專(zhuān)利名稱(chēng)：將連接元件附接至工件的方法以及由附接有連接元件的工件制成的部件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于將連接元件固定在工件上的方法，所述連接元件允許要 被結(jié)合的工件的摩擦增加的(friction-increasing)、無(wú)間隙的(play-free)以及可翻轉(zhuǎn)的 (reversible)連接，同時(shí)本發(fā)明還涉及一種部件，該部件包括金屬工件以及為了裝配和運(yùn) 輸而通過(guò)局部受限(locally confined)的焊點(diǎn)被牢固地固定在金屬工件上的連接元件。這 種部件適用于被結(jié)合的工件的非正的(non-positive)、摩擦增加的、無(wú)間隙的以及可翻轉(zhuǎn) 的連接。
背景技術(shù)：
在機(jī)器、設(shè)備和機(jī)動(dòng)車(chē)輛結(jié)構(gòu)的所有領(lǐng)域經(jīng)常使用非正(力鎖定(force-locked)) 連接傳遞橫向力或扭矩。能被分別地傳遞的力的大小不僅取決于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，而且主要地 取決于相互連接的部件表面的靜摩擦值(靜摩擦系數(shù))。因此，在這種非正連接下，要盡 力提供摩擦增加性措施，使得能安全地傳遞最大可能的橫向力和扭矩。
現(xiàn)有技術(shù)使用摩擦增加性?shī)A層來(lái)增加螺紋連接和夾緊連接的把持力是已知的。EP 0961038B1公開(kāi)了一種連接元件，其用于要被結(jié)合的工件的增加摩擦的、無(wú)間隙的和可 翻轉(zhuǎn)的連接。所述連接元件包括彈簧式彈性(spring-elastic)鋼箔，所述鋼箔在其表面具 有確定大小的粒子，這些粒子通過(guò)粘結(jié)劑相固定在所述彈簧式彈性箔上。所述粒子由硬 質(zhì)材料組成，優(yōu)選為鉆石、立方氮化硼、氧化鋁、碳化硅或碳化硼。所述鋼箔的固有強(qiáng) 度至少要與要被結(jié)合的工件的固有強(qiáng)度相配，并且所述粘結(jié)劑相的強(qiáng)度至少相當(dāng)于所述 要被結(jié)合的工件的表面的強(qiáng)度。但是，在裝配EP 0961038B1所述的連接元件時(shí)，會(huì)出現(xiàn)許多問(wèn)題。EP 0961038B1中的摩擦增加性連接元件的共同實(shí)施方式是一種沖孔的、平面的環(huán)或盤(pán)的形 式，在裝配各個(gè)非正連接時(shí)，人工地插入所述環(huán)或盤(pán)。該操作很費(fèi)力并且伴有在所述連 接被最終裝配起來(lái)之前所述插件不經(jīng)意地遺失的風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)樗霾迦胪ǔＶ挥屑s0.1mm薄。當(dāng)交付所述部件時(shí)，EP 0961038B1所述的連接元件不可能預(yù)先裝配。EP 0961038B1的連接元件用肉眼看與毛胚(blank)金屬部件幾乎沒(méi)有區(qū)別，因?yàn)樗霰砻娴?約90%由化學(xué)鎳組成。因此，裝配工人有時(shí)很難察覺(jué)到所述連接元件的實(shí)際存在，而 這對(duì)于作為整體的連接的操作安全性是非常重要的。這也許會(huì)有相當(dāng)大的相關(guān)的安全風(fēng) 險(xiǎn)。例如在機(jī)動(dòng)車(chē)輛的引擎中，曲軸-凸輪軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)的齒輪就是用這些連接元件裝 配的。傳統(tǒng)使用的螺紋連接的故障會(huì)導(dǎo)致自發(fā)的總引擎故障?！N嘗試方案是將所述連接元件粘附地連接到所述要被結(jié)合的工件的一個(gè)結(jié)合 面上。這要求表面絕對(duì)干凈、無(wú)油并且干燥，而這只能在引擎結(jié)構(gòu)上做很大努力來(lái)確 保。殘留的粘結(jié)劑也會(huì)削弱EP 0961038中摩擦增加性?shī)A層的特有的力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，并且在修補(bǔ)的情況下使得再裝配被故意分離的連接更加困難。為了能滿(mǎn)足防止連接元件遺失的需求，DE 10147627A1提供了一種連接元件， 其具有位于連接元件的結(jié)合表面之外的組成表面(componentsurface)，并且被加工成具有 彈性或回彈特性，這種彈性或回彈特性使得所述連接元件能可翻轉(zhuǎn)地固定在要被結(jié)合的 工件上。所述組成表面優(yōu)選地是從所述結(jié)合表面突出的凸緣(lug)或抓緊凸齒(lobe)。 使用這些連接元件，可實(shí)現(xiàn)人工預(yù)裝配。但是，DE 10147627A1提出的解決方案具有以下缺點(diǎn)，即操縱具有突出的凸緣 或抓緊凸齒的連接元件是困難的，這樣會(huì)在作為整體的生產(chǎn)程序中的不可避免的操縱步 驟中的以及隨后的后勤和裝配相關(guān)程序中引起損壞的風(fēng)險(xiǎn)。另外，在鍍層過(guò)程以及還有 包裝和運(yùn)輸中的增加空間的要求會(huì)導(dǎo)致連接元件的成本更高。DE 10045031A1公開(kāi)了將球墨鑄鐵焊接至鋼的方法，例如將球墨鑄鐵轉(zhuǎn)向叉 (steering fork)焊接到鋼管材料，其中在球墨鑄鐵第一部件與鋼第二部件之間施加作為焊 料的金屬材料。所述金屬材料包含比例為22至32%的鎳。此處使用摩擦焊或激光焊作 為焊接方法。在摩擦焊的情況下，在連接所述部件之前首先施加鎳基噴射涂層。在激光 焊的情況下，通過(guò)激光將無(wú)涂層部件連接至包含約70%鎳的自流(self-flowing)材料。在 DE 10045031A1所描述的方法中，沿連接表面會(huì)出現(xiàn)焊縫或焊珠區(qū)。但是，部件表面上 的這些焊縫或焊珠區(qū)會(huì)以一種不利的方式削弱這些部件的非正連接。發(fā)明目的因此，本發(fā)明的目的是牢固地固定已知的摩擦增加性連接元件從而裝配和運(yùn) 輸，同時(shí)克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，并且還允許自動(dòng)裝配所述連接元件而不削弱所述連接元 件的功能特性，也就是說(shuō)提供了一種工件的非正的、摩擦增加的、無(wú)間隙的以及可翻轉(zhuǎn) 的連接。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)權(quán)利要求1的將連接元件固定在金屬工件上的方法、權(quán)利要 求8的包括金屬工件以及固定在金屬工件上的連接元件的部件、以及權(quán)利要求16的所述 部件的用途來(lái)實(shí)現(xiàn)上述目的。本申請(qǐng)的主題的優(yōu)選或特別有利的改進(jìn)在從屬權(quán)利要求中 詳細(xì)說(shuō)明。因此，本發(fā)明的主題涉及將連接元件固定在金屬工件上的方法，所述連接元件 允許要被結(jié)合的工件的摩擦增加的、無(wú)間隙的以及可翻轉(zhuǎn)的連接，所述連接元件包括金 屬箔，所述金屬箔在其結(jié)合表面上具有硬質(zhì)材料粒子，這些硬質(zhì)材料粒子通過(guò)金屬粘結(jié) 劑相固定到所述金屬箔上，所述方法的特征在于，為了組裝和運(yùn)輸，通過(guò)包含形成局部 受限焊點(diǎn)的焊接將所述連接元件牢固地固定到所述金屬工件上。本發(fā)明的主題同樣涉及一種部件，其包括金屬工件以及為了裝配和運(yùn)輸通過(guò)局 部受限的焊點(diǎn)牢固地固定在金屬工件上的連接元件，所述連接元件允許要被結(jié)合的工件 的摩擦增加的、無(wú)間隙的以及可翻轉(zhuǎn)的連接，并且所述連接元件包括金屬箔，所述金屬 箔在其結(jié)合表面上具有硬質(zhì)材料粒子，這些粒子通過(guò)金屬粘結(jié)劑相固定到金屬箔上。本發(fā)明的主題同樣涉及一種本發(fā)明的部件的用途，用于在機(jī)器、設(shè)備以及車(chē)輛 結(jié)構(gòu)中要被結(jié)合的工件的力鎖定(非正)的、摩擦增加的、無(wú)間隙的以及可翻轉(zhuǎn)的連接。
本發(fā)明用于固定連接元件的方法允許使用平面部件，相比DE 10147627A1中具 有從平面突出的“抓緊凸齒”，這些平面部件在生產(chǎn)過(guò)程中必須的各種操縱步驟中較不 易受到損壞，而“抓緊凸齒”在生產(chǎn)過(guò)程的操縱步驟中以及運(yùn)輸過(guò)程中存在損壞的風(fēng)險(xiǎn)。另外，本發(fā)明的解決方案提供了運(yùn)輸中具有優(yōu)點(diǎn)的連接元件，因?yàn)橥ㄟ^(guò)與DE 10147627A1相比較，本發(fā)明所使用的連接元件被構(gòu)造成節(jié)省空間的平面盤(pán)。相較于DE 10147627A1和EP 0961038B1,所述連接元件被更牢固地固定以避免遺失。不同于EP 0961038B1和DE 10147627A1，可使用根據(jù)本發(fā)明固定的連接元件自 動(dòng)地裝配兩個(gè)要被連接的工件。同樣地，不同于EP0961038B1和DE 10147627A1，所述 固定方法本身也可是自動(dòng)的，從而使得可完全地自動(dòng)裝配所述連接元件。含有鉆石或硬質(zhì)材料的鎳層的焊接在現(xiàn)有技術(shù)中不是已知的。由于在焊接中在 工件的表面會(huì)局部地出現(xiàn)非常高的溫度，這樣存在硬質(zhì)材料氧化的風(fēng)險(xiǎn)或通過(guò)焊接局部 地?fù)p壞鎳/硬質(zhì)材料層的風(fēng)險(xiǎn)。本發(fā)明驚人地發(fā)現(xiàn)，雖然會(huì)局部出現(xiàn)所述層的損壞，但 是采用可控的方式可將其限制在非常受限的區(qū)域。另外，使用本發(fā)明固定的連接元件， 相比較通常插入的連接元件，令人驚訝地觀察到摩擦值的增加，這種增加約為10%并且 伴隨更低的摩擦值標(biāo)準(zhǔn)偏差。這會(huì)在應(yīng)用時(shí)帶來(lái)所述過(guò)程的更大的確定性。本發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明，為了裝配和運(yùn)輸，通過(guò)焊接將所述連接元件牢固地固定到金屬工 件上，所述焊接包括形成局部受限的焊點(diǎn)。為了確保使用過(guò)程中所述連接元件或摩擦薄片的功能，必須滿(mǎn)足本發(fā)明所使用 的焊接方法或焊接位置的下述要求-不能因?yàn)樵诮Y(jié)合點(diǎn)進(jìn)行摩擦的元件之間的結(jié)合材料的任何隆起(elevation)或盤(pán) 本身的過(guò)量變性而存在所述摩擦值增加層的任何功能性限制。-所述焊接接頭或焊接點(diǎn)的強(qiáng)度選擇必須使得在裝配之前，甚至是經(jīng)過(guò)相對(duì)長(zhǎng)的 時(shí)期和相對(duì)大的距離，可確保運(yùn)輸和裝配期間的穩(wěn)定性，并且使得相對(duì)頻繁地打開(kāi)和旋 轉(zhuǎn)部件也不會(huì)引起摩擦薄片的遺失(確保防止遺失)。同時(shí)，所需要的強(qiáng)度最小值取決于 摩擦薄片/所述金屬工件的基體的材料配對(duì)。-所述金屬粘結(jié)劑相，特別地是具有嵌入的硬質(zhì)材料粒子的化學(xué)鎳層，不能被副 產(chǎn)品或輔助設(shè)備污染。_基于其尺寸，所述結(jié)合處的影響區(qū)應(yīng)當(dāng)處于極小的范圍內(nèi)并且低于作為整體的 功能區(qū)的5%，優(yōu)選遠(yuǎn)低于5%。在更大尺寸的情況下，必須做結(jié)構(gòu)上的適應(yīng)性改變。-所述焊接過(guò)程應(yīng)當(dāng)是自動(dòng)化的，然而應(yīng)當(dāng)能實(shí)現(xiàn)高循環(huán)速度，同時(shí)實(shí)現(xiàn)所述過(guò) 程的良好穩(wěn)定性以及高水平的再現(xiàn)性。根據(jù)本發(fā)明，所有的能實(shí)現(xiàn)局部受限焊接或準(zhǔn)確地設(shè)定局部焊點(diǎn)的方法都可考 慮作為焊接方法。特別地，此處考慮激光焊和電阻焊，優(yōu)選是激光焊。對(duì)于優(yōu)選的激光焊，優(yōu)選地使用Nd:YAG固態(tài)激光焊設(shè)備。此處優(yōu)選使用波長(zhǎng)為900至1200nm(優(yōu)選地正好超過(guò)IOOOnm)的脈沖激光。在激光焊中焊接順序如下首先，通過(guò)裝置將所述連接元件放置到要被結(jié)合的工件表面上，例如端壓(end-pressed)曲軸或凸輪軸部件內(nèi)或內(nèi)燃機(jī)的定時(shí)驅(qū)動(dòng)內(nèi)的定時(shí) 齒輪的端面，并且使用確定的力加載所述連接元件。這種壓力要確保所述連接元件平坦 地位于所述工件的結(jié)合面上，例如所述定時(shí)齒輪的端面。隨后，優(yōu)選通過(guò)遠(yuǎn)程或鏡像方 法設(shè)置焊點(diǎn)。在連接元件被加工成摩擦增加性穿孔盤(pán)的情況下，發(fā)現(xiàn)3-7個(gè)焊點(diǎn)可以滿(mǎn) 足現(xiàn)在慣用的盤(pán)直徑，所述焊點(diǎn)以相等的間距設(shè)置在所述連接元件的表面上。令人驚訝地發(fā)現(xiàn)，在通過(guò)熱傳導(dǎo)焊接(例如激光焊)方法的焊接中，當(dāng)將作為連 接元件的薄片焊接到多孔基體上時(shí)，由于基體的多孔結(jié)構(gòu)，在基體上不會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的焊 接影響，仍然能夠?qū)崿F(xiàn)具有足夠強(qiáng)度的焊接。在先施加的壓力非常有利于在連接元件與基體之間形成盡可能小的焊縫，而焊 縫進(jìn)而決定好的焊點(diǎn)質(zhì)量。所述壓力優(yōu)選地位于20至100N，更優(yōu)選地約為50N。另一種可能的焊接方法是電阻點(diǎn)焊，其中通過(guò)兩個(gè)反向電極在一點(diǎn)上將所述金 屬工件和連接元件壓在一起。焊接電流通過(guò)所述電極引入。基體的熔化發(fā)生在最大的電 阻位置，也就是說(shuō)通常在金屬工件與連接元件之間的過(guò)渡區(qū)。所述電極通常由銅或銅合 金組成，因?yàn)檫@些材料導(dǎo)電和導(dǎo)熱良好。電阻點(diǎn)焊的電極的直徑優(yōu)選地約為20mm。壓在所述摩擦薄片上的上電極的凸出 的頂圓直徑(tip diameter)優(yōu)選地為3mm，而接觸基體的下電極的頂圓直徑為例如6mm。 這使得電流以及電流路徑能適應(yīng)厚度極其不同的部件，例如連接元件(薄片)和要被結(jié)合 的工件(厚)。對(duì)于電阻焊，同樣地優(yōu)選使用奇數(shù)個(gè)焊點(diǎn)，優(yōu)選地是3-7個(gè)焊點(diǎn)，從而有助于 在之后的使用中達(dá)到集中性(concentricity)。在本發(fā)明方法中所使用的連接元件或根據(jù)本發(fā)明的部件包括作為基體的薄金屬 箔，優(yōu)選地厚度動(dòng).2_，更優(yōu)選地為0.1至0.2_。根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方式，所述金屬箔 的固有強(qiáng)度至少匹配所述要被結(jié)合的工件的固有強(qiáng)度。本發(fā)明中所使用的連接元件優(yōu)選 地與EP 0961038中已知的連接元件一致。因此，可參考EP 0961038中對(duì)金屬箔、硬質(zhì) 材料粒子以及金屬粘結(jié)劑相的改進(jìn)的可能性。鍍層薄鋼板(也稱(chēng)作摩擦薄片)特別地用作EP 0961038B1中的連接元件。鋼優(yōu) 選地被用作所述摩擦薄片的基體，優(yōu)選地為彈簧式彈性或彎曲彈性鋼，特別優(yōu)選地其拉 伸強(qiáng)度為350-1850N/mm2，更加優(yōu)選地為800_1600N/mm2。用于所述連接元件的鋼板的 厚度優(yōu)選地為0.1-0.2mm。更厚的涂層鋼板也能被焊接，但是可能引起超出所述部件的 總的尺寸誤差，這會(huì)迫使修改所述部件的結(jié)構(gòu)。所述摩擦薄片具有由金屬粘結(jié)劑相組成的涂層，在所述金屬粘結(jié)劑相中加入硬 質(zhì)粒子。所述硬質(zhì)粒子優(yōu)選地由能承受壓力和剪切的材料組成，所述材料對(duì)壓力和剪切 承受力超過(guò)要被結(jié)合的工件。所述涂層優(yōu)選地位于兩側(cè)。所述硬質(zhì)粒子優(yōu)選地選自碳化 物、氮化物、硼化物、鉆石、SiO2和Al2O3，優(yōu)選地選自鉆石、碳化硅和碳化硼。所述 硬質(zhì)材料粒子的顆粒大小優(yōu)選地位于6至80 μ m之間，更優(yōu)選地平均粒子大小D5tl為8至 35μιη。特別優(yōu)選地，使用平均粒子大小為10至20 μ m的硬質(zhì)粒子。通過(guò)激光衍射以已 知的方式確定所述粒子大小，例如來(lái)自CILAS公司的針對(duì)固態(tài)材料分散體的裝置(CILAS 1064)。
根據(jù)EP 0961038，所述金屬粘結(jié)劑相的強(qiáng)度優(yōu)選地至少相當(dāng)于要被結(jié)合的工件 的表面強(qiáng)度。特別優(yōu)選地，所述金屬粘結(jié)劑相是電工技術(shù)(利用化學(xué)作用產(chǎn)生電流技術(shù) (galvanotechnically))生產(chǎn)的化學(xué)鎳層。平均粒子大小D5tl為8至35 μ m的鉆石顆粒優(yōu)選 地作為硬質(zhì)材料粒子。更優(yōu)選地，所述金屬粘結(jié)劑相的層厚小于所述硬質(zhì)材料粒子的平 均粒子大小。根據(jù)本發(fā)明可將摩擦增加連接元件固定在多種能通過(guò)所述方法焊接的金屬材料 的基體上。鑄造材料、鋼、鋁和燒結(jié)金屬被認(rèn)為是合適的材料或與相應(yīng)的應(yīng)用相關(guān)的材 料。在機(jī)器和車(chē)輛結(jié)構(gòu)中慣用的結(jié)構(gòu)材料特別地是灰鑄鐵、鋼、鋁和燒結(jié)鋼。用于本發(fā)明生產(chǎn)的焊接連接的合適的強(qiáng)度測(cè)試方法是十字形拉力(crosstension) 測(cè)試。所述十字形拉力測(cè)試是破壞性測(cè)試，只要特定的焊接作業(yè)的最佳設(shè)定值要取決于 在盡可能類(lèi)似于生產(chǎn)條件的條件下的測(cè)試焊接點(diǎn)，就特別地使用所述破壞性測(cè)試。功能 性程序是通過(guò)測(cè)試機(jī)器從上方以恒定的力加載夾鉗，試樣被限制在所述夾鉗內(nèi)。由于測(cè) 試機(jī)器所施加的載荷(可達(dá)5kN的力傳感器)因所述夾鉗和試樣的靜止重量而增加，因此 對(duì)應(yīng)于所述夾鉗和試樣的重量，進(jìn)行加上4N的修正計(jì)算。然后，通過(guò)位于底座上的活塞 (ram)以3mm/min的速率向下移動(dòng)所述測(cè)試機(jī)器。所述樣品的破壞通常由一個(gè)焊點(diǎn)接一 個(gè)焊點(diǎn)的破壞而出現(xiàn)；只有在單個(gè)的情況下才會(huì)出現(xiàn)大量的焊點(diǎn)同時(shí)破壞。拉脫力不僅取決于連接方法，也取決于結(jié)合點(diǎn)的數(shù)量和直徑，例如在3個(gè)結(jié)合 點(diǎn)的情況下，優(yōu)選地是10至200N。通過(guò)電阻點(diǎn)焊(壓力焊接方法)獲得的連接強(qiáng)度最大。相比其他的焊接方法，其 強(qiáng)度較大的原因之一是電極的機(jī)械載荷以及較大的焊點(diǎn)，這些焊點(diǎn)的直接約為3mm。因 此，可獲得擴(kuò)大的橫截面區(qū)域，擴(kuò)大的橫截面區(qū)域承受更大的載荷。但是，另一方面， 由于較大的焊點(diǎn)，材料噴發(fā)(eruption)也更大并且受焊接影響的區(qū)域更大?？赏ㄟ^(guò)激光束焊接(熔化焊)過(guò)程可獲得平均強(qiáng)度的連接，焊點(diǎn)可焊接在搭接接 頭或并接接頭(paralleljoint)處。通過(guò)這種方式產(chǎn)生的焊點(diǎn)的直徑等于激光束的直徑。優(yōu)選采用激光焊方法，因?yàn)橄啾入娮椟c(diǎn)焊，可能會(huì)得到更小的焊點(diǎn)，從而對(duì)摩 擦薄片的破壞更小，但是結(jié)合強(qiáng)度依然相當(dāng)?shù)卮?。除了在搭接接頭或并接接頭處焊接之外，焊點(diǎn)也可是角焊(T接頭)的形式以及 對(duì)焊接頭的形式。焊接過(guò)程中各種可能的接頭或?qū)嵤┓绞揭约拔恢檬沟帽景l(fā)明固定/結(jié) 合方法能適應(yīng)周?chē)Y(jié)構(gòu)。相比電阻點(diǎn)焊，表面的粗燥度以及表面的清潔度在激光焊中起更大的作用。 粗燥深度取決于摩擦薄片上所使用的嵌入硬質(zhì)粒子的顆粒大小，并且優(yōu)選地Rz值低于 30 μ m,但是也可以大于所述值。令人驚奇地發(fā)現(xiàn)，盡管焊點(diǎn)處增加使用材料，正如下面的例子所闡明的，當(dāng)本 發(fā)明部件被用在旋轉(zhuǎn)和裝配狀態(tài)時(shí)，相比使用傳統(tǒng)的插入連接元件，能夠傳遞更大的扭矩。附圖
詳細(xì)說(shuō)明圖la、lb、Ic和Id顯示了在實(shí)施例1(搭接接頭)中采用的激光焊的切片的100 倍、200倍、500倍和1000倍放大的光學(xué)顯微照片；圖2a、2b和2c顯示了在實(shí)施例2 (角接頭)中采用的激光焊的切片的100倍、200倍和500倍放大的光學(xué)顯微照片。實(shí)施例和比較例下面的實(shí)施例和比較例用于進(jìn)一步解釋本發(fā)明。實(shí)施例1功能區(qū)內(nèi)的激光焊為了產(chǎn)生本發(fā)明的固定連接元件，首先通過(guò)由EP 0961038得知的方法鍍覆外徑 為27mm、內(nèi)徑為15_以及厚度為0.1mm的環(huán)形穿孔盤(pán)。所述盤(pán)從強(qiáng)度為1200-1400N/mm2的彈簧帶鋼C75SQT沖孔得到。在該過(guò)程后 鍍覆所述盤(pán)，平均直徑為IOym的鉆石粒子被嵌入粘結(jié)劑相內(nèi)，所述粘結(jié)劑相包括層厚 約為6μιη的化學(xué)鎳層。隨后，在150°C下經(jīng)過(guò)2小時(shí)的熱處理以提高化學(xué)鎳層的粘附 力。通過(guò)光學(xué)圖像評(píng)估確定的盤(pán)表面的面積覆蓋率為12 士 1%。為了生產(chǎn)本發(fā)明部件，通過(guò)激光焊將所述涂層盤(pán)施加到Sint_D30(燒結(jié)鋼)試樣 的表面上。樣品基體的選擇依據(jù)用于生產(chǎn)內(nèi)燃機(jī)的定時(shí)驅(qū)動(dòng)內(nèi)的定時(shí)齒輪的慣用材料。 用于焊接操作的把持裝置被設(shè)計(jì)從而使得在盤(pán)半徑約為Ilmm處以72度的角間距設(shè)置5 個(gè)焊點(diǎn)。所述激光束被垂直地指向所述盤(pán)的表面，激光束的直徑為5mm。通過(guò)切片和 激光掃描方法以及掃描電子顯微鏡研究所述激光焊點(diǎn)并且記錄。在三個(gè)焊點(diǎn)的情況下，通過(guò)十字拉力測(cè)試確定的平均拉脫力為43.1N。利用反光顯微鏡在備好的切片截面上測(cè)量所述焊點(diǎn)。融合(interfosion)區(qū)約 0.5mm寬，這正好等于所述激光束的直徑(參見(jiàn)圖Ia和lb)。以這樣一種方式選擇所述激 光束的強(qiáng)度，即能量能被充分地耦合到所述材料并且在所述激光束的整個(gè)直徑上出現(xiàn)熔 化。熱變形會(huì)引起所述摩擦盤(pán)從所述燒結(jié)工件的表面隆起0.06mm，正對(duì)應(yīng)于0.16mm的 整體高度。所述盤(pán)從焊點(diǎn)隆起至重新平面接觸所述定時(shí)齒輪的最大范圍可達(dá)約1.7mm。 這樣，所述激光束不會(huì)在外部邊緣引起任何的“凹陷形成(CTaterformation) ”，而是“向 下(downhill)”至所述焊點(diǎn)中心。(通過(guò)接頭的靶定再熔能防止具有噴發(fā)的凹陷形成或者 使所述具有噴發(fā)的凹陷平滑。)在熔化區(qū)之外，所述涂層顯得未受影響。圖Ic和Id的500和1000倍的放大顯示了融合的同質(zhì)區(qū)域。除由于對(duì)包含氣體 的基體(燒結(jié)鋼)的氣孔的易感性而形成氣孔之外，形成了質(zhì)量良好的連接?；瘜W(xué)鎳層 以及鉆石不再明顯。實(shí)施例2激光焊角接頭例如，如果結(jié)合是接合的功能區(qū)外的非平面平行結(jié)合，作為角接頭的構(gòu)造是可 取的。傾斜的/非平面平行接頭可增加平均摩擦半徑，并且所存在的旋轉(zhuǎn)彎矩和剪切力 可在載荷下被補(bǔ)償。搭接接頭隨后可被有意地避免而可選擇角接頭。在圖2a和2b中，顯示了構(gòu)造成角接頭的激光焊(切片)。在這種接頭下，根據(jù)圖2a和2b，所述激光束水平地位于摩擦薄片和工件之間、 從左邊焊接。融合區(qū)域?yàn)?.1mm寬(圖2a)。在盤(pán)從定時(shí)齒輪的表面的最大隆起約為 0.17mm時(shí)，盤(pán)的影響區(qū)延伸超過(guò)0.36mm，在所述盤(pán)的影響區(qū)，特別地，嵌入有鉆石的 化學(xué)鎳層蒸發(fā)或熔化。在200倍的放大下(圖2b)，能看到燒結(jié)金屬的熱影響區(qū)，該熱影 響區(qū)平均高約0.08mm且寬約0.12mm。在兩個(gè)連接部件之間，縫隙的寬度約0.05mm，相當(dāng)于摩擦薄片厚度的一半。摩擦薄片和燒結(jié)材料的直接接觸區(qū)域的熔化是非常均勻的(參見(jiàn)圖2c)。兩個(gè)部 件上的熱影響區(qū)能完全看到。角接頭要求在被結(jié)合的部件的接頭處有非常準(zhǔn)確的定位和尺寸精度。在激光熔 化的影響區(qū)外，約0.36mm之后，幾乎對(duì)摩擦值增加性化學(xué)鎳層沒(méi)有明顯的影響，該摩擦 增加性化學(xué)鎳層在盤(pán)的兩側(cè)具有嵌入的硬質(zhì)材料粒子(圖2a和2b)。實(shí)施例3使用饒結(jié)鋼作為基體的電阻點(diǎn)焊如實(shí)施例1所述生產(chǎn)所述連接元件。Sint_D30被用作基體。采用電阻點(diǎn)焊進(jìn)行所 述焊接。電極壓力被設(shè)定為約IOOdaN (=IOOON)，并且焊接電流被設(shè)定為約2.9_3.4kA。 焊接電壓會(huì)基于所述焊接電流和部件的電阻自動(dòng)地設(shè)定。通過(guò)十字拉力測(cè)試確定的焊接連接的平均拉脫力為173.3N。實(shí)施例4石角斜丨_繩輔赫魏鍾牛輔·齢鍾牛__聽(tīng)縣·為了確定扭轉(zhuǎn)載荷下的靜摩擦系數(shù)μ，實(shí)施例1的固定在試樣Sint_D30上的連 接元件與淬火試樣16MnCr5配對(duì)，并且使用IOOMPa的表面壓力相互之間被夾緊。然后 通過(guò)液壓系統(tǒng)施加扭矩直至出現(xiàn)連接的滑動(dòng)?；瑒?dòng)被認(rèn)為是能使連接打到4°扭轉(zhuǎn)角的扭 矩。然后從所確定的扭矩/扭轉(zhuǎn)角圖表計(jì)算出靜摩擦系數(shù)μ。比較實(shí)施例確定利用插入的連接元件實(shí)現(xiàn)的兩個(gè)工件的連接的靜摩擦系數(shù)重復(fù)實(shí)施例4的測(cè)試，同時(shí)保留材料配對(duì)Sint_D30和16MnCr5的設(shè)定參數(shù)，但 是連接元件不通過(guò)本發(fā)明的方法被固定，而僅僅是被插入，這種測(cè)試設(shè)置與EP 0961038 所述的應(yīng)用一致。為了檢驗(yàn)所述結(jié)果，對(duì)每個(gè)樣品配對(duì)實(shí)施三個(gè)測(cè)試。在下表中顯示了所確定的 靜摩擦系數(shù)。對(duì)靜摩擦系數(shù)的研究結(jié)果(實(shí)施例4和比較實(shí)施例)令人驚奇地，在焊接的連接元件的情況下，靜摩擦系數(shù)高出約10%并且標(biāo)準(zhǔn)偏 差更小。這種結(jié)果是意料不到的，因?yàn)榧す夂笇?dǎo)致盤(pán)在焊點(diǎn)區(qū)域的Sint-D30-鉆石涂層盤(pán) 連接區(qū)的局部隆起，所述隆起出現(xiàn)在所述焊點(diǎn)周?chē)s3mm的區(qū)域內(nèi)。這會(huì)導(dǎo)致與試樣接 合的有效盤(pán)區(qū)域減少，這在增加摩擦的意義上是有效的。使用激光掃描方法發(fā)現(xiàn)，作為 凝固熔化結(jié)果的焊點(diǎn)區(qū)域內(nèi)的隆起，會(huì)引起所述試樣16MnCr5的連接的相對(duì)面上的有效 區(qū)域的進(jìn)一步減少，因?yàn)檫@種隆起同樣阻止鉆石涂層盤(pán)完全平坦地位于試樣16MnCr5的 連接區(qū)域。起初看似不宜的設(shè)置會(huì)產(chǎn)生更高的靜摩擦系數(shù)，并且靜摩擦系數(shù)具有有利地減 少的標(biāo)準(zhǔn)偏差，這是根本不會(huì)預(yù)測(cè)到的。
權(quán)利要求
1.一種將連接元件固定至金屬工件的方法，所述連接元件允許要被結(jié)合的工件的摩 擦增加的、無(wú)間隙的以及可翻轉(zhuǎn)的連接，所述連接元件包括金屬箔，所述金屬箔在其結(jié) 合表面上具有硬質(zhì)材料粒子，所述硬質(zhì)材料粒子通過(guò)金屬粘結(jié)劑相被固定到所述金屬箔 上，其特征在于，為了裝配和運(yùn)輸通過(guò)焊接將所述連接元件牢固地固定到所述金屬工件 上，所述焊接包括形成局部受限的焊點(diǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述焊接是通過(guò)激光焊進(jìn)行的。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述激光焊采用Nd:YAG固態(tài)激光焊設(shè)備。
4.根據(jù)權(quán)利要求2和/或3所述的方法，其特征在于，所述激光焊采用波長(zhǎng)為900至 1200nm的脈沖激光，所述波長(zhǎng)優(yōu)選地超過(guò)約lOOOnm。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求的至少一個(gè)所述的方法，其特征在于，在焊接之前，所述連接 元件被放置在所述金屬工件上并且被壓向所述金屬工件，優(yōu)選地使用20至IOON的壓力。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述焊接是通過(guò)電阻點(diǎn)焊進(jìn)行的。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求的至少一個(gè)所述的方法，其特征在于，所述連接元件是通過(guò)奇 數(shù)個(gè)焊點(diǎn)被固定至所述金屬工件，優(yōu)選地是3至7個(gè)焊點(diǎn)。
8.一種部件，其包括金屬工件以及為了裝配和運(yùn)輸通過(guò)局部受限的焊點(diǎn)牢固地固定 至所述金屬工件的連接元件，所述連接元件允許要被結(jié)合的工件的摩擦增加的、無(wú)間隙 的以及可翻轉(zhuǎn)的連接，所述連接元件包括金屬箔，所述金屬箔在其結(jié)合表面具有硬質(zhì)材 料粒子，所述硬質(zhì)材料粒子是通過(guò)金屬粘結(jié)劑相被固定到所述金屬箔上的。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求的至少一個(gè)所述的方法或部件，其特征在于，所述連接元件的 金屬箔的厚度《0.2mm，優(yōu)選地為0.1至0.2mm。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求的至少一個(gè)所述的方法或部件，其特征在于，所述連接元件的 金屬箔是彈簧式彈性鋼箔，優(yōu)選地是拉伸強(qiáng)度為350至1850N/mm2的鋼，所述拉伸強(qiáng)度 更優(yōu)選地為800至1600N/mm2。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求的至少一個(gè)所述的方法或部件，其特征在于，所述連接元件的 硬質(zhì)材料粒子選自碳化物、氮化物、硼化物、鉆石、SiO2以及Al2O3，優(yōu)選地選自鉆石、 碳化硅以及碳化硼。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求的至少一個(gè)所述的方法或部件，其特征在于，所述連接元件的 硬質(zhì)材料粒子的顆粒大小為6至80 μ m，優(yōu)選地平均顆粒大小D5tl的范圍為8至35 μ m。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求的至少一個(gè)所述的方法或部件，其特征在于，所述連接元件的 金屬粘結(jié)劑相是利用化學(xué)作用產(chǎn)生電流生產(chǎn)的化學(xué)鎳層。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求的至少一個(gè)所述的方法或部件，其特征在于，所述連接元件的 金屬粘結(jié)劑相的層厚小于所述硬質(zhì)材料粒子的平均顆粒大小。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求的至少一個(gè)所述的方法或部件，其特征在于，固定有連接元件 的所述金屬工件由澆鑄材料、鋼、鋁、鋁合金或燒結(jié)金屬構(gòu)成。
16.權(quán)利要求8至15的至少一個(gè)權(quán)利要求的部件的用途，用于在機(jī)器、設(shè)備以及車(chē)輛 結(jié)構(gòu)中的要被結(jié)合的工件的力鎖定的、摩擦增加的、無(wú)間隙的以及可翻轉(zhuǎn)的連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種將連接元件附接至金屬工件的方法，所述連接元件允許要被結(jié)合的工件的摩擦增加的、無(wú)間隙的以及可翻轉(zhuǎn)的連接，其中所述連接元件包括金屬箔，金屬箔在其結(jié)合表面具有硬質(zhì)材料粒子，所述硬質(zhì)材料粒子通過(guò)金屬粘結(jié)劑相被附接至所述金屬箔，其特征在于，為了確保裝配和運(yùn)輸通過(guò)焊接將所述連接元件附接至所述金屬工件，從而形成局部受限的焊點(diǎn)。本發(fā)明還涉及一種部件，其包括金屬工件以及為了確保裝配和運(yùn)輸通過(guò)局部受限的焊點(diǎn)附接至所述金屬工件的連接元件，所述連接元件允許要被結(jié)合的工件的摩擦增加的、無(wú)間隙的以及可翻轉(zhuǎn)的連接，所述連接元件包括金屬箔，所述金屬箔在其結(jié)合表面具有硬質(zhì)材料粒子，所述硬質(zhì)材料粒子通過(guò)金屬粘結(jié)劑相被附接所述金屬箔。根據(jù)發(fā)明的部件適于在機(jī)器、設(shè)備以及車(chē)輛結(jié)構(gòu)內(nèi)的要被結(jié)合的工件的非正的、摩擦增加的、無(wú)間隙的以及可翻轉(zhuǎn)的連接。
文檔編號(hào)B23K26/00GK102016332SQ200880128962
公開(kāi)日2011年4月13日 申請(qǐng)日期2008年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月30日
發(fā)明者丹尼爾·伯頓, 尤爾根·邁耶, 弗蘭茲·貝格, 斯文·施賴(lài)納 申請(qǐng)人:Esk陶瓷有限兩合公司