包括進(jìn)行摩擦焊接的轂和軸或齒輪的接合部位設(shè)計(jì)的制作方法
【專利說明】包括進(jìn)行摩擦焊接的轂和軸或齒輪的接合部位設(shè)計(jì)
[0001]本發(fā)明涉及一種用于由硬質(zhì)材料制成的軸與由較軟材料構(gòu)成的轂的摩擦焊接的接合部位設(shè)計(jì)。
現(xiàn)有技術(shù)
[0002]在車輛構(gòu)造中，由軸和基本上旋轉(zhuǎn)對稱的轂部件組成的復(fù)合工件用在很多應(yīng)用中。轂的示例是傳動部件和離合部件或是仍需機(jī)械加工的盤狀坯件。
[0003]通過摩擦焊接將軸和轂部件在連接區(qū)域接合是已知的。在這種情況下，軸的端面以常規(guī)的方式接合至轂部件的端面。替代性地，軸和轂部件能夠借助于搭接摩擦焊接而接合；這涉及壓力焊接的變體，與常規(guī)的端面摩擦焊接相對比，在壓力焊接的變體中，待接合的表面布置在部件的外周。在這種情況下，例如，通過將軸和轂部件中的一者設(shè)定為處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)并且壓在靜止的另一者上進(jìn)行搭接而將軸焊接至轂部件。焊接過程起始于部件的接觸表面。在通過摩擦熱將位于接觸表面的材料塑化之后，在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動結(jié)束之后獲得永久性接合部。
[0004]在DE 199 34 855 Cl中示出的為摩擦焊接的軸/盤復(fù)合工件，該摩擦焊接的軸/盤復(fù)合工件由軸和具有通孔的盤通過搭接摩擦焊接組裝而成。在軸與盤的焊接期間，產(chǎn)生了環(huán)形連接部段，在環(huán)形連接部段之間形成有環(huán)形腔。通過接合部位相對于彼此徑向地及軸向地偏移，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)部件重量的減輕，腔可以例如用于引導(dǎo)油。
[0005]在現(xiàn)有技術(shù)狀態(tài)中，用于復(fù)合離合器的軸和轂通過所述部件之間的相互嚙合的齒接而連接以實(shí)現(xiàn)摩擦連接或形狀配合地(positive fitting)連接。離合器主要用在分動箱和自動變速器應(yīng)用中。
[0006]已知應(yīng)用具有所謂的“管對管”接合部設(shè)計(jì)。這意味著摩擦焊接發(fā)生在兩個(gè)呈管狀的端面之間。與較軟部件的管狀端面相比，較硬部件具有更大的或相等的管外徑以及更小的或相等的管內(nèi)徑。換句話說，較硬部件與較軟部件相比具有相等的或更大的端面。這確保較軟部件的端面將始終充分地接觸較硬部件的端面。較硬一側(cè)在接合位置保持呈管狀，而較軟部件在接合位置具有平坦表面。這意味著較軟部件具有更大的接合表面(“端面”)。這在包裝和成本方面具有顯著的優(yōu)點(diǎn)。較硬部件的端面以如下方式設(shè)計(jì)，即，確保能夠發(fā)生典型材料的擠出以產(chǎn)生原子鍵。
[0007]本發(fā)明的目的在于詳細(xì)說明用于離合器的軸轂復(fù)合工件的接合部位的新穎設(shè)計(jì)，通過該設(shè)計(jì)，接合部的機(jī)械強(qiáng)度性能得以增強(qiáng)。
[0008]該目的是在面對具有簡單且便宜的部件制備的挑戰(zhàn)并且以滿足最低包裝規(guī)格為目標(biāo)的情況下發(fā)現(xiàn)一種用于較硬材料(較高熔點(diǎn))與較軟材料(較低熔點(diǎn))的摩擦焊接的接合部設(shè)計(jì)。
[0009]該目的通過獨(dú)立權(quán)利要求的特征根據(jù)本發(fā)明來實(shí)現(xiàn)。有利的構(gòu)型可以從從屬權(quán)利要求中推知。
[0010]根據(jù)本發(fā)明，用于較硬材料與明顯較軟的材料的摩擦焊接的接合部設(shè)計(jì)包括較硬一側(cè)的管狀形狀和較軟一側(cè)的平坦形狀。這意味著接合部設(shè)計(jì)適于將具有較高熔融溫度的材料與具有明顯較低熔融溫度的材料焊接，其中，具有較高熔融溫度的一側(cè)呈管狀，而具有較低熔融溫度的一側(cè)呈平坦?fàn)睢?br>[0011]根據(jù)本發(fā)明，軸轂復(fù)合工件的接合部位結(jié)構(gòu)一一特別是用于通過摩擦焊接使軸與離合器的轂部件的連接區(qū)域接合的接合部位結(jié)構(gòu)一一以這種方式設(shè)計(jì)成使得轂部件的連接區(qū)域定位成與轂部件的內(nèi)周間隔限定距離，并且在摩擦焊接期間軟化的材料的擴(kuò)展部分未向上流至轂部件的邊緣。
[0012]優(yōu)點(diǎn)在于較軟部件的制造成本的降低。摩擦焊接縮短的變化顯著減少。本發(fā)明的解決方案與現(xiàn)有技術(shù)狀態(tài)下的摩擦焊接接合部相比減小了包裝空間。本發(fā)明允許對離合器應(yīng)用低重量材料來替代目前的普通設(shè)計(jì)。
[0013]為了降低車輛的重量，所有部件需要構(gòu)造得盡可能輕并且本發(fā)明的解決方案揭示了一種使用低重量材料設(shè)計(jì)離合器的方式。
[0014]由在接合部位處被壓出的材料形成的突出部或突起優(yōu)選在摩擦焊接之后進(jìn)行機(jī)加工以獲得圓形部分。
[0015]在本發(fā)明的有利構(gòu)型中，在軸與轂部件之間設(shè)置有彼此軸向偏移的多個(gè)接合部位。在這種情況下，對于摩擦焊接期間接合構(gòu)件的自動定心和相對軸向定向而言，以下是有利的:使接合構(gòu)件的接合部位相對于彼此軸向地及徑向地偏移，以此方式使得復(fù)合工件上的接合構(gòu)件的接合部位在焊接之后以相對于彼此成10°至20°、優(yōu)選為15°的角度布置。由此制成的復(fù)合工件為圓柱地對稱的。
[0016]軸至轂部件的這種端面摩擦焊接避免了在摩擦焊接之后由于轂部件的不對稱收縮而出現(xiàn)的轂部件的圓錐形變形。根據(jù)本發(fā)明的方法與接合構(gòu)件的任何圓錐形變形都毫無關(guān)聯(lián)；從而將兩個(gè)接合構(gòu)件的初始圓柱對稱性尚精度地保留在復(fù)合工件中。
[0017]軸和轂部件可以由不同的材料制成。特別地，可以使用硬化的軸，和/或可以對轂部件進(jìn)行精加工(硬化、研磨等)。
[0018]本發(fā)明的簡要描述
[0019]下面參照在示意性附圖中示出的示例性實(shí)施方式來描述本發(fā)明。附圖、說明書以及權(quán)利要求書包括大量組合特征。本領(lǐng)域技術(shù)人員還將得當(dāng)?shù)貑蝹€(gè)地考慮這些特征并且由此形成適當(dāng)?shù)钠渌M合。
[0020]圖1示出軸轂復(fù)合工件。
[0021]圖2a、圖2b、圖2c和圖2d示出接合部位的結(jié)構(gòu)。
[0022]根據(jù)圖1，軸2、例如離合器的輸入軸接合至離合器的具有連接區(qū)域4的轂部件I。
[0023]連接區(qū)域4形成在轂的徑向肩部8的表面處，其中，徑向肩部8形成使轂與肩部之間具有90°角的緣邊。徑向肩部必需具有允許軸的端面5接觸至平坦區(qū)域的尺寸。
[0024]在軸處，接合區(qū)域3最終與連接區(qū)域4接觸。軸2的端面5在圖2a、圖2b、圖2c和圖2d中詳細(xì)地示出。如圖2a示出的端面是平坦的端面。端面相對于轂I和內(nèi)開口外周6的位置在該圖中示出。軸端面5布置成與內(nèi)周6相距距離dl。
[0025]軸材料將可以是鋼并且轂可以由鋁或其他低重量金屬或合金制成。
[0026]由于摩擦焊接，已加熱的軟材料從接合區(qū)域3逸出并形成圍繞軸的端面5的材料的突出部7。接合區(qū)域以避免熔融材料流至轂的邊緣的方式進(jìn)行分配。內(nèi)周6與熔融材料的末端位置之間的距離d2至少為Imm以維持轂I的尺寸和結(jié)構(gòu)。因此，接合區(qū)域3分配成使得實(shí)現(xiàn)dl>d2，其中，d2大約在Imm至5mm之間。
[0027]在摩擦焊接之后獲得接合部位的材料的突出部或突起7，該突出部或突起7能夠例如在摩擦焊接之后進(jìn)行機(jī)械加工以獲得圓形部分7。
[0028]可以對軸的端面5或焊接工藝和接合部進(jìn)行優(yōu)化。圖2中示出了替代性解決方案。圖2a示出了與轂的平坦區(qū)域4平行且與軸的長軸線垂直的平面端面。圖2b和圖2d示出了產(chǎn)生不對稱接合部的傾斜面5。圖2c的解決方案示出軸2的彎曲的或凸形的端面。
[0029]為了生產(chǎn)用于具有轂部件的連接區(qū)域4的離合器的軸2的復(fù)合工件，首先，生產(chǎn)包括轂部件和連接區(qū)域的單件式轂單元。然后，通過摩擦焊接來連接轂和軸。
[0030]圖3示出本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式。軸2——較硬部件——為離合器的軸。轂I一一較軟部件一一為離合器的轂。連接區(qū)域4形成為管狀端部配合部，該管狀端部配合部形成在轂I的徑向肩部8上。該管狀端部配合部具有與轂I和軸2的軸線垂直的端面。較硬部件一一軸2—一的連接區(qū)域3布置在碟形端部件處并且形成在碟形端部件的邊界區(qū)域處。連接區(qū)域?yàn)槠教範(fàn)钜灰淮怪庇谳S2的軸線。
[0031]圖4示出轂I與軸2之間的連接的放大圖，其中具有通過摩擦焊接而形成的移位的材料7 突起。
[0032]圖5示出本發(fā)明的具有兩個(gè)摩擦焊接接合部的實(shí)施方式。較軟部件——轂I——與較硬部件一一軸2—一相連接。該接合位置呈管狀一一軸2具有與轂I的徑向肩部連接的碟形端部件。
[0033]第二轂或外殼Ia—一軟部件或硬部件一一在具有平坦形狀的另一個(gè)接合位置10中與轂I連接，該另一個(gè)接合位置10與在軸2與轂I之間的內(nèi)部接合位置9同心。圖6為軸2與轂I之間或轂I與轂Ia之間的兩個(gè)接合位置9、10的放大圖。如所示出的，管狀側(cè)的端面設(shè)計(jì)可以不同于平坦設(shè)計(jì)。
[0034]圖7示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式一一轂I與齒輪2之間的連接。管狀側(cè)的端面設(shè)計(jì)3可以不同于轂的平坦設(shè)計(jì)4。
[0035]附圖標(biāo)記
[0036]I 轂
[0037]2軸或齒輪
[0038]3管狀的接合區(qū)域
[0039]4平坦?fàn)畹慕雍蠀^(qū)域
[0040]5軸的端面
[0041]6 內(nèi)周
[0042]7 突起
[0043]8徑向肩部
[0044]dl、d2 距離
[0045]Ia轂或外殼
[0046]9接合位置
[0047]10接合位置。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于由硬質(zhì)材料制成的軸(2)或齒輪與由較軟材料構(gòu)成的轂(I)的摩擦焊接的接合部位設(shè)計(jì)，其特征在于，所述軸(2)或所述齒輪呈管狀并且具有接合至所述轂(I)的端面(5)，所述轂(I)具有連接區(qū)域(4)，所述連接區(qū)域(4)具有由所述轂(I)的徑向肩部(8)形成的平坦形狀。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于摩擦焊接的接合部位設(shè)計(jì)，其特征在于，轂部件的連接區(qū)域⑷與所述轂部件的內(nèi)周(6)相距限定距離(dl)設(shè)置。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于摩擦焊接的接合部位設(shè)計(jì)，其特征在于，所述距離(dl)大于由熔融材料形成的突起(7)的厚度。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于摩擦焊接的接合部位設(shè)計(jì)，其特征在于，在由熔融材料形成的突起(7)與所述轂的所述內(nèi)周(6)之間余留一距離(d2)。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于摩擦焊接的接合部位設(shè)計(jì)，其特征在于，所述距離(dl)大于余留的所述距離(d2)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于摩擦焊接的接合部位設(shè)計(jì)，其特征在于，所述軸(2)的所述端面(5)呈平面并且與所述軸的長軸線垂直。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于摩擦焊接的接合部位設(shè)計(jì)，其特征在于，所述軸(2)的所述端面(5)呈相對于所述軸的長軸線的斜平面。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于摩擦焊接的接合部位設(shè)計(jì)，其特征在于，所述軸(2)的所述端面(5)呈圓錐形。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于摩擦焊接的接合部位設(shè)計(jì)，其特征在于，所述復(fù)合工件上的所述接合構(gòu)件的接合部位在焊接之后相對于彼此成10°至20°、優(yōu)選為15°的角度布置。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于摩擦焊接的接合部位設(shè)計(jì)，其特征在于，所述轂和所述軸是離合器的部件。11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的用于摩擦焊接的接合部位設(shè)計(jì)，其特征在于，接合部位被優(yōu)化為用于分動箱和自動變速器。12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的用于摩擦焊接的接合部位設(shè)計(jì)，其特征在于，所述轂(I)具有呈平坦形狀的連接區(qū)域(4)，所述連接區(qū)域(4)形成為形成在所述轂(I)的所述徑向肩部(8)中的管狀端部配合部。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種具有軸(2)和轂(1)的接合部位設(shè)計(jì)，其用于由硬質(zhì)材料制成的軸(2)與由較軟材料構(gòu)成的轂(1)的摩擦焊接，其中，軸(2)呈管狀并且具有與轂接合的端面(5)，該轂具有連接區(qū)域(4)，該連接區(qū)域(4)具有由轂(1)的徑向肩部(8)形成的平坦形狀。
【IPC分類】B23K20/12, F16D1/068, B23K33/00
【公開號】CN104936739
【申請?zhí)枴緾N201480005409
【發(fā)明人】亞歷山大·迪特里克, 史蒂夫·基頓, 海因茨·卡爾·克蘭普夫爾, 阿倫·菲利普斯
【申請人】麥格納動力系有限兩合公司
【公開日】2015年9月23日
【申請日】2014年1月16日
【公告號】CA2898794A1, DE112014000490T5, US20140205369, WO2014111459A1