具有高磨损寿命的铰接接头的制作方法

本公开涉及一种接头，更具体地涉及一种具有高磨损寿命的铰接接头，该铰接接头至少部分为增材制造的。

背景技术：

铰接连接件或接头被应用于各种产业及与这些产业相关的装置中。产业的一个例子是汽车产业，相关装置的一个例子是涡轮增压器的废气门连接件。许多的这种连接件可以包括附接在铰接连接件处的两个连杆，该铰接连接件会由于连杆之间的摩擦接触而磨损。此外，这种连接件可见于高温环境中，该高温环境会进一步缩短连接件的使用寿命。遗憾的是，为了延长磨损寿命，替代方法是增大这种连接件的质量和/或尺寸，该方法不合需要地导致重量增加，和/或整个连接件换成使用专用的耐磨合金，这导致成本增加。

因此，期望提供一种具有延长的寿命同时将增加的重量和/或成本保持在最低水平的铰接接头。

技术实现要素：

在一个示例性实施方案中，铰接接头包括第一连杆和销。第一连杆具有限定开口的表面。销沿枢轴线而延伸，并且至少部分地被设置在所述开口中。销包括由第一材料制成的芯部件、和外部件，该外部件至少部分地周向地围绕芯部件并且由耐磨材料制成。外部件包括在径向方向上延伸的渐变子表面深度(gradatedsub-surfacedepth)。

除了本文中所描述的一个或多个特征之外，销是圆柱形并且芯部件是非圆柱形。

除了本文中所描述的一个或多个特征之外，将外部件增材制造于芯部件上。

除了本文中所描述的一个或多个特征之外，芯部件是铸造而成。

除了本文中所描述的一个或多个特征之外，销是圆柱形并且芯部件是非圆柱形。

除了本文中所描述的一个或多个特征之外，第一材料是基底金属并且耐磨材料包括耐磨合金。

除了本文中所描述的一个或多个特征之外，耐磨合金包含钴和镍中的至少一种。

除了本文中所描述的一个或多个特征之外，第一材料是基底金属并且耐磨材料包括陶瓷。

除了本文中所描述的一个或多个特征之外，销是废气门曲柄的一部分并且连杆是汽车涡轮增压器的废气门杆。

除了本文中所描述的一个或多个特征之外，外组件包括多个层，其中内层具有的所述第一材料的浓度大于所述多个层的外层的所述第一材料的浓度。

除了本文中所描述的一个或多个特征之外，所述外层包含的所述耐磨材料的浓度大于所述内层的所述耐磨材料的浓度。

除了本文中所描述的一个或多个特征之外，内层直接地附接到芯部件。

除了本文中所描述的一个或多个特征之外，第一材料是基底金属并且耐磨材料的浓度是用耐磨材料与基底金属的比率来表示，并且耐磨材料是合金。

除了本文中所描述的一个或多个特征之外，合金包含钴和镍中的至少一种。

除了本文中所描述的一个或多个特征之外，第一材料是基底金属并且耐磨材料包括陶瓷。

除了本文中所描述的一个或多个特征之外，芯部件还包括周向连续的面，该面限定在径向向外方向上开设的填充区，并且填充区填充有耐磨材料。

除了本文中所描述的一个或多个特征之外，利用增材制造工艺施加耐磨材料。

除了本文中所描述的一个或多个特征之外，销是圆柱形并且磨损区域是周向不连续的。

在另一个示例性实施方案中，制造铰接接头的工艺包括确定铰接接头的销的磨损区域。然后形成销的芯部件，该销的芯部件包括与磨损区域相联的填充区。然后，利用增材制造工艺用耐磨材料填充填充区。

基于以下的详细描述并结合附图，将容易地理解本公开的以上特征和优点及其它特征和优点。

附图说明

仅通过举例，在以下的详细描述中提供了其它的特征、优点和细节，该详细描述参考了附图，在附图中：

图1是作为一个非限制性的示例性实施方案且使用于涡轮增压器应用中的铰接接头的透视图；

图2是铰接接头的放大截面；

图3是铰接接头的未组装的截面；

图4是铰接接头的销的截面；

图5是用于至少部分地制造铰接接头的增材制造机的示意图；

图6是销的第二实施方案的截面。

具体实施方式

以下的描述在本质上仅仅是示例性的而并非意图限制本公开、其应用或使用。应当理解的是，在所有附图中相应的附图标记表示类似或相应的部件和特征。

根据一个示例性实施方案，图1示出了铰接接头或连杆20。在一个实施方案中，铰接接头20可应用于汽车内燃机(未图示)的涡轮增压器22或其一部分。涡轮增压器22适合于安装在新鲜空气进气歧管(未图示)与排气歧管24之间。涡轮增压器22包括废气门组件26、及与排气歧管24流体连通的排气旁通通道或管道28。可以想到和理解的是，铰接接头20可应用于涉及接头磨损的任何类型的机械应用。

在涡轮增压器22的运行中，涡轮增压器22的涡轮(未图示)被从排气歧管24中流出的排气所驱动。涡轮驱动位于进气歧管(未图示)中或上游位置的压缩机。该压缩机将进入的新鲜空气加压，以便与燃料混合然后在内燃机内燃烧。废气门组件26通常位于排气旁通管道28中，该排气旁通管道28与排气歧管24流体连通并且位于排气歧管24的下游位置。废气门组件26构造成当废气门组件26处于打开位置时使绕过涡轮的排气流动。

参照图1和图2，废气门组件26可包括致动装置30、铰接接头20、及位于排气旁通管道28中的阀34(例如闸阀或瓣阀，参见图2)。铰接接头20位于致动装置30和瓣阀34之间，并且可操作地连接致动装置30与瓣阀34，用以使阀34在开启位置和闭合位置之间移动。在各种实施方案中，致动装置30可利用油压、空气-真空、电螺线管、或其它方式中的一个或多个方式而运行。

铰接接头20可包括两个连杆36、38、销40、和紧固件42(例如开口销)。在一个实例中，连杆36枢转地连接到销40以便围绕轴线43旋转，并且销40刚性地附接到连杆38。阀34可包括闸44、轴46、和衬套48。闸44适合于当处于闭合位置时阻挡排气流，并且附接到轴46。轴46经过排气管道28而伸出以便刚性附接到连杆38。轴46构造成在致动铰接接头20时围绕轴线49旋转。衬套48在此旋转中辅助轴46并提供密封以限制或防止排气的泄漏。在一个实施方案中，连杆38在可大致相互平行的轴线43与49之间径向地跨越。连杆36的中心线c可大致垂直于轴线43、49。

在一个实例中，连杆36可以是细长的杆，并且连杆38可以是杠杆。连杆36可沿中心线c并且在端部50与52(例如，相反的端部)之间延伸。端部50连接到致动装置30，并且端部52枢转地连接到销40。致动装置30适合于使连杆36沿中心线c移动。在涡轮增压器22的应用实例中，销40可以是废气门曲柄(即，包括连杆38)的一部分，并且连杆36可以是废气门杆。

参照图2和图3，连杆38包括段54、56(例如，相反的端部段)并且在这两个段之间延伸。连杆38的段54可刚性地连接到轴46的、从排气管道28中向外伸出的部分。段56刚性地附接到销40。更具体地，连杆38从轴中相对于轴线49且相对于段56径向地向外伸出。销40与轴线43为同轴，并且通常垂直于连杆38的经线(即，延长的长度)。

参照图3，当组装时，销40延伸经过在连杆36的端部52中的开口58(例如，通孔或孔)。开口58是端部52的、由其所承载的表面60所限定。在一个实施方案中，表面60可以是周向连续的并且大致是圆柱形。在另一个实施方案中，销40可附接到连杆36的端部52，并且开口58可在连杆38的段56中(未图示)。

紧固件42适合于将销40保持在连杆36的开口58中。在一个实例中，紧固件42可连接或配合到销40的、从连杆36的端部52向外伸出的部分。在一个实施方案中，紧固件42被接纳于由销40所限定的通孔61中(参见图3)。在一个实例中，销40大致是圆柱形，并且在接头20被铰接时与端部52的表面60滑动接触(即，枢转接触或旋转接触)。该滑动接触在销40和表面60之间产生摩擦，这会导致磨损。

参照图3图和图4，销40包括芯部件62、一个或多个外部件64、及与每个各自的外部件64相关联的至少一个填充区66。芯部件62包括并承载面68，该面68相对于轴线43是周向连续的，并且大致径向地面朝外。面68的一个(多个)部分限定一个(多个)填充区66，并且其它部分可以直接地与端部52的表面60相对。在一个实例中，销40可围绕轴线43同轴地定位，并且还可以是圆柱形。在此实例中，芯部件62可以不围绕轴线43同轴地定位，并且其自身不是圆柱形。

外部件64适合于并被定向成填充填充区66(参见图4)，并且通常使完成的销40与轴线43同轴，并且在一个实例中为圆柱形。芯部件62是由芯材料制成，外部件64通常是由耐磨材料制成。填充区66的位置和径向深度和因此耐磨材料的放置取决于接头20的具体磨损位置，同时保持销强度和/或基本上可归因于芯部件62的延性。在一个实例中，芯材料是增加销40的强度和/或延性的基底金属，并且耐磨材料是可包含各浓度的镍和/或钴的合金。在另一个实例中，耐磨材料可以是陶瓷，或者可以包含各浓度的陶瓷。

在一个实施方案中，填充区66和因此外部件64是周向不连续的，并且隔离成高磨损(即，销40与端部52的表面60之间的摩擦)的销区域。在此实施方案中，填充区66的深度和与此对应的外部件64的径向厚度可变化，从而在保持所需销强度的同时使销40的使用寿命最大化。

在一个实施方案中，芯部件62铸造有预定的填充区66。此外，可将芯部件62与连杆38铸造成同质的单件。在芯部件62的铸造后，可利用例如增材制造工艺填充填充区66(参见图5)。在增材制造工艺完成后，可对销40进行机械加工以增强圆柱形形状、增强其它形状，和/或提供各种特征，如通孔61。

参照图5，可由增材制造机70执行增材制造工艺，该增材制造机70包括容纳至少一种粉末(即，被图示为76、78的两种粉末)的至少一个给料斗(即，被图示为72、74的两个)、和头部装置80。该头部装置80可适合于可控制地在三维空间中移动，可控制地接收来自各自料斗72、74的粉末76、78，并且在芯部件62的填充区66处结合激光束82释放出粉末76、78。在一个实例中，粉末76可以是通常使用于耐磨部件64的耐磨材料，并且粉末78可以是使用于芯部件62的基底金属。在其它实施方案中，可将粉末76和/或粉末78混合。

可控制增材制造工艺以制造填充填充区66的渐变外部件64。更具体地，粉末76、78的共混物可以在外部件64的特定径向深度处变化。在最靠近芯部件62的面68的位置，共混物可具有高浓度的基底金属和相应低浓度的耐磨材料。随着填充位置在填充区66内部以远离芯部件62的方式而移动，耐磨材料的浓度可增加并且基底金属的浓度可降低。这样，可通过减小热膨胀系数的差异来增强耐磨材料与芯部件62的附着。

参照图6，图示说明了销的第二实施方案，其中除添加基本符号后缀外，与第一实施方案类似的元件具有类似的标示数字。销40'可包括芯部件62'和外部件64'，其中芯部件62'包括并承载大致为圆柱形的面68'，并且外部件64'可以是周向连续的并包围面68'。外部件64'可包括许多层(即，被图示为86、88、90、92的四个层)，其中层86与芯部件62'接触，层88在层86和90之间径向地跨越并与它们接触，层90在层88和92之间径向地跨越并与它们接触。层92位于相邻层90的径向外侧，并与相邻层90接触。层86、88、90、92通常可具有渐变浓度的耐磨材料，使得层86具有最低浓度的耐磨材料和最高浓度的基底金属。然后，各相邻层都可具有增加浓度的耐磨材料，其中外层92具有最高浓度。也就是说，耐磨材料的浓度是用耐磨材料含量与基底金属含量的比率来表示。

本公开的优点和益处包括：增强耐磨材料与销的芯部件的附着从而提供更坚固的铰接接头20；在使重量最小化的同时增加接头寿命；仅在深度和磨损受影响区域中的精确材料一体化；及利用增材制造工艺保持接头20的、无法用更常规方法(例如电镀)而实现的配合、形状和功能。

虽然已参考示例性实施方案描述了以上的公开内容，但本领域技术人员将理解的是，在不背离其范围的前提下可做出各种变更并且可用等同物替代其元件。另外，在不背离本公开的实质范围的前提下，可做出许多修改以使特定的情况或材料适应于本发明的教示。因此，意图是本公开并不限于所公开的具体实施方案，但将包括落在其范围内的所有实施方案。