CN110715037B - 复合金属挠性板 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合金属挠性板，包括铝中心板，以及通过固相连接与铝中心板相连的钢环齿轮。连接铝中心板与钢环齿轮的固相连接可以通过摩擦焊接形成。在摩擦焊接过程中，对钢环齿轮的环形体表面进行预热，然后，让预热的环形体表面与铝中心板圆形体外围表面相接触，使两个接触面进行相对旋转接触运动，在其间产生摩擦热，进而软化钢环齿轮与铝中心板的相邻区域。一旦发生这种情况，施加力将接触面压缩、锻造在一起，从而建立固相连接。

Description

复合金属挠性板

背景技术

许多汽车依靠自动变速器实现内燃机和动力传动系统下游部件之间的扭矩转换。为建立内燃机和自动变速器之间的扭矩传递，变矩器用于流体连接由内燃机旋转驱动的曲轴和自动变速器的输入轴。自动变速器输入轴通过行星轮系传递扭矩至变速器的输出轴。曲轴通过挠性板固定在变矩器壳体的前盖上。通常，挠性板包括盘形中心板和周围环形齿轮。所述中心板包括限定中心开口的圆形体以及用于安装和减轻重量/平衡的各种其他孔和切口——并且能够在轴向上弯曲以在车辆速度波动时适应变矩器的运动。所述环形齿轮包括环形体，所述环形体贴附于所述中心板圆形体的外周。环形齿轮的外齿轮齿允许车辆起动电机的小齿轮在被激活时选择性地旋转挠性板，以启动发动机在其自身动力下的运行。所述盘形中心板和环形齿轮常规上由钢材制成，使它们能够沿其界面进行MIG焊接或激光焊接。

发明内容

根据本发明的一个实施例的复合金属挠性板可以包括铝中心板和钢环齿轮。所述铝中心板具有圆形体，所述圆形体限定了围绕所述复合金属挠性板旋转轴的中心开口。圆形体还有外围。所述钢环齿轮包括环形体和外齿轮齿，所述外齿轮齿与所述环形体为一体并围绕所述环形体圆周地设置。此外，所述钢环齿轮的环形体通过固相连固定在所述铝中心板圆形体的外围。

可以进一步限定复合金属挠性板。例如，铝中心板圆形体的外围可以包括轴向边缘，该轴向边缘从圆形体的远端轴向延伸，并且在圆形体的轴向边缘和钢环齿轮的环形体之间可以建立固相连接。在另一实施例中，圆形体的外围可以包括从圆形体的远端轴向延伸的轴向边缘和从轴向边缘径向向外延伸且从圆形体的远端轴向偏移的径向边缘；并且在铝中心板圆形体的轴向边缘或径向边缘中的至少一个与钢环齿轮的环形体之间可以建立固相连接。在又一实施例中，钢环齿轮的环形体可以包括主环形部和从主环形部径向向内延伸的径向边缘，并且在铝中心板圆形体与钢环齿轮环形体的主环形部或径向边缘中的至少一个之间可以建立固相连接。

根据本发明的各个方面的复合金属挠性板的制造方法可以包括若干步骤。在一个步骤中，加热钢环齿轮的环形体表面。在另一步骤中，在钢环齿轮的环形体表面仍处于加热状态时，使钢环齿轮的环形体表面与铝中心板圆形体的外围表面接触，。在又一步骤中，旋转铝中心板或钢环齿轮中的一个,而铝中心板或钢环齿轮中的另一个保持固定，从而在钢环齿轮环形体和铝中心板圆形体外围的接触表面之间产生摩擦热。所产生的摩擦热在钢环齿轮环形体和铝中心板圆形体中产生相邻的软化区域。并且，在又一步骤中，对钢环齿轮环形体和铝中心板圆形体外围的接触表面施加力，以使软化区域塑性变形并将钢环齿轮环形体和铝中心板圆形体外围的接触表面锻造在一起，从而在软化区域冷却和硬化时形成固相连接。

复合金属挠性板的制造方法可以包括额外步骤或被进一步限定。在一种实施方式中，钢环齿轮可以旋转而铝中心板保持固定。在另一变体中，所述铝中心板圆形体的外围可以包括从所述圆形体的远端轴向延伸的轴向边缘。所述轴向边缘具有与所述钢环齿轮环形体内表面接触的外表面。因此，旋转铝中心板或钢环齿轮中的一个，使轴向边缘外表面与钢环齿轮环形体内表面产生相对接触旋转运动，从而产生摩擦热。在又一变体中，铝中心板圆形体的外围可以包括从圆形体的远端轴向延伸的轴向边缘，还可以包括从轴向边缘径向向外延伸且轴向偏离圆形体远端的径向边缘。同样地，旋转铝中心板或钢环齿轮中的一个，使(1)轴向边缘外表面与钢环齿轮环形体内表面之间或(2)在径向边缘前表面和钢环齿轮环形体侧表面之间中的至少一个产生相对接触旋转运动，从而于其间产生摩擦热。在又一变体中，钢环齿轮的环形体可以包括主环形部和从主环形部径向向内延伸的径向边缘。为此，旋转铝中心板或钢环齿轮中的一个，使(1)铝中心板圆形体环形终端区域的后表面和钢环齿轮环形体径向边缘的前表面之间或(2)钢环齿轮环形体主环形部内表面和铝中心板圆形体远端的圆周边缘表面之间中的至少一个产生相对接触旋转运动，从而于其间产生摩擦热。

所述复合金属挠性板的制造方法还可以包括通过感应加热来加热钢环齿轮环形体表面。此外，当钢环齿轮的环形体表面与铝中心板的环形体外围表面接触时，其表面温度可以在200℃至580℃之间。包含在所述复合金属挠性板中的铝中心板还可以限定围绕所述复合金属挠性板旋转轴的中心开口、靠近中心开口的第一组安装孔以及靠近所述圆形体外围的第二组安装孔。更进一步地，尺寸控制构件可以靠着铝中心板圆形体的表面设置，用来在施加力使软化区域塑性变形及将钢环齿轮环形体和铝中心板圆形体外围接触面锻造在一起时，防止圆形体变形。

根据本发明的各个方面的复合金属挠性板的另一种制造方法可以包括若干步骤。在一个步骤中，提供钢环齿轮，其包括环形体和与环形体为一体并围绕环形体圆周地设置的外齿轮齿。在另一个步骤中，提供铝中心板，其包括具有外围的圆形体，该圆形体限定中心开口、靠近中心开口的第一组安装孔以及靠近外围的第二组安装孔。在另一步骤中，将钢环齿轮环形体表面加热到200℃以上。在又一步骤中，钢环齿轮环形体表面和铝中心板圆形体外围表面相对于彼此旋转，同时这些表面彼此接触并且环形体表面温度在200℃至580℃之间，而钢环齿轮或铝中心板中的一个保持固定，从而在钢环齿轮环形体表面和铝中心板圆形体外围表面之间产生摩擦热。产生的摩擦热在钢环齿轮环形体和铝中心板圆形体中产生相邻的软化区域。并且，在又一步骤中，将力施加到钢环齿轮环形体和铝中心板圆形体外围相互接触的表面以使相邻的软化区域塑性变形，将钢环齿轮环形体表面和铝中心板圆形体外围表面锻造在一起，从而在软化区域冷却和硬化时形成固相连接。

所述复合金属挠性板的制造方法可以包括额外步骤或被进一步限定。例如，铝中心板圆形体的外围可以包括从圆形体的远端轴向延伸的轴向边缘。该轴向边缘具有与钢环齿轮环形体的内表面相接触的外表面。那样，旋转铝中心板或钢环齿轮中的一个，使轴向边缘的外表面与钢环齿轮环形体的内表面之间进行相对接触旋转运动，从而在其间产生摩擦热。在另一个变体中，铝中心板圆形体的外围可以包括从圆形体的远端轴向延伸的轴向边缘，并且还可以包括从轴向边缘径向向外延伸且轴向偏离圆形体远端的径向边缘。这样，旋转铝中心板或钢环齿轮中的一个，使(1)轴向边缘的外表面和钢环齿轮环形体的内表面之间或(2)径向边缘的前表面和钢环齿轮环形体侧表面之间中的至少一个产生相对接触旋转运动，从而于其间产生摩擦热。在另一个变体中，钢环齿轮的环形体可以包括主环形部和从主环形部径向向内延伸的径向边缘。为此，旋转铝中心板或钢环齿轮中的一个，使(1)铝中心板圆形体环形终端区域的后表面和钢环齿轮环形体径向边缘的前表面之间或(2)钢环齿轮环形体主环形部的内表面和铝中心板圆形体远端的圆周边缘表面之间中的至少一个产生相对接触旋转运动，从而于其间产生摩擦热。另外，尺寸控制构件可以靠着铝中心板圆形体的表面设置，用来在施加力使软化区域塑性变形及将钢环齿轮环形体和铝中心板圆形体外围接触面锻造在一起时，防止圆形体变形。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的复合金属挠性板的透视图，该复合金属挠性板包括铝中心板和周向环绕并通过固相连接固定到铝中心板外围的钢环齿轮；

图2是图1复合金属挠性板的局部剖视图。沿剖面线2-2截取，示出了固定在铝中心板上的钢环齿轮；

图3是图2中的钢环齿轮与铝中心板的固相连接的显微照片；

图4是根据本发明的一个实施例的摩擦焊接过程步骤的局部剖视图，其中钢环齿轮环形体的表面被预热；

图5是根据本发明的一个实施例的摩擦焊接过程步骤的局部剖视图，其中钢环齿轮和铝中心板相对于彼此旋转，同时这两个部件的表面相互接触；

图6是根据本发明的一个实施例的摩擦焊接过程步骤的局部剖视图，其中相互接触并相对于彼此旋转的钢环齿轮和铝中心板的表面在施加力的作用下被挤压从而被锻造在一起；

图7是根据本发明的另一实施例的复合金属挠性板的局部剖视图，该复合金属挠性板包括铝中心板和周向环绕并通过固相连接固定到铝中心板外围的钢环齿轮；

图8是摩擦焊接过程若干步骤的局部剖视图，在此摩擦焊接过程中，图7的钢环齿轮和铝中心板被连接到一起；

图9是根据本发明的另一个替代实施例的复合金属挠性板的局部剖视图，该复合金属挠性板包括铝中心板和周向环绕并通过固相连接固定到铝中心板外围的钢环齿轮；

图10是摩擦焊接过程若干步骤的局部剖视图，在此摩擦焊接过程中，图9的钢环齿轮和铝中心板被连接到一起；

图11是根据本发明的一个实施例的钢环齿轮的一般环形体和铝中心板圆形体的一般外围的局部剖视图，示出了这两个部件的倾斜接触表面；以及

图12是根据本发明的另一实施例的钢环齿轮的一般环形体和铝中心板圆形体的一般外围的局部剖视图，示出了这两个部件的倾斜接触表面。

具体实施方式

本发明公开了一种复合金属挠性板，其包括铝中心板和钢环齿轮。所述钢环齿轮通过固相连接固定在铝中心板上，其中来自铝中心板和钢环齿轮的材料以原子方式互相分散。因为钢环齿轮和铝中心板通过固相连接固定，所以脆性Fe-Al金属间化合物仅会在两个部件之间建立的连接内最低限度地存在(如果有的话)，这有助于确保连接坚固并且在正常操作条件下当挠性板被起动电机曲柄转动时，能够抵抗压裂。为了在钢环齿轮和铝中心板之间建立固相连接，可以将两种不同的金属部件摩擦焊接在一起。摩擦焊接过程包括预热钢环齿轮的主体，然后旋转钢环齿轮或铝中心板中的一个，另一个部件保持固定，同时环形齿轮的主体和中心板圆形体的外围彼此接触，使得在它们之间产生摩擦热。在旋转部件停止转动后，立即对两个部件的接触部分施加压力，使钢环齿轮的环形体与铝中心板圆形体的外围从根本上锻造在一起。

图1-3示出了根据本发明的一个实施例的复合金属挠性板10。所述复合金属挠性板10包括铝中心板12和围绕并通过固相连接16固定到铝中心板12的钢环齿轮14。该铝中心板12可以由多种铝合金组合物中的任何一种组成，包括可热处理铝合金(如AA2000、某些4000、6000和7000系列铝合金)和不可热处理铝合金(AA3000、某些4000和5000系列铝合金)。可以使用的几种特定和非限制性铝合金组合物包括AA2014-T6，AA4032-T6和AA7050-T6。钢环齿轮14可以由具有或能被处理以具有支撑环形齿轮14功能所需的强度和韧性的钢成分构成。例如，钢环齿轮14可以由包括例如0.30wt％至0.55wt％碳的中碳素钢或包括类似碳含量的中碳合金钢构成。可以使用的几种特定和非限制性钢成分包括SAE J4051035-1050钢合金。

铝中心板12包括圆形体18，优选地，圆形体18通过冲压制造。所述圆形体18限定了围绕所述主体18和所述复合金属挠性板10的旋转轴22的中心开口20，并具有包括从主体18远端28轴向延伸的轴向边缘26的外围24。此外，圆形体18限定靠近并围绕中心开口20的第一组安装孔30，与第一组安装孔30径向向外间隔开并靠近环形体18远端28的第二组安装孔32，以及位于第一和第二组安装孔30、32之间的多个周向隔开的切口34，它们减小并适当地分配中心板12的重量。安装时，第一组安装孔32收容将铝中心板12固定到板12一侧的曲柄凸缘上的螺栓(未示出)，第二组安装孔34收容将铝中心板12固定到变矩器壳体前盖上的螺栓。中心开口20收容容纳变矩器导毂并用于将发动机曲轴的纵轴和变速器输入轴的纵轴对齐的导向衬套。

所述钢环齿轮14包括环形体36和与所述环形体36为一体并围绕所述环形体36圆周地设置的外齿轮齿38。外齿轮齿38的每个齿从环形齿轮14的环形体36径向向外突出，并沿环形体36厚度方向轴向延伸。齿轮齿38通常通过感应淬火或一些其他淬火过程硬化，而支撑齿轮齿38的环形体36通常不硬化，使得它可以更容易地参与固相连接16的形成。根据复合金属挠性板10的设计规格，其考虑了包括必要的环形齿轮周长在内的多种因素，支撑在环形齿轮14环形体36上的外齿轮齿38的数量可以从100到200。在所述复合金属挠性板10这个特定实施例中，且如图2中最佳所示，环形齿轮14环形体36的内壁部40通过固相连接16连接到中心板12圆形体18轴向边缘26的外壁部42上。如图3中放大显微照片所示，固相连接16是环形齿轮14环形体38和圆形体18轴向边缘26之间的冶金过渡区域，其中铝合金和钢以原子方式相互分散，极少或完全没有Fe-Al金属间化合物存在。

优选地，固相连接16通过摩擦焊接在铝中心板12与钢环齿轮14之间形成。下面将更详细地描述，摩擦焊接是一种固相连接操作，其中两个金属部件(一个保持固定，而另一个旋转)在其相互接触部分的之间经历相对接触旋转运动，从而产生摩擦热。产生的热量使两个部件中的一个或两个软化，从而施加的压力或镦锻力可以塑性地将材料从一个或两个部件中置换，以将两个接触部锻造在一起并且强制发生固相连接16特有的原子相互分散。适用于此的摩擦焊接工艺可以包括至少预热步骤、摩擦加热步骤和压力施加步骤。这些步骤，结合图1-3中所示的制作的复合金属柔性板10，通常在图4-6中示出。当然，同样的工艺也可以用于制造复合金属挠性板的其他替代实施例，其中一些在下面结合图7-10描述。

预热步骤如图4所示。在此步骤中，加热环形齿轮14的环形体36的内表面44，以准备连接。当环形体36的内壁部40和铝中心板12圆形体18轴向边缘26的外壁部42被锻造在一起时，未连接的钢环齿轮14里标识的内表面44最终完全或部分地集成到固相连接16中，并因此失去其明显的界面边界。环形体36的内表面44可以通过感应加热被加热到200℃以上，或者更具体地说，在200℃至700℃之间。这可能涉及将感应线圈46(如电磁铜线圈)置于环形体36的内表面44附近，然后使射频电源48提供的高频交流电流通过感应线圈46。通过导电线圈46的交流电流产生贯穿环形体36的交变磁场并产生涡电流，该涡电流与因磁滞产生的一些补偿加热一起电阻性地加热内表面44。将环形体36的内表面44有针对性地加热到其升高温度——与均匀地加热整个环形齿轮14相反——在这里是有用的，因为可能希望尽可能地限制外齿轮齿38的加热，以避免在齿轮齿38已经通过加热和淬火硬化的情况下回火它们的硬度而影响钢微观结构变化。

在环形体36的内表面44仍处于200℃-580℃的高温(如果最初加热至580℃以上时可进行一定的冷却)时，则执行摩擦加热步骤，如图5所示。在摩擦加热步骤中，经预加热(200℃-580℃)的钢环齿轮14环形体36的内表面44与铝中心板12圆形体18的轴向边缘26的外表面50相邻并接触。与环形体36的内表面44一样，当环形体36的内壁部40和轴向边缘26的外壁部42被锻造在一起时，未连接的铝中心板12轴向边缘26的外表面50最终完全或部分地集成到固相连接16中。一旦在环形体36的内表面44和轴向边缘26的外表面50之间建立接触，铝中心板12或钢环齿轮14中的一个旋转，而另一个保持固定。所述环形体36的内表面44与所述圆形体18轴向边缘26的外表面50之间经历相对接触旋转运动并在那些表面44，50之间产生摩擦热。这种摩擦产生的热使环形体36和轴向边缘26的相邻区域52，54软化，所述相邻区域52，54分别从外表面44延伸至环形体36内以及从内表面50延伸至轴向边缘26内。通过在预热步骤中对内表面44进行预先加热，能够使钢环齿轮14的环形体36及时软化。

采用惯用的摩擦焊接工装能够实现铝中心板12和钢环齿轮14相对彼此固定和旋转。例如，在一优选实施例中，铝中心板12保持固定而钢环齿轮14旋转。为此，可以将铝中心板12降低到支撑块上(未示出)。所述支撑块可以包括导向杆或定位杆，所述导向杆或定位杆容纳在所述中心板12圆形体18中所限定的第一组和/或第二组安装孔30、32中的一个或多个中。进一步地可以使用其他夹紧设备将铝中心板12紧紧地夹紧在支撑块上，使其在摩擦加热步骤中保持固定。至于钢环齿轮14，它可以被固定地支撑或夹紧到环形保持构件(未示出)上，该环形保持构件又被安装到刚性主轴上。当钢环齿轮14安装在主轴上时，可以实施预热步骤，以防止在预热步骤和摩擦加热步骤之间流逝的时间内产生大量热量损失。最后，将钢环齿轮14向铝中心板12移动，直到环形体36的内表面44和圆形体18轴向边缘26的外表面50轴向对齐接触。此时，主轴开始旋转，从而在环形体36的内表面44与轴向边缘26的外表面50之间产生所需的相对接触旋转运动。控制主轴旋转的速度和持续时间，以在中心板12和环齿轮14中均实现必需的软化区域52,54。

在通过相对旋转摩擦接触获得软化区域50，52之后，执行施加压力步骤，如图6所示。在该步骤中，环形体36的内表面44和圆形体18轴向边缘26的外表面50在施加力56作用下被压在一起。所述内表面44和所述外表面50被足够的力压在一起，引起所述环形体36和所述轴向边缘26压缩软化区域52、54的塑性变形，并将所述内表面和所述外表面44、50锻造在一起。所述施加力56能够通过径向向内压紧钢环齿轮14的外齿38来施加，优选地是液压力，与圆形体18轴向边缘26的阻力相反。这种对外齿38的径向向内压力可以同时围绕环形齿轮14的整个圆周施加，或者在一种变体中，可以连续施加到环形齿轮14圆周的多个限定弧上，直到环形齿轮14的整个圆周已被按压。另外，如果需要防止轴向轮缘26变形，可以将块、板、环或其他合适形状的尺寸控制构件58设置在轴向边缘26的内表面60上以抵消径向向内施加在环形齿轮14外齿38上的压力。

在施加压力步骤中，也可能在施加压力后的短时间内，软化区域52，54(现在已经塑性变形)冷却并硬化为固相连接26。复合金属柔性板10现在已经成型，并能够从摩擦焊接工具中移除。此时可对复合金属柔性板10进行额外加工。例如，可以去除任何可能由环形体36和轴向边缘26软化区域52、54的压缩和塑性变形引起的金属闪光。这种闪光去除可以采用多种方式进行，包括剪切、机加工或磨削等，此处仅略举数例。再比如，在摩擦焊接钢环齿轮14和铝中心板12之前，如果出于某些偶然原因，钢环齿轮14的外齿轮齿38尚未硬化，此时可以硬化。外齿轮齿38的硬化，无论是在摩擦焊接之前还是之后进行，通常包括感应加热齿轮齿38，然后在含有防锈剂的水基聚合物溶液中淬火齿轮齿38，之后引导齿38回火至所需的表面硬度。此外，作为后摩擦焊接程序的另一个例子，至少在固相连接16的暴露区域中，复合金属挠性板10能够通过应力消除、退火或涂层处理来保护连接16避免过早腐蚀。

上述摩擦焊接工艺可能会发生多种变化。最明显的是，在进行摩擦加热步骤时，钢环齿轮14能够保持固定，而铝中心12板旋转。为了以这种方式执行摩擦加热步骤，钢环齿轮14将通过夹具或其他保持设备紧紧地固定在支撑块上，而铝中心板12将优选地通过中心开口20安装在刚性主轴上。相对于固定钢环齿轮14旋转铝中心板12能够像之前一样产生摩擦热来软化环形体36和轴向边缘26的相邻区域52、54，所述相邻区域52、44最终在随后的施加压力步骤中被压缩在一起以形成固相连接16。此外，作为预热步骤的一部分，除感应加热外，还能够执行其他加热技术来加热钢环齿轮14环形体36的内表面44。电阻加热内表面44是一种潜在的替代加热技术。此外，可以在预热步骤之前清洗钢环齿轮14环形体38的内表面和圆形体18轴向边缘26的外表面50。

除了摩擦焊接工艺外，由此形成的复合金属挠性板还可能发生多种变化。图7-8和9-10中示出了两个这样的实施例。图7-8中所示的复合金属挠性板用附图标记110标识，图9-10中所示的复合金属挠性板用附图标记210标识。下面仅详细讨论了相对于上述复合金属挠性板10的那些复合金属挠性板110、210的材料差异。在结构和功能上与上面结合图1-3描述的复合金属挠性板10的特征相对应的复合金属挠性板110，210的那些特征用相应的100系列(图7-8)和200系列(图9-10)附图标记标识。并且，除非另有说明，否则图1-3中所示的复合金属挠性板的任何特征同样适用于图7-8和图9-10中所示出的复合金属挠性板110，210的任何特征，所述金属挠性板110，210的任何特征用相应的100或200系列附图标记标识，如同在此完全重复讨论一样。上面结合图4-6描述的摩擦焊接过程容易形成如图7-8和图9-10中所示的复合金属柔性板110、210中的每一种。

参考图7-8中所示的复合金属挠性板110，铝中心板112圆形体118的外围124包括轴向边缘126，如上所述，以及从轴向边缘126径向向外延伸并从主体118远端128轴向偏离的径向边缘162。连接钢环齿轮114和铝中心板112的固相连接116(图7)可以建立在(1)环形齿轮114环形体136的内壁部140和圆形体118轴向边缘126的外壁部142之间，(2)环形体136的侧壁部164和径向边缘162的前壁部166之间，或(3)如上所述的两个位置之间。为了容纳径向边缘162，外齿轮齿138可以沿着环形体136的厚度尺寸轴向延伸超过环形体136之外，使得它覆盖径向边缘162的外周边缘表面168，尽管外齿轮齿138的这种突出部分不一定是必需的。在铝中心板112圆形体118的外围124中包括轴向边缘126和径向边缘162不仅允许在中心板112和钢环齿轮114之间形成更宽的固相连接116，也允许钢环齿轮114和铝中心板112在摩擦焊接期间更容易相对于彼此定位。

使用相同的通用摩擦焊接工装，铝中心板112和钢环齿轮114可以通过与上述基本相同的方式摩擦焊接在一起。现在具体参考图8，根据需要建立冶金连接116的位置，环形齿轮114环形体136的内表面144和/或侧表面170可以在预加热步骤期间预热。其次，固定铝中心板112和钢环齿轮114，使得环形体136的预加热内表面144和预加热侧表面170与轴向边缘126的外表面150及径向边缘162的前表面172分别接触，如此处所示。然后，铝中心板112和钢环齿轮114相对于彼此旋转，其中部件112、114中的一个旋转而部件112、114的另外一个保持固定。在表面144、150和170、172之间经历的相对接触旋转运动在那些表面144、150和170、172之间产生摩擦热并且软化环形体136和轴向边缘126的相邻区域152,154以及环形体136和径向边缘162的相邻区域174、176。

然后在施加压力步骤中，施加力将环形体136的内表面144和轴向边缘126的外表面150(力156)，以及环形体136的侧表面170和径向边缘162的前表面172(力178)或者两者压在一起。施加力156、178使压缩软化区域152、154、174、176塑性变形，以将其各自表面144、150和170、172锻造在一起，最终形成固相连接116。作用在环形体136和轴向边缘126表面144、150上的施加力156可以按与环形体118轴向边缘126的阻力相反的方向以液压方式径向向内压向钢环齿轮114的外齿138，如前所述，作用在环形体138和径向边缘162表面170、172上的作用力178可以按与环形体118径向边缘162的阻力相反的方向以液压方式轴向压向钢环齿轮114的环形体138。尺寸控制构件158可以紧靠偏离轴向边缘126的内表面160设置，以抵消径向向内施加在环形齿轮114外齿138上的压力并防止轴向边缘126变形。同样，尺寸控制构件180可以紧靠径向边缘162的后表面182设置，以抵消轴向作用在环形体138上的压力并防止径向边缘162变形。

现在参考图9-10中所示的复合金属挠性板210，铝中心板212圆形体218的外围224为环形终端区域284，其包围主体218的远端228。另外，钢环齿轮214的环形体236包括主环形部236'和从主环形部236'径向向内延伸的径向边缘286。径向边缘286支撑铝中心板212圆形体218的外围224。将钢环齿轮214和铝中心板212连接在一起的固相连接216(图9)可以建立在(1)钢环齿轮214环形体236主环形部236'的内壁部240和圆形体218远端228的边缘部288之间，(2)环形体236径向边缘286的前部290和圆形体218的后部292之间，或者(3)如上所述的两个位置之间。以与前一实施例大致相同的方式，将径向边缘286纳为钢环齿轮214环形体238的一部分不仅允许在铝中心板212和钢环齿轮214之间形成更宽的固相连接216，也允许钢环齿轮214和铝中心板212在摩擦焊接期间更容易相对于彼此定位。

使用相同的通用摩擦焊接工装，铝中心板212和钢环齿轮214可以通过与上述基本相同的方式摩擦焊接在一起。现在具体参考图10，根据需要建立冶金连接216的位置，主环形部236'的内表面244和/或环形齿轮114环形体236径向边缘286的前表面294可以在预加热步骤期间预热。其次，固定铝中心板212和钢环齿轮214，使得预加热的主环形部236'的内表面244和径向边缘286的前表面294与圆形体218远端228的圆周边缘表面296和圆形体218的后表面298分别相接触，如此处所示。然后，铝中心板212和钢环齿轮214相对于彼此旋转，其中部件212、214中的一个旋转而部件212、214中的另外一个保持固定。在表面244、296和294、298之间经历的相对接触旋转运动在那些表面244、296和294、298之间产生摩擦热并且软化主环形部236'和环形体218的相邻区域300、302以及径向边缘286和圆形体218的相邻区域304、306。

然后在施加压力步骤中，施加力将主环形部236'的内表面244和圆形体218远端228的圆周边缘表面296(力256)，以及径向边缘286的前表面294和圆形体218的后表面298(力278)或者两者压在一起。施加力256、278使压缩软化区域300、302、304、306塑性变形，以将其各自表面244、296和294、298锻造在一起，最终形成固相连接216。作用在环形体236主环形部236'和圆形体218表面244、296上的施加力256可以按与圆形体218远端228的阻力相反的方向以液压方式径向向内压向钢环齿轮214的外齿238，而作用在环形体236径向边缘286和圆形体218表面294、298上的作用力278可以按与环形体236径向边缘286的阻力相反的方向以液压方式轴向压向铝中心板212的圆形体238上。如有必要，尺寸控制构件308能够紧靠铝中心板212的环形体218设置并径向靠近钢环齿轮214环形体236的径向边缘286处，以抵消轴向施加在圆形体218上的压力并防止圆形体218变形。

在上述所有实施例中，钢环齿轮14、114、214的环形体36、136、236与铝中心板12、112、212圆形体18、118、218的外围24、124、224相对于彼此旋转然后被压在一起以形成固相连接16、116、216的接触表面平行于(图5中表面44、50，图8中表面144、150，及图10中表面244、296)或者垂直于(图8中表面170、172，及图10中表面294、298)所制造的复合金属挠性板10、110、210的旋转轴22。虽然这当然是可接受并可以实践的，但是其他界面配置也是可能的。例如，现在参考图11，该图示出与旋转轴322有关的钢环齿轮的通用环形体336和铝中心板圆形体的通用外围324，所述旋转轴322纵向穿过中心板的中心开口。环形体336的表面335旨在共同代表上述环形体36、136、236的内表面14、114、244，圆形体外围324的表面325旨在共同代表上述轴向凸缘126、226的外表面50、150和圆形体218的圆周边缘表面296。如图所示，环形体336的表面335可以相对于旋转轴322倾斜，倾斜角度为α，同样地，圆形体外围324的表面325可以相对于旋转轴322倾斜，倾斜角度为β。

现在单独参考图12，该图示出了钢环齿轮的通用环形体436和铝中心板圆形体的通用外围424。环形体436的表面437旨在共同代表上述环形体136的侧表面170和径向边缘286的前表面294，而圆形体外围424的表面427旨在共同代表上述径向边缘162的前表面172和环形体218的后表面298。如图所示，环形体436的表面437可以相对于垂直于旋转轴422的平面431倾斜，倾斜角度为θ；同样地，圆形体外围424的表面427可以相对于垂直于旋转轴422的平面431倾斜，倾斜角度为γ。每个倾斜角度α、β、θ、γ可以分别相对彼此独立地大于0°，如果得以实施，可以在10°-80°的范围内，或更窄地，在30°-60°范围内。

在压力施加步骤中，当环形体336、436的表面335、437和圆形体外围324、424的表面325、427被压并锻造在一起时，倾向角α、β、θ、γ能够用来增加那些表面之间的面积。以这种方式，可以建立更广泛的固相连接，从而产生更强和更坚固的连接。为此，当倾斜角α、β适于增加连接面积时，环形体336的表面335和圆形体外围324的表面325相对于旋转轴322沿相同的方向倾斜以保持面对关系，如图11所示，它们各自的倾斜角α、β彼此相同或最多相差15°。当倾斜角θ、γ适于增加连接面积时，同样的一般条件也适用；也就是说，环形体436的表面437和圆形体外围424的表面427相对于垂直于旋转轴422的平面431沿相同的方向倾斜以保持面对的关系，如图12所示，它们各自的倾斜角θ、γ彼此相同或最多相差15°。

以上对优选示例性实施例和具体示例的描述本质上仅是描述性的；它们并非旨在限制随后的权利要求的范围。除非在说明书中另外具体地明确地陈述，否则所附权利要求中使用的每个术语应当给出其普通和惯用含义。

Claims (4)

1.一种复合金属挠性板，包括:

具有圆形体的铝中心板,其限定围绕复合金属挠性板的旋转轴,具有周边的圆形体的中心开口；及

钢环齿轮,其包括环形体和外齿轮齿,所述外齿轮齿与环形体为一体并圆周地围绕环形体设置，所述钢环齿轮的环形体通过固相连接固定在所述铝中心板的圆形体的外围上,其中，所述圆形体的所述外围包括轴向边缘，所述轴向边缘从所述圆形体的远端轴向延伸，所述轴向边缘垂直于所述圆形体,进一步地还包括径向边缘，所述径向边缘从所述轴向边缘径向向外延伸并且轴向偏离所述圆形体的所述远端，其中，所述固相连接建立在所述铝中心板的所述圆形体的所述轴向边缘和所述径向边缘与所述钢环齿轮的所述环形体之间,以在轴向边缘和所述铝中心板的圆形体的外围和所述钢环齿轮的所述环形体之间建立所述固相。

2.如权利要求1所述的复合金属挠性板,所述固相不包括Fe-Al金属间化合物。

3.一种复合金属挠性板，包括:

具有圆形体的铝中心板,其限定围绕复合金属挠性板的旋转轴,具有周边的圆形体的中心开口；

和钢环齿轮,其包括环形体和外齿轮齿,该环形体和外齿轮齿与环形体围绕环形体,钢环齿轮的环形体通过铝中心板的圆形体的周边固定到固相,其中，所述钢环齿轮的所述环形体包括主环形部和径向边缘，所述径向边缘从所述主环形部径向向内延伸，所述径向边缘垂直于所述主环形部，其中，所述固相连接建立在所述铝中心板的所述圆形体与所述钢环齿轮的所述环形体的所述主环形部和所述径向边缘之间，以在所述铝中心板的圆形体和所述钢环齿轮的环形体的主环形部分和径向边缘之间建立所述固相。

4.如权利要求3所述的复合金属挠性板，所述固相不包括Fe-Al金属间化合物。

Images