CN102922657A - 制造减振轻金属合金零件的方法 - Google Patents

Abstract

制造用于车辆底盘的非铁轻金属合金减振零件的方法，包括在零件上已形成的空腔内引进聚合物插件。将聚合物插件引进空腔的方法可以是，另外制造聚合物插件，然后将插件滑移或操纵进空腔；或将液态聚合物材料注射进空腔，然后使该液态聚合物材料凝固并收缩，形成聚合物插件。轻金属合金减振零件能衰减源自零件内或作用到零件上的振动，当这类振动使聚合物插件外表面与空腔内表面之间发生相对接触摩擦运动时。

Description

制造减振轻金属合金零件的方法

技术领域

本公开的技术领域一般地涉及制造减振非铁轻金属合金零件（vibration-damped, non-ferrous, light metal alloy part）的方法，该零件包括一个空腔和位于腔内的减振聚合物插件。该减振轻金属合金零件优选是含在车辆底盘内的易振动传播和噪声传输的外壳、支架或一些其它零件。

背景技术

车辆的底盘包括结构框架和被该框架支持的动力系。动力系包括很多部件，它们产生和传输动力，使司机能驾驶车辆。构成动力系的一些部件包括，例如，内燃机、变速器、差速器和，在油-电混合动力车辆（hybrid-electric vehicle）的情况下，反相器和电动马达。这些部件中有许多包括现在用轻金属合金代替较重钢合金所制成的零件，如外壳和盖子，以促进车辆减重和节油。目前所用的具体轻金属合金是铝合金和镁合金。

车辆的正常操作利用车辆底盘内许多不同的机械运动和相互作用来提供驱动和操纵能力。离合器和齿轮常规地结合和分离，发动机缸体内活塞的往复运动被加速和减速，以及曲轴、凸轮轴和车桥以变化速度转动，仅是车辆使用期间常发生的机械运动和相互作用的几个例子。这些机械动作中每一项都会通过车辆底盘造成或加强振动的回荡。这些振动，如果落在特定频率内，有时会被车辆的驾驶员以及可能存在于乘员舱内的任何其它乘员感觉到或听到。

在车辆的其它部位——最显著地，制动系统——也已发现类似的振动和噪声问题。为减轻制动所引起的振动的作用，已考虑过的一种方法是，在经受由选择性地启动制动衬块所引起的强烈摩擦相互作用的铸铁制动盘内放置金属或陶瓷插件。金属或陶瓷插件被放在制动盘的蹄子部分，这样，在制动期间，插件的外表面与蹄子部分的内表面就能发生相对界面摩擦接触。这种相对运动靠摩擦作用把机械振动能转换为热能，以抑制振动传播和噪声产生。铸铁制动盘和金属或陶瓷插件被特地构造成耐邻近制动衬块所施加的持续摩擦应力和常产生的较高表面温度。但存在于车辆动力系和支持框架内的非铁轻金属合金零件一般不会经历这类选择性摩擦应力和迅速生热。

所需要的是将减振插件引进安装在车辆底盘内的任何非铁轻金属合金零件的简单而有效的方法。减振插件的作用是缓解车辆运行期间因辐射自底盘的振动和噪声所造成的真实和/或感觉到的不舒适性。与盘式制动盘制动系统相关的减振工件相比，可能有更宽范围的制造选择和更宽松的材料限制。

发明内容

以汽油为燃料、以柴油为燃料、混合气-电混合或全电动的动力车辆的底盘包括支持动力系的结构框架。动力系包括一组部件，它们组合起来产生和传输动力，使车辆能随意驾驶。能形成部分动力系的一些部件包括内燃机、手动或自动变速器、分动箱、差速器、反相器和电动马达。这些部件中的每一个都可以由一个或多个非铁轻金属合金零件构成或被它们支持。很可能由这类轻金属合金形成的零件的不完全清单包括包围部件内部工作区的壳体和支撑框架内部件的支架。汽车工业目前用作钢的代用品的非铁轻金属合金是铝合金和，较少地，镁合金。

制造减振非铁轻金属合金零件的方法涉及在该零件中形成的空腔内引进聚合物插件。空腔在零件制造的同时或在随后的制造后期间被形成在轻金属合金零件结构中的所选阻尼区。所选阻尼区是轻金属合金零件中预定的部分，在这些部分振动起源、振动可被聚合物插件最大程度地衰减，和/或聚合物插件最易放进。精确地构成所选阻尼区的物质可以根据经验或相关经验数据的解释、实验数据和/或计算机模拟来确定。空腔内聚合物插件的存在能衰减所选阻尼区的振动传播，其机理是促进空腔内界面处聚合物插件与轻金属合金零件之间的相对摩擦接触运动。

空腔的尺寸和形状可变，只要不降低轻金属合金零件的结构整体性和/或功能性即可。例如，空腔可以是简单的无任何弯曲的基本均匀狭缝，也可以采取仿照所选阻尼区轻金属合金零件外形的复杂几何形状。空腔由零件本体结构内的内表面界定。轻金属合金零件的内露本体表面或已涂布在该表面上的不可湿润涂层可构成内表面。为了减少与聚合物插件可能的结合或粘结相互作用和/或有助于插件被引进空腔，可涂布不可湿润的涂层，如下文进一步说明。不可湿润涂层的典型配方是被分散和容纳在粘合剂内的石墨或陶瓷颗粒或两者。

可以用数种不同方法在所选阻尼区成形空腔。在一个实施方案中，空腔可以在制造轻金属合金零件的同时进行整体成形。砂铸或粉末冶金之类的工艺可很容易设计来制造轻金属合金零件连同几乎任意所要求尺寸和形状的空腔。在另一个实施方案中，可以在轻金属合金零件已经制成之后再在该零件中形成空腔。可以用数种不同方法来以这种方式形成空腔，包括电火花加工（electrical discharge machining）、激光切割、水射流切割、铣削（milling）、拉削（broaching）、化学腐蚀或任何其它合适的方法。决定在轻金属合金零件的制造期间还是在以后形成空腔，通常是机械加工能力、生产经济性和制造后勤的事。不可湿润涂层，如果用，则要在聚合物插件被引进空腔之前进行涂布。

将聚合物插件放在空腔内，从而在所选阻尼区受到振动或交变力时，聚合物插件的外表面与空腔的内表面之间发生相对摩擦接触运动。聚合物插件的一部分外表面靠在空腔的内表面上，另一部分则与内表面隔开一个小间隙。靠在内表面上的那部分负责通过与空腔内表面的界面摩擦接触将机械振动能转化成热能。与内表面隔开的那部分使聚合物插件具有一定程度的灵活性和局部独立运动的空间。这类独立运动能使插件把通过靠在内表面上的那部分所接收到的机械振动能耗散掉，并因此而对聚合物插件的总减振效果作出贡献。

聚合物插件可以由通过冷却和/或固化从液态凝固时发生收缩的热塑性或热固性聚合物构成。具有这种收缩能力的一些优选热塑性聚合物包括脂肪族聚酰胺，如聚己二酰己二胺(尼龙6,6)或聚己内酰胺(尼龙6)；芳族聚酰胺，如对苯二胺与对苯二甲酰氯的反应产物；聚碳酸酯，如双酚A与光气的反应产物；聚丙烯酸，如聚甲基丙烯酸甲酯；聚烯烃，如聚丙烯或聚乙烯；以及聚酯，如聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚对苯二甲酸丁二醇酯。具有必要收缩能力的一些优选热固性聚合物包括环氧树脂，如双酚A与表氯醇的反应产物；酚醛树脂，如苯酚与甲醛的反应产物；和聚酯，如乙二醇与马来酸的反应产物。使未固化的热固性聚合物固化的方法，可以是加热，以促进聚合和交联；在光引发剂存在下受UV光照射；化学反应(即混合多元胺与环氧)或辐照。

可以用数种方法将聚合物插件引进空腔，取决于空腔的尺寸和几何复杂性。一种方法涉及另外模塑成形聚合物插件，然后把该插件滑移或操纵进空腔。当空腔很易进入且没有复杂的曲线、弯道或截面异型时，该方法最成功。另一种引进插件的方法涉及在空腔内注射进由所需热塑性或未固化热固性聚合物构成的液态聚合物材料，然后使该液态聚合物材料凝固并收缩成聚合物插件。当空腔的几何形状使预成形的聚合物插件在其中的通行难以实施甚至不可行时，这种方法最适用(但这种方法也可适用于形状很简单的空腔)。如果出现液态聚合物材料在凝固时可能会粘到或结合到轻金属合金零件的内露本体表面上的问题，则可以在注射液态聚合物材料之前，先在空腔内涂布任选的不可湿润涂层。聚合物插件被引进后，空腔可以不加盖或不密封。如果希望密封，则可以用相应的轻金属合金接头，以，例如，焊接或钎焊操作，密封空腔。

因多个理由，聚合物插件可包括填料。填料可用来，例如，控制聚合物插件的刚度或外形和/或控制液态聚合物材料凝固时的收缩率(如果用这种方法将聚合物插件引进空腔)。聚合物插件内所含的填料越多，则刚度增加越多，而且，如果插件是通过注射液态聚合物材料被引进空腔的，则液态聚合物材料的收缩就越慢，总收缩量就越少。液态聚合物材料凝固时，可实现约50 mm/m～约2 mm/m(每米的毫米收缩)的收缩率，取决于填料的用量、组成和结构形式。聚合物插件能精确地容纳多少填料取决于多个因素。但在大多数情况下，如果存在填料，则聚合物插件含约5 wt%～约50 wt%范围内任意量的填料。

填料可以均匀或局部地含在聚合物插件内，而且可以是球状、扁平状或纤维状颗粒，也可以是由单向纤维或双向织造织物构成的纤维片材。相对耐热和耐蚀的任何单一材料或组合材料都可用作填料。普通和广泛使用的一些填料的实例是碳酸钙、二氧化硅、玻璃、云母、粘土、纳米粘土、天然或合成碳、芳族聚酰胺(即Kevlar)和硅灰石。可构成全部或部分填料的各种填料材料和它们的不同结构形式具有不同的物理特性；因此，它们除了能减慢收缩率外，还能调控空腔内液态聚合物凝固时的收缩方向。例如，颗粒填料的不同长径比(长直径与短直径之比)影响液态聚合物材料在凝固期间是各向同性收缩(一般是球状颗粒)还是各向异性收缩(扁平颗粒、纤维)。纤维片材填料材料除了赋予聚合物插件粗略外形外，也同样能影响液态聚合物材料凝固时的收缩行为。

减振轻金属合金零件的一个优选实施方案是变速器的外壳，该外壳包围被手动或自动操作的部分输入轴、部分输出轴和齿轮组，以选择性地把速度和扭矩从输入轴传输到输出轴。许多其它力学元件，仅举数例，包括离合器片、同步器、飞轮、变矩器和轴承，也可与齿轮组一起被包围在变速器的减振外壳内。应指出，熟练的技术人员都已熟知变速器的一般功能、目前已有的许多变速设计选择、常用来组装变速器机械工作区的许多特定机械元件以及这些机械元件彼此如何相互作用才能有效地实施变速器的全面功能。因此，在这里不必更深入地讨论变速器外壳所包围的复杂和关联的机械工作区。

变速器的减振外壳包含由铝合金或镁合金构成的结构壁。结构壁包括内表面和外表面。仿照结构壁外形的空腔被成形在内表面与外表面之间的所选阻尼区。空腔内含有聚合物插件，优选插件含填料，以有助于实现和维持所要求的尺寸、刚度和外形。聚合物外表面的一部分或几部分靠在空腔的内表面上，并在变速器外壳的所选阻尼区受到振动时，能在那个界面上发生相对摩擦接触运动。空腔的内表面优选由不可湿润涂层提供。

在变速器操作期间，齿轮组内各啮合齿轮的不断结合或分离以及其它各种机械相互作用(即飞轮、离合器片等所遭遇的)会造成作用到变速器减振外壳上的振动。振动也可从车辆动力系内的其它源作用到变速器的减振外壳上。但空腔中存在聚合物插件就阻断了这些振动的传播并将它们的大量机械能耗散成热能。在变速器外壳受到振动时，出现在聚合物插件外表面与空腔内表面之间的相对摩擦接触运动负责把机械振动能转化为热能。聚合物插件上不与空腔内表面接触的那部分的独立运动也对聚合物插件的阻尼作用有贡献。获自变速器减振外壳的总阻尼效果是指驾驶员感觉到的振动和听到的由这类振动产生的噪声小多了。

当然，除了变速器之外，存在于车辆底盘内的许多其它部件同样可包括减振轻金属合金外壳。这些其它部件包括反相器和/或电动马达。其它轻金属合金零件，例如，支架，也可以类似方式被减振。为提高乘员舱内的乘坐舒适性，在车辆底盘内使用一个或多个减振轻金属合金零件有助于减少沿动力系的振动传播和潜在的噪声产生。

附图说明

图1，作为车辆底盘内存在的轻金属合金零件的典型实例，是变速器减振外壳的截面图，该零件包括已被引进空腔的聚合物插件，空腔形成在外壳结构壁内的所选阻尼区。

图2是沿图1所示变速器外壳的纵轴所取的平面图。

图3是图2中圈3所代表的空腔和其中所含聚合物插件的放大视图。

图4是按照本公开制造方法的一个实施方案，在注射将要凝固和收缩成聚合物插件的液态聚合物材料之前，沿图1中线4所取的空腔的放大理想视图。

图5是图3中所示空腔在注射了液态聚合物材料之后但在凝固和收缩之前的放大理想视图。

图6是图3中所示空腔在所注射进的液态聚合物材料已凝固和收缩成聚合物插件后的放大理想视图。

图7是在固体铝合金试件和尺寸相同但包括了厚1.0 mm的空腔，腔内放有聚合物插件的铝合金试件受到振动力之后所观察到的振动冲击的比较图。

图8是在固体铝合金试件和尺寸相同但包括了厚1.2 mm的空腔，腔内放有聚合物插件的铝合金试件受到振动力之后所观察到的振动冲击的比较图。

图9是在固体铝合金试件和尺寸相同但包括了厚1.5 mm的空腔，腔内放有聚合物插件的铝合金试块受到振动力后所观察到的振动冲击的比较图。

具体实施方式

图1～3示意变速器的减振外壳10，作为可存在于车辆底盘内的轻金属合金零件的典型实施例。变速器的减振外壳10是变速器的围护结构；它包围一部分输入轴、一部分输出轴和齿轮组等。变速器是受结构框架支持的动力系的零件。变速器的总功能是，以符合所选齿轮位置(前进挡、空档、倒档)要求的速比，把速度和扭矩从动力系的动力产生部件(发动机或电瓶)传输到驱动轮，不论手动或自动。变速器的减振外壳10保护齿轮组和其它被包围机械变速器元件免遭碎片和，如果合适，为变速箱润滑油提供容器。

变速器的减振外壳10包含由轻金属合金构成的结构壁12。结构壁12包括内表面14和外表面16。空腔20被限定在结构壁12的内表面14与外表面16之间的所选阻尼区18。所选阻尼区18可以是结构壁12的任意预定部分，在其中，技术人员的有关经验、经验数据的解释和/或实验数据表明振动很可能发源或传播于此处。结构壁12上大而几何形状不大复杂的可进入区域是阻尼区18最优选的部位。这些区域为拟形成的空腔20提供更多的空间并允许空腔20的形状有更多的设计余度。构成结构壁12的轻金属合金可以是铝合金或镁合金，如铝合金A360、A380、A383和A413或镁合金AZ91D、AZ81、AM60B、AM50A和AS41B。

在所选阻尼区18的空腔20的尺寸和形状可变，只要不降低结构壁12的结构整体性和/或功能性即可。例如，如图3清楚地所示，空腔20可仿照结构壁12上相邻内表面14和外表面16的轮廓。空腔20的壁厚CT——正如在结构壁厚度测量方向上从内表面14至外表面16所测——优选是约0.3 mm～约5.0 mm，如果结构壁厚度WT是约5 mm～约20 mm。空腔的其它2个尺寸(宽度和深度)对结构壁的结构和功能整体性都不大重要。但空腔20的宽度W和深度D，在结构壁12内它们的各自方向上，一般各优选跨距为约15 mm～约150 mm。

空腔20由内表面22界定，在该具体实施方案中，内表面22由涂布在结构壁12的内露本体表面26上的不可湿润涂层24提供。不可湿润涂层24提供比内露本体表面26更不易粘结的界面，并有助于制造变速器的摩擦阻尼外壳10，如下文进一步解释。不可湿润涂层24优选包括分散在粘合剂内的石墨或陶瓷颗粒或两者。不可湿润涂层24的典型厚度优选不超过空腔厚度CT的约10%。但是，空腔20内当然不一定存在不可湿润涂层24。结构壁12的内露本体表面26能提供空腔20的内表面22，但不会明显降低减振效果。

不可湿润涂层24的一种具体组合物可包括分散在环氧树脂或磷酸粘合剂内的天然或合成石墨的箔、纤维和/或粉末颗粒。石墨颗粒(箔、纤维、粉末)可以相对于不可湿润涂层24为约30 wt%～约95 wt%的量存在。不可湿润涂层24的另一种组合物可包括陶瓷颗粒，如二氧化硅、氧化铝、碳化硅、氮化硅、氮化硼、堇青石(镁-铁-铝硅酸盐)、莫来石(铝硅酸盐)、氧化锆、页硅酸盐或任何其它已知的陶瓷颗粒。陶瓷颗粒可以被分散在环氧树脂、磷酸粘合剂、钙铝酸盐水泥、木粉、粘土或木素磺酸盐粘合剂，如木素磺酸钙中。一种这样的涂料组合物可购自Vesuvius Canada Refractories(Welland,Ontario)，商品名为IronKote。IronKote涂料组合物由分散在木素磺酸盐粘合剂中的氧化铝颗粒(约47.5%)和硅酸盐颗粒(约39.8%)构成。

聚合物插件28放在空腔20内并使变速器外壳10具有减振效果。更具体地说，当振动或交变力通过结构壁12在所选阻尼区18回荡时，聚合物插件28的外表面30与空腔20的内表面22发生相对摩擦接触运动。这些摩擦相互作用把机械振动能转化为耗散热能，这又转而削弱或基本抑制正在传播的振动。聚合物插件28的外表面30包括靠在空腔20内表面22上的部分32和与内表面22隔开一个小间隙36的部分34。靠在内表面22上的部分32负责通过摩擦接触把机械能转化为热能。与内表面22隔开的部分34使聚合物插件28具有一定程度的灵活性和局部独立运动的空间，以此能吸收一些机械振动能。聚合物插件28的外表面30上的这些部分32、34可以通过空腔20的几何形状、在空腔内引进聚合物插件28的方法和聚合物插件28的组成得以形成和强化。

聚合物插件28可以由从液态凝固时收缩的热塑性聚合物或热固性聚合物构成。具有这种收缩能力的一些优选热塑性聚合物包括脂肪族聚酰胺，如聚己二酰己二胺(尼龙6,6)、聚己内酰胺(尼龙6)；聚碳酸酯，如双酚A与光气的反应产物；芳族聚酰胺,如对苯二胺与对苯二甲酰氯的反应产物；聚丙烯酸类，如聚甲基丙烯酸甲酯；聚烯烃，如聚丙烯或聚乙烯；和聚酯，如聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚对苯二甲酸丁二醇酯。这些和其它热塑性聚合物可通过冷却到它们熔点以下的温度而从熔融态凝固下来。具有必要收缩能力的一些优选热固性聚合物包括环氧树脂，如双酚A与表氯醇的反应产物；酚醛树脂，如苯酚与甲醛的反应产物；和聚酯，如乙二醇与马来酸的反应产物。这些和其它热固性聚合物可通过引起聚合或交联的加热、在有光引发剂存在下的UV照射、辐照或化学反应(即在环氧树脂中加入多元胺硬化剂)的固化而凝固。

因多个理由，可以在聚合物插件28内加入填料。填料的存在可用来控制聚合物插件28的尺寸、刚度和/或外形。填料可以被均匀或局部地容纳在聚合物插件28内并可包含球状颗粒、扁平状颗粒、纤维颗粒、单向纤维插件和/或双向织造织物插件。较耐热和耐蚀的任何单一材料或组合材料都可用作填料。普通和广泛应用的填料的实例是碳酸钙、二氧化硅、玻璃、云母、粘土、纳米粘土、碳、芳族聚酰胺(即Kevlar)和硅灰石。按照本领域技术人员的常识，不同填料和它们的不同结构形式具有不同的物理特性，且因此能使聚合物插件28具有不同的结构性能。聚合物插件28中填料的精确含量不受特别限制，但常用范围是聚合物插件28总重量的约5 wt%～约50 wt%。

制造变速器减振外壳10的优选方法，如图4～6示意，包括在空腔20内注射进液体热塑性或未固化的热固性聚合物材料38，然后使液态聚合物材料38凝固和收缩，形成聚合物插件28。如果聚合物插件28是与空腔20分开制造的，而空腔20的几何形状使聚合物插件通过其进入和前行难以实施或甚至不可行时，该方法最适用。在聚合物插件28被引进后，空腔可以不加盖，或者如果在有些情况下需要，也可以用相应轻金属合金接头以焊接或钎焊法密封之。这种引进聚合物插件28的具体方法也可用于空腔20具有使插件28容易滑移进、出的很简单形状的情况。

空腔20，如图4所示，在结构壁12的制造期间或结构壁12已制成之后，被成形在所选阻尼区18。空腔20可以在砂铸、粉末冶金工艺或技术人员所知的任何其它类适用的轻金属合金制造工艺期间，与结构壁12一起整体或同时成形。空腔20也可以在结构壁12已制成后再成形。可以此种方式成形空腔20的技术包括电火花加工、激光切割、水射流切割、铣削、拉削、化学腐蚀或任何其它适用的方法。决定空腔20是在结构壁12的制造期间或以后成形一般是制造能力、生产经济性和制造后勤的事。

然后，用压力辊涂法、喷射或浸涂法，在结构壁12的内露本体表面26上涂布不可湿润涂层24，如果用涂层。如果在制造期间存在液态聚合物材料38有可能粘结或结合到内露本体表面26上的问题，则一般都要涂布不可湿润涂层24。这类表面-表面的相互作用一般是不理想的，因为它们会妨碍希望发生在插件28的外表面30与空腔20的内表面22之间的相对摩擦接触运动。不可湿润涂层24，与结构壁12的内露本体表面26相比，在凝固期间不大会与液态聚合物材料38粘结或结合，或在长期使用期间不大会与聚合物插件28的外表面30粘结或结合，因为其表面粘合的石墨和/或陶瓷颗粒具有干润滑性。

然后，把液态聚合物材料38，在允许其组分热塑性或未固化热固性聚合物流动的条件下，注射进空腔20，如图5所示。对于热塑性聚合物，液态聚合物材料38的温度一般在所用具体热塑性聚合物的熔点以上。把热塑性聚合物加热和熔化成液态聚合物材料38可以用任何合适的方法来实现，例如，在注塑机内受热。另一方面，对于未固化的热固性聚合物，温度可能是也可能不是问题，取决于具体的热固性聚合物是靠加热还是靠其它固化机理进行固化。热-固化的热固性聚合物一般在低于引发聚合/交联的温度下进行注射，而反应固化的热固性聚合物则可以在刚将未固化的热固性聚合物与适当的硬化剂或交联剂混合后在提供期望粘度和固化速率的温度下进行注射。从许多不同的热塑性和未固化的热固性聚合物候选材料形成可流动的液态聚合物材料38所需的具体贮存、处理和制造步骤，一般是本领域技术人员已知的，无需在此进一步赘述。

液态聚合物材料38，当存在于空腔20中时，可以，但不一定，包括填料。填料可用来影响聚合物插件28的刚度和外形，还能控制液态聚合物材料38在通过冷却和/或固化凝固成聚合物插件28时的收缩率。增加填料量一般导致(1)聚合物插件28的刚度提高和(2)液态聚合物材料38的收缩率和总收缩量稳定减小。填料，如果存在，且取决于其构造，可与液态聚合物材料38分别放进空腔20，或者，也可与聚合物材料38相混后一起同时注射。结构整体性更好的纤维片材填料(单向纤维插件，双向织造织物插件)优选与液态聚合物材料38分别放进空腔20，而颗粒填料(球状颗粒、扁平状颗粒、纤维颗粒)则优选与液态聚合物材料38混合后再注射进空腔20。

然后液态聚合物材料38在空腔20内被凝固，形成聚合物插件28，如图6所示。液态聚合物材料38的凝固可线性或非线性地进行，同时，正在凝固的液态聚合物材料38以一定程度的可控收缩率收缩。在液态聚合物材料38如何凝固的问题上，热塑性聚合物与未固化热固性聚合物之间的差别又一次成为相关因素。液态聚合物材料38，当由热塑性聚合物构成时，在熔点以下的温度下——已从先前为便于注射进空腔20的温度下降下来——冷却时逐渐凝固和收缩。在室温下经过一段短时间就足以使热塑性聚合物冷却到所需的程度。但是，当由未固化的热固性聚合物构成时，液态聚合物材料38一般在固化期间凝固和收缩，促进固化的方法可以是，加热、加入硬化剂或交联剂、光引发剂和UV光能、辐射或经过一段时间，使组分单体和/或齐聚体之间能实现充分的聚合和交联。

凝固中的液态聚合物材料38的收缩不仅避免了聚合物插件28与空腔20之间的紧配合，从而允许出现相对摩擦接触运动，而且对聚合物插件28的最终结构也有贡献。这是因为凝固中的聚合物材料38常常收缩到其形状略不同于空腔20的形状。空腔20在厚度CT、宽度W和深度D上的差别倾向于产生内应力，内应力导致聚合物插件28在成形时发生屈曲。这类屈曲导致形成靠在内表面22上的部分32和与内表面隔开一个小间隙36的部分34(如图3所示)。这些部分32、34也可以被填料，如果含填料，和空腔20的几何形状发展、支持和/或维持。

液态聚合物材料38在凝固期间的收缩率一般是约50 mm/m～约2 mm/m，与它的热塑性/热固性聚合物组成无关。对于聚合物插件28，聚合物组成的选择和填料的选择性使用，可使聚合物插件28的收缩率——且因此尺寸、外形和刚度——按需要在该范围内变化，以满足设计和/或性能要求。收缩率的减少可以用增加填料含量来实现。填料的物理特性还可引导收缩如何发生。例如，可选择颗粒填料材料的长径比来影响液态聚合物材料38在凝固期间是各向同性收缩(球状颗粒)还是各向异性收缩(扁平状颗粒、纤维颗粒)。作为另一个实例，纤维片材填料(单向纤维插件或双向织造织物插件)的形状可用来构成聚合物插件28的粗略形状并影响收缩行为。更进一步，靠在内表面22上的部分32的个数和相对部位会受液态聚合物38内所包括的纤维片材填料的初始形状、液态聚合物材料38中颗粒填料的含量和/或空腔20的几何复杂性的影响。

当然，刚才所述的制造变速器减振外壳的方法是一个优选的实施方案。另一种选择是，聚合物插件28可以另外制造，然后被滑移或操纵进空腔20，形成变速器的减振外壳10。当空腔20容易进入且没有曲面、急弯或复杂的截面形状时，该方法最好。上述制造方法也不限于变速器外壳；对于动力系中的任何其它类型的轻金属合金外壳，包括反相器外壳、电动马达外壳和差速器外壳在内，它们都很易实施。其它轻金属合金零件，如支架，也可以用此类相同方法制造。

实施例

本实施例示意在将聚合物插件引进轻金属合金零件中已形成的空腔内时所能实现的减振效果。在该实施例中，制造3个矩形铝合金试件，每个都含一个平直矩形空腔。这些空腔具有相同的宽度和深度，但厚度不同。第一、第二和第三个铝合金试件的空腔厚度分别为1.0 mm、1.2 mm和1.5mm。各空腔都用电火花加工法形成。将由30 wt%玻璃纤维填充的聚对苯二甲酸丁二醇酯构成并与试件分开模塑成形的3个聚合物插件分别滑进各试件的空腔。聚合物插件的厚度被模塑到略小于它们被引入的空腔的厚度。还制造第四个尺寸类似的固体矩形铝合金试件，作为基准试件。第四个铝合金试件不含空腔和放在其中的聚合物插件。

用冲击加速器对这四个试件分别施加交变力。用传统的频率响应法测定这四个试件内所经历的振动。从这些测量产生了包括聚合物插件的和基准试件中各试件的振幅(y轴)对频率(x轴)的曲线图。图7给出了测得的传播过第一个试件70(空腔宽度=1.0 mm)的振动与第四个基准试件50的比较。图8给出了测得的传播过第二个试件80(空腔宽度=1.2 mm)的振动与第四个基准试件50的比较。图9给出了测得的传播过第三个试件90(空腔宽度=1.5mm)的振动与第四个基准试件50的比较。正如可见，在整体成形空腔内含有聚合物插件的3个试件所经受的振动传播比固体基准试件的小得多。

综上所述，本申请涉及以下技术方案：

1. 制造减振非铁轻金属合金零件的方法，当该零件被安装在车辆的底盘内时，它在车辆运行期间易进行振动传播和噪声传输，该方法包括：

在非铁轻金属合金零件内所选阻尼区成形一个空腔，该空腔由轻金属合金零件的内露本体表面或涂布在内露本体内表面上的不可湿润涂层提供的内表面界定；和

在该空腔内引进聚合物插件，该聚合物插件的尺寸和形状要使当轻金属合金零件在所选阻尼区受到振动时，聚合物插件的外表面能与空腔的内表面发生相对摩擦接触运动，该聚合物插件的外表面包含靠在空腔内表面上的部分和与内表面隔开一个间隙的部分。

2. 方案1的方法，其中，成形空腔的方法包括：

在将聚合物插件引进空腔之前，先在轻金属合金零件的内露本体表面上涂布不可湿润涂层，以提供空腔的内表面，所述不可湿润涂层包含被分散和粘合在粘合剂内的石墨或陶瓷颗粒中至少之一。

3. 方案1的方法，其中将聚合物插件引进空腔的方法包括：

获得由热塑性聚合物或未固化的热固性聚合物构成的液态聚合物材料；

将该液态聚合物材料注射进空腔；和

使空腔内的该液态聚合物材料凝固并使该液态聚合物材料以可控的收缩率收缩，以形成聚合物插件。

4. 方案3的方法，其中将聚合物插件引进空腔的方法包括：

通过将热塑性聚合物加热到该热塑性聚合物的熔点以上获得液态聚合物材料；和

通过将液态聚合物材料冷却到该热塑性聚合物熔点以下的温度使液态聚合物材料凝固。

5. 方案4的方法，其中热塑性聚合物包含脂肪族聚酰胺、聚碳酸酯、芳族聚酰胺、聚丙烯酸、聚烯烃或聚酯。

6. 方案3的方法，其中将聚合物插件引进空腔的方法包括：

通过获得处于液态的未固化的热固性聚合物获得液态聚合物材料；和

通过固化该液态聚合物材料使该液态聚合物材料凝固。

7. 方案6的方法，其中热固性聚合物包括环氧树脂、酚醛树脂或聚酯。

8. 方案3的方法，还包括：

在液态聚合物材料凝固之前，把填料加进液态聚合物，以控制收缩率。

9. 方案8的方法，其中该填料具有包含下列至少一种的结构：球状颗粒、扁平状颗粒、纤维颗粒、由单向纤维形成的纤维片材或由双向织造织物形成的纤维片材。

10. 方案9的方法，其中该填料包含至少一种下列物质：碳酸钙、二氧化硅、玻璃、云母、粘土、纳米粘土、天然或合成碳、芳族聚酰胺或硅灰石。

11. 方案1的方法，其中将聚合物插件引进空腔的方法包括：

与轻金属合金零件分开制造聚合物插件并使之与空腔的形状基本相仿，该聚合物插件由热塑性聚合物或热固性聚合物构成；和

将聚合物插件滑移进空腔。

12. 方案11的方法，其中热塑性聚合物包含脂肪族聚酰胺、聚碳酸酯、芳香族聚酰胺、聚丙烯酸、聚烯烃或聚酯，以及其中热固性聚合物包含环氧树脂、酚醛树脂或聚酯。

13. 方案11的方法，其中聚合物插件含有填料。

14. 方案13的方法，其中该填料具有包含下列至少一种的结构：球状颗粒、扁平状颗粒、纤维颗粒、由单向纤维形成的纤维片材或由双向织造织物形成的纤维片材，以及其中填料包含至少一种下列物质：碳酸钙、二氧化硅、玻璃、云母、粘土、纳米粘土、天然或合成碳、芳族聚酰胺或硅灰石。

15. 方案1的方法，其中，轻金属合金零件是变速器的外壳、反相器的外壳、电动发动机的外壳、差速器的外壳或结构支架。

16. 制造变速器的减振非铁轻金属合金外壳的方法，该方法包括：

提供由铝合金或镁合金构成、包括内表面和外表面的结构壁，该结构壁确定了内表面与外表面之间的空腔，空腔由内表面界定，该内表面由结构壁的内露本体表面或涂布在内露本体表面上的不湿润涂层提供；和

在空腔内引进聚合物插件，该聚合物插件的尺寸和形状要使当结构壁在所选阻尼区受到振动时，聚合物插件的外表面能与空腔的内表面发生相对摩擦接触运动，该聚合物插件的外表面包括靠在空腔内表面上的部分和与内表面隔开一个间隙的部分。

17. 方案16的方法，其中将聚合物插件引进空腔的方法包括：

获得由热塑性聚合物或未固化的热固性聚合物构成的液态聚合物材料；

将液态聚合物材料注射进空腔；和

使空腔内的液态聚合物材料凝固并使该液态聚合物材料以可控收缩率收缩，形成聚合物插件。

18. 方案17的方法，还包括：

在使液态聚合物材料凝固之前，将填料加进液态聚合物材料，以控制收缩率。

19. 方案18的方法，其中填料具有至少一种下列结构：球状颗粒、扁平状颗粒、纤维颗粒、由单向纤维形成的纤维片材或由双向织造织物形成的纤维片材，以及其中填料包含至少一种下列物质：碳酸钙、二氧化硅、玻璃、云母、粘土、纳米粘土、天然或合成碳、芳族聚酰胺或硅灰石。

20. 制造非铁轻金属合金零件的方法，当该零件被安装在车辆底盘内时，它在车辆运行期间易进行振动传播和噪声传输，该方法包括：

提供非铁轻金属合金零件，它在轻金属合金零件内所选阻尼区限定一个空腔，该空腔具有该轻金属合金零件的内露本体表面；

在轻金属合金零件的内露本体表面上涂布不可湿润涂层，以界定空腔的内表面；

获得由热塑性聚合物或未固化的热固性聚合物构成的液态聚合物材料；

将液态聚合物材料注射进空腔，当液态聚合物材料在空腔内时含有填料；和

使空腔内的液态聚合物材料凝固并使该液态聚合物材料收缩，形成聚合物插件，其尺寸和形状要使当该轻金属合金零件在所选阻尼区受到振动时，聚合物插件的外表面能与空腔的内表面发生相对摩擦接触运动。

以上对优选实施方案和具体实例的描述仅是说明性的，无意限制随后权利要求的范围。

Claims (10)

1.制造减振非铁轻金属合金零件的方法，当该零件被安装在车辆的底盘内时，它在车辆运行期间易进行振动传播和噪声传输，该方法包括：

在非铁轻金属合金零件内所选阻尼区成形一个空腔，该空腔由轻金属合金零件的内露本体表面或涂布在内露本体内表面上的不可湿润涂层提供的内表面界定；和

在该空腔内引进聚合物插件，该聚合物插件的尺寸和形状要使当轻金属合金零件在所选阻尼区受到振动时，聚合物插件的外表面能与空腔的内表面发生相对摩擦接触运动，该聚合物插件的外表面包含靠在空腔内表面上的部分和与内表面隔开一个间隙的部分。

2.权利要求1的方法，其中，成形空腔的方法包括：

在将聚合物插件引进空腔之前，先在轻金属合金零件的内露本体表面上涂布不可湿润涂层，以提供空腔的内表面，所述不可湿润涂层包含被分散和粘合在粘合剂内的石墨或陶瓷颗粒中至少之一。

3.权利要求1的方法，其中将聚合物插件引进空腔的方法包括：

获得由热塑性聚合物或未固化的热固性聚合物构成的液态聚合物材料；

将该液态聚合物材料注射进空腔；和

使空腔内的该液态聚合物材料凝固并使该液态聚合物材料以可控的收缩率收缩，以形成聚合物插件。

4.权利要求3的方法，其中将聚合物插件引进空腔的方法包括：

通过将热塑性聚合物加热到该热塑性聚合物的熔点以上获得液态聚合物材料；和

通过将液态聚合物材料冷却到该热塑性聚合物熔点以下的温度使液态聚合物材料凝固。

5.权利要求4的方法，其中热塑性聚合物包含脂肪族聚酰胺、聚碳酸酯、芳族聚酰胺、聚丙烯酸、聚烯烃或聚酯。

6.权利要求3的方法，其中将聚合物插件引进空腔的方法包括：

通过获得处于液态的未固化的热固性聚合物获得液态聚合物材料；和

通过固化该液态聚合物材料使该液态聚合物材料凝固。

7.权利要求6的方法，其中热固性聚合物包括环氧树脂、酚醛树脂或聚酯。

8.权利要求3的方法，还包括：

在液态聚合物材料凝固之前，把填料加进液态聚合物，以控制收缩率。

9.权利要求8的方法，其中该填料具有包含下列至少一种的结构：球状颗粒、扁平状颗粒、纤维颗粒、由单向纤维形成的纤维片材或由双向织造织物形成的纤维片材。

10.权利要求9的方法，其中该填料包含至少一种下列物质：碳酸钙、二氧化硅、玻璃、云母、粘土、纳米粘土、天然或合成碳、芳族聚酰胺或硅灰石。

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