专利名称：连接和应力传递元件的制作方法
技术领域：
本发明属于汽车零部件领域，特别涉及接合和应力传递元件的零部件，尤 其是用于汽车的悬架、转向t几构和其它类似机构。
技术背景在汽车领域对于采用可以承受高机械性和热要求的轻合誠lj造的构件的需 求越来越多，这是对这些材料进行研究背后的主要推动力。目前的研究集中在 使用具有更好性能的轻质材料以及可以制造出具有高冶金质量部件的高产率工 艺。除了质轻外，在汽车悬架元件领域内还要求高疲劳强度、高强傲延展性 比例、抗冲击性和良好的可焊性。为了使铝合金能达到这些要求，需要开发新的铝合金和复合材料并且改善 和/戯展铸敬程(真空注射，液态、实心模锻……)。关于铝合金的研究集中在对于机械性能的改善上，尽量防止随后使用热处理，对于合金在更高温度下工作的开发和改善铸造性上。Al-Cu合金、AI-Mg 合金和过共晶Al-Si合金的使用正是为了达到这些目的。传统的悬架连接件的制造是对部件主体部分的钢进行锻造和机加工以及接 下来与球窝接头或者其它类型的连接件一体化， 一体化可以根据要求的特性利 用机械或焊接的方法实现。根据在悬架系统中可以利用的空间、要求的特性和车辆里程，这些连接件 可以M塑性注射制造。为了满足要求的机械性能，这些塑性连接件当然可以 更大，但由于严格的空间限制，它们在汽车悬架中的布置并不总能实现。有些这种类型的部件是由铝通过铸造工艺制成。这些铝部件与钢的球窝接 头连接。然而，使用的铝合金并不与任何标准合金对应，并且因为材料的内部 质量，使用的是压铸工艺。这种类型的部件的质量并不好(柳艮、缩孔和其它 不能容许的缺陷)并且船隹达到传统部件的特性水平。为了大批量的生产这些已经组装在一些高里程汽车上的铝部件(悬架连接
件)，还开发了低成本并且可行的焊接工艺。虽然这些铝部件的生产并非大批量，但是已经进行的开发和汽车制造商对 减少重量的持续要求清楚地表明在不久的将来现有的生产工艺必须改变，并 且必须制造由成本或特性或两个因素共同区分的轻质部件。发明内容本发明包括fflil铸造工艺处理的结构铝合金，以替代M机加工和焊接钢 合金实现的现有悬架连接方案。另外，可以考虑将新的接合元件与钢球窝接头 和其它部件整合形成悬架系统。铸造可以实现功能以及新形状和构型的整合。虽然材料的最终选择由选定部件的规格确定，但是有两族材料满足要求， 它们同时具有关于减重和设计可能性的优点。一方面，铸造铝合金可以达到接近250-300MPa的极限抗拉强度范围、 200-250MPa的弹性极限、18-23GPa的齊性模量和高延伸性(最大断裂延伸率 在5-9%之间)。AU5GT、 Al-Zn类型的的过共晶的铝硅合金或者铝铜合金也包 括在这类合金中。另一方面，存在用来制造具有抗磨损和抗高温的部件的另一族材料。它们 是带有金属模版的复合材料，例如基于铝合金和0.5-3^颗粒形式陶瓷加强件 (TiB2， SiC， A1A)的复合材料，可以通过液态模锻，注射处理。也可以使 用镁合金、半固态合金和工艺。下表表示出现有技术和本发明的区别，例如材料和制造过程的不同必然产 生新产品。现代鹏Al合金其它合金材料钢过共晶Al-Si合金 C AS9U3 ， AS12UNG)， Al-Cu 合金CAU5GT)，SiC， Al-TiB2颗 粒、B4C或^03等 加强的AJ-Si合金。 Mg合金；工艺机加工和焊接重力铸誠高压注射液态模锻，重力铸 造，低压，高压注射合适的铸造技术的组合允许最少数量的精加工工艺，同时轻质材料的发展使得本发明具有以下优点-部件的重量,20-30%;-改善它在疲劳强度、腐蚀性和特定的机械特性方面的特性； -新的设计可以改善部件在l顿状态时的特性；-以铸造工艺代替目前的机加工和焊接操作并且得到元件的最终形态可以 降低10-20%的制造成本。本发明可以利用铝合金制造接合，合金可以考虑现有的商用合金和其应用 尚在讨论中的最优的新合成物。因此，本发明中用铝帝隨的接合比现有用钢的方案要轻20-30%，并且在特定特性方面没有降低，甚至还有增加(考虑最终部件的总重量)另一方面，从设计和制造的角度来看，还包括组装球窝接头的新方法，考 虑到现在考虑过的材料的替代材料，它们可以在铸造过程自身中作为插入物来 安装，或者在最小数量的操作后进行安装。本发明的目的是尽可能多地减少用 于制造完整部件的操作并且降低工艺成本。铝连接将比传统的钢连接占据更大的空间；即使这样优点也是显而易见 的比要求的重量可以降低至少20-30%，并且比聚合体部件所需的体积更小， 这样就可以将其安装在很多型号的汽车上，考虑到汽车市场J^此类型元件的 需求很大。主要创新和优点总结如下-悬架连接新理念；减轻重量；-用于制造悬架连接件的铸造技术新设计的可能性、截面的改变、成本的降低；-用于悬架元件的新铝合金对特定机械性能的改善，增加部件的使用寿命；-在铸造阶段使球窝接头和连樹牛一体化降低成本。本发明还可以包括在待修整区域周围具有辊筒机理的特定设备。这样，将 铝件向球窝接头的球形头部挤压和移动。此操作可以在部件脱模后进行，也可以ffiii挤压进行，从而形成球窝接头的球形头部周围的头部边缘。即使事实上原料的费用比较高，禾,铸造替代机加工制3tit匕类型部件仍然可以p對氐成本。这是因为铸造相对于机加工来说是产量更高的工艺，另外考虑 到经过仔细考虑的工艺，部件的不同元件(球窝接头、轴承、缓冲器及其它)
在铸造过程本身可以一体形成于部件中，所以可以省去现在所采用的焊接和组 装过程。汽车制造商也要求在结构件上减轻重量，达到此要求的唯一方法是优化设 计和弓l入具有更高特定性能的新材料。本发明还发展了新的汽车部件理念，以更轻的材料和更有竞争力的工艺取 代现有的生产材料和工艺。后面这两种情况的直接结果就是对社会基本方面的 改善例如加入新的部件可以降低汽车的整体重量。最终部件的重量的减轻可以 降低包括此产品的汽车的燃油和尾气排放。另一方面，选用的基于铝合金的新 材料易于重复利用因此对于健康和可持续的生活方式以及环境保护政策也有贡 献。制造出的元件是包括单、双或组合球窝接头结构装置的接合元件，艮P在一 个端部处或两端都有球窝接头。在根据本发明的接合元件中，头部 一 即第一末端部分是单个物体，换句 话说，在容纳球窝接头的球体的区域内没有衬套和盖子，从而形成一种球窝接 头一外壳之间的直接摩擦。
下面很简要地描述一系列的附图以帮助更好;ti^i解发明，附图特别地与所述 发明的实施例有关，超啲实施例仅是它的说明t顿的并不是P艮制M的鄉'J 。 附图1A表示的是本发明的接合的透视图。 附图1B表示的是本发明的另一个接合的透视图。附图2A表示的是本发明的接合的一末端的详细透视图，其从凸面侧示出 预成型件。附图2B表示的是本发明的接合的一末端的详细透视图，其从凹面侧示出 预成型件。附图3A表示的是本发明的接合的一末端的详细透视图，其从凸面侧示出 已成型的套筒。附图3B表示的是本发明的接合的一末端的详细透视图，其从凹面侧示出 已成型的套筒。附图4A表示本发明的接合的一末端的截面，其示出含有球窝接头的预成 型件。
附图4B表示本发明的接合的一末端的截面，其示出含有球窝接头的己成 型的套筒。图5是尘封件的截面图。图6是在每一端均带有尘封件的本发明的接合的透视图。
具体实施方式
第一实施例涉及一种用于汽车悬架和转向机构的接合和应力传递元件，包括具有第一末端和第二末端的杆状中间部分a);位于第一末端的第一末端部分(2)，以致于中间部分(1)和第一末端部 分(2)形成由提供机械强度的有色轻合金材料注射成的单件接合元件，其特征为第一末端部分(2)形成连接装置的套管(1C)的预成型件(IA)， 构造所述预成型件(1A)以便通过在所述预成型件(1A)上进行成型操作来 限定所述套管(1C)的确定形状。ffiil这种构造，本发明的元件不需要再利用另外的关闭盖子。迄今为止所 知的部件都需要所述关闭盖子，这除了使部件的制造过程变复杂，它的后续花 费增加，还使部件MX佳密封。成形过程可以包括修整第一末端部分(2)的轮廓以及套管(1C)的环周 凹槽(33)，所以可以将连接装置保持在所述第一末端部分(2)的外罩(10C) 中。在接合元件中连接装置可以是包括球窝接头(2R)的球窝接头装置，所述球窝街头包 括实质上是球形的第一球窝接头部分(21)和杆状的第二球窝接头部分(22);所述预成型件GA)可以是杯状，限定了位于套管(1C)内壁的用来安装第一球窝接头部分(21)的外罩(IOC)， 所述外罩(10C)构造成能够使得位于所述外罩(10C)内的第一球窝接头部分(21)滑动；闭合腔，除了为了开口 (11A)夕卜，被构造成允许第一球窝接头部分(21) 引入所述外罩(10C)中。如前面所述，预成型件(1A)的杯状形状可以避免使用辅助的关闭盖子， 这样方便部件的制造并因此可以降低其产品的成本。同样的，因为杯状物没有
结合另外的元件，所以可以比要求使用关闭盖子的部件的情况更好地保证密封 性。因此，在修整的过程中封闭位于头部的开口 (1A)或第一球窝连接部分(21)，开口 (11A)穿过预成型件(1A)到达套管(1C)而不需要在套管(1C) 本身和球窝接头(2R)上使用任何附加元件。本发明的接合元件还可以包括尘封件(3)以保护球窝接头装置。在这种 情况下，本发明的球窝接头元件可以进一步包括用于将尘封件(3)的第一个末端部(31)固定到球窝接头(2R)上的第 一密封圈(41)。尘封件(3)还可以进一步包括多个环形凹槽，它们作为在第一末端部(31) 和球窝接头(2R)之间的接触面上的迷宫式封闭以保证尘封件(3)和球窝接 头(2R)之间的密封性。本发明的接合元件还可以包括用于紧固尘封件(3)的第二末端(32)的 紧固装置，所述的紧固装置包括套管(1C)的环周凹槽(33);用于将尘封件(3)的第二末端(32)可移除地固定到套管OC)的第二 密封圈(42);第二末端(32)的内部；在内周边上具有倾斜部分以便；允许将球窝连接(2R)引入'J^H牛(3);防止球窝连接件(2R)从4^t件(3)退出；以保证套管(1C)和H^t[牛(3)之间的密封性；保证将尘封件(3)固定到套管(1C)上。如图5所示，第二密封圈(42)可以^A尘封件(3)中。在本发明的接合中第二球窝连接部分(22)可由钢制成；第一球窝连接部分(21)可以选择下面的材料制成钢；热固性塑料；铝合金-,塑料；
和它们的组合。—方面，^M件(3)可以选择下面的弹性材料制成天然橡胶；合鹏胞塑料；可注射聚亚安酯； 和它们的组合。另一方面，密封圈(41， 42)可以选择下面的材料制成.-钢；不锈钢'，天然橡胞塑料；聚亚安酯；和它们的组合。套管(1C)可以选择下面的材料制成 过共晶Al-Si合金；A1-CU合金；用SiC, Al-TiB2， B4C， A1P3颗粒加强的Al-Si合金； Mg合金；和它们的组合。具有Cu， Rh， Mn， Mg， Fe、先共晶合金、共晶合金和 过共晶合金的所需的标准合金和改进合金都可以参照M-Si图使用。对悬架连接件的需求成为选择铝合金基材料的依据。大体上己经给出了在 串'J造本发明的接合中使用的材料的列表(过共晶M-Si合金例如AS12UNG、 AS10G、 AS9U3G等)，虽然如DuraJcanF3S10S复合材料或者AM20镁合金的 材料(砂型和热处理T6、密度1.81g/cm3、弹性模数44.8GPa、最大抗拉强度 275MPa、弹性极限195MPa和延伸率6X的铸造片)A1-Zn或Al-Cu合金(A204、 A201等)或由二硼化钛TiB2或碳化硼B,C颗粒加强的铝合金也可以使用。如果需要更高的机械性能，铸造过程可以包括高压喷射或者液态模锻。如 果需要的话还可以使用其他可能的诸如触变成型或低压。
权利要求
1、用于汽车悬架和转向机构的接合和应力传递元件，包括具有第一末端和第二末端的杆状中间部分(1)；位于第一末端的第一末端部分(2)，以致于中间部分(1)和第一末端部分(2)形成由提供机械强度的有色轻合金材料注射成的单件接合元件，其特征在于，第一末端部分(2)形成连接装置的套管(1C)的预成型件(1A)，所述预成型件(1A)被构造成通过在所述预成型件(1A)上的成型操作来限定所述套管(1C)的确定形状。
2、 根据权利要求1所述的接合元件，其特征在于，成形操作包括修整第 一末端部分(2)的轮廓以及套管(1C)的环周凹槽(33)，以将连接装置保持 在所述第一末端部分(2)的外罩(10C)中。
3、 根据权利要求1-2中任一权利要求所述的接合元件其特征在于 连接装置是包括球窝接头(2R)的球窝接头装置，所述球窝街头包括实质上是球形的第一球窝接头部分(21)和杆状的第二球窝接头部分(22);所述预成型件(1A)是杯状，限定了位于套管(1C)内壁的外罩(IOC)，用来罩住第一球窝接头部分(21), 所述外罩(10C)构造成使位于所述外罩(10C)内的第一球窝接头部分(21) 滑动；闭合腔，除为了开口 (11A)夕卜，被构造成允许第一球窝接头部分(21) 被引入所述外罩(10C)中。
4、 根据权利要求3所述的接合元件，还包括保护球窝接头装置的尘封件(3)。
5、 根据权禾腰求4所述的接合元件，还包括将尘封件(3)的第一个末端部(31)固定到球窝接头(2R)上的第一密 封圈(41)。
6、 根据权禾頓求5所述的接合元件，其特征在于，^^t件(3)还包括多 个环形凹槽，所述环形凹槽作为在第一末端部(31)和球窝接头(2R)之间的 接触面上的迷宫式封闭以保证尘封件(3)和球窝接头(2R)之间的密封性。
7、 根据权利要求4-6中任一权利要求所述的接合元件，还包括用于固定^M件(3)的第二末端部(32)的紧固装置，所述紧固装置包括 套管(1C)中的环周凹槽(33);将尘封件(3)的第二末端(32)可移除地固定到套管(1C)的第二密封圈(42);第二末端(32)的内部；在内周边上具有倾斜部分，以便； 允许将球窝连接(2R)引入^M牛(3)中； 防止球窝连接件(2R)从^M件(3)退出；以保证套管(1C)和尘封件(3)之间的密封性；保证将尘封件(3)固定到套管(1C)上。
8、 根据权利要求3-7中任一权禾腰求所述的接合元件，其特征在于第二球窝连接部分(22)由钢制成； 第一球窝连接部分(21)由从下面选出的材料制成钢-'热固性塑料；铝合金；塑料；和它们的组合。
9、 根据权利要求4-8中任一权利要求所述的接合元件，其特征在于尘封件(3)是由从下面选出的弹性材料制成天然橡胶； 合繊胞. 塑料；可注射聚亚安酯； 和它们的组合。
10、 根据权利要求9中所述的接合，其特征在于密封圈(41， 42)由从下面选出的材料制成 钢；不鹏 天然橡胶；合繊胶；塑料；聚亚安酯；和它们的组合。
11、根据权利要求1-10中任一权利要求所述的接合，其特征在于轻质材料是从下面选出的材料 过共晶M-Si合金； Al-Cu合金；用SiC， Al-TiB2， B4C， A1P3颗粒加强的A1-Si合金；Mg合金；和它们的组合。
全文摘要
本发明涉及一种用于汽车悬架和转向机构的接合和应力传递元件，包括具有第一末端和第二末端的杆状中间部分(1)；位于第一末端的第一末端部分(2)，以致于中间部分(1)和第一末端部分(2)形成一体的接合，此元件由轻质材料构成以提供机械强度。第一末端部分(2)形成连接装置的套管(1C)的预成型件(1A)，构造所述预成型件(1A)，以便通过在所述预成型件(1A)上进行成型操作来限定套管(1C)的确定形状。
文档编号B60G7/00GK101164801SQ20071019297
公开日2008年4月23日 申请日期2007年10月12日 优先权日2006年10月13日
发明者A·莫拉尔斯阿纳茨 申请人:阿拉维沙辅助工业股份有限公司