CN103269823B - 一体化部件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一体化部件及其制造方法，以便能够通过减少获得一体化部件所需的制造步骤来降低制造成本，和通过减少焊接时最少地产生裂纹等来提高产量，所述一体化部件包含具有相互不同的要求特性并经焊接成为单个单元的部件。本发明提供了一种一体化部件及其制造方法，所述一体化部件通过下述步骤获得：电阻焊步骤(S2)，其中由碳含量比环形组件(2)高的部件制成轴组件(3)，并在将该轴组件(3)压装进环形组件(2)时对接触区域通电，由此通过电阻焊将轴组件(3)与环形组件(2)一体化；渗碳层形成步骤(S4)，其中根据各个组件所需的特性，通过对获自电阻焊步骤(S2)的一体化部件进行渗碳或碳氮共渗然后将所述一体化部件淬火和回火，在轴组件(3)和环形组件(2)上形成渗碳层。

Description

一体化部件及其制造方法
技术领域
本发明涉及通过焊接彼此具有不同的要求特性的第一部件和第二部件而一体化形成的一体化部件，以及用于制造所述一体化部件的方法。
背景技术
例如，用于将车辆的起动器电机的驱动力传递到发动机的曲轴的起动机驱动的齿轮在此以前是通过将由合金钢制成的轴组件和由碳钢或合金钢制成的齿轮组件一体化来制造，所述齿轮组件具有环形构造并且经由电子束焊在其外圆周上形成有齿。在这种情况下，因为轴组件是经由装配在轴组件的外圆周和内圆周上的轴承安装在车辆的零件，因此需要轴组件具有高硬度。另一方面，齿轮组件具有承受与另一个配对齿轮的啮合的强度即足够，因此轴组件不需要具有如此高的强度而是需要其硬度减低到一个合适的程度以防止损坏齿轮的齿。
已经提出了一种制造方法，例如在下述专利文献1中使两个各自具有不同的要求特性的构件通过焊接而一体化的技术。即，通过事前对轴组件进行渗碳-淬火和回火使轴组件在焊接前形成有渗碳层(预制的渗碳层)，并且通过切割等除去待焊接至齿轮组件的轴组件的预制渗碳层。然后，将齿轮组件压装到轴组件的预制渗碳层已被去除的部分，并且彼此一体化焊接而成为一体化部件。对获得的一体化部件进一步执行渗碳-淬火和回火或碳氮共渗-淬火和回火以便形成具有所需特性的(即轴组件具有比齿轮组件更深的渗碳层和更高的硬度)起动器驱动的齿轮。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本公开专利号285428/2004
发明内容
发明所解决的问题
然而，在用于制造如上所述现有技术的一体化部件的方法中，因为必须在焊接轴组件和齿轮组件之前形成预制的渗碳层(预制的渗碳层形成步骤)，并且进一步除去待焊接至齿轮组件的轴组件的预制的渗碳层(预制的渗碳层的去除步骤)，因而导致下述问题：增加了预制的渗碳层形成步骤和预制的渗碳层的去除步骤这些制造步骤，并因而增加了制造成本。
另一方面，在被焊接部分会引起裂纹等，并且因而也会使生产产量降低。这应该是在熔融焊接(通过熔化基体金属进行的焊接方法)例如电子束焊中，因为焊接构件会被加热到极高温度然后在短时间内冷却，在高碳含量的情况下会产生淬火裂纹。
因此本发明的一个目的是提供一种一体化部件，其包括各自具有不同的要求特性的不同部件，以及用于制造该一体化部件的方法，其能够减少制造步骤并因而降低制造成本，抑制在焊接步骤期间裂纹等的产生并且因而改善生产产量。
解决上述问题的手段
为了实现上述目的，根据本发明的权利要求1，提供一种一体化部件的制造方法，所述一体化部件通过焊接彼此具有不同的要求特性的第一部件和第二部件而一体化形成，其特征在于：第一部件由碳含量高于第二部件的碳含量的材料制成；且所述方法包括电阻焊步骤和渗碳层形成步骤，在电阻焊步骤中，将第一部件压装进第二部件并且对压装部分通电以实现电阻焊，从而使第一部件和第二部件一体化；在渗碳层形成步骤中，在电阻焊步骤中获得的一体化部件上进行渗碳-淬火和回火或碳氮共渗-淬火和回火，以便根据第一部件和第二部件所要求的特性形成渗碳层。
本发明权利要求2是权利要求1的一体化部件制造方法，其特征在于：所述第一部件包括轴组件，所述第二部件包括形成有中心开口的环形组件，所述轴组件能被压装进该中心开口中，在电阻焊步骤中，通过将轴组件压装进所述开口内并且对轴组件和环形组件的开口边缘之间的压装部分通电来进行环形电阻焊。
本发明权利要求3是如权利要求2的一体化部件制造方法，其特征在于：所述一体化部件包括被起动器驱动的齿轮，该齿轮用于将车辆的起动机电机的驱动力传递到发动机的曲轴，并且其中环形组件在其外圆周上形成有齿并形成被起动器驱动的齿轮的齿轮组件，并且所述被起动器驱动的齿轮经由装配在轴组件的外圆周和内圆周上的轴承而适配安装在车辆上。
本发明权利要求4是一体化部件，其通过焊接彼此具有不同要求特性的第一部件和第二部件而一体化形成，其特征在于：第一部件由碳含量高于第二部件的碳含量的材料制成；且所述一体化部件经由以下步骤而制成：电阻焊步骤，其中将第一部件压装进第二部件并且对压装部分通电以实现电阻焊，从而使第一部件和第二部件一体化；和渗碳层形成步骤，其中在电阻焊步骤中获得的一体化部件上进行渗碳-淬火和回火或碳氮共渗-淬火和回火，以便根据第一部件和第二部件所要求的特性形成渗碳层。
本发明的权利要求5是权利要求4的一体化部件，其特征在于：第一部件包括轴组件，第二部件包括形成有有中心开口的环形组件，轴组件能被压装进该中心开口内，在电阻焊步骤中，通过将轴组件压装进所述开口内并且对轴组件和环形组件的开口边缘之间的压装部分通电来进行环形电阻焊。
本发明权利要求6是权利要求5的一体化部件，其特征在于：所述一体化部件包括被起动器驱动的齿轮，该齿轮用于将车辆的起动机电机的驱动力传递到发动机的曲轴，并且其中所述环形组件在其外圆周形成有齿并且形成被起动器驱动的齿轮的齿轮组件，并且所述被起动器驱动的齿轮经由装配在轴组件的外圆周和内圆周上的轴承而适配安装在车辆上。
发明效果
根据本发明，因为第一部件用具有比第二部件碳含量更高的碳含量的材料制成，并且在渗碳层形成步骤中，在第一部件和第二部件在电阻焊步骤中被一体化后，第一部件和第二部件形成有彼此不同的渗碳层，所以可以减少制造步骤并因此减少制造成本，抑制在焊接步骤期间裂纹等的产生，并且因而提高产量。
附图说明
[图1]示出根据本发明的优选的实施方式的作为一体化部件的起动器驱动的齿轮的平面图；
[图2]图1的起动器驱动的齿轮的侧视图；
[图3]沿图1中的线III-III的剖面侧视图；
[图4]示出起动器驱动的齿轮的环形组件(齿轮组件)的平面视图和侧视图；
[图5]示出起动器驱动的齿轮的轴组件的平面视图和侧视图；
[图6]示出用于制造起动器驱动的齿轮的电阻焊装置的示意图(压装前)；
[图7]示出用于制造起动器驱动的齿轮的电阻焊装置的示意图(压装后)；
[图8]示出了起动器驱动的齿轮的制造步骤的流程图；
[图9]示出了安装在车辆上的起动器驱动的齿轮的示意图。
发明优选实施方式
将参照附图描述本发明的优选实施方式。本发明的实施方式的一体化部件1是包括作为第一部件的轴组件3和作为第二部件的环形组件(齿轮组件)2的起动器驱动的齿轮，如图1至图5所示。第一部件3和第二部件2具有不同的要求特性(例如耐磨性、强度、韧性等等)并且通过焊接而彼此一体化。
轴组件(第一部件)3由中空圆筒形金属部件(合金钢)形成，具有外圆周表面3a和内圆周表面3b，如图5所示。轴组件3经由轴承(例如单向轴承B1和向心轴承B2)而适配安装在如汽车等车辆上，所述轴承安装在外圆周3a和内圆周3b上。
环形组件(第二部件)2由环形金属部件(碳钢或合金钢)形成，其具有中心开口2b，轴组件3被压装到该开口2b内，如图4所示。即，开口2b的内径被形成来略小于轴组件3的外径(外圆周3a的直径)。因而，通过使轴组件3与环形组件2的圆周边缘接触而抵靠环形组件2轴向推动轴组件3，能将轴组件3压装进环形组件2。
环形组件2在其边缘形成有齿2a，以形成起动器驱动的齿轮1的齿轮组件。也即，起动器驱动的齿轮1的环形组件2形成用于传递车辆(例如汽车或摩托车)的起动器电机M的驱动力的齿轮，从而当环形组件2被组装到如图9所示的车辆时，环形组件(齿轮组件)2的齿2a能与齿轮G的齿紧密配合。因而，当起动器电机M通电时，其输出轴Ma旋转并且驱动力经由齿轮G被传输到起动器驱动的齿轮1的环形组件2。
单向轴承B1被安装在起动器驱动的齿轮1的轴组件3的外圆周3a和外部A之间，并且向心轴承B2被安装在轴组件3的内圆周3b和曲轴F之间。相应地，当起动器驱动的齿轮1通过起动器电机M的驱动力而旋转时，驱动力经由单向轴承B1和外部A而被传输到曲轴，并且由此驱动活塞P。
根据本发明，轴组件(即第一部件)3由比环形组件(即第二部件)2碳含量高的材料制成，例如轴组件3由中碳合金钢(或高碳合金钢)制成，环形组件2用低碳钢(或低碳合金钢)制成。由轴组件3和环形组件2一体化形成的起动器驱动的齿轮1通过下述制造步骤制造(电阻焊步骤和渗碳层形成步骤)。
电阻焊步骤通过利用如图6和7所示的环形电阻焊装置进行。环形电阻焊装置通常包括其上能放置环形组件2的下部电极模具D1、能与轴组件3的顶端接触的上部电极模具D2、第一夹具K1和第二夹具K2。
下部电极模具D1、上部电极模具D2和第一夹具K1由如铬铜等良导体制成，第二夹具K2用非磁性的绝缘材料制成。如图6所示，可以在环形电阻焊装置内安置轴组件3和环形组件2，同时在下部电极模具D1上放置环形组件2，而将轴组件3保持在第二夹具K2上。
电阻焊步骤通过使上部电极模具D2下降以使轴组件(第一部件)3压装进环形组件(第二部件)2并且同时对压装部分通电来实施。因而，通过在将轴组件3压装进环形组件2并且在它们之间通电时，使轴组件3的外部圆周表面3a和环形组件2b的开口2b之间的界面熔化，能够实现环形电阻焊。然后，如图7所示，当上电极模具D2邻接第一夹具K1时，停止其下降运动，并且压装操作和通电操作结束，因而可获得包括轴组件3和环形组件的一体化部件1。
根据本发明的电阻焊步骤，在执行压装和电阻焊操作时，通过在上电极模具D2下降运动期间使上部电极模具D2邻接抵靠第一夹具K1，可以实现轴组件3相对于环形组件2的焊接定位。因而，可以实现高准确度的焊接，而无需例如通过在对象组件(轴组件3或环形组件2)的任何一个上形成阶梯部分的焊接定位。形成在第二夹具K2上的凹槽K2a使得在压装操作期间生成的垫料等能够进入其内。
此外，根据本发明的电阻焊步骤，能够在短时间内在轴组件3和环形组件2之间实现优良的焊接，并且与电子束焊、使用焊枪的等离子焊或者TIG焊接相比，能改善制造周期时间和组装精度。也即，根据本发明的环形电阻焊，可以用少量的热输入执行轴组件3和环形组件2的焊接，并抑制组件的变形。
渗碳层形成步骤是如下步骤，其中在电阻焊步骤获得的一体化部件1上进行渗碳-淬火和回火或碳氮共渗-淬火和回火，以根据轴组件(第一部件)3和环形组件(第二部件)2所要求的特性在其中形成渗碳层。也即，根据本发明，由于轴组件(第一部件)3用比环形组件(第二部件)2碳含量高的材料制成，在轴组件3上形成深渗碳层，而另一方面在环形组件2上形成浅渗碳层。
因为形成启动驱动部件1的环形组件(第二部件)2是与其他齿轮配合的组件，不需要具有太大硬度而是需要使其硬度减低至适当程度以便防止齿轮齿的损坏。另一方面，因为环形组件2需要具有高强度和韧性，其优选具有如在本发明中获得的浅渗碳层。相反地，因为形成起动器驱动的齿轮1的轴组件(第一部件)3是经由安装在外圆周3a和内圆周3b上的轴承(例如一单向轴承B1和向心轴承B2)而适配安装到例如车辆上的组件，其需要高硬度和耐磨性。因此，在轴组件3上优选形成深渗碳层。根据本发明，通过焊接具有不同要求特性的第一部件(轴组件)3和第二部件(环形组件)2，可以制造一体化形成的一体化部件(起动器驱动的齿轮)1。
然后，将参照图8的流程图描述用于制造本发明的一体化部件(起动器驱动的齿轮)的步骤。
环形组件2和轴组件3预先通过常规机械加工工序制造。如先前描述，轴组件(第一部件)3用具有比环形组件(第二部件)2更高碳含量的材料制成，例如轴组件3用中碳合金钢(或高碳合金钢)制成，环形组件2用低碳钢或低碳合金钢制成。
如图6所示，轴组件3和环形组件2分别放置在上部电极模具D2和下部电极模具D1上(S1)。然后，通过使上部电极模具D2下降，同时对上部电极模具D2和下部电极模具D1通电，以执行电阻焊步骤(S2)。然后，将在电阻焊步骤S2中形成的一体化部件1从下部电极模具D1和上部电极模具D2取出(S3)。最后，在一体化部件1上进行渗碳层形成步骤(S4)。在执行步骤S1至S4之后，可以获得起动器驱动的齿轮(一体化部件)1，其包括具有深渗碳层的轴组件3和具有浅渗碳层的环形组件2。
根据本发明，由于轴组件(第一部件)3用碳含量高于环形组件(第二部件)2的材料制成，并且在电阻焊步骤S2中使所述组件2和组件3一体化之后的渗碳层形成步骤S4中，在这些组件2和组件3上形成了不同要求的渗碳层，因此能够减少制造步骤并由此减少制造成本、抑制在焊接步骤期间裂纹等的生成并因而提高产量。
已经参照优选实施方式对本发明进行了说明。明显地，本领域普通技术人员在阅读和理解前述的详细说明后可以认识到改进形式和替换形式。本发明意在涵盖所有这类替换形式和改进形式，只要其落在所附权利要求书或其等同物的范围之内。例如，如果一体化部件及其制造方法是那些用于彼此具有不同要求特性的第一部件和第二部件及其制造方法，则本发明可以应用到不同于起动器驱动的齿轮的一体化部件及其制造方法。即，第一和第二部件可以是那些除优选的实施方式所述的第一和第二部件外具有其他构造和特性的第一和第二部件。
工业实用性
本发明可以应用到那些具有不同的构造或附加功能的部件，只要其为一体化部件并且通过下述一体化部件的制造方法制造：所述一体化部件通过将具有不同的要求特性的第一部件和第二部件焊接而一体化形成，其特征在于第一部件用碳含量高于第二部件的材料制成；且所述方法包括电阻焊步骤和渗碳层形成步骤，在电阻焊步骤中，第一部件被压装进第二部件，并且对压装部分通电以实现电阻焊，从而使第一部件和第二部件一体化；在渗碳层形成步骤中，在电阻焊步骤中所获得的一体化部件上进行渗碳-淬火和回火或碳氮共渗-淬火和回火，以便根据第一部件和第二部件所要求的特性在其中形成渗碳层。
附图标记说明

Claims (6)

1.一种一体化部件的制造方法，所述一体化部件通过焊接彼此具有不同的要求特性的第一部件和第二部件而一体化形成，其特征在于：
所述第一部件由碳含量高于所述第二部件的碳含量的材料制成；
所述方法包括：
电阻焊步骤，其中将所述第一部件压装进所述第二部件并且对压装部分通电以实现电阻焊，从而使所述第一部件和所述第二部件一体化；和
渗碳层形成步骤，其中在所述电阻焊步骤中获得的所述一体化部件上进行渗碳-淬火和回火或碳氮共渗-淬火和回火，以便根据所述第一部件和所述第二部件的各表面所要求的特性形成渗碳层。
2.如权利要求1所述的一体化部件制造方法，其中所述第一部件包括轴组件，所述第二部件包括形成有中心开口的环形组件，所述轴组件能被压装进该中心开口中，在所述电阻焊步骤中，通过将所述轴组件压装进所述开口内并且对所述轴组件和所述环形组件的开口边缘之间的压装部分通电来进行环形电阻焊。
3.如权利要求2所述的一体化部件制造方法，其中所述一体化部件包括被起动器驱动的齿轮，该齿轮用于将车辆的起动器电机的驱动力传递到发动机的曲轴，并且其中，所述环形组件在其外圆周上形成有齿，并形成所述被起动器驱动的齿轮的齿轮组件，并且所述被起动器驱动的齿轮经由装配在所述轴组件的外圆周和内圆周上的轴承而适配安装在所述车辆上。
4.一种一体化部件，该一体化部件通过焊接彼此具有不同要求特性的第一部件和第二部件而一体化形成，其特征在于：
所述第一部件由碳含量高于所述第二部件的碳含量的材料制成；
所述一体化部件经由以下步骤而制成：
电阻焊步骤，其中将所述第一部件压装进所述第二部件并且对压装部分通电以实现电阻焊，从而使所述第一部件和所述第二部件一体化；和
渗碳层形成步骤，其中在所述电阻焊步骤中获得的所述一体化部件上进行渗碳-淬火和回火或碳氮共渗-淬火和回火，以便根据所述第一部件和所述第二部件所要求的特性形成渗碳层。
5.如权利要求4所述的一体化部件，其中所述第一部件包括轴组件，所述第二部件包括形成有中心开口的环形组件，所述轴组件能被压装进该中心开口内，在所述电阻焊步骤中，通过将所述轴组件压装进所述开口内并且对所述轴组件和所述环形组件的开口边缘之间的压装部分通电来进行环形电阻焊。
6.如权利要求5所述的一体化部件，其中所述一体化部件包括被起动器驱动的齿轮，该齿轮用于将车辆的起动机电机的驱动力传递到发动机的曲轴，并且其中所述环形组件在其外圆周形成有齿并且形成被所述起动器驱动的齿轮的齿轮组件，并且所述被所述起动器驱动的齿轮经由装配在所述轴组件的外圆周和内圆周上的轴承而适配安装在所述车辆上。
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