CN105436418A - 由高收缩金属合金制造曲柄轴的方法 - Google Patents

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CN105436418A CN201510526848.2A CN201510526848A CN105436418A CN 105436418 A CN105436418 A CN 105436418A CN 201510526848 A CN201510526848 A CN 201510526848A CN 105436418 A CN105436418 A CN 105436418A
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D.E.默里什
E.R.龙布洛姆
B.J.麦克洛里
R.M.特卡克
D.J.佩雷拉
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Abstract

本发明公开了由高收缩金属合金制造曲柄轴的方法。曲柄轴包括销支承轴颈和配重。所述销支承轴颈限定了中空销芯部。所述中空销芯部包括第一销芯部区段和第二销芯部区段以及设置在所述第一销芯部区段和所述第二销芯部区段之间的增大的中心区段。所述第一和第二销芯部区段各自限定了分别具有第一和第二横截面面积的横截面，且所述增大的中心区段限定了第三横截面，该第三横截面限定了第三横截面面积，且所述第三横截面面积大于所述第一和第二横截面面积。隔离窗口延伸通过所述配重。所述曲柄轴由具有等于或大于1％的收缩率的高收缩钢合金铸造。所述增大的中心区段和所述隔离窗口改善了高收缩钢合金的可铸造性。

Description

由高收缩金属合金制造曲柄轴的方法
技术领域
本发明总地涉及一种由高收缩钢合金制造曲柄轴的方法。
背景技术
发动机的曲柄轴将活塞的往复线性运动转变成围绕曲柄轴线的旋转运动，以提供推进车辆的扭矩，该车辆如但不限于火车、船、飞机或者汽车。曲柄轴是发动机的重要零件，并且是发动机设计的起始点。曲柄轴设计影响发动机的整体包装，并由此影响发动机的总质量。于是，使曲柄轴的尺寸和/或质量最小化减小发动机的尺寸和质量，这对交通工具的总体尺寸、质量和燃料经济性具有复合影响。
曲柄轴包括至少一个曲柄销轴颈，该曲柄销轴颈从曲柄轴线偏移，往复活塞经由连杆附连到该曲柄销轴颈。从活塞施加到曲柄轴的力由于活塞和曲柄轴之间的偏移连接在曲柄轴中产生扭矩，该扭矩使得曲柄轴围绕曲柄轴线旋转。曲柄轴进一步包括至少一个主支承轴颈，该主支承轴颈围绕曲柄轴线同中心地设置。曲柄轴在主支承轴颈处固定到发动机缸体。轴承围绕所述主支承轴颈设置在曲柄轴和发动机缸体之间。
曲柄轴典型地通过铸造工艺形成或制造，该铸造工艺诸如但不限于湿砂模铸造工艺(greensandcastingprocess)或壳型铸造工艺(shellmoldcastingprocess)，其使用铸铁来形成曲柄轴。可替代的是，曲柄轴可以由钢合金锻造。钢比铸铁更强劲，因此对曲柄轴而言是更理想的材料。但是，锻造工艺比铸造工艺成本更高。大部分钢合金在冷却时呈现出高收缩，并且不能很好地铸造，因为在铸造产品冷却时发生的收缩在最终铸造产品中形成缩孔。这消弱了最终铸造产品并且使得它不适于在发动机中使用。
发明内容
提供了一种制造曲柄轴的方法。该方法包括将铸造型芯定位在模具的型腔内，所述模具具有形成所述曲柄轴的外部形状的第一半部和第二半部。所述曲柄轴的外部形状包括销支承轴颈、主支承轴颈、支撑所述销支承轴颈的第一曲柄臂和第二曲柄臂以及从第二曲柄臂相对于曲柄轴线向外径向延伸的配重。所述曲柄轴通过将熔化金属合金引入到所述型腔内以形成曲柄轴来铸造。熔化的金属合金流入型腔并且围绕铸造型芯流动，以形成延伸通过第一曲柄臂、销支承轴颈和第二曲柄臂的中空销芯部、延伸通过第二曲柄臂并进入主支承轴颈的中空主芯部、以及至少部分延伸通过配重的隔离窗口。所述隔离窗口径向设置在所述配重的外部径向边缘和所述第二曲柄臂之间。所述中空销芯部被成形以使得金属合金在所述中空销芯部的径向内表面和所述销支承轴颈的支承表面之间的横截面厚度最小。所述熔化金属合金在型腔内围绕铸造型芯冷却，以固化形成曲柄轴的金属合金。将所述铸造型芯从铸造曲柄轴去除。所述金属合金是高收缩合金，在熔化金属合金冷却过程中，具有等于或大于1％的收缩率。
还提供一种用于发动机的曲柄轴。所述曲柄轴包括销支承轴颈、主支承轴颈、支撑所述销支承轴颈的第一曲柄臂、支撑所述销支承轴颈并连接所述销支承轴颈和主支承轴颈的第二曲柄臂以及从所述第二曲柄臂相对于曲柄轴线径向向外延伸的配重。所述第一曲柄臂、销支承轴颈和第二曲柄臂配合以分别限定沿着所述曲柄轴线在所述第一曲柄臂的第一轴向侧表面和第二曲柄臂的第二轴向侧表面之间延伸的中空销芯部。所述中空销芯部包括基本上延伸通过第一曲柄臂的第一销芯部区段、基本上延伸通过第二曲柄臂的第二销芯部区段以及在所述第一销芯部区段和第二销芯部区段之间设置的增大的中空区段。所述曲柄轴由高收缩钢合金铸造，该高收缩钢合金具有等于或大于1％的收缩率。
于是，中空销芯部的增大的中心区段减小了在中空销芯部的径向内表面和销支承轴颈的支承表面之间的与曲柄轴线相垂直的销支承轴颈的横截面厚度。减小销支承轴颈的在这个区域中的横截面厚度降低了这个区域中的钢合金的量，这通过使得在冷却过程中随着钢合金收缩而在钢合金中形成的缩孔最小化来改善高收缩钢合金的可铸造性。另外，使得在这个区域中的销支承轴颈的横截面厚度最小化减小了曲柄轴的旋转惯量以及旋转质量。类似，在配重中形成隔离窗口减少配重中钢合金的量，这通过使得在冷却过程中随着钢合金收缩而在钢合金中形成的缩孔最小化而改善了可铸造性。
根据一方面，提供一种制造曲柄轴的方法，该方法包括：
将铸造型芯定位在具有形成所述曲柄轴的外部形状的第一半部和第二半部的模具的型腔内，其中所述曲柄轴的外部形状包括销支承轴颈、主支承轴颈、支撑销支承轴颈的第一曲柄臂和第二曲柄臂、以及从所述第二曲柄臂相对于曲柄轴线径向向外延伸的配重；
通过将熔化金属合金引入到型腔以形成曲柄轴从而铸造曲柄轴，其中，所述熔化金属合金流入到型腔内并且围绕所述铸造型芯，以形成延伸通过第一曲柄臂、销支承轴颈和第二曲柄臂的中空销芯部、延伸通过第二曲柄臂并进入主支承轴颈的中空主芯部以及至少部分延伸通过所述配重的隔离窗口，其中所述隔离窗口沿径向设置在所述配重的径向外边缘和所述第二曲柄臂之间；
其中，所述中空销芯部被成形为包括延伸通过第一曲柄臂的第一销芯部区段、延伸通过第二曲柄臂的第二销芯部区段、以及在第一销芯部区段和第二销芯部区段之间延伸通过销支承轴颈的增大的中心区段，且所述增大的中心区段尺寸设置为分别大于所述第一销芯部区段和第二销芯部区段的，以使得中空销芯部的径向内表面和销支承轴颈的支承表面之间的金属合金的横截面厚度最小，而不与主支承轴颈干涉；
冷却所述型腔内所述铸造型芯周围的熔化金属合金，以固化形成所述曲柄轴的金属合金；以及
从所述铸造的曲柄轴去除铸造型芯；
其中，所述金属合金是高收缩合金，其具有在熔化金属合金的冷却过程中等于或大于1％的收缩率。
优选地，其中，所述高收缩合金是钢合金。
优选地，所述方法还包括在将铸造型芯定位在模具的型腔内之前形成铸造型芯。
优选地，其中，所述形成铸造型芯被进一步限定为形成包括销芯部形成区段的铸造型芯，其中所述销芯部形成区段被成形为形成中空销芯部，使得中空销芯部包括沿着所述曲柄轴线基本上延伸通过所述第一曲柄臂的第一销芯部区段、沿着所述曲柄轴线基本上延伸通过所述第二曲柄臂的第二销芯部区段、以及在所述第一销芯部区段和所述第二销芯部区段之间设置的增大的中心区段，其中所述第一销芯部区段限定了垂直于曲柄轴线的第一横截面，所述第一横截面包括第一横截面面积，所述第二销芯部区段限定了垂直于曲柄轴线的第二横截面，所述第二横截面包括第二横截面面积，其中所述增大的中心区段限定了垂直于曲柄轴线的第三横截面，所述第三横截面包括第三横截面面积，并且其中所述第一销芯部区段的第一横截面面积和所述第二销芯部区段的第二横截面面积各自小于所述增大的中心区段的第三横截面面积。
优选地，其中，所述增大的中心区段包括朝向所述曲柄轴线径向向内延伸的突起，以使得所述中空销芯部的径向内表面和所述销支承轴颈的支承表面之间的钢合金的横截面厚度最小。
优选地，其中，所述形成铸造型芯被进一步限定为形成包括窗口形成区段的铸造型芯，其中所述窗口形成区段被成形为在所述配重中形成所述隔离窗口。
优选地，其中，所述形成铸造型芯被进一步限定为形成包括配重芯部形成区段的铸造型芯，其中所述配重芯部形成区段被成形为形成沿着所述曲柄轴线延伸通过所述配重的配重芯部。
优选地，所述方法还包括将***件定位在所述配重芯部之内，其中所述***件包括具有大于所述金属合金的密度的金属。
优选地，其中，所述第一销芯部区段的第一横截面和所述第二销芯部区段的第二横截面各自限定了椭圆形状。
优选地，其中，所述形成铸造型芯被进一步限定为形成包括凸鼻芯部形成区段的铸造型芯，其中所述凸鼻芯部形成区段被成形为在所述曲柄轴的曲柄凸鼻中形成凸鼻芯部，使得所述凸鼻芯部沿着所述曲柄轴线延伸通过所述曲柄凸鼻，并且被连接到所述中空主芯部。
根据另一方面，提供一种制造曲柄轴的方法，所述方法包括：
形成铸造型芯以包括销芯部形成区段、窗口形成区段、凸鼻芯部形成区段、主芯部形成区段和配重芯部形成区段；
将所述铸造型芯定位在具有形成所述曲柄轴的外部形状的第一半部和第二半部的模具的型腔之内，其中所述曲柄轴的外部形状包括销支承轴颈、主支承轴颈、支撑所述销支承轴颈的第一曲柄臂和第二曲柄臂以及相对于曲柄轴线从所述第二曲柄臂径向向外延伸的配重；
通过将熔化金属合金引入到所述型腔中以形成曲柄轴来铸造曲柄轴，其中，所述熔化金属合金流入型腔并围绕铸造型芯，以形成延伸通过所述第一曲柄臂、销支承轴颈、和第二曲柄臂的中空销芯部、延伸通过所述第二曲柄臂并进入主支承轴颈的中空主芯部、以及至少部分延伸通过所述配重的隔离窗口，其中，所述隔离窗口径向设置在所述配重的径向外边缘和所述第二曲柄臂之间；和
冷却所述型腔内所述铸造型芯周围的熔化金属合金，以固化形成曲柄轴的所述金属合金；以及
从所铸造的曲柄轴去除所述铸造型芯；
其中，所述金属合金是高收缩钢合金，该高收缩钢合金具有在熔化钢合金的冷却过程中等于或大于1％的收缩率。
优选地，其中：
所述销芯部形成区段被成形以形成中空销芯部，使得所述中空销芯部包括沿着所述曲柄轴线基本上延伸通过所述第一曲柄臂的第一销芯部区段、沿着所述曲柄轴线基本上延伸通过所述第二曲柄臂的第二销芯部区段、以及设置在所述第一销芯部区段和第二销芯部区段之间的增大的中心区段，其中，第一销芯部区段限定了垂直于曲柄轴线的第一横截面，所述第一横截面包括第一横截面面积，所述第二销芯部区段限定了垂直于曲柄轴线的第二横截面，所述第二横截面包括第二横截面面积，且其中所述增大的中心区段限定了垂直于曲柄轴线的第三横截面，所述第三横截面包括第三横截面面积，其中所述第一销芯部区段的第一横截面面积和所述第二销芯部区段的第二横截面面积各自小于所述增大的中心区段的第三横截面面积；
主芯部形成区段被成形为形成沿着所述曲柄轴线通过所述第二曲柄臂并进入所述主支承轴颈的中心部分的中空主芯部；
所述配重芯部形成区段被成形为形成沿着所述曲柄轴线延伸通过所述配重的配重芯部；
所述窗口形成区段被成形为在所述配重中在所述配重芯部和第二曲柄臂之间形成相对于所述曲柄轴线径向地形成隔离窗口；和
所述凸鼻芯部形成区段被成形为在所述曲柄轴的曲柄凸鼻中形成凸鼻芯部，使得所述凸鼻芯部沿着所述曲柄轴线延伸通过所述曲柄凸鼻，并连接到所述中空主芯部。
根据又一方面，提供一种用于发动机的曲柄轴，所述曲柄轴包括：
销支承轴颈；
主支承轴颈；
第一曲柄臂，支撑所述销支承轴颈；
第二曲柄臂，支撑所述销支承轴颈并且将所述销支承轴颈与所述主支承轴颈相连接；以及
配重，从所述第二曲柄臂相对于曲柄轴线径向向外延伸；
其中，所述第一曲柄臂、销支承轴颈和第二曲柄臂配合以限定沿着所述曲柄轴线在所述第一曲柄臂的第一轴向侧表面和所述第二曲柄臂的第二轴向侧表面之间延伸的中空销芯部；
其中所述中空销芯部包括基本上延伸通过所述第一曲柄臂的第一销芯部区段、基本上延伸通过所述第二曲柄臂的第二销芯部区段、以及在所述第一销芯部区段和所述第二销芯部区段之间延伸通过所述销支承轴颈的增大的中心区段，且所述增大的中心区段尺寸设置为分别大于所述第一销芯部区段和所述第二销芯部区段，以使得在所述中空销芯部的径向内表面和所述销支承轴颈的支承表面之间的金属合金的横截面厚度最小，而不与所述主支承轴颈干涉；以及
其中所述曲柄轴由具有等于或大于1％的收缩率的高收缩金属合金铸造。
优选地，其中，所述第一销芯部区段限定了垂直于曲柄轴线的第一横截面，所述第一横截面具有基本上椭圆形状，限定了第一横截面面积，所述第二销芯部区段限定了垂直于曲柄轴线的第二横截面，所述第二横截面具有基本上椭圆形状，限定了第二横截面面积，且其中所述增大的中心区段限定了垂直于曲柄轴线的横截面，该横截面限定了第三横截面面积，且所述第三横截面面积大于第一横截面面积和第二横截面面积中的每一个。
优选地，其中，所述增大的中心区段包括相对于所述第一销芯部区段和第二销芯部区段朝向所述曲柄轴线径向向内延伸的突起，以使得所述中空销芯部的径向内壁和所述销支承轴颈的支承表面之间的销支承轴颈的横截面厚度最小。
优选地，所述曲柄轴还包括中空主芯部，所述中空主芯部沿着所述曲柄轴线延伸通过所述第二曲柄臂，并进入所述主支承轴颈的中心。
优选地，其中，所述配重包括隔离窗口，所述隔离窗口沿着所述曲柄轴线轴向延伸，并至少部分通过所述配重的连接板部分。
优选地，其中，所述配重包括***件，所述***件相对于所述曲柄轴线设置在所述配重芯部内邻近所述配重的径向外表面。
优选地，所述曲柄轴还包括曲柄凸鼻，所述曲柄凸鼻限定了与所述曲柄轴线同中心并沿着所述曲柄轴线延伸的凸鼻芯部。
优选地，其中，所述凸鼻芯部和中空主芯部相连接。
本发明的上述特征和优点以及其他特征和优点将从下面用于实施本发明的最佳模式的详细描述并结合附图考虑时更容易理解。
附图说明
图1是曲柄轴的示意性局部透视图；
图2是在曲柄轴的曲柄轴线上剖开的曲柄轴的示意性局部横截面图；
图3是垂直于曲柄轴线剖开的曲柄轴的中空销芯部的第一销芯部区段的示意性横截面图；
图4是垂直于曲柄轴线剖开的曲柄轴的中空销芯部的增大的中心区段的示意性横截面图；
图5是垂直于曲柄轴线剖开的曲柄轴的配重的示意性横截面图；
图6是用于在铸造工艺中形成曲柄轴的铸造型芯的示意性局部横截面图。
具体实施方式
本领域普通技术人员将认识到，术语如“之上”、“之下”、“向上”、“向下”、“顶部”、“底部”等描述性地用于附图，并且不代表对如所附权利要求书限定的本发明的范围的限制。此外，本教导在本文中可以就功能和/或逻辑块部件和/或各种工艺步骤方面加以描述。应认识到这种块部件可以由被构造成执行所指定的功能的任何数量的硬件、软件和/或固件部件构成。
参照附图，其中相同的附图标记在几幅图中始终表示相同的零件，曲柄轴总体在20处示出。曲柄轴20由高收缩金属合金，如但不限于高收缩钢合金铸造。参照附图，曲柄轴20可以被构造成用于发动机(如但不限于汽油发动机或柴油发动机)、压缩机或一些其他类似装置。参照图1和2，曲柄轴20沿着曲柄轴线22延伸，并且限定了主支承轴颈24、至少一个曲柄臂、销支承轴颈28和配重30。如图所示，至少一个曲柄臂包括第一曲柄臂25和第二曲柄臂26。另外，应该理解的是术语“曲柄臂”应在此认为包括曲柄臂或飞臂。如在此使用的，术语“曲柄臂”用于描述将主支承轴颈和销支承轴颈相连接的曲柄轴20的臂，且术语“飞臂”用于描述将一个销支承轴颈连接到另一个销支承轴颈的曲柄轴的臂。附图仅示出了曲柄轴20的一部分。如此，附图仅仅表示了一个主支承轴颈24、第一曲柄臂25和第二曲柄臂26、一个销支承轴颈28以及一个配重30。但是，应该理解的是本发明的教导可以应用于任何类型的曲柄轴20，其具有任何数量的主支承轴颈、任何数量的曲柄臂、任何数量的销支承轴颈以及任何数量的配重。
主支承轴颈24围绕曲柄轴线22同中心设置。销支承轴颈28从曲柄轴线22横向偏移，并且通过第二曲柄臂26附连到主支承轴颈24。第一曲柄臂25支撑该销支承轴颈28，并且将销支承轴颈28附连到另一个或第二主支承轴颈23。第二曲柄臂26在主支承轴颈24和销支承轴颈28之间延伸并连接二者。配重30相对于曲柄轴线22径向向外并远离第二曲柄臂26延伸。主支承轴颈24支撑围绕其的轴承(未示出)，并且为将曲柄轴20附连到发动机缸体(未示出)提供附连位置。销支承轴颈28支撑围绕其的轴承(未示出)，并且提供附连点，在该处，连杆(未示出)将活塞(未示出)附连到曲柄轴20。配重30抵消活塞、活塞环、活塞销和保持卡圈、连杆的小端部的往复质量、连杆的大端部和轴承的旋转质量以及曲柄轴20本身(销支承轴颈28和第一及第二曲柄臂25、26)的旋转质量。主支承轴颈24是在曲柄轴20轴线上并且不需要由配重30平衡。配重30减小作用在主支承轴颈24上的力，并由此改善轴承的耐久性。配重30平衡曲柄轴20围绕曲柄轴线22的旋转，由此减小其中的振动。
参照图2，曲柄轴20包括多个不同的中空芯部区段。具体地说，所述第一曲柄臂25、第二曲柄臂26和销支承轴颈28配合以限定中空销芯部32，该中空销芯部32沿着曲柄轴线22在第一曲柄臂25的第一轴向侧表面34和第二曲柄臂26的第二轴向侧表面36之间延伸。中空主芯部38沿着曲柄轴线22延伸通过第二曲柄臂26，并且进入主支承轴颈24的中心。中空主芯部38可以或可以不完全延伸通过主支承轴颈24的中心。曲柄轴20的曲柄凸鼻40限定了中空凸鼻芯部42，该中空凸鼻芯部42沿着曲柄轴线22轴向延伸并与该曲柄轴线22同中心。如图所示，中空凸鼻芯部42通道中空主芯部38并且与中空主芯部38连接。但是，在其他实施方式中，中空凸鼻芯部42可以不连接到中空主芯部38，并且可以由壁(未示出)与中空主芯部38间隔开。配重30限定了中空配重芯部44，该中空配重芯部44沿着曲柄轴线22延伸通过配重30。配重30还限定了隔离窗口46，该隔离窗口46至少部分延伸通过配重30的连接板部分68。中空销芯部32、中空主芯部38、中空配重芯部44和隔离窗口46可以但非必须平行于曲柄轴线22延伸。于是，中空销芯部32、中空主芯部38、中空配重芯部44和隔离窗口46可以平行于曲柄轴线延伸，或者可以稍微朝向或远离曲柄轴线22倾斜。曲柄轴20的中空销芯部32、中空主芯部38、中空配重芯部44和隔离窗口46减小了用于形成曲柄轴20的金属的体积，由此使得曲柄轴20更可铸造。由于中空销芯部32从曲柄轴线22横向偏移，因此配重30的质量也可以减小相对应的量，由此进一步减小曲柄轴20的总体重量。
参照图2至4，中空销芯部32包括第一销芯部区段48、第二销芯部区段50和增大的中心区段52。第一销芯部区段48基本上延伸通过所述第一曲柄臂25。所述第二销芯部区段50基本上延伸通过所述第二曲柄臂26。所述增大的中心区段52基本上延伸通过销支承轴颈28。所述增大的中心区段52设置在所述第一销芯部区段48和第二销芯部区段50之间，在销支承轴颈28的大致中间区段处。如图3中所示，第一销芯部区段48限定了基本上垂直于曲柄轴线22的第一横截面。第二销芯部区段50限定了基本上垂直于曲柄轴线22的第二横截面。优选地是，第一销芯部区段48和第二销芯部区段50的第一横截面和第二横截面各自限定了分别具有第一横截面面积和第二横截面面积的基本上椭圆的形状。图3示出了具有第一横截面面积54的第一销芯部区段48的第一横截面。优选地是，第二销芯部区段50的第二横截面基本上与图3中所示的第一销芯部区段48的第一横截面相同。但是，第二销芯部区段50的第二横截面和第二横截面面积可以与图3中所示的第一销芯部区段48的不同。增大的中心区段52限定了垂直于曲柄轴线22的第三横截面，该第三横截面限定了第三横截面面积56。第三横截面面积56大于第一横截面面积54和第二横截面面积(未具体示出，但是优选地等于第一横截面面积54)。增大的中心区段52的第三横截面形状可以大略地描述为蛋形，即，相对于第一销芯部区段48和第二销芯部区段50，具有径向朝曲柄轴线22延伸的突起或者长形部分的部分椭圆形状。中空销芯部32的增大的中心区段52使得全部中空销芯部32的径向内表面60和销支承轴颈28的支承表面62之间的销支承轴颈28的横截面厚度58最小或减小。减小销支承轴颈28在这个区域中的横截面厚度58减小了在这个区域中用于形成曲柄轴20的金属合金的量，这改善了曲柄轴20的可铸造性，如将在下面更加详细描述的。
参照图2和图5，配重30可以包括设置在中空配重芯部44之内的***件64。应该理解的是***件64并因此中空配重芯部44是可选的，并且并非对所有应用都需要。***件64相对于曲柄轴线22邻近配重30的径向外表面66设置。优选地是，***件64由例如重金属等材料形成，具有比用于形成曲柄轴20的金属合金更大的密度。
如上所述，并且如图2和图5中最佳示出的，配重30可以形成为包括隔离窗口46，该隔离窗口46沿着曲柄轴线22轴向延伸，至少部分通过配重30的连接板部分68。优选地是，相对于曲柄轴线22，隔离窗口46径向设置在中空配重芯部44(如果曲柄轴20配备有***件64的话)和中空主芯部38之间。隔离窗口46可以完全延伸过配重30的连接板部分68，如图中所示出的。可替代的是，隔离窗口46可以仅部分延伸到配重30的连接板部分68中，由此形成盲孔或凹陷。
参照图2，并如上面提到的，曲柄凸鼻40限定了中空凸鼻芯部42。中空凸鼻芯部42与曲柄轴线22同中心并沿着曲柄轴线22延伸。缓冲螺栓70设置在中空凸鼻芯部42中，并且设置成与曲柄轴20螺纹接合72，以将缓冲螺栓70固定到曲柄轴20，如本领域中已知的。如果曲柄轴20被设计成用于干式油底壳发动机，如图所示，则缓冲螺栓70的螺纹可以利用螺距密封，并且中空凸鼻芯部42和中空主芯部38可以连接以减小形成曲柄轴20所需要的铸造型芯74的数量。但是，如果曲柄轴20被设计用于湿式油底壳发动机，那么中空凸鼻芯部42和中空主芯部38应该通过实心壁分开。
优选地是，曲柄轴20通过铸造工艺形成，该铸造工艺诸如但不限于湿砂模铸造或壳型铸造，如通常所理解的。如上面指出的，曲柄轴20由高收缩金属合金铸造。高收缩金属合金被限定为在铸造工艺的冷却阶段期间具有等于或大于1％的收缩率的金属合金。例如，高收缩金属合金可以包括但不限于高收缩钢合金，如但不限于AISI系列标号1300、4100、8011或8600的合金钢。由于高收缩金属合金在铸造工艺的冷却阶段期间收缩，因此金属合金可能在曲柄轴20内形成缩孔。已经发现减少曲柄轴20的关键区域或部位中的高收缩金属合金的质量或体积改善高收缩金属合金的可铸造性，并使得高收缩金属合金能够用于铸造曲柄轴20。为此原因，中空销芯部32形成有增大的中心区段52，且配重30形成有隔离窗口46。增大的中心区段52和隔离窗口46减小了这些相应区域中的金属合金的体积，这通过改善在这些区域中高收缩金属合金的可铸造性，使得金属合金能够被使用，在由金属合金铸造时提供更强劲和更耐久的曲柄轴20。
曲柄轴20的制造或铸造包括形成模具的第一半部和第二半部，该第一和第二半部在它们之间限定了型腔。该型腔形成曲柄轴20的外部形状。第一半部可以称为上模或上半部，而第二半部可以称为下模(drag)或下半部。如通常所理解的，模具的第一半部和第二半部可以通过如下形成，即：将限定曲柄轴20的期望最终外部形状的半部的模板压入到一定形式的湿砂或一些其他适当介质的砂型中，由此在其中留下曲柄轴20的那半部的反压印(negativeimprint)。在将第一半部和第二半部结合到一起以形成模具时，其中的反压印联合以完成型腔，并限定了曲柄轴20的外部形状。曲柄轴20的外部形状包括但不限于销支承轴颈28、第一曲柄臂25、第二曲柄臂26、主支承轴颈24、配重30和曲柄凸鼻40。
参照图6，铸造型芯74被形成为限定曲柄轴20的包括中空销芯部32、中空主芯部38、中空配重芯部44、隔离窗口46和中空凸鼻芯部42的部分。铸造型芯74可以是单个型芯或者可包括多于一个型芯。铸造型芯74可以形成为包括销芯部形成区段76、主芯部形成区段78、凸鼻芯部形成区段80、配重芯部形成区段84和窗口形成区段82。应该理解的是铸造型芯74形成曲柄轴20的中空区段的形状。于是，铸造型芯74的不同区段的形状与曲柄轴20的相应中空区段相同。例如，销芯部形成区段76的外部形状与中空销芯部32的内部形状相同。因此，应该理解的是铸造型芯74的各形成区段被成形为限定曲柄轴20的期望中空区段。销芯部形成区段76被成形为形成中空销芯部32，使得中空销芯部32包括延伸通过第一曲柄臂25的第一销芯部区段48、延伸通过第二曲柄臂26的第二销芯部区段50、以及设置在第一销芯部区段48和第二销芯部区段50之间并延伸通过所述销支承轴颈28的增大的中心区段52。所述主芯部形成区段78被成形为形成延伸通过第二曲柄臂26并进入主支承轴颈24的中空主芯部38。窗口形成区段82被成形为形成部分进入或通过配重30的隔离窗口46。配重30形成区段被成形为形成沿着曲柄轴线22延伸通过配重30的中空配重芯部44。凸鼻芯部形成区段80成形为在曲柄轴20的曲柄凸鼻40内形成中空凸鼻芯部42。一旦铸造型芯74被适当形成，铸造型芯74被定位在模具的第一半部和第二半部之间的型腔内。
一旦铸造型芯74定位在型腔内，并且模具的第一半部相对于模具的第二半部固定，熔化的金属合金被引入到型腔中，以形成曲柄轴20。如上所述，金属合金是高收缩金属合金，并且优选地是高收缩钢合金。熔化的金属合金流入到型腔内且围绕铸造型芯74流动，以同时形成曲柄轴20的每个中空区段。在熔化的金属合金被引入，例如被倒入型腔内之后，熔化的金属合金被允许冷却并固化。一旦固化，模具的第一半部和第二半部可被分离，由此露出铸造的曲柄轴20和铸造型芯74。铸造型芯74可然后通过破碎、碎片化和/或冲走形成铸造型芯74的材料而从曲柄轴20去除，由此留下曲柄轴20，该曲柄轴20具有其中形成的中空区段。
如果曲柄轴20被配备有***件64，那么在铸造型芯74被去除之后，***件64可以定位在中空配重芯部44内。
详细的描述和附图或图示是支持和描述本发明，但是本发明的范围仅由权利要求书限定。虽然已经详细描述了用于实施所要求保护的教导的一些最佳模式和其他实施方式，但是仍存在各种替代设计和实施方式，以用于实践所附权利要求中限定的本发明。

Claims (10)

1.一种制造曲柄轴的方法，该方法包括：
将铸造型芯定位在具有形成所述曲柄轴的外部形状的第一半部和第二半部的模具的型腔内，其中所述曲柄轴的外部形状包括销支承轴颈、主支承轴颈、支撑销支承轴颈的第一曲柄臂和第二曲柄臂、以及从所述第二曲柄臂相对于曲柄轴线径向向外延伸的配重；
通过将熔化金属合金引入到型腔以形成曲柄轴从而铸造曲柄轴，其中，所述熔化金属合金流入到型腔内并且围绕所述铸造型芯，以形成延伸通过第一曲柄臂、销支承轴颈和第二曲柄臂的中空销芯部、延伸通过第二曲柄臂并进入主支承轴颈的中空主芯部以及至少部分延伸通过所述配重的隔离窗口，其中所述隔离窗口沿径向设置在所述配重的径向外边缘和所述第二曲柄臂之间；
其中，所述中空销芯部被成形为包括延伸通过第一曲柄臂的第一销芯部区段、延伸通过第二曲柄臂的第二销芯部区段、以及在第一销芯部区段和第二销芯部区段之间延伸通过销支承轴颈的增大的中心区段，且所述增大的中心区段尺寸设置为分别大于所述第一销芯部区段和第二销芯部区段的，以使得中空销芯部的径向内表面和销支承轴颈的支承表面之间的金属合金的横截面厚度最小，而不与主支承轴颈干涉；
冷却所述型腔内所述铸造型芯周围的熔化金属合金，以固化形成所述曲柄轴的金属合金；以及
从所述铸造的曲柄轴去除铸造型芯；
其中，所述金属合金是高收缩合金，其具有在熔化金属合金的冷却过程中等于或大于1％的收缩率。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述高收缩合金是钢合金。
3.如权利要求1所述的方法，还包括在将铸造型芯定位在模具的型腔内之前形成铸造型芯。
4.如权利要求3所述的方法，其中，所述形成铸造型芯被进一步限定为形成包括销芯部形成区段的铸造型芯，其中所述销芯部形成区段被成形为形成中空销芯部，使得中空销芯部包括沿着所述曲柄轴线基本上延伸通过所述第一曲柄臂的第一销芯部区段、沿着所述曲柄轴线基本上延伸通过所述第二曲柄臂的第二销芯部区段、以及在所述第一销芯部区段和所述第二销芯部区段之间设置的增大的中心区段，其中所述第一销芯部区段限定了垂直于曲柄轴线的第一横截面，所述第一横截面包括第一横截面面积，所述第二销芯部区段限定了垂直于曲柄轴线的第二横截面，所述第二横截面包括第二横截面面积，其中所述增大的中心区段限定了垂直于曲柄轴线的第三横截面，所述第三横截面包括第三横截面面积，并且其中所述第一销芯部区段的第一横截面面积和所述第二销芯部区段的第二横截面面积各自小于所述增大的中心区段的第三横截面面积。
5.如权利要求4所述的方法，其中，所述增大的中心区段包括朝向所述曲柄轴线径向向内延伸的突起，以使得所述中空销芯部的径向内表面和所述销支承轴颈的支承表面之间的钢合金的横截面厚度最小。
6.如权利要求4所述的方法，其中，所述形成铸造型芯被进一步限定为形成包括窗口形成区段的铸造型芯，其中所述窗口形成区段被成形为在所述配重中形成所述隔离窗口。
7.如权利要求6所述的方法，其中所述形成铸造型芯被进一步限定为形成包括配重芯部形成区段的铸造型芯，其中所述配重芯部形成区段被成形为形成沿着所述曲柄轴线延伸通过所述配重的配重芯部。
8.如权利要求6所述的方法，还包括将***件定位在所述配重芯部之内，其中所述***件包括具有大于所述金属合金的密度的金属。
9.如权利要求4所述的方法，其中，所述第一销芯部区段的第一横截面和所述第二销芯部区段的第二横截面各自限定了椭圆形状。
10.如权利要求3所述的方法，其中，所述形成铸造型芯被进一步限定为形成包括凸鼻芯部形成区段的铸造型芯，其中所述凸鼻芯部形成区段被成形为在所述曲柄轴的曲柄凸鼻中形成凸鼻芯部，使得所述凸鼻芯部沿着所述曲柄轴线延伸通过所述曲柄凸鼻，并且被连接到所述中空主芯部。
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