CN104854371B - 挠性板和用于对挠性板进行电容放电焊接的方法 - Google Patents

Abstract

一种两件式挠性板组件，其具有利用电容放电焊接工艺焊接至中央板的齿圈。该焊接形成在接合结构之间，该接合结构利用或者重叠布置、或者突出布置、或者倒角布置限定在齿圈与中央板之间。

Description

挠性板和用于对挠性板进行电容放电焊接的方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2013年12月11日提交的美国序列号No.14/102,886的优先权，并且本申请要求于2012年12月12提交的美国临时申请No.61/736,283的权益。以上指出的专利申请的全部公开通过参引并入本文中。

技术领域

本公开总体上涉及在机动车辆中使用的两件式挠性板组件，并且更具体地涉及具有利用电容放电焊接工艺焊接至中央板的齿圈的两件式挠性板组件。

背景技术

本部分提供了与本公开相关的背景信息，而该背景信息不一定为现有技术。

通常也被称为飞轮的挠性板用在车辆的动力传动系应用中以提供内燃机的输出部件与变速器的输入部件之间的机械联接。更具体地，挠性板的一侧紧固至发动机曲轴，而挠性板的另一侧紧固至扭矩转换器。因此，挠性板将发动机扭矩传输至扭矩转换器，扭矩转换器继而将发动机扭矩传输至变速器。

众所周知，挠性板构造成基于发动机速度的变化并响应于扭矩转换器内部的流体压力变化而轴向地偏转有限量以适应曲轴的运动和/或振动。此外，挠性板用作用于电起动马达的小齿轮的接合机构。当电起动马达响应于来自车辆的点火信号而接收电流时，小齿轮接合并驱动挠性板的齿圈部分，从而使挠性板以可旋转的方式驱动发动机曲轴。当发动机被成功地起动时，小齿轮在挠性板接着由曲轴以可旋转的方式驱动时分离。

在许多情况下，挠性板为包括中央板和齿圈的两件式挠性板组件，该齿圈刚性地紧固至中央板的外缘部。尽管也可以使用厚度可变的材料，但中央板通常由厚度不变的材料制成(即，冲压)。中央板通常包括大体上为平面的外部部分以及略微凹陷或倾斜的中央部分。该中央部分包括适于接纳曲轴毂的中央孔口以及用于将挠性板与曲轴对准并将挠性板安装至曲轴的多个安装孔口。凹陷的程度是可选的并且主要取决于曲轴与扭矩转换器之间的可利用空间。同样地，所述多个安装孔口延伸穿过中央板的外部部分以用于将挠性板组件安装至扭矩转换器。

已经采用各种方法来将齿圈刚性地紧固至常规的两件式挠性板组件的中央板。例如，美国公开号No.US 2007/0277643描述了两件式挠性板组件，在该两件式挠性板组件中，使用粘合剂来将齿圈刚性地紧固至中央板。此外，美国公开号No.US 2007/0277644公开了两件式挠性板组件，在该两件式挠性板组件中，齿圈压配至中央板并利用气体保护金属极电弧焊(GMAW)工艺——通常称为惰性气体保护金属(MIG)焊接和活性气体保护金属(MAG)焊接——焊接至中央板。还已知的是，将齿圈激光焊接至中央板。

当前，GMAW和激光焊接工艺的使用对两件式挠性板组件的制造而言是足够且可接受的。然而，GMAW和激光焊接工艺中的每一者均具有一定的缺点。具体地，尽管GMAW焊接是相当快且便宜的，但是GMAW焊接的使用由于高热量的需求可能导致齿圈齿的硬度降低、潜在的部件变形以及高的残余应力。同样地，尽管激光焊接为更加先进且精确的工艺，但是其本身更加昂贵且复杂。

这些焊接工艺的使用在利用了氮化的中央板的这些挠性板组件中进一步受到限制。氮化的中央板由于其允许减轻部件的重量并提高中央板的屈服强度和拉伸强度而通常被使用。然而，难以在一个或更多个氮化部件之间一致地形成良好的焊接，因为焊接区域由于随着氮化层在焊接过程期间分解而将氮气释放到焊接池中而可能为非常多的孔的。具体地，由于焊接池的快速凝固，氮气可能变得被截留，并且因此在焊接区域中形成多孔气泡。为了避免这种不期望的焊接气孔问题，当前的解决方案包括在焊接之前将氮化层移除和/或在氮化处理期间掩蔽焊接表面以形成裸露的焊接表面。遗憾的是，这些解决方案由于其会给两件式挠性板组件的整个生产增加额外的工艺步骤和费用而并非总是商业实用的。

因此，需要研发焊接两件式挠性板组件的替代性的方法，该方法应对并克服这些缺点。

发明内容

本部分提供了本公开的总体概述，并且不是对本公开的全部范围或本公开特征的所有特征的全面公开。

根据本公开的一方面，在机动车辆的动力传动系中使用的两件式挠性板组件包括齿圈，该齿圈利用电容放电(CD)焊接工艺焊接至中央板的外部部分。

根据本公开的相关方面，两件式挠性板组件的中央板在被CD焊接至齿圈之前被氮化。在CD焊接过程期间，高压电流流过焊接区域以使材料熔化，同时大的夹紧力被施加至齿圈和中央板以使熔化材料接合。高压电流和大的夹紧力的结合用以在氮气或者任何其他气体一形成就将氮气或者任何其他气体从焊接区域立刻排出或驱出。

根据本公开的这些和其他的方面、特征和优势，两件式挠性板组件可以利用齿圈与中央板之间的重叠接合结构而被CD焊接。在第一示例性的实施方式中，通过具有比齿圈的内径大的直径的中央板形成第一重叠接合结构以限定中央板与齿圈之间的连续重叠。在第二示例性的实施方式中，通过齿圈在其内径中形成有阶梯状肩部——该中央板的外周缘部抵靠阶梯状肩部接合——而形成第二重叠连接结构以限定中央板与齿圈之间的连续重叠。在第三示例性的实施方式中，通过齿圈在其内径中形成有阶梯状肩部——形成在中央板的外周缘上的多个向外延伸的突出部抵靠阶梯状肩部接合——而形成第三重叠连接结构以限定非连续的重叠结构。

根据另外的替代性实施方式，公开了利用齿圈与中央板之间的突出式接合结构的两件式挠性板组件。在一个示例性的实施方式中，中央板形成为包括从一个表面突出的多个横向突出部以及延伸到另一表面中的对应的多个凹部。突出部在进行CD焊接之前搁置在齿圈的缘部上并接合齿圈的缘部以限定“板突出”式布置。在第二示例性的实施方式中，齿圈被机加工成绕其内径形成波形突出部，使得中央板的外周缘部在进行CD焊接之前接合波形突出部的尖部以限定“齿圈突出”式布置。

根据又一替代性实施方式，两件式挠性板组件利用被机加工成包括齿圈内径表面上的倒角的齿圈以限定“倒角式”接触结构，中央板的外边缘部在进行CD焊接之前靠着该倒角搁置。

其他区域的适用性将从在此提供的描述变得明显。在该总结中的描述和具体示例意在仅出于说明的目的而并不意在限制本公开的范围。

附图说明

文中描述的附图出于对所选实施方式仅说明性的目的并且不是所有可能的实施，并且不意在限制本公开的范围。

图1为示出了示例性的两件式挠性板组件的平面图；

图2至图4示出了两件式挠性板组件，该两件式挠性板组件利用电容放电(“CD”)焊接工艺制造以焊接形成在齿圈与中央板之间的第一重叠接合结构；

图5为图4的更详细地示出了第一重叠接合结构的局部截面图；

图6至图8示出了两件式挠性板组件，该两件式挠性板组件利用CD焊接工艺制造以焊接形成在齿圈与中央板之间的第二重叠接合结构；

图9为图8的更详细地示出了第二重叠接合结构的局部截面图；

图10至图12示出了两件式挠性板组件，该两件式挠性板组件利用CD焊接工艺制造以焊接形成在齿圈与中央板之间的第三重叠接合结构；

图13为图12的更详细地示出了第三重叠接合结构的局部截面图；

图14至图16示出了两件式挠性板组件，该两件式挠性板组件利用CD焊接工艺制造以焊接形成在齿圈与中央板之间的第一突出型接合结构；

图17为图16的更详细地示出了第一突出型接合结构的局部截面图；

图18至图20示出了两件式挠性板组件，该两件式挠性板组件利用CD焊接工艺制造以焊接形成在齿圈与中央板之间的第二突出型接合结构；

图21为图20的更详细地示出了第二突出型接合结构的局部截面图；

图22至图24示出了两件式挠性板组件，该两件式挠性板组件利用CD焊接工艺制造以使倒角式接合结构在齿圈与中央板之间互相连接；

图25为图24的更详细地示出了倒角式接合结构的局部截面图；

图26为用于CD焊接本公开的两件式挠性板组件中的任一者的CD焊接工具单元；以及

图27示出了通过CD焊接工艺而形成在两件式挠性板组件的齿圈与中央板之间的焊接部段。

具体实施方式

提供示例性实施方式使得本公开将是全面的并且将范围完全地传达给本领域的技术人员。陈述了例如特定的部件、装置和方法的示例的许多具体细节以提供对本公开的实施方式的全面理解。对本领域技术人员而言将明显的是，具体细节不必被采用，示例实施方式可以以许多不同的形式来实施，并且也不应该解释为限制本公开的范围。在某些示例实施方式中，对已知的工艺、已知的装置结构和已知的技术没有进行详细地描述。

参照附图，其中，贯穿若干附图，相同的附图标记指示相同或对应的部件，两件式挠性板组件总体上以10示出。挠性板组件10根据本公开的教示进行构造并制造，并且该挠性板组件10适于设置在机动车辆中的内燃机(未示出)的输出部件与变速器(未示出)的输入部件之间并且设置用于将内燃机的输出部件与变速器的输入部件以可驱动的方式连接。更具体地，该挠性板组件10适于经由多个第一安装螺栓安装至发动机曲轴的毂部。该挠性板组件10还适于经由多个第二安装螺栓安装至扭矩转换器。按照惯例，曲轴的旋转使挠性板组件10旋转，该挠性板组件10继而使扭矩转换器以与曲轴一致的方式被旋转。电起动马达通常用于在机动车辆的点火循环期间以可旋转的方式驱动挠性板组件10以驱动发动机曲轴。

首先参照图1，用于挠性板组件10的示例性的非限制性结构被示出为总体上包括中央板12以及附接至该中央板12的齿圈14。该中央板12为具有外部部分16、内部部分18以及位于外部部分16与内部部分18之间的中间部分19的一体的冲压制品。如将领会到，该中央板12为可旋转地刚性的而轴向地挠性的，使得其可以弹性地弯曲有限的程度以在车辆的动力传动系操作期间帮助吸收并传递施加在该中央板12上的力。该中央板12的外部部分16包括用于接纳第二安装螺栓的多个安装孔口20，第二安装螺栓用于将扭矩转换器紧固至挠性板组件10。该中央板12的内部部分18包括用于将挠性板组件10与曲轴对准并将挠性板组件10安装至曲轴的中央孔口22。该中央板12的内部部分18中形成有多个安装孔口24，并且所述多个安装孔口24设置成接纳第一安装螺栓，第一安装螺栓用于将挠性板组件10紧固至曲轴的毂。中间部分19相对于外部部分16和/或内部部分18可以为阶梯状的或“倾斜的”以在曲轴的从动旋转期间适应中央板12的弹性弯曲。

齿圈14被示出为包括具有外周缘部28的缘部26。齿圈14的外周缘部28中形成有多个齿轮齿30。齿轮齿30的数目和尺寸将根据发动机的类型、挠性板组件10的尺寸以及与起动马达一起使用的小齿轮的类型而变化。然而不限于此，中央板12的中间部分19可以包括相对于平坦的外部部分16的阶梯状部分36以及相对于平坦的内部部分18的阶梯状部分34。中央板由诸如例如已经通过常规的氮化处理工艺涂覆有氮化层的S.A.E.J1392之类的任何适合的材料制成。齿圈14可以由诸如例如热处理成40至50之间的罗氏硬度的S.A.E.1038至1055碳钢之类的任何适合的材料制成。

现在参照图2至图5，将对用于挠性板组件10A的构型进行描述，其中，该挠性板组件10A具有位于齿圈14A与中央板12A之间的用于结合电容放电(“CD”)焊接工艺使用的基部或第一重叠接合结构。该齿圈14A包括限定平面表面40和内径表面42的缘部26。中央板12A包括与外部部分16A相关联的阶梯状或凸起的凸缘部46，并且该凸缘部46具有平面表面48。中央板12A的平面表面48与齿圈14A的平面表面40重叠并接合。图4最佳地示出了中央板12A的凸缘部46相对于齿圈14A的缘部26限定的连续的环形重叠接合构型。因此，当CD焊接工艺(待在下文中描述)结合该第一重叠接合构件使用时，连续的焊缝将形成在与中央板12A的氮化凸缘部46相关联的材料和与齿圈14A的缘部26相关联的材料之间。

现在参照图6至图9，现在将对用于挠性板组件10B的构型进行描述，其中，该挠性板组件10B具有位于齿圈14B与中央板12B之间的用于结合CD焊接工艺使用的机加工或第二重叠接合结构。该齿圈14B包括限定连续的肩部凸缘表面52的阶梯状缘部50。该中央板12B包括限定周缘表面54和平面表面56的平坦的外部部分16B。图8和图9最佳地示出了中央板12B的平面表面56搁置在齿圈14B的肩部凸缘表面52上，而边缘表面54靠近阶梯状缘部50的内壁表面58定位。优选地，该齿圈14B被机加工成限定内壁表面58和肩部凸缘表面52。因此，当CD焊接工艺结合该第二重叠接合结构使用时，连续的焊缝将形成在与齿圈14B的阶梯状缘部50相关联的材料和与搁置在该阶梯状缘部50上的中央板12B相关联的材料之间。

现在参照图10至图13，现在将对用于挠性板组件10C的构型进行描述，其中，该挠性板构件10C具有位于齿圈14C与中央板12C之间的用于结合CD焊接工艺使用的非连续或第三重叠接合结构。该齿圈14C构造成与齿圈14B类似，并且该齿圈14C包括限定连续的肩部凸缘表面62和内壁表面64的阶梯状缘部60。该中央板12C的边缘部66构造成被切去以限定多个径向向外延伸突出的突部68。图12和图13示出了每个突部68的平面表面70搁置在肩部凸缘表面62上，而每个突部68的边缘表面72靠近内壁表面64定位。因此，当CD焊接工艺结合该第三重叠接合结构使用时，非连续的焊缝沿周缘部形成。具体地，由于焊缝仅形成在与中央板12C上的突出的突部68相关联的材料和与齿圈14C的被突部68重叠的肩部凸缘表面62和内壁表面64相关联的材料之间，因此形成了一系列的不同的且间隔开的焊接接合部。

现在参照图14至图17，现在将对用于挠性板组件10D的构型进行描述，其中，该挠性板构件10D具有位于齿圈14D与中央板12D之间的用于结合CD焊接工艺使用的“板”式或第一突出接合结构。图14将齿圈14D示出为包括限定平面表面82的缘部80。图15将中央板12D示出为包括从外部部分16D的平面表面86向外延伸的一系列周向设置的突出部84。一系列对应的凹部88从外部部分16D的相反的平面表面90向内延伸。突出部84和凹部88经由冲压操作同时产生。图16和图17示出了搁置在缘部80的平面表面82上或者与缘部80的平面表面82接合的突出部84。因此，当CD焊接工艺结合该第一突出型接合结构使用时，与中央板12D上的突出部84相关联的材料以及与接合突出部84的平面表面82相关联的材料形成多个焊接区域。多个周向设置的不同的焊接点的这种使用与连续的焊接相比允许更高的功率密度焊接。作为一种选择，齿圈14D的平面表面82中可以形成一系列止动室94，所述一系列止动室94定尺寸成并定位成在其中接纳中央板12D上的突出部84的接收部。室94可以被机加工到齿圈14D中。作为另一选择，齿圈14D的平面表面82中可以形成连续的止动凹槽96，该止动凹槽96同样地定尺寸成在其上接纳突出部84的接收部。

现在参照图18至图21，现在将对用于挠性板组件10E的构型进行描述，其中，该挠性板构件10E具有位于齿圈14E与中央板12E之间的用于结合CD焊接工艺使用的“齿圈”式或第二突出接合结构。齿圈14E被机加工成限定缘部100，该缘部100具有绕缘部100的内径延伸的连续形状(即，三角形状)的突出部102。图19示出了中央板12E在其外周区域处形成有环形凸缘104，该环形凸缘104限定平面表面106。图20和图21示出了平面表面106搁置在三角形突出部102的尖部部分上或者接合三角形突出部102的尖部部分。因此，当CD焊接工艺结合该第二突出式接合结构使用时，与齿圈14E上的突出部102相关联的材料被焊接至与中央板12E上的与突出部102接触的凸缘104相关联的材料。突出部102可以通过将连续的带狭槽的凹槽机加工到齿圈14E的平面表面101中而被限定。

现在参照图22至图25，现在将对用于挠性板组件10F的构型进行描述，其中，该挠性板构件10F具有位于齿圈14F与中央板12F之间的用于结合CD焊接工艺使用的“连续倒角”式接合结构。图22示出齿圈14F包括缘部110，该缘部110具有与缘部110的内径壁表面114相邻的被倒角的边缘112。图23示出了中央板12F，该中央板12F具有与其外部部分16F相关联的连续的凸缘部116并且凸缘部116具有平面表面118和边缘表面120。图24和图25示出了中央板12F上的凸缘部116的边缘表面120接合齿圈14F上的缘部110的被倒角的边缘112。因此，连续的焊缝在将齿圈14F通过CD焊接至中央板12F时形成。

现在参照图26，示出了用于能够与先前描述的各种两件式挠性板组件中的每一者一起使用的CD焊接工艺的工具单元并且由200表示。齿圈14首先被加载到第一支承垫202或下支承垫202上。中心销204设置在第一支承垫202的中央处以有助于使安装在中心销204上的中央板12定中心。具体地，中央板12经由中心销204通过中央板12的中央孔校准并且中央板12搁置在齿圈14的顶部上。如将理解到的是，接合结构通过齿圈14与中央板12之间的接合形成。例如夹紧件206的第二工具构件或上工具构件基于所利用的特定的接合结构而特别地设计，以确保在CD焊接过程期间从电容器释放的电流流过中央板12上的预期的焊接位置。夹紧件206用作顶部电极并且提供所需的夹紧压力，而第一支承垫202用作底部电极。

在电容放电焊接周期开始之前，夹紧件206被提升到所安装的挠性板组件10的上方。一旦周期开始，夹紧件206就被降低。夹紧件206一接触中央板12，电容器中的储能就被释放，同时保持夹紧压力。次脉冲在主脉冲之后被触发以重新加热焊接区域，从而降低热影响区域冷却速率以防止裂纹形成。因此，针对将氮化的中央板焊接至齿圈以提供两件式挠性板组件的不同工艺，CD焊接提供了单一且可行的解决方案。

如所指出的，在CD焊接过程期间，高压电流流过焊接区域以使接合的材料熔化，同时施加大的夹紧力以接合熔化的材料。高压电流和大的夹紧力的这种组合用以瞬时地驱逐由于氮化层的分解产生的氮气远离焊接区域。这可以从图27中示出的示例性焊接区域208观察到，其中，氮气从热影响焊接区域中已被挤出并且实心无孔焊接部210已形成在氮化中央板12与齿圈14之间。焊接区域208被示出为包括其中熔化的齿圈材料212与熔化的中央板材料214接合的区域。

CD焊接使用存储在电容器电池中的能量，该电容器电池在顺序的焊接周期之间充电。实际的焊接时间相当短、可能仅约10毫秒。由于短的焊接时间，能量仅集中于焊接区域208。随着部件迅速冷却，颗粒由于短的冷却阶段为晶粒生长留下很少的时间而相对细小。含碳的钢质材料可以通过再热脉冲焊接，从而有助于减小热影响区域的硬度的增大。如指出的，CD焊接包括焊接能量和电极力两个主要参数。

在焊接期间，释放的能量脉冲使部件的位于焊接区域208中的接触部分熔化。CD焊接工艺允许具有大峰值电流的极快的能量释放。热影响区域——在该热影响区域中，金属的性能通过快速加热及快速冷却已发生改变——集中至焊接点周围的小区域。

出于说明和描述的目的，已经提供了实施方式的前述说明。实施方式的前述说明不意在为穷举性的或者不意在限制本公开。特定实施方式的单独的元件或特征总体上不限于所述特定实施方式，但是特定实施方式的单独的元件或特征在可适用的情况下为可互换的且可以用于所选的实施方式中，尽管没有具体地示出或描述。相同的实施方式还可以以许多方式改变。这些变体不被认为脱离本公开，并且所有的这些改型意在包括在本公开的范围内。

Claims (3)

1.一种与机动车辆中的动力传动系一起使用的挠性板组件，所述挠性板组件包括：

氮化的中央板，所述中央板具有外周缘部；

齿圈，所述齿圈具有带有齿轮齿的缘部，所述缘部接合所述中央板的所述外周缘部以在所述中央板与所述齿圈之间限定接合结构，所述接合结构利用电容放电焊接操作被焊接以形成用于将所述中央板刚性地紧固至所述齿圈的焊缝；并且

其中所述接合结构为在所述齿圈与所述中央板之间的重叠接合结构，其中所述齿圈的所述缘部为阶梯状的以限定环状地延伸的内壁表面和从所述内壁表面径向向内延伸的连续的肩部凸缘表面，其中所述中央板的所述外周缘部包括大致圆形的外周和多个径向突出的突部，其中所述突部的各个突部从所述外周径向向外延伸，并且所述突部的各个突部限定与所述肩部凸缘表面接合的平面表面和邻近于所述内壁表面定位的边缘表面，并且其中所述焊缝形成在与所述中央板上的所述突部相关联的材料和与所述齿圈的被所述突部重叠的所述肩部凸缘表面和所述内壁表面相关联的材料之间，则由所述电容放电焊接操作形成的所述焊缝是非连续的，因此在所述齿圈与所述中央板之间形成一系列的不同的且间隔开的焊接接合部。

2.根据权利要求1所述的挠性板组件，其中，所述缘部的所述肩部凸缘表面被机加工到所述齿圈中，使得所述中央板布置在所述齿圈内。

3.一种制造两件式挠性板组件的方法，所述方法包括下述步骤：

设置具有外周缘部的中央板，所述中央板至少在其外周缘部上形成有氮化层；

设置具有缘部的齿圈；

以与所述齿圈的所述缘部上的表面接合的方式定位所述中央板的所述外周缘部以在所述中央板与所述齿圈之间形成接合结构；

利用电容放电焊接工艺沿着所述接合结构将所述齿圈焊接至所述中央板以在所述中央板与所述齿圈之间形成焊缝；并且

其中所述接合结构为在所述齿圈与所述中央板之间的重叠接合结构，其中所述齿圈的所述缘部为阶梯状的以限定环状地延伸的内壁表面和从所述内壁表面径向向内延伸的连续的肩部凸缘表面，其中所述中央板的所述外周缘部包括大致圆形的外周和多个径向突出的突部，其中所述突部的各个突部从所述外周径向向外延伸，并且所述突部的各个突部限定与所述肩部凸缘表面接合的平面表面和邻近于所述内壁表面定位的边缘表面，并且其中所述焊缝形成在与所述中央板上的所述突部相关联的材料和与所述齿圈的被所述突部重叠的所述肩部凸缘表面和所述内壁表面相关联的材料之间，则由所述电容放电焊接操作形成的所述焊缝是非连续的，因此在所述齿圈与所述中央板之间形成一系列的不同的且间隔开的焊接接合部。