连接盘和轮缘的摩擦焊方法及其设备的制作方法

专利名称：连接盘和轮缘的摩擦焊方法及其设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种采用搭接工艺连接盘和轮缘的摩擦焊方法及其设备。按照本发明提出的工艺能够将两种管状的或环状的材料通过搭接工艺用摩擦焊连接起来，并将它们互相装配在一起。这种工艺特别适用于将一个轮缘和一个轮盘连接起来制成一种在车辆上用的盘轮。
现在市场上出售的车辆用的盘轮主要是钢和铝合金盘轮，这些钢制盘轮几乎全是两分式的，由一个轮缘和一个轮盘连接而成。这种由轮缘和轮盘装配起来的两分式盘轮通常主要通过角焊工艺采用电弧焊法制成，但是，这种方法很费工时。
而且用电弧焊法组装的铝合金盘轮在轮缘与轮盘之间的接头中易产生细孔和裂纹，因此，采用过锻造法或铸造法来制成一种整体的单个盘轮。
但是，锻造或铸造方法不可能保证良好的尺寸精度，为了改善精度不得不对锻造盘轮或铸造盘轮进行机加工。更糟的是要造成材料的回收率降低。
顺便说说，现有一种叫摩擦焊法的连接方法，这种方法费工时较少，可达到良好的尺寸精度。在已经发展的几种连接方法中，摩擦焊法已用来将轮缘和轮盘连接在一起。例如，日本专利(公开特许)No.55-109586的图2中公开过这种技术，即，这种技术是将轮缘中部的台阶部分与轮盘的外圆周对接起来，在对接部分进行摩擦焊。日本专利(公开特许)No.1-138080、1-154888、1-168501和1-172001也分别公开过用摩擦焊法将轮缘和轮盘连接在一起的工艺。但是，这些工艺全都是基于通过对接工艺的摩擦焊方法。
摩擦焊方法当然是一种良好的连接方法，但是，与这种方法一起采用的对接工艺却引起另外的缺点。正如图2所示的产品那样，盘轮要安装到车辆上的轮盘的这面与原传动侧相连，因而使轮盘能够通过原传动而转动。轮盘的外圆周受压对着要焊接的轮缘的台阶部分，在摩擦焊过程中，沿一个方向对轮盘施加大的转动力和惯性力，同时沿相反方向在连接面上产生一种大的制动力。而且，在施加墩焊压力时，压力加到连接面上。当轮盘处于这些过程中时，它并没有受到除了盘轮安装到车辆上的轮盘这面以外的任何部位的支承，这就使轮盘容易变形，轮盘的直径越大、壁厚越薄，则变形越大。降低所加的压力可防止轮盘变形，但是，为防止变形而降低所加的压力却引起连接强度不足。
另外，在1982年2月15日提出的德国专利申请3205235号(图2)和1981年12月18日提出的欧洲专利申请54931号(图7)中，通过使用像本发明的那种搭接方法用摩擦焊进行连接的技术。
在德国专利申请3205235号中，盘和轮缘搭接面是倾斜的，如图2所示。轮缘是转动的，而盘是固定的。轮缘受到轴向的压力朝盘压。但是，该方法像对接方法一样，有很多缺点，由于轮缘一个方向连续受到大的旋转力和惯性力，而相反方向，在连接面产生大的制动力，因而轮缘容易变形。另外，当轮缘转动及进行加压时，在摩擦面产生火花。轮缘被逐渐转到右边。这就引起要受摩擦热的轮缘部分时时变化，结果连接得不充分。
另一方面，如欧洲专利申请54931号的图7所示，轮缘下降部分确实与盘的周边搭接。但是该专利申请没有公开上面解释的任何连接条件，也没有明显地防止变形的效果，但是本发明就提出这些条件，也提供了这些效果。另外，该欧洲专利申请的图2到图6对接方法的实例。但是，在说明书中找不到图2到图6的方法与图7的方法的不同点。
英国专利1505832号“摩擦焊方法和设备(R.H.Lilly)和1983年7月的焊接杂志上E.D.Nicholas发表的论文介绍了用搭接方法把焊接时不能转动的长管连接起来的摩擦焊方法，也省去了焊管后要求的对孔加工的过程，这跟上述的连接盘轮的方法不一样。这两篇文件都不涉及要装到车辆上的盘轮的盘和轮缘的连接的方法。它们都没有说明本发明减小变形的制造盘轮的方法的明显的特点。为比较起见，要讨论现有技术与本发明的不同及由防止变形这一显著效果而带来的本发明的新颖性。
上述两篇文件涉及a)环的内面是连接到棒形物体上的情况;b)环的外面是连接到圆柱体，和c)在连接管时，环的内或外面连接到管上。这三种情况有一个同一特点，也就是，转动的环允许通过使整个环压缩或膨胀的装置对连接面加压。结果，可把环的整个内面或外面连接起来。而按照本发明，在轮缘和/或盘的圆周面上设置凸台来连接搭接部分。连接时，通过压缩或膨胀和接头连接的部分的方法来把施加的压力集中在凸块上，而另一方面相对地不受施加的压力的影响。这就防止了盘轮的扭曲。如上所述，在摩擦焊时，特别对于所述的盘轮易产生变形或扭曲。现有技术不能得到防止变形或扭曲的方法。另外，设置在接头处的凸台允许在接头处产生的火花迅速地移掉，这样也给连接的工件带来好处。
另外，按照上述焊接杂志24页的表3，连接的管的尺寸最大为外径108毫米和内径88.5毫米。而连接管的环外径为138毫米，内径91.5毫米，宽度为19毫米。环是很轻的。在连接时，该重量轻的环转动。在焊接结束时，环完全停止转动，在停止的时间内，不会再连续地作用惯性力。而在暂停期间，惯性力继续作用是引起变形或扭曲的原因。相反地，按照本发明要装成盘轮的盘和轮缘比上述的环的尺寸大、重量也重。另外，盘或轮缘在连接时转动。与环相比有大的惯性力作用在盘上。盘的壁厚越薄、直径越小则引起变形或扭曲更大。虽然如上面所述，已经提出很多摩擦焊方法，但是没有对上述加工实用的方法，因为没有成功地防止盘轮变形或扭曲的方法。
应当注意，在本发明之前已有很多人对连接盘轮的盘和轮缘作过研究。但是在这此研究结果中，没有提出使用本发明

图1所示的装置在制造盘轮时在盘或轮缘上设置凸台这样的特点。因此这些结果使本专业普通技术人员明白本发明不是显而易见的。以前重复试验的结果表明在连接时盘有变形成椭圆的倾向，使整个圆周面不能完全连接起来。处在椭圆的主轴的盘的圆周部分连接很好。而在椭圆的短轴的盘的圆周部分连接很差。变形和扭曲引起盘轮要装到车辆上的盘的面翘曲。很明显的，以前仅仅是建议的用搭接方法用摩擦焊连接盘和轮缘的方法不能防止在制造盘轮时的变形问题。
本发明人注意到用搭接工艺代替对接工艺。按照本发明人的思想，要连接的外部材料和内部材料要做出彼此搭接或重叠的部分，然后，从内向外或从外向内对搭接或重叠的部分施加一个压力，因而可减小变形量。通过反复的研究和试验，完成了本发明。
本发明的目的就是提供一种连接一个盘轮的轮盘和轮缘的摩擦焊方法及其设备，采用这种方法和设备可以减小在轮盘和轮缘进行摩擦焊时变形量。
为实现本发明的上述目的，提供了一种连接盘轮的盘和轮缘的摩擦焊方法及其设备，该方法和设备详述如下本发明的工艺特别适用于将要安装到车辆上的盘轮的一个轮缘与一个轮盘连接起来。所述的轮缘称为外部材料所述的盘轮称为内部材料，两种材料要事先进行如下的加工首先，制出两种材料，以使所述内部材料能装配到内部材料中，要沿整个圆周做出从圆周突起的凸台，以便当两种材料配合时使该凸台与另一个凸台或另一种村料彼此对置。这种凸台可在外部材料的内圆周上或在内部材料的外圆周上做出，或者在两种材料上都做出。虽然该凸台可以做在内部材料或者外部材料上，但最好将它做在外部材料上。而且好是外部材料上和内部材料上都做出凸台，凸台的截面形状最好是正方形，也可以是三角形、半圆形或梯形。
在本发明的连接盘轮的盘和轮缘的摩擦焊方法中，首先要让外部材料和内部材料处于配合状态，沿着整个圆周将两种材料之一的外圆周或内圆周牢牢地固定。然后，使两种材料之一转动，与此同时，一种材料通过凸台沿整个圆周均匀地向内或向外对另一种上述的固定的材料加压，从而在接触面上产生摩擦热，把两种材料焊接起来。
在较大的材料例如车辆用的轮缘和轮盘连接在一起的情况下最好是将外部材料的外圆周沿整个圆周牢牢地固定，以便通过凸台沿整个圆周均匀地从内部材料的内部对外部材料施加一个压力，与此同时，使内部材料转动。
按照本发明的连接盘轮的盘和轮缘的摩擦焊设备用来实行如上所述的摩擦焊方法。该设备包含如下各部分沿整个圆周牢牢固定两种材料中之一种的外圆周或内圆周的机构，其中，内部材料装配在外部材料中;使外部材料或内部材料转动的机构;以及通过凸台沿整个圆周均匀地向外或向内对上述的固定的材料加压从而在两种材料的接合面上产生摩擦热的机构。
使外部材料或内部材料转动的机构可以是在各个最佳实施例中所用的机构，也可以是其他的机构。通过凸台沿整个圆周均匀地向外或向内上述的对固定的材料加压从而在两种材料的接合面上产生摩擦热的机构最好是在本说明书最佳实施例中所用的机构。在最佳实施例中所用的机构最好包含环形的压块，该压块沿整个圆周设置在外部材料的外圆周或内部材料的内圆周上，在加压时使压块扩张或收缩。其他的机构也可以用。上述压块可以是由一个部分切去而构成一个环的单块式压块，也可以是能组合成一个环的两块式或三块式的压块。可以利用锥形面来扩张或压缩上述压块，如在最佳实施例中所述。除上述机构外，液压机构或气压机构以及凸轮机构或连杆机构也可以用。
类似地，在将一个轮缘和一个轮盘连接起来的情况下，最好是将外部材料固定，而使内部材料转动，然后，从内部材料的内部对外部材料加压。
在将外部材料固定的情况下，就要用一个固定夹具(如最佳实施例所示)，该夹具的内圆周形状基本上与外部材料的外圆周的形状相对应。外部材料最好设置在与它紧紧接触的固定夹具的内部，以便使外部材料的外圆周可用固定夹具沿整个圆周牢牢地固定。在内部材料转动的情况下，转轴设置在内部材料以及外部材料的中央。而且，在内部材料与转轴之间装上动力传输机构，用来将转轴的转动动作传到内部材料(如最佳实施例1所示)。上述动力传输机构可以是在各个最佳实施例中所用的机构，也可以用其他的机构。只要能将转轴的转动动作传给内部材料的任何机构都可用作动力传输机构，以使转轴能与动力传输机构一起转动。
在内部材料向外向着外部材料加压的情况下，环形压块最好沿几乎整个圆周设置在内部材料的内圆周上。扩张压块的机构帮助内部材料向外扩张以便加压。关于扩张压块的机构，可以像最佳实施例1那样，在压块中央设置一根带有锥形部分的转轴，使锥形部分置于压块的中部。转轴沿轴向移动，使锥形部分造成压块的扩张。除转轴之外，压块、外部材料和内部材料的移动也能够使锥形部分扩张压块。可以在转轴上做成角锥体部分或圆锥体部分来形成上述锥形部分，也可以在转轴的外圆周上装上一个外周形状为角锥体或圆锥体或锥体的不同材料来形成上述的锥形部分。
整个设备可以是垂直式的，如各实施例所述的那样，也可以是水平式的。
下面详述该设备的结构;例如，在最佳实施例1中，将外部材料固定，在内部材料的内圆周上设置环形压块。转轴的锥形部分置于压块的中央，转轴和其他零件可以沿轴向作相对移动，上述情况是最好的优选实施例。
转轴的锥形部分的斜度为1/n，转轴的行程相对有效长度为“L”，压块的径向有效墩焊长度为“l”，所加的轴向相对压力为“p”，从转轴的锥形部分向外圆周方向施加的压力为“P”，那么，它们之间的关系可用下列方程表达P＝np1/n＝l/L(必须注意“转轴的行程相对有效长度”是指相应于对接触面实际施加压力时的时间间隔的长度或距离，而不是转轴和其他零件之间的行程的相对长度。“压块在外圆周方向的有效墩焊长度”是指对接触面实际施加墩焊压力的墩焊长度，而不是压块在外圆周方向的墩焊长度。“轴向施加的相对压力”是指对转轴或其他零件施加的压力。)上述方程的意思是，从转轴的锥形部分向外圆周方向施加的压力“P”被放大到几倍于轴向施加的相对压力“p”，这就是说，锥形部分的斜度1/n越小，在外圆周方向扩张压块的动力就要越大，而且锥形部分的斜度1/n取决于压块向外圆周方向的相对墩焊长度“l”与转动的行程相对有效长度“L”之比，该比值越小，在接触面上的摩擦力就越小，产生的热量也不够，而且，转轴的行程相对有效长度“L”也变大。
从我们的许多实验结果已知1/n的最低值为1/500，而最佳值取决于若干因素的平衡，例如转轴行程的相对有效长度“L”，转轴的转动力和摩擦发热过程的时间。其最高值没有特别限制，但最好等于或小于1。锥形部分的斜度最好沿轴向逐渐加大，该斜度在相应于最终施加墩焊压力过程的部分还是应当大些。
如上所述，转轴行程的相对有效长度“L”取决于几个因素的平衡，例如斜度1/n，转动力和摩擦发热过程所需时间，“L”值最好处于50～1000毫米范围内。
在转轴的锥形部分为多面角锥体形状的情况下，压块的数目最好与多面角锥体的面的数目相对应。压块数目的增加可以减小压块间的间隙，业已弄清，如果压块间的间隙总和相当于连接总长度的5%或更少，那么这种压块数目就足够了。如果锥形部分的角锥面的数目为3或更多，那么就没有问题。该面的数目可以是比较多的。
因此，在本发明的连接盘轮的盘和轮缘的摩擦焊方法和设备中，在摩擦发热过程的时间内接触面的圆周速度最好等于或大于30米/分。小于该值则不能产生足够的热量。摩擦发热过程所需时间最好为10秒或更短些。
在本发明的连接盘轮的盘和轮缘的摩擦焊方法和设备中，首先把外部材料和内部材料置于互相配合的状态，然后通过一种合适的固定机构沿整个圆周外部材料或内部材料的外圆周或内圆周牢牢固定。在使其中一种材料转动的同时，一种材料通过凸台沿整个圆周均匀地向内或向外对另一种固定的材料加压，从而在凸台上产生摩擦热，通过摩擦焊将两种材料连接起来。
下面将结合附图来说明本发明的实施例，附图中图1为表示本发明最佳实施例1的纵剖面图;
图2是普通盘轮的纵剖面图;
图3是用最佳实施例1的设备制的盘轮的纵剖面图;
图4是一种检验盘轮变形量的装置的纵剖面图;
图5是一种制造试验样品的装置的纵剖面图;
图6、7和8分别为表示最佳实施例2、3和4的纵剖面图;
图9是几种装配轮缘和/或轮盘的凸台形状的剖面图。
最佳实施例1图1是最佳实施例1的纵剖面图。
在图1中，标号10表示一个底座，底座10上固定一个平台11，通过平台11和底座10钻几个垂直孔12，在平台11上几个孔所包围的区域内有一个固定台座13，通过台座13的中央垂直地钻一圆孔14，圆孔14的下部是一个扩大的孔15。
一对轴承16分别装在通过台座13的圆孔14的外圆周的上部和下部。用该轴承16安装一根转动轴17，该转动轴17穿过圆孔14并垂直向上伸出，它的上部是角锥形的部分18，它的最底部装有一齿轮19，该齿轮19位于通过固定台座13的孔15内，处于水平位置。
几根支杆20分别从上插入平台11的孔12内。每根支杆的下部都装有液压机构(未示出)用来支承支杆20，以便使支杆20能够上下移动。在每根支杆20的上部安装圆柱体21，该圆柱体21的内部与固定台座13相配合，它的上面安装一个支承板22，通过支承板22的中央垂直钻一个孔23。一个支承圆筒24装在支承板22的外圆周上。一个转动圆筒25装在转动轴17与支承圆筒24之间。它的内圆周的下半部与转动轴17的外圆周紧配合。在转动圆筒25与支承板22之间设有一轴承26，在转动圆筒25支承圆筒24之间也设有轴承27。
在转动圆筒25上面装有若干个压块28，压块的数目与转动轴17上形成的锥体部分的角锥面相对应。压块装在锥形部分18外圆周的周围形成一个环。每个压块的内面要做成能够与圆锥部分18形成的角锥的每一面紧密接触。装配好的压块的外圆周处于一个圆内，并比转动筒25稍稍凸出。压块28上面装有一个固定件29。压块28可以沿转动轴17的锥形部分18上下移动，以便使压块能够在固定件29与转筒圆筒25之间扩张和收缩。固定件29整体是一个环形，它的上面是一个圆形平面，而它的外圆周面31却构成一个锥体。固定件29的中央打一孔32，转动轴17的上部基本上都插入该孔32内。固定件29的上表面30设有若干向上伸出的凸块33，该凸块与通过盘(B)的螺孔相配合(下面还要说明)。
在支承圆筒24上面装有一个圆柱形固定夹具34，该夹具分成两部分，用螺栓装配，以便在支承圆筒24上扩张或收缩。固定夹具34的内圆表面的形状要与轮缘(A)的外圆表面相对应。
在固定件29上面有一加压件35，其形状像一环件。该加压件35与位于增压件36下部的凹入部分相配合。而增压件36设在加压件35的上面，通过适宜的机构将它支承以阻止它转动(未示出)。该增压件36可以上下移动，在它与加压件35之间有一轴承37，该轴承17允许加压件35相对于增压件36转动。在加压件35的外圆周装有一个卡圈38，在增压件36内和卡圈38下面设有一个卡环39，用来卡住加压件35。
按下述方法操作上面所述的设备预先制成在其整个内圆上带有圆环形凸台(a)的轮缘(A)和在其整个外圆上带有圆环形凸台(b)的轮盘(B)，这两种凸台径向对准。将增压件36与加压件35一起向上提升，使两分式的固定夹具34扩张，轮缘(A)则装入该固定夹具34的内圆，压缩两分式固定夹具34并用螺栓固定。然后，用轮盘(B)将固定件29盖住，将固定件29上的凸块33装入打在轮盘(B)上的螺孔内。这样，水平环绕轮缘(A)的整个内圆周的凸台(a)与环绕轮盘(B)的整个外圆周的凸台(b)便紧密地接触，两个凸台在整个圆周上彼此相对置。最后，将加压件35与增压件36一起下降，使加压件35压在轮盘(B)的上表面，如图1所示。
通过马达及适宜的齿轮传动机构(未示出)使齿轮19转动，以便使转动轴17转动，从而使压块28也一起转动。压在轮盘(B)上的加压件35使得加压件35、轮盘(B)、固定件29和转动圆筒25也一起转动。此时，降低增压件36便使得加压件35、轮盘(B)、固定件29、压块28、转动圆筒25、固定夹具34、轮缘(A)、支承圆筒24、支承板22和圆柱体21也一起下降。在上述零件下降过程中，压块28则通过转动轴17的锥形部分18的作用而扩张。压块28使轮盘(B)的凸台(b)压向轮缘(A)的凸台(a)，以便在两者之间产生摩擦力，连续产生的摩擦力引起摩擦表面发热，当温度达到适合于预定的压焊温度时，转动轴17便停止转动。而增压件36继续下降，施加一个墩焊压力。上述过程一直进行到完成轮缘(A)与轮盘(B)之间的摩擦焊。图3示出焊接后得到的部品。
转轴17的旋转力首先通过固定件29传到轮盘(B)上，在摩擦焊时，该旋转力又通过压块28传输，也就是说，在整个摩擦过程中，旋转力可以均匀地传到整个轮盘(B)。因此，轮盘不易变形。但是，在现有技术的方法中，传输动力的时候，旋转力往往集中在盘轮要安放到车辆上的轮盘面上，从而引起轮盘的变形。
比较试验下面介绍对焊接后的盘轮的变形情况进行比较试验的结果。试验是对图3所示的盘轮和按普通的对接焊法制造的图2所示的盘轮进行的。
试验的盘轮是车辆用的，其名义尺寸按日本工业标准D4218的规定为22.5×7.50。选用的材料有三种，即SAPH41钢、5454和2024铝合金。只是对于2024铝合金，轮缘和轮盘在连接前要预先加热到493℃保温1小时，然后水冷，然后进行人工时效，即在190℃保温12小时。成形后的壁厚为6.5毫米。轮盘的制造方法如下;将板材压成壁厚12毫米，然后用盘卷加工，使之逐渐向圆周减薄，直到圆周的壁厚达到6.5毫米。
图3所示的盘轮做成轮缘(A)和轮盘(B)有高度为3毫米、宽度为6.5毫米的凸台。
图3所示盘轮的连接条件如下转轴17上锥形部分18的角锥部分有一个1/30的斜率，用于摩擦生热过程，还有一个1/3的斜率，用于施加墩焊压力过程。在摩擦生热过程中，连接面的相对速度是200米/分，转轴17的行程的相对有效长度是140毫米，摩擦发热的时间为5秒。压块28向着圆周的有效墩焊长度为6毫米，在施加墩焊压力的时候，转轴17的行程的相对有效长度为10毫米，施加的最大轴向压力为60吨。
图2所示盘轮的连接条件如下在摩擦生热过程时连接面的相对速度为200米/分。所加的压力为60吨。摩擦生热过程的时间为10秒。墩焊长度为5毫米，在施加墩焊压力过程时所加压力为170吨。
对图2所示的盘轮和图3所示的盘分别进行变形试验，其试验方法如图4所示。这种试验方法是根据JASO(日本汽车工程协会规定的日本汽车标准机构)得来的。将轮盘(B)放在正面上有平坦表面的测量表面板(C)上，再将塞尺(D)插入测量表面板(C)与轮盘要安放到车辆上这面的外圆周之间进行变形试验。每一种试验材料做四个盘轮，测量结果示于表1(表中的单位为毫米)。
表1
</tables>焊接强度试验对图3所示的盘轮进行了焊接强度试验。首先，用图5所示装置制造试样。该装置与图1所示的设备相同，但它有一个带有做成圆柱状的内圆周表面的固定夹具34a。在图5中，标号41代表一个外环，该外环41是圆柱形的，其外径与固定夹具34a的内圆周表面的直径相对应。外环41与固定夹具34a的内圆周表面紧密接触。外环41在其内圆周的上部做成一个环形凸台42，在加压件5a与固定件29a之间安装一个轮盘形的安装板43。内环44安装在板43的外圆周上，朝下对准。该内环44是圆柱形的，其直径略小于外环41的直径，在其外圆周的底部做成凸台45，该凸台45的最前端与外环41的凸台42的最前端紧密接触。
外环41和内环44的壁厚分别为6.5毫米。凸台42和45的宽度和高度与上面所述的凸台是一样的。连接条件也与上面所述的连接条件相同。外环41和内环44用三种材料制成，即SAPH钢、5454铝合金和2024铝合金，每种试样都用这三种材料制成。
这些试样按日本工业标准Z3104和Z3108的规定进行射线检验，结果都是一级，无缺陷。
从每种连接件的接头取2根拉伸试样，试样块的尺寸为10×6.5×100毫米。结果表明，所有的拉伸试验都在本体金属处断裂。而接头是完好的。
最佳实施例2图6为最佳实施例2的重要部分的纵剖面图。转轴17a不带锥形部分18，而是在其外圆周上安装一锥形件46。该设备与最佳实施例1的设备相同，只是其锥形件46的外圆周是一个锥形部分18a。由于该设备的操作与最佳实施例1的操作相同，故不再进行解释。
最佳实施例3图7是最佳实施例3的纵剖面图，该实施例是从外部加压的，而最佳实施例1则是从内部加压。
在靠近平台11a的外圆周处垂直向上安装一个大的圆柱体50，在该圆柱体50的上部内圆周表面有一锥形部分18b，此处的内径从上往下减小。在靠近圆柱体50的内底部有一台阶部分51，该台阶部分51的内端形成一个孔52。在台阶部分51的上面安放有一块盘状支承板54，在该支承板的中央钻有一圆孔53。转轴17b穿过中心孔53垂直向上，其底端插入位于平台11a中央的孔55内。在该孔55内转轴17b与平台11a之间装一轴承56。在支承板54与平台11a之间转轴17b的最下部装有齿轮19a。
固定夹具34b装在转轴17b的外圆周上部，与转轴17b一起转动，并能相对于转轴17b作上下移动。它的上部做成基本上与轮盘(B)的内表面轮廓相似的形状。轮盘(B)盖住装好的固定夹具34b。通过轴承57将转动环58装在转轴17b的外圆周和支承板54上。圈状弹簧59置于转轴17b的外圆周和固定夹具34b与转动环58之间。并在靠近支承板54的外圆周以及圆周的若干部位垂直向上安装圈形弹簧60。在这些弹簧60上安装一个支承圆筒61，并使该支承圆筒的外圆周与圆柱体50的内圆表面保持接触。通过一对轴承62和63，由支承圆筒61的内圆周下半部支承固定夹具34b。在支承圆筒61上设置若干压块28a，压块28a的外圆周表面带有一个斜度，该斜度与圆柱体50的锥形部分18b的斜度相对应，从而使压块28a可以沿锥形部分18b上下移动，压块28b的内圆表面做成与轮缘(A)带有凸台的部分的外圆表面相适应的形状，轮缘(A)置于其外圆周表面与压块28a的内圆表面紧密接触的状态，此时，轮缘(A)的凸台(a)使与轮盘(B)的凸台(b)处于彼此相对的接触状态。而环件64则位于压块28a上面。
在环件64上面放一个环形增压件36a，该增压件36a的中心有一个孔65，孔内装一加压件35a。用卡环39a将加压件35a卡住。在增压件36a上面装一加压板66，在该加压板66与加压件35a之间装一轴承67。
图7所示的设备操作如下由齿轮传动机构通过齿轮19a使转轴17b转动，这就引起固定夹具34b与圈形弹簧59和转动环58一起转动，固定夹具34b的转动又使轮盘(B)转动。当这些零件转动加速到一个足够的转动速度时，将加压板66降下。该加压板66下降便通过增压件36a和加压件35a的作用引起例如环件64、压块28a、轮缘(A)、支承圆筒61、轮盘(B)和固定夹具34b下降。当压块28a下降时，便受圆柱体50的锥形部分18b的压缩，而从外面对轮缘(A)加压。随后的操作与最佳实施例1相同，此处不再赘述。
最佳实施例4图8是最佳实施例4的纵剖面图。在该实施例中，是轮缘(A)转动，而在实施例3则是轮盘(B)转动。
在平台11b的中央垂直向上安装一根中心轴70。围绕该轴70的外圆周上部安装一个固定夹具34c，该夹具34c沿中心轴70作上下移动，但不能转动。在中心轴70的外圆周和固定夹具34c与平台11之间设置一圈形弹簧59a。在固定夹具34c上面安放轮盘(B)，该轮盘(B)的上部由加压件35b加压，加压件35b的上面装一块加压板66a。
用一对轴承71和72在平台11b安装转台73。该转台73的外圆周做成一个齿轮74，该齿轮74借助于齿轮传动机构使转台73转动。在转台73上装有若干圈形弹簧60a，在圈形弹簧60a上设置一个支承圆筒61a。在支承圆筒61a与固定夹具34c之间放入一对轴承62a和63a。
靠近转台73的外圆周处垂直向上装一圆柱体50a，在该圆柱体上部内圆周有一锥形部分18c，在该锥形部分18c内部支承圆筒61a上设置若干压块28b，在该压块28b上和压块28b与加压板66a之间有一环形增压件36a。在该增压件36b与加压件35b之间装一轴承75，在增压件36b与加压板66a之间也装一轴承76。
图8所示设备操作如下借助于齿轮传动机构通过齿轮74使转台73转动，这就使得轮缘(A)与圆柱体50a、加压件36b、压块28b和支承圆筒61a一起转动。此时，降低加压板66a就通过加压件35b引起轮盘(B)和固定夹具34c下降，与此同时，压块28b和支承圆筒61a一起也通过增压件36b一边转动一边下降。压块28b在下降过程中受到圆柱体50a的锥形部分18c的压缩，从而对轮缘(A)施加压力。随后的操作与前现所述的实施例相同，故不再赘述。
最佳实施例5图9示出了轮缘(A)上和轮盘(B)上的凸台的各种形状的样品。所有已说明过的最佳实施例的凸台样品的剖面都是正方形的。但是，如图9(a)、9(b)和9(c)所示，凸台的剖面也可以是梯形的、三角形的或半圆形的，如图9(d)和9(e)所示，只在轮缘(A)或轮盘(B)一边才设有凸台。
在轮缘(A)和轮盘(B)两边都有凸台的情况下，两个凸台可以在一个方向或相反方向倾斜的连接面，如图9(f)和9(g)所示。在凸台带有倾斜连接面的情况下，连接面的倾斜角越大，造成连接面积越大，所要求的连接能量也越大，因此，倾斜角度最好等于或小于45°。
如图9(h)、9(i)和9(j)所示，可以在一个或两个压焊面上放置一种插入片80，该插入片的厚度必须小于在施加墩焊压力过程时行程的墩焊长度。在施加墩焊压力过程时，插入片被当作毛刺推出。
在摩擦焊过程中，平坦光滑的连接面可以产生足够的摩擦热用于连接，粗糙的连接面更能产生更多的摩擦热。
因此，在本发明的连接盘轮的盘和轮缘的摩擦焊方法和设备中，两种材料的外圆周或内圆周都沿整个圆周牢牢地固定，一种材料通过凸台沿整个圆周均匀地向内或向外对固定的材料加压，从而使两种材料发热和连接。此时，压力主要集中在凸台上，由该压力引起的应变几乎不会传到材料的其他部分。因此，在摩擦面上产生的转动力、惯性力、和反作用制动力几乎都在接头被吸收。应变诱发力不容易传到接头之外的其他部位，其他部分就难于变形。而且，连接部分是在无论外部材料或内部材料都紧紧受压的情况下被压和被焊的。所以，接头也几乎不变形。
权利要求
1.连接盘轮的盘和轮缘的摩擦焊方法，所述的轮缘是一种外部材料而所述的盘是一种内部材料，所述内部材料可装配在所述外部材料中，至少是上述外部材料或内部材料中的一种设有凸台，该凸台沿整个圆周凸出，所以，当上述内部材料装配到上述内部材料中时，一种材料的上述凸台能与另一种材料相对置，摩擦焊方法的步骤包含当上述内部材料处在装配在上述外部材料中的状态时，沿整个圆周牢牢固定上述外部材料或上述内部材料的外圆周或内圆周；转动上述外部材料或上述内部材料；和通过使一种材料向外或向内地对另一种材料加压以保证一种材料通过上述凸台均匀地对另一种上述的固定的材料加压，与此同时，上述外部材料或上述内部材料转动，从而在上述外部材料和上述内部材料的接合面上产生摩擦热。
2.连接盘轮听盘和轮缘的摩擦焊方法，上述的轮缘是一种外部材料而上述的盘是一种内部材料，上述内部材料可装配在和上述外部材料中，上述外部材料和上述内部材料都分别带有凸台，该凸台的凸起使得当上述内部材料装配到上述外部材料中时，一个凸台可以沿整个圆周同另一个凸台相对置，上述摩擦焊方法的步骤包含当上述内部材料装配到上述外部材料中时，就沿几乎整个圆周牢牢固定上述外部材料的外圆周;转动上述内部材料;和通过使上述内部材料从上述内部材料的内部对上述外部材料加压以保证上述外部材料和上述内部材料能通过上述凸台均匀地沿整个圆周受压并同时使上述外部材料或上述内部材料转动，从而在上述外部材料与上述内部材料之间的连接面上产生摩擦热。
3.连接盘轮的盘和轮缘的摩擦焊方法，上述的轮缘是一种外部材料而上述的盘是一种内部材料，上述内部材料可装配到上述外部材料中，上述外部材料沿其内圆周设有凸台，该凸台突出起来，以便当上述内部材料装配到与上述内部材料中时，上述凸台能与上述内部材料沿整个圆周相对置，上述焊接方法的步骤包含当上述内部材料处于装配在上述外部材料中的状态时，就沿几乎整个圆周牢牢地固定上述外部材料的外圆周;转动上述内部材料，和通过使上述内部材料从上述内部材料的内部对上述外部材料加压以保证上述外部材料和上述内部材料都能通过上述凸台沿整个圆周均匀地受压，并同时使上述内部材料转动，从而在上述外部材料和上述内部材料之间的连接面上产生摩擦热。
4.连接盘轮的盘和轮缘的摩擦焊设备，上述的轮缘是一种外部材料而上述的盘是一种内部材料，上述内部材料可装配在上述外部材料中，至少是上述外部材料或上述内部材料带有一种凸台，该凸台突出起来，以便当上述内部材料装配到上述外部材料中时，一种材料的上述凸台可以与另一种材料沿整个圆周相对置，该设备包含牢牢地沿整个圆周固定上述外部材料或上述内部材料的外圆周或内圆周的机构;使上述外部材料或上述内部材料转动的机构;和通过使一种材料向外或向内地另一种材料加压以保证一种材料通过上述凸台对另一种固定的材料均匀地加压并同时使上述外部材料或上述内部材料转动从而在上述外部材料与上述内部材料之间的接合面上产生摩擦热的机构。
5.连接盘轮的盘和轮缘的摩擦焊设备，上述的轮缘是一种外部材料而上述的盘是一种内部材料，上述内部材料可装配到上述外部材料中，上述外部材料和内部材料都分别带有凸台，该凸台突出起来，以便当上述内部材料装配到与上述外部材料中时，一个凸台可以沿整个圆周同另一个凸台相对置，上述设备包含当上述外部材料与上述内部材料配合沿整个圆周牢牢地固定上述外部材料的外圆周的机构;使上述的内部材料转动的机构;和通过使上述内部材料从上述内部材料的内部对上述外部材料加压以保证上述外部材料和上述内材料可通过上述凸台沿整个圆周均匀地受压并同时使上述外部材料或上述内部材料转动从而在上述外部材料与上述内部材料之间的接合面上产生摩擦热的机构。
6.连接盘轮的盘和轮缘的摩擦焊设备，上述的轮缘是一种外部材料而上述的盘是一种内部材料，上述内部材料可装配到上述外部材料中，沿上述外部材料的内圆周设有凸台，该凸台突出使得当上述外部材料与上述内部材料配合时，上述凸台可以沿整个圆周同上述内部材料相对置，上述焊接设备包含当上述内部材料处于装配在上述外部材料中的状态时沿整个圆周牢牢地固定上述外部材料的外圆周的机构;使上述内部材料转动的机构;和通过使上述内部材料从其内部对上述外部材料加压以保证上述外部材料和上述内部材料都能通过上述凸台沿整个圆周均匀地受压并同时使上述内部材料转动从而在上述外部材料与上述内部材料之间的接合面上产生摩擦热的机构。
7.根据权利要求6的摩擦焊设备，其特征在于上述使上述内部材料从其内部对上述外部材料加压以保证上述外部材料和上述内部材料都能通过上述凸台沿整个圆周均匀地受压从而在上述外部材料与上述内部材料之间的接合面上产生摩擦热的机构包含沿整个圆周设置在上述内部材料的内圆周上的环形压块和使该环形压块扩张的机构。
8.根据权利要求6的摩擦焊设备，其特征在于上述的使上述内部材料转动的机构包含一个同轴地设置在上述外部材料和上述内部材料的中央的转轴和用来将该转轴的转动力传输到上述内部材料的机构。
9.根据权利要求7的摩擦焊设备，其特征在于使上述环形压块扩张的机构包含一个带有锥形部分转轴，该转轴设置在上述压块的中央，上述锥形部分处于插入上述环形压块的状态，上述转轴和上述压块都可沿轴向作相对移动。
10.根据权利要求5的摩擦焊设备，其特征在于上述的沿整个圆周牢牢固定上述外部材料的外圆周的机构包含一个固定夹具，该夹具的内圆周形状大致上与上述外部材料的上述外圆周的形状相对应，上述固定夹具与上述外部材料的上述外圆周紧密接触，因而上述固定夹具可以沿整个圆周牢牢地固定上述外部材料的上述外圆周。
11.根据权利要求6的摩擦焊设备，其特征在于上述的沿整个圆周牢牢地固定上述外部材料的外圆周的机构包含一个固定夹具，该夹具的内圆周形状大致上与上述外部材料的上述外圆周的形状相对应，上述固定夹具与上述外部材料的上述外圆周紧密接触，因而上述固定夹具可以沿整个圆周牢牢地固定上述外部材料的上述外圆周。
全文摘要
采用搭接工艺将盘轮的盘和轮缘连接起来的摩擦焊方法和设备。首先将内部材料装配于外部材料中，并将一种材料的内圆周或外圆周牢牢固定，然后使其中一种材料转动，并通过一种设置在外部材料的内圆周上和/或内部材料的外圆周上的凸台沿整个圆周对固定的材料均匀地向内或向外加压，从而在接触面上产生摩擦热，把两种材料连接。相应地，所述设备包含固定机构、转动机构和加压机构。本发明制造车辆用的盘轮变形小。
文档编号B60B3/04GK1061548SQ9110447
公开日1992年6月3日 申请日期1991年7月3日 优先权日1990年11月22日
发明者天尾勉 申请人:A&S株式会社