的涂層剝落。例如通過增加等離子噴槍上的電壓或電流來實現的。由而可使涂層更好地分布在基體(連桿孔)上，并達到較好的附著。最好只通過噴涂層上仍然具有的、在上面已述及的一定的小孔隙率來實現這個目的。另一方面，噴涂溫度的增加也可引起基體完全退火的危險，就是說，基體可能過熱。這特別在鐵材料時是成問題的。根據本發(fā)明，通過只有底涂層用高的噴涂溫度噴涂來解決這個問題。然后用較低的噴涂溫度、特別是用較高的孔隙率形成其他的涂層。如果這種較高的孔隙率對要求的滑動軸承不適合，則按本發(fā)明，當這個較高孔隙率的涂層在緊接著的加工中被去除時，這個問題就解決了。在這種情況中，較高孔隙率的涂層或較低溫度噴涂的涂層只造成對基體進行一次機械精加工。
軸承涂層的噴涂最好在一道工序內進行，就是說，噴涂過程不中斷。為此，最好進行自動的粉末匹配和/或參數匹配來達到不同的孔隙率。
軸承底涂層最好蓋住不圓度，這種不圓度例如由于軸瓦分開時連桿的破開引起的(典型的不圓度為30～150微米)，而該底涂層則可用簡單的工藝方法繼續(xù)噴涂到連桿的軸承材料上的特別是多孔的其他涂層蓋住，這些其他的涂層為以后精加工達到足夠的厚度。這個底層重新去除到實際的滑動軸承涂層(孔隙少的涂層)問題不大。通過這種工藝方法可達到涂層內應力的平衡、連桿不完全退火或只是輕微的完全退火和滑動軸承涂層的高的附著抗拉強度，該抗拉強度一般≥20牛頓/毫米2，特別是≥25牛頓/毫米2，也可高于28牛頓/毫米2。用鋁青銅例如可達到涂層硬度約為185HV0.3和更高(維氏硬度)。
對于主要是柴油發(fā)動機用的連桿、特別是大連桿孔中的較高負荷的滑動軸承涂層來說，最好增加滑動軸承涂層內的剩余油量。根據本發(fā)明，通過在滑動軸承涂層中引入一個或多個潤滑槽使發(fā)動機停止時或發(fā)動機轉速低于空轉速度時的儲油容積增大來實現這個目的。這樣，在發(fā)動機啟動或發(fā)動機停止時就能以較短的時間通過混合摩擦的范圍。這個較短的時間是滑動油膜較長保持或較快形成的結果，而這個滑動油膜是由于微孔中的和設置的一個或多個槽中的發(fā)動機油與曲軸附著引起的。通過軸承涂層設置至少一個槽、特別是具有一定孔隙的表面，即使泵的油壓已經下降或剛剛建立，也能達到這個潤滑膜保持較長的時間。當這些槽主要徑向延伸即沿圓周方向延伸時，槽的效果特別好。這些槽本身是閉合的即為連續(xù)槽特別是環(huán)形的連續(xù)槽最為有利。槽最好作成V形或梯形，槽的兩側夾成的角度最好為30°～80°，特別是45°～60°。槽的深度宜為0.2～1毫米、特別是0.4～0.6毫米的范圍。槽的數目最好根據滑動軸承寬度、滑動軸承的承重比率和所需的附加的儲油容積來確定。給定的槽的形狀和深度最好以熱噴涂之前的狀態(tài)為準。作為熱噴涂則用等離子噴涂特別有利。
在設置一個或多個槽后，基體表面最好涂敷滑動層，特別是涂敷具有上述不同孔隙率的復合軸承涂層。在緊接著進行軸承面精加工時，這些槽最好不再加工或只進行很少的加工，這樣，粗糙的等離子涂層結構產生特別好的儲油作用。
在噴涂軸承涂層時，最好進行一種金屬噴涂，而且最好采用金屬合金。此外，也可采用不同金屬(特別是金屬合金)的混合物。這種混合物例如可以是鋁和錫的混合物，其中，這種混合物由粉末狀的單個成分混合而成是特別有利的。金屬粉末的等級取決于各種噴涂參數并可由業(yè)內人士通過一系列試驗輕易確定。作為軸承材料最好用青銅，特別是鋁青銅(鋁錫合金)，但也可用銅青銅，還可用金屬-軟材料層和/或金屬-固體潤滑劑層。作為軟材料例如可用鉛之類的軟金屬，這類軟金屬分布在一種較硬的金屬中，例如合金的鋁中(鋁/銅/鎂/鉻)。但作為軟材料也可用別的材料，例如氟聚合物(例如聚四氟乙烯)。作為固體潤滑劑可用硫化鉬、氮化硼或石墨之類的化合物。
噴涂過量的軸承材料是特別有利的，過量部分接著用機械精加工去掉。精加工例如可用珩磨，這里特別適用精磨。在珩磨時，最好將軸承材料磨去20～300微米，特別是50～200微米；在精磨時，余量最好為50～1000微米，特別是100～500微米。
最后的軸承涂層(去掉加工余量后)最好為150～800微米、特別是200～500微米。這樣的涂層比厚達2.5毫米的一般軸瓦薄得多。這就是說，或者在連桿上可繼續(xù)存在較多的材料(可承受較高的荷載)，或者可將連直作成較輕的重量。
根據本發(fā)明，用軸承材料進行熱噴涂的連桿孔最好在軸承材料噴涂以后才打開。這種工藝方法尤其適用于連桿孔進行破開(裂開)的場合。在這種方法中，連桿孔(里面)在要求破裂的部位分別設置一個切槽。這些切槽用一種激光器來加工是特別有利的，例如一種FK(遙控)激光器以大約45°開進連桿孔中。激光器的功率可用5～10千瓦。開槽最好寬0.3～0.8毫米，深0.2～0.7毫米。破裂部位一般大致在連桿孔的中心。另一種辦法是，也可用腐蝕法或拉削刀具例如插削進行開槽。
在連桿孔開槽和破開時，最好按這樣的工序進行首先在連桿孔內開槽(例如用一種刀具、激光器或通過腐蝕)，然后用熱噴涂方法進行軸承材料的噴涂，接著進行破開。通過這種工藝方法取消了一般在破裂部位或在單個軸瓦之間存在的縫隙(或者減小到最低限度)。這樣的一個縫隙在大的發(fā)動機負荷時會引起油膜分離。由于開槽在軸承材料噴涂之前進行，所以可達到較好的潤滑性能。在一定情況下，也可在軸承材料噴涂之前進行破開，這時軸承材料接著要再次(最好不開槽)破開。
如果連桿孔通過切開打開，則最好在用熱噴涂進行軸承材料的噴涂之前按這種工藝方法切開連桿孔，并將剩余的連桿和連桿蓋的分離面單獨磨光。然后這些件重新進行裝配、用孔、螺紋和螺栓連接在一起。最好在這個重新用螺栓擰在一起的連桿孔中也在該處(在分離部位)開一個槽，特別是在用軸承材料噴涂之前進行。然后為了分開軸承涂層。最好重新破開連桿孔。如果這時破開進行得太不均勻，則軸承涂層本身必須開槽。
最好在連桿孔打開后才進行軸承涂層的上述加工(珩磨或研磨)，這樣在軸承涂層破開時可能在破開邊上產生的毛刺就可隨去除加工余量同時去除。
在按本發(fā)明制造的連桿中，也可在連桿孔內設置油路。這個油路最好在軸承涂層噴涂后、特別是在軸承涂層精加工后才在連桿孔中鉆削。這樣，這個油路也可穿過連桿鉆削到對面的連桿孔。
根據本發(fā)明，連桿的平面(大的側面)也最好在軸承涂層噴涂后才精加工。這種精加工在這里最好用平面磨削。
根據本發(fā)明的方法，連桿孔最好在噴涂之前進行一道打毛工序。特別是最好通過噴砂進行打毛，但也可用一種高壓液體進行噴射。連桿孔的材料特別是為C70號鋼時最好打毛到平均粗糙深度Ra為4～30微米，特別是8～12微米。在這樣的平均粗糙深度時可達到軸承材料特別好的附著在連桿孔的材料上。
連桿孔的平面中的至少一個平面用一個樣板蓋住對連桿孔內軸承涂層的加工特別有利，這塊樣板在連桿孔的范圍內有一個孔。該孔大致與連桿孔一樣大，這樣，一方面噴涂過程不受樣板干擾，另一方面在很大程度上避免了連桿孔范圍內的平面噴涂。如果只有一個平面用樣板蓋柱，則其它的平面最好位于一個托盤內，該托盤象樣板那樣，在連桿孔的范圍內同樣具有一個孔。
根據本發(fā)明，各個連桿的連桿孔最好在一道工序內進行噴涂。為此，多個連桿，最好2～10個、特別是4～8個連桿這樣摞在一起，使待噴涂的連桿孔形成一個圓柱體。為此，可在一個專用托盤上設置連桿的定中心裝置，連桿放入該裝置中。在用這個方法時，最好把實際上同時噴涂的連桿作為一組保存，以便接著共同裝入一臺內燃機中。一臺內燃機的全部(同類的)連桿最好通過重疊放置共同進行噴涂。如果由于氣缸數目(例如12缸)而不可能重疊放置，則至少一個氣缸系列(在V12型發(fā)動機時為6缸)的連桿重疊放置進行噴涂。用這種工藝方法可達到把相同質量的連桿裝在一臺內燃機中。
在熱噴涂的過程中，特別是在多根連桿重疊放置進行噴涂時，有氣流通過連桿孔是特別有利的。作為氣流最好用處理過和凈化過的空氣，特別是這種氣流實際上應當無油和無濕度并盡可能保持一溫度范圍(大約20℃)。這種氣最好具有3～15米/秒、特別是5～8米/秒的流速(空氣下降速度)。用這種氣流吹掉噴涂時產生的過度噴涂。
軸承材料的噴涂最好用一個旋轉噴嘴進行，這種噴嘴特別是還在連桿孔上方就已經不斷旋轉進入連桿孔(或多個連桿孔)中。用這種噴嘴可達到連桿孔的特別均勻的噴涂。在根據本發(fā)明噴涂連桿孔時，這種噴嘴進入連桿孔并穿過連桿孔的進給速度最好為0.5～20毫米/秒、特別是2～8毫米/秒。
在噴涂時，把多層軸承材料噴涂到連桿孔上是特別有利的，其中最好在連桿孔內形成4～30層。這些層最好用不同的方向進行噴涂，這有助于提高涂層質量。在噴涂連桿孔時，是這樣實現這個目的的，即在噴嘴進入的過程中和拉出的過程中進行連桿孔的噴涂，同時不斷旋轉的噴嘴最好保持它的旋轉方向。
成批生產的連桿按本發(fā)明用軸承材料進行噴涂。此時，最好至少一批的各根連桿要進行測量。特別是對平均粗糙深度Ra和/或軸承材料本身(例如在用混合物時軸承材料的分布均勻性)進行測量。無損傷地進行連桿的測量是特別有利的。
上述和下述特征及措施同樣適用于本發(fā)明方法制造連桿。
下面結合附圖和實施例來詳細說明本發(fā)明。
附圖表示

圖1一根連桿的正面圖；圖2該連桿的側視圖；圖3大連桿孔的涂層結構；圖4帶有一個曲軸軸頸和微孔軸承涂層的一個連桿蓋；圖5帶有一個徑向潤滑槽的圖4連桿蓋；圖6帶有多個徑向潤滑槽的連桿蓋。
所列出的各道工序只有一部分是必須緊密配合的。原則上，各個單獨的工序都可去除、補充、交替進行和/或與別的工序交換。
破開連桿的工藝流程普通的連桿1(圖1和圖2)放在一條生產線上，這種連桿例如C70號鋼制成，迄今為止例如配有軸瓦。緊接著進行側面2的粗磨，然后，大的和小的連桿孔3、4按尺寸進行加工。此外，進行側面2的連桿蓋9的螺絲孔加工，即加工孔5和螺紋6。
一個FK激光器7以45°角度伸入大連桿孔3中，以準備破開。用這個激光器7在大連桿孔3的兩側和中間分別開一個寬約0.5毫米和約0.3～0.5毫米的槽8。也可通過拉削刀具開槽。
在槽8開好后，大連桿孔3按下面尚待述及的方法進行等離子噴涂。在等離子層噴涂后，大連桿孔3和該等離子層一起通過一個破碎力約為100千牛頓的破碎裝置破開。破開部位進行清潔(用壓縮空氣吹)，并用螺絲10按規(guī)定的扭矩安裝破開的連桿軸承蓋9。小的連桿孔也通過壓入軸瓦11進行安裝。然后精磨平面12。
大的連桿孔3和必要時小的連桿孔4加工到尺寸16(圖3)，這可通過精鉆或精磨來實現。然后對連桿進行徹底清潔、測量和分類。
切開的連桿的工藝流程切開連桿的工藝流程基本上與上述流程相同，但在側面、頂面和螺絲支座拉削之后就已經通過切開打開了連桿孔。在切開后，連桿和連桿蓋上的分離面要單獨進行拉削。接著是一道清洗工序，清洗后，小連桿孔進行粗加工和精加工?，F在將連桿蓋螺絲通過螺孔和螺紋裝入側面中。精磨連桿和連桿蓋上的分離面、再次進行清洗并將連桿蓋安裝到連桿上。切開面也是用一個FK激光器開槽，然后，大連桿孔噴涂軸承涂層，接著重新破開該軸承涂層。
各個單獨的工序，例如將軸瓦11壓入小連桿孔4中可在整個工藝流程的不同部位進行，例如也可在等離子噴涂之前進行。
大連桿孔的等離子噴涂工藝流程在等離子噴涂時，連桿要進行清洗，大連桿孔用過熱蒸汽除油，然后進行干燥到幾乎沒有剩余濕度。這樣預處理的連桿上下堆垛成4～8個一堆，這樣大的連桿孔就同心地位于一個專用托盤的相應孔上。其中連桿最好通過粗加工的小連桿孔和連桿或側面對準并進行固定。運載托盤通過一個準備區(qū)進入一個噴砂單元，在該處，大連桿孔通過噴砂產生大約8～12微米的平均粗糙深度Ra。接著連桿被運入一個清潔工位并用壓縮空氣吹噴砂的表面。最后，預處理過的連桿進入等離子噴涂工位，在這里，大連桿孔由一個旋轉的等離子噴槍噴涂一層大約0.5毫米厚的鋁青銅涂層15(圖3)。噴涂后的連桿然后進入一個冷卻區(qū)，在該處從專用托盤中取出冷卻了的連桿并送去進行上述的繼續(xù)處理。
按本發(fā)明制造的連桿具有這樣的優(yōu)點這些連桿在大連桿孔中沒有軸瓦，所以取消了軸瓦本身的安裝以及取消了軸瓦的固定槽或去除毛刺。從而使等離子涂層的噴涂在費用上有競爭能力。此外，等離子噴涂的連桿提高了安裝可靠性，因為在安裝時不用軸瓦。
根據本發(fā)明制造的連桿在軸承蓋固定的范圍內在大連桿孔上具有較大的腹板寬度，因為等離子涂層在精加工后只大約為0.3毫米厚，而軸瓦則有2.5毫米。從而可達到較大負荷的發(fā)動機時的較高的連桿荷載和/或減少重量。此外，取消了兩半邊軸瓦之間的縫隙，在這個縫隙上，在較高的負荷時油膜開始分離。所以，按本發(fā)明制造的連桿具有較好的潤滑性能。
噴涂流程如在上述工藝流程所述，待噴涂的并設置有徑向槽的表面用過熱蒸汽進行清潔，這樣實際上可達到100％的除油?；w表面(鐵材料，例如C70號鋼)的打毛可用三氧化二鋁在大約4～6巴噴砂壓力的情況下進行多次噴砂處理并用不斷增加的粒度進行噴砂；破開連桿或切開連桿的腐蝕的破開槽的第一次噴砂處理用粒度為φ0.063～0.15毫米(230～100目)?；w表面和徑向槽的第二次噴砂處理用粒度為φ0.18～0.35毫米(80～45目)，基體表面和徑向槽的第三次噴砂處理用粒度為φ0.6～1.1毫米(30～16目)。作為下一道工序接著用一種鋁-銅-鐵合金進行等離子噴涂，其中，例如可用一種鋁青銅，其成分為5％～15％鋁、1％～5％鐵、1％-4％鈷和0.5％～4％錳，特別是9％～12％鋁、大約2％錳、大約2％～2.5％鈷和大約3％～4％鐵。用平均粉末粒度大約38微米的噴涂材料進行涂層厚度約為200～250微米的第一次等離子噴涂，其中用相應于所用的相應噴槍的噴涂溫度調節(jié)涂層孔隙率≤1％。用一種較粗的粉末顆粒(φ大約65微米)不中斷地繼續(xù)進行噴涂并又形成200～250微米的涂層厚度。這時設備參數調節(jié)成使孔隙率達到1.5％～3.5％的范圍。
這種噴涂方法也可用于不帶徑向槽的軸承。
帶徑向槽的切開連桿的工藝流程下面說明整個工藝流程，如前所述，各個單獨的工序可根據工藝流程圖取消、交換、補充或相互代替。
在毛坯連桿送到后，把它們放到生產線上，在該處進行平面12的粗磨和拉削。然后進行側面2、頂面和螺絲支承面的拉削并分開大連桿孔。接著進行分離面30和大連桿孔3的拉削，其中連桿和連桿蓋9單獨進行加工。在各部分清洗后，進行小的連桿孔4的粗加工和精加工，并加工連桿蓋螺絲10的孔和螺紋。將軸瓦11壓入小連桿孔4中并擠緊和倒角。連桿和連桿蓋9的分離面30進行精磨并整個地再次進行清洗。
然后，將連桿蓋9按規(guī)定的扭矩擰到連桿上，在用徑向槽32時在大連桿孔中例如通過銑削或車削加工徑向槽。
在稍后打開等離子涂層15或16時，在大連桿孔中例如通過腐蝕或激光器加工一個斷裂槽。接著進行大連桿孔的等離子噴涂。
需要時，可鉆削一條油路(從大連桿孔穿通連桿到小連桿孔)，視連桿種類而定，在汽油發(fā)動機時可進行、而在柴油內燃機時則大都進行這項工作。
通過松開連桿蓋的螺絲10破開噴涂的等離子涂層15，這樣的破開由于等離子涂層15的內應力可多次進行，視等離子噴涂而定。取下連桿蓋9并對破開部位進行清潔，例如用壓縮空氣噴吹。接著重新安裝連桿蓋9并按規(guī)定的扭矩擰緊連桿蓋的螺絲10。大連桿孔兩側進行倒角或者對徑向槽的邊進行倒圓，視所用方法而定。
接著精磨平面12、精鉆小連桿孔4和精磨大連桿孔3，以產生實際的滑動面35并在軸承涂層16上露出微孔33。再進行一次清洗過程后，對連桿進行測量和分類并優(yōu)先選用兩個誤差等級。
這樣制成的連桿在裝配線上進行拆卸并在裝配線上安裝到內燃機的曲軸34上。
在大連桿孔進行等離子噴涂和必要時進行油路鉆削后，也可對大連桿孔兩側進行倒角并進行徑向槽邊緣倒圓，視所用方法而定。接著進行平面的精磨、小連桿也精鉆和大連桿孔精磨。清洗和測量后，連桿進行分類，特別是直接在裝配線上通過松開連桿蓋的螺絲破開等離子涂層。取下連桿蓋并對破開部位例如通過噴吹進行清潔。然后將連桿安裝到內燃機的曲軸上。
在連桿中最好采取連桿蓋的防扭措施，例如通過連桿蓋螺絲孔的輕微錯開，這樣在破開時在等離子涂層中產生的鋸齒狀凹口就可重新相互一致導向。
破開連桿的工藝流程將毛坯連桿(例如C70號鋼)放到生產線上并進行粗磨和側面的平面磨削。按上述過程進行大小連桿孔的粗加工和軸承蓋的螺絲孔加工(鉆孔和切螺紋)。根據要求在大連桿孔中例如通過銑削或車削加工一個或多個徑向槽，視軸承種類而定。接著例如用一個FK激光器以45°伸入大連桿孔中對大連桿孔進行開槽；激光器功率大約7千瓦。在大連桿孔中間兩側開一個大約2毫米寬和不到0.5毫米深的槽。該槽也可通過拉削刀具或通過腐蝕加工而成。連桿孔通過一個具有大致100千牛頓破碎力的破碎裝置破開。取下連桿軸承蓋并例如用壓縮空氣清潔破開部位。然后重新裝上連桿軸承蓋并按規(guī)定的扭矩擰緊連桿軸承蓋的螺絲。接著大連桿孔進行等離子噴涂并在小連桿孔中壓入軸瓦。大連桿孔兩側倒角，連桿側面最終磨削和大小連桿孔進行精鉆削或精磨削。然后整個地進行清潔(清洗)并對連桿進行測量和分類。在裝配線上拆卸連桿并安裝到內燃機的曲軸上。
進行等離子涂層的破開，特別是通過連桿蓋螺絲的松開可直接在裝配線上或也可在一個先前的時間點進行。在等離子涂層破開后，對連桿蓋破開部位進行清潔(噴吹)是值得推薦的。
等離子噴涂的工藝流程連桿進行清洗并用過熱蒸汽至少對大連桿孔進行除油，然后干燥到盡可能低的剩余濕度。將多個連桿朝大連桿孔上下同心地堆垛在一個專用托盤上(一般為4～8根連桿)?？赏ㄟ^小連桿孔和連桿或側面進行固定。運載工件的專用托盤通過一個中立區(qū)送入一個噴砂單元并進行定位。大連桿孔用上述砂子等級進行噴砂達到平均粗糙深度大約6.5～8微米。接著載有噴過砂的連桿的專用托盤進入一個清潔工位，在那里用壓縮空氣噴吹噴砂表面。接著該專用托盤開入等離子噴涂工位，在該處大連桿孔用鋁青銅進行等離子噴涂，首先噴涂一層微孔層，接著噴涂一層有些孔隙的層，總的涂層厚度為0.5毫米。噴涂后的連桿運入一個冷卻區(qū)并在冷卻后從托盤取下進行繼續(xù)處理。
本發(fā)明的優(yōu)點是，軸瓦及其安裝以及為此所需的固定槽和去毛刺都可取消。從而提高了安裝可靠性。通過等離子噴涂在軸承蓋固定的范圍內達到了一個較大的腹板寬度(較小的連桿孔直徑)，因為只有不到0.5毫米的等離子涂層對應大約2.5毫米的軸瓦厚度。由此而可達到較高負荷發(fā)動機的較高的連桿荷載或減輕一定的重量。此外，取消了兩半邊軸瓦之間的縫隙，該縫隙在一定條件下會導致結構引起的油膜分離。用等離子噴涂可達到較好的潤滑性能。同時減少了誤差，因為通過等離子噴涂取消有了誤差等級。所以由于很小的加工誤差而可達到較好的發(fā)動機運行。由于在等離子涂層中設置了徑向槽而可達到較高的軸承荷載并減小混合摩擦時間。微壓力室系統(tǒng)改善了摩擦系數，特別是與一個或多個槽配合時尤其如此。這種槽也可用別的滑動軸承材料噴涂，這種滑動軸承材料在涂層切削加工后基本上只存在于槽中。這類軸承材料可以鉛、錫或鎳為基體。由此也可達到較高的軸承負荷或壽命。
權利要求
1.具有一個連桿孔的一種連桿的制造方法，在該連桿孔中涂敷了一種軸承涂層，該軸承涂層通過一種軸承材料的熱噴涂涂敷到該連桿孔上，其特征為，連桿孔在熱噴涂軸承涂層之前用一種顆粒流打毛，其中，使用了不同篩分曲線的顆粒。
2.按照權利要求1的方法，其特征為，在不同的噴砂步驟中采用不同篩分曲線的顆粒。
3.按照權利要求2的方法，其特征為，在用細的顆粒噴射后進行較粗顆粒的噴砂步驟。
4.按照前述任一項權利要求的方法，其特征為，至少使用三種不同的篩分曲線。
5.按照權利要求3或4的方法，其特征為，在至少三個噴砂步驟中分別使用較大的顆粒。
6.按照前述任一項權利要求的方法，其特征為，篩分曲線采用80目(180微米)或更細，尤其是100～230目(150微米～63微米)。
7.按照前述任一項權利要求的方法，其特征為，篩分曲線采用100目(150微米)或更大一些，尤其是80-45目(180微米～355微米)。
8.按照前述任一項權利要求的方法，其特征為，篩分曲線采用45目(355微米)或更大，尤其是30-16目(600微米～1.18毫米)。
9.按照前述任一項權利要求的方法，其特征為，至少具有槽和/或開口的連桿孔的區(qū)域用細的篩分曲線打毛。
10.按照前述任一項權利要求的方法，其特征為，顆粒射流包括Al2O3，SiO2和/或SiC。
11.按照前述任一項權利要求的方法，其特征為，熱噴涂的軸承材料經機械精加工，尤其是切削加工。
12.按照前述任一項權利要求的方法，其特征為，用等離子噴涂涂覆軸承材料。
13.按照前述任一項權利要求的方法，其特征為，作為軸承材料涂覆一種金屬，尤其是一種金屬合金。
14.按照前述任一項權利要求的方法，其特征為，連桿孔被打毛到平均粗糙深度RA為4～30微米，尤其是6～12微米。
15.按照前述任一項權利要求的方法，其特征為，多個連桿用其要涂覆軸承材料的連桿孔同心重疊地處理。
16.按照前述任一項權利要求的方法，其特征為，制成的軸承材料的厚度，必要時在精加工后為150-800微米，尤其是200～500微米。
17.按照前述任一項權利要求的方法，其特征為，連桿孔通過開槽和破開打開。
18.按照前述任一項權利要求的方法，其特征為，篩分曲線相互間至少分開兩個目等級。
19.具有一個連桿孔的連桿，在該連桿孔中通過軸承層材料的熱噴涂將軸承層涂覆到連桿孔上，其特征為，在涂覆軸承層之前用一種顆粒射流打毛連桿孔，顆粒含有不同的篩分曲線。
20.按照權利要求19的連桿，其特征為，對熱噴涂的軸承層進行切削加工。
全文摘要
在內燃機的連桿中,軸瓦嵌入連桿孔內。嵌入軸瓦導致一道可能是誤差來源的生產工序,用本發(fā)明方法加工的連桿軸承可減少安裝費用并與軸承金屬牢固連接。根據本發(fā)明,大的連桿孔(3)并用鋁青銅進行等離子噴涂微孔層。在等離子噴涂后,連桿孔通過取下軸承蓋(9)打開,于是等離于涂層(16)破裂。緊接著用螺絲重新擰緊軸承蓋(9)并通過精磨完成真正的滑動層。為了提高儲油容積,等離子涂層(16)設有一個環(huán)形槽(32)。通過用不斷上升的顆粒多次噴砂處理待涂覆的表面實現了鋁青銅與連桿材料的特別牢固的連接。本發(fā)明適用于內燃機。
文檔編號C23C4/12GK1265180SQ98807650
公開日2000年8月30日 申請日期1998年7月20日 優(yōu)先權日1997年7月28日
發(fā)明者U·施勒格爾, R·福格爾桑 申請人:大眾汽車有限公司