复合制品和用于生产复合制品的方法与流程

文档序号:15079121发布日期:2018-08-03 11:19阅读:154来源:国知局

焊接钢和铸铁的方法在技术上是困难的,并且因此很少使用。

主要问题起因于铸铁固有的脆性以及必要的热焊接循环在铸铁的金相结构上产生的影响。

例如由文件DE102009055876所证明的,可以利用激光焊接提供局部化的热传递。然而,在该文件中讨论的解决方案证明是差强人意的,主要是由于需要加热两个待接合的金属表面,而且由于两个部分熔融的工件的表面之间的相对运动,这可能在最终产品中引起不正确的结合以及在铸铁部件上过量的热输入。

本发明涉及前述内容,打算提供能够确保铸铁制和钢制部件之间的可靠联合的复合制品和方法,该复合制品和方法被设计成使得显著地限制铸铁的局部加热。

该目的借助于根据权利要求16所述的复合制品并借助于根据权利要求1所述的方法实现。从属于这些的权利要求示出了优选的实施方式。

现在将将借助于随附的附图详细描述本发明的目标,在附图中:

-图1是根据本发明的、根据可能的实施方式的以分离部分示出第一部件和第二部件的立体图;

-图2是在方法的步骤i)结束时部件的立体图;

-图3和图3A是图2的部件在步骤ii)之后的立体图,其中图3A对应于图3中的强调区域的放大图;

-图4和图5例示了能够在本发明的根据可能的变体的方法中使用的仪器;

-图6示出了根据可能的变体的待焊接的部件的旋转支撑系统;

-图7和图8分别示出了焊接点的可能的设置位置的图示,特别地在图14中涉及更靠左的焊接点和在图13中涉及单个焊接点;

-图9、图10、图11和图12是根据不同实施方式的在步骤iv)结束时分别具有三个、十八个、三十六个和七十二个焊接区(其中仅三十六个从平面图可见,其他三十六个布置在隐藏于视图的另一侧)的经焊接的部件的前视图,其中图12是来自相对于其他附图的(内部)视图的相反(或外部)侧的平面图;

-图13和图14示出了在联合点的高度处穿过复合制品的截面,其中这样的变体在在仅一侧或在两个相反侧上对点的执行不同;

-图15和图16例示了激光光束的可能的入射角,以及该光束相对于铸铁部件的偏斜(misalignment,中心线未对准、线向不准);

-图17和图18分别是根据不同的实施方式的处于分离部分的第一部件和第二部件的立体图以及穿过这些经耦接的部件的截面的立体图,其中耦接通过力发生,特别是在缺少齿的情况下发生;

-图19和图20是与图13和图14的视图对应的但是与图17的部件有关的视图。

以上目标通过用于生产至少部分地由金属制成的复合制品1的方法实现,包括以下步骤:

i)以过盈配合耦接至少部分地由铸铁制成的第一部件2和至少部分地由钢制成的第二部件4;

ii)在上述的第一部件2与第二部件4之间的一个或多个分隔区8处布置由填充(filler,焊补)材料M制成的一根或多根线材(wire,焊线)6;

iii)在惰性环境中,将激光光束L主要或仅仅引导到第二部件4的钢上和填充材料M上,以至少利用熔化的所述钢和填充材料并且可选地利用第一部件2的熔化的铸铁的有利地小的一部分占据分隔区8的至少一部分;

iv)通过冷却焊接区16、18中至少熔化的钢和填充材料M(并且也可选地冷却可能熔融的第一部件2的铸铁的一部分)来进行凝固,以接合第一部件2和第二部件4,并且因此获得制品1。

根据特别有利的实施方式,该方法特别适合于生产用于盘式制动器的盘。

于是,如随附的附图中所示的,第一部件2包括用于盘式制动器的制动带22或者由该制动带构成,和/或第二部件4包括用于盘式制动器的毂部或中央钟状物或者由该毂部或中央钟状物构成。

然而,所示的变体不能被认为限制本发明的范围。

根据一实施方式,填充材料M包括钢可选地为奥氏体钢、镍、镍合金或其混合物或者由钢可选地为奥氏体钢、镍、镍合金或其混合物构成。

在其中焊接区16、18的最小数量为三个(参见例如图9)、以一距离定位并且优选地等距的变体被认为特别是在与生产成本以及结构和强度益处有关的方面是有利的。

然而,另外的变体可以提供沿分隔区8的闭环线材6的应用,以便获得至少一个环焊接区域16、18,并且以这种方式获得最大强度。可选地,这样的闭环应用可以在对应于下文所述的分隔区24和外部分隔区26两者中执行。

图4和图5仅以示例的方式示出了用于实施以上方法的可能的仪器。设置模块28通过光纤32连接至激光光束的光源30。例如,如在这些附图中例示的,设置模块28可以借助于机器人装置34等调节。

激光光束L的光源30因此优选为光纤。

根据可能的变体,激光光束L具有基本圆形的截面,具有在约0.5-1.5mm之间的直径,可选地在1.0-1.4mm之间,例如约1.2毫米。

对应于在待焊接的两个部件之间的分隔区,在那里会聚激光光束L、通过馈送装置36馈送的由填充材料M制成的线材6以及惰性气体的分配器38,惰性气体创建了对应于熔融的材料的保护环境。

例如,惰性环境可以通过惰性气体例如氩气的流创建。

根据一变体(参见例如图16),在步骤iii)期间,将激光光束L相对于第一部件2移动或偏斜约0.1-0.6毫米的区段,以便限制从所述光束L传递至由铸铁制成的第一部件2的热的量。

换句话说,根据特别有利的变体,将激光光束L朝向由钢制成的第二部件4定向或移动,以便不对称地传递热,使得在步骤iii)期间,存在相对于第一部件2的铸铁的熔化,第二部件4的钢和填充材料M的熔化在量上更大。

根据另外的变体(图15),激光光束L以相对于基本正交于第二部件4和/或填充材料M的表面20的轴线R呈一倾斜角A的方式照在表面20上,该倾斜角在0°到15°的范围内。

可选地,激光光束L可以相对于基本正交于第一部件2的表面20的轴线R呈一倾斜角A的方式照在该表面上,该倾斜角在0°到15°的范围内。

优选地,即使在存在倾斜角A的情况下,这些变体仍然可以提供如上所述的位移或偏斜D。根据另外的实施方式,在存在位移/偏斜D的情况下,倾斜角A的范围可以大于早前所述的范围,该角特别地能够在0°至45°之间或在0°至30°之间。

例如,表面20可以至少部分地由与第一部件2的带部22基本平行的表面界定。

关于焊接区16、18在第二部件4中的最大深度,该深度可以等于或小于切割区中这个部件的平均延展(develop,发展、展开)或厚度的25%。

根据有利的变体,在步骤i)之后,围绕旋转轴P可旋转地支撑第一部件2和第二部件4(优选地以机动的方式),使得激光光束L沿弯曲的或圆弧形的轨迹冲击由填充材料M制成的至少一根线材6。

在这点上,参考例如图6的变体,其中,部件2、4彼此机械地耦接并且由旋转的支撑构件40可旋转地支撑,对此,为了更清楚,可选的机动件已经省略。

根据本发明的有利的实施方式,至少在步骤iii)期间,分隔区8的至少一部分竖向地面向上或向上定向,使得熔化的钢和填充材料M可以通过重力渗入到分隔区8中。

根据一有利的变体,步骤i)包括下述步骤:共渗入第一部件2和第二部件4,以创建内部分隔区24和外部分隔区26,该内部分隔区和外部分隔区中的一个或两个至少经受步骤ii)。

换句话说,部件2、4的部分共渗入实现了内部分隔区24和外部分隔区26,该内部分隔区和外部分隔区穿过以上部件中的一个或两个的厚度连通。

优选地,在步骤iv)之后,内部分隔区24包括一个或多个对接焊接区16。

更优选地,在步骤iv)之后,外部分隔区26包括一个或多个填角焊接或角焊缝区18。

有利地,第一部件2或第二部件界定了内部隔室10,另一部件(第二部件4或第一部件)至少部分地被接收在该内部隔室内。

根据该变体,部件的外部边缘12以与接收部件的内边缘14互补的方式被成形。

参考例如图1,这些边缘12、14至少部分地是锯齿形的或波状的。

参考图17,上述边缘12、14可以是基本平滑的(或没有齿的),然而可以通过形状和/或力来耦接。

根据特别地优选的实施方式,步骤iii)包括下述步骤:至少从第二部件4的钢的碳并且可选地从第一部件2的铸铁沉淀石墨。应阐明的是,对于相等的碳摩尔量,石墨体积大于钢中的碳的体积,由于这一点,通过增加由此而来的沉淀物的体积,石墨限制或至少部分地补偿在步骤iv)期间焊接区16、18中的热收缩。

于是,根据该变体,由于石墨体积增加的这一机制生成了较低的内部应力。

上述目标也借助于如下所述的复合制品例如用于盘-制动盘来实现。

根据可能的实施方式,这样的盘-制动盘可以是通风型,如例如图2中例示的,或者不通风型。

由于该制品优选地通过之前描述的方法获得,因此即使不明确地声明,这样的制品的优选的或附加的变体也可以包括甚至仅从上文说明的生产步骤的观点中隐含地可推断的任意特征。

该复合制品1至少部分地由金属制成并且包括:

-至少部分地由铸铁制成的第一部件2以及至少部分地由钢制成的第二部件4,该第一部件和第二部件以过盈配合耦接;

-由填充材料M制成的一根或多根线材6,该一根或多根线材布置在这样的第一部件2和第二部件4之间的一个或多个分隔区8处;

其中,分隔区8的至少一部分至少由由在焊接区16、18中凝固的第二部件4的钢和填充材料M(并且还可选地由第一部件2的铸铁的有利地小的一部分)占据,以接合所述第一部件2和第二部件4。

根据一变体,焊接区16、18具有在2-17毫米范围内的线性长度。

根据另外的变体,第一部件2和第二部件4是力和/或形状耦接的。

根据又一变体,焊接区16、18最小数量为三个,并且可选地最大数量为七十二个。可选地,可以设置单个闭环焊接区16、18或一对相对的该类型的焊接区。

例如,至少一个焊接区16、18的底部表面可以具有V形截面,优选地由于先前所述的偏斜/位移而不对称。

创新地,本发明的复合制品和方法允许出色地解决现有技术的缺点。

更确切地说,激光光束的方向和线材填充材料的仔细选择不会使焊缝变脆,因为在本方法期间不会形成对机械强度有害的显微构成,或形成至比气焊小的程度。

有利地,本发明的方法和复合制品与传统的机械固定系统相比允许减轻重量。

有利地,由于相对于正常设置的那些,特定处理不需要补充设备或附加设备的事实,本发明的方法和复合制品允许实现制造的可观经济。

有利地,本发明的方法和复合制品基本完全地使用了旨在与部件联合的材料而没有浪费。

有利地,本发明的方法和复合制品允许减少(contain,牵制)实现待形成的产品的时间。

实际上,上述工序在生产线中几乎完全是自动化的。

有利地,填充材料的使用限制了在联合区中缺陷的出现,降低了脆化部分的可能性并且给予了连结处改善的耐腐蚀性和较好的机械性能。

有利地,一些变体由于第二部件的构造和制造的复杂性较小而允许成本的显著降低。

有利地,尽管降低了延伸度,但是在包括仅三个焊接区的制品上执行的所有测试已经给出了与根据已知的技术的至少一产品对应的结果。

更确切地说,对于用于制动盘的盘,其允许建立在焊接方法之后没有制动盘的临界变形,并且在盘的横截面中排除了缺陷的存在。

并且显微结构的分析以及在盐雾室中的机械强度、疲劳行为、显微硬度和腐蚀的机械测试提供了合格的结果。

对于上述方法和复合制品的实施方式,为了满足特定需要,本领域技术人员可以利用其他功能上的等价物进行元件的变体或代替。

这些变体还是包括在如随附权利要求所限定的保护范围内。

此外,描述为属于可能的实施方式的变体中的每一种均可以独立于所描述的其他变体得以实现。

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