專利名稱：推桿及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種推桿，更具體一些，涉及一種包括桿身和用電阻焊連接在桿身的至少一個(gè)端面上的鋼球的推桿，以及一種用于生產(chǎn)該推桿的方法。
此推桿用在內(nèi)燃機(jī)的閥操作機(jī)構(gòu)、摩擦離合器等中。
已經(jīng)公知有這樣一種推桿，它包括用不銹鋼管材制造的桿身和一鋼球，它們通過(guò)凸焊而彼此結(jié)合在一起(見(jiàn)日本專利申請(qǐng)公報(bào)No.81909/90)。
但是，這種已知的推桿有這樣一個(gè)問(wèn)題，即，因?yàn)樗臈U身是用不銹鋼管材制造的，所以此推桿的重量大，并且制造費(fèi)用昂貴。
本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種上述類型的推桿，它的重量輕而且制造費(fèi)用不很昂貴。
為達(dá)到上述目的，按照本發(fā)明，提供了一種推桿，它包括一桿身和一用電阻焊連接在桿身的至少一個(gè)端面上的鋼球，其中，桿身是用鋁合金做成的。
上述推桿的桿身是用鋁合金制成的，因此，與具有用不銹鋼管材做成的桿身的推桿相比，該推桿本身的重量輕而且制造費(fèi)用較低。
本發(fā)明的另一目的是提供一種用于制造上述類型的推桿的方法，其中，推桿可以以較低的成本大量生產(chǎn)。
為達(dá)到上述目的，按照本發(fā)明，提供了一種用于生產(chǎn)推桿的方法，它包括下列步驟使桿身端面中的一個(gè)與一鋼球形成壓力接觸，并在桿身與鋼球之間提供電流，以進(jìn)行桿身與鋼球相互間的電阻焊接，其中，將由Al-Mg-Si基合金形成的管材用作為桿身，將焊接電流I設(shè)定在18000≤I≤21000A的范圍內(nèi)，將壓緊力P設(shè)定在350kgf≤P≤400kgf的范圍內(nèi)，并將通電時(shí)間t設(shè)定在t＜2周(cycle)之內(nèi)。
在過(guò)去是難以焊接鋁合金和鋼的，并且不可能得到令人滿意的焊接強(qiáng)度。但是，按照上述制造方法，通過(guò)按上述方式規(guī)定用于桿身的材料，并按上述范圍設(shè)定焊接電流I、壓緊力P和通電時(shí)間t，就有可能將鋁合金與鋼牢固地焊接在一起。這樣，就有可能以低廉的成本大量生產(chǎn)重量輕而且有高的接合強(qiáng)度的推桿。
在此情況下，鋁合金與鋼之間的接合強(qiáng)度相當(dāng)于或超過(guò)鋼與鋼之間的接合強(qiáng)度?？梢哉J(rèn)為，這種接合強(qiáng)度的提高歸因于這樣一個(gè)事實(shí)，即桿身的一部分易于咬入鋼球的表面，而這種咬入部分顯示出一種錨固作用，這種接合強(qiáng)度的提高還/或歸因于這樣一個(gè)事實(shí)，即從桿身產(chǎn)生的液相顯示出對(duì)鋼球有良好的潤(rùn)濕性。
但是，如果焊接電流I小于18000A，桿身與鋼球之間的接合強(qiáng)度就下降，并使接合強(qiáng)度的偏差加大。另一方面，如果焊接電流I＞21000A，桿身與鋼球之間的接合強(qiáng)度同樣也下降，而電流率則加大。如果壓緊力P小于350kgf，接合強(qiáng)度同樣降低。另一方面，如果壓緊力P大于400kgf，則管材有可能產(chǎn)生縱向彎曲。如果通電時(shí)間t等于或大于二周，則在桿身與鋼球之間的結(jié)合區(qū)易于形成金屬間化合物，導(dǎo)致顯著地降低接合強(qiáng)度。


圖1是推桿主要部分的局部剖開(kāi)的正視圖；圖2是電阻焊機(jī)的主要部分的局部剖開(kāi)的正視圖；圖3是桿身主要部分的局部剖開(kāi)的正視圖；圖4是一曲線圖，示出了第一例子中焊接電流與斷裂載荷之間的關(guān)系；圖5是一曲線圖，示出了第二例子中焊接電流與斷裂載荷之間的關(guān)系；圖6是一曲線圖，示出了第三例子中焊接電流與斷裂載荷之間的關(guān)系；圖7是一金相照片，示出了在焊接后桿身與鋼球之間的結(jié)合區(qū)的金相組織；圖8是一金相照片，示出了桿身與鋼球之間的結(jié)合區(qū)在經(jīng)過(guò)熱處理后的金相組織；圖9是桿身與鋼球之間的結(jié)合區(qū)在經(jīng)過(guò)熱處理后的x射線分析照片；圖10是一曲線圖，示出了加熱時(shí)間、斷裂載荷與AlFe金屬間化合物層厚度之間的關(guān)系；圖11是一金相照片，示出了經(jīng)過(guò)靜拉伸/剪切試驗(yàn)后的鋼球的斷面的金相組織；
圖12是圖11所示金相照片的根據(jù)探索；圖13是圖11的主要部分的放大的金相照片；圖14A是經(jīng)過(guò)靜拉伸/剪切試驗(yàn)的鋼球的斷面的X射線分析照片，它示出了Al-kα射線圖像；圖14B是經(jīng)過(guò)靜拉伸/剪切試驗(yàn)的鋼球的斷面的X射線分析照片，它示出了Fe-kα射線圖像；圖15是桿身主要部分的垂直剖面正視圖；圖16是一曲線圖，示出了第四例子中焊接電流與斷裂載荷之間的關(guān)系；圖17是一曲線圖，示出了第五例子中焊接電流與斷裂載荷之間的關(guān)系；圖18是一曲線圖，示出了第六例子中焊接電流與斷裂載荷之間的關(guān)系；圖19是一內(nèi)燃機(jī)的主要部分的局部剖開(kāi)的正視圖；圖20是一多盤(pán)式摩擦離合器的垂直剖面正視圖。
參看圖1，用于內(nèi)燃機(jī)的閥操作機(jī)構(gòu)、摩擦離合器等中的推桿1包括一桿身2和一用電阻焊結(jié)合在桿身2的至少一個(gè)端面上，例如端面3和4中的每一個(gè)(在所示的實(shí)施例中)上的鋼球5。
桿身2用鋁合金制的管材制成。可以使用的鋁合金是可鍛的材料，即2000系列合金(Al-Cu基合金和Al-Cu-Mg基合金)、3000系列合金(Al-Mn基合金)、4000系列合金(Al-Si基合金和Al-Si-Cu-Mg基合金)、5000系列合金(Al-Mg基合金)、6000系列合金(Al-Mg-Si基合金)和7000系列合金(Al-Zn-Mg基合金和Al-Zn-Mg-Cu基合金)。為了防止焊接裂縫，最好使這些合金中的具有凝固收縮能力的金屬，如Zn、Cu等的含量較少。
與現(xiàn)有技術(shù)的推桿相比，具有用這樣一種材料做成的桿身2的推桿1的重量輕，生產(chǎn)成本較低。
特別是，如果考慮推桿1的環(huán)境溫度強(qiáng)度、高溫強(qiáng)度、生產(chǎn)管材的可擠壓性、電阻焊接性和生產(chǎn)成本等各個(gè)方面，那么最適合的是6000系列合金的Al-Mg-Si基合金，特別是6061-T6材料。如果選用了這種材料，就有可能在推桿1的桿身2與鋼球3之間達(dá)到一個(gè)相當(dāng)于或超過(guò)傳統(tǒng)接合強(qiáng)度的接合強(qiáng)度。這種推桿1可用在用于車(chē)輛的內(nèi)燃機(jī)的閥操作機(jī)構(gòu)中，并具有卓越的耐久性。
在生產(chǎn)推桿1時(shí)，采用了圖2中所示的交流電阻焊機(jī)6并依次進(jìn)行下列步驟(a)將鋼球5放入在一下電極7上的朝上的車(chē)削凹座7a中。
(b)將桿身2夾持在同時(shí)也用作上電極的兩塊式夾持裝置8中，以使桿身2的兩相對(duì)端部分別從夾持裝置的上端面9和下端面10伸出。
(c)用加壓構(gòu)件11使夾持裝置8下降，以使桿身2的一個(gè)端面4以壓緊力P與鋼球5形成壓力接觸，然后在上、下電極8與7之間因而也就是在桿身2與鋼球5之間通以電流，從而進(jìn)行桿身2與鋼球5相互間的電阻焊。
(d)使加壓構(gòu)件11與夾持裝置8上升，然后將夾持裝置8沿箭頭方向(圖2)在包括桿身2的軸線的垂直平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)180°，以使桿身2的另一端面朝下。此后，按同樣方式使桿身2與鋼球5經(jīng)受電阻焊接。
下面將描述具體例子。
用由6061-T6材料制成并具有9mm外徑和2mm厚度的管材制成桿身2。在此情況下，在桿身2的每個(gè)端面3和4處，桿身2的斷面的內(nèi)周邊是正方形的而且沒(méi)有經(jīng)過(guò)倒棱。用由高碳/鉻軸承鋼(JIS SUJ2)制成并具有9mm直徑的球制備鋼球5。
在將通電時(shí)間t設(shè)定為t＝1周(1/50秒)、壓緊力P設(shè)定為330、350或380kgf，并使焊接電流I在13000A≤I≤25000A的范圍內(nèi)變化的條件下進(jìn)行類似的電阻焊，以生產(chǎn)各種推桿1。
然后，使各種推桿1受到靜拉伸和剪切試驗(yàn)，以檢查焊接電流I與斷裂載荷L之間的關(guān)系，從而得到圖4至6所示的結(jié)果。為了進(jìn)行比較，確定了包括用不銹鋼(JIS SUS304)管材制造的桿身的推桿(現(xiàn)有技術(shù)制品)的斷裂載荷L，從而得到下述結(jié)果，即L＝560kgf。從圖4和5中可明顯地看出，如果在通電時(shí)間t為1周并且壓緊力P為≥350kgf時(shí)將焊接電流I設(shè)定在18000A≤I≤21000A的范圍內(nèi)，則焊接強(qiáng)度相當(dāng)于或超過(guò)現(xiàn)有技術(shù)制品的焊接強(qiáng)度。
如圖6所示，如果壓緊力P小于350kgf(P＜350kgf)，則接合強(qiáng)度小于現(xiàn)有技術(shù)制品的接合強(qiáng)度。
圖7是一金相照片，示出了桿身2與鋼球5之間的結(jié)合區(qū)的金相組織。在此例子中，將焊接電流I設(shè)定為圖4中的20000A。從圖7中可以看出，在結(jié)合區(qū)內(nèi)未形成AlFe金屬間化合物層。
圖8是一金相照片，示出了圖7所示結(jié)合區(qū)在經(jīng)過(guò)了580°、為期2分鐘的熱處理后所形成的結(jié)合區(qū)的金相組織。圖9是結(jié)合區(qū)的X射線分析照片，其中，部分(a)示出了Fe-Kα射線圖像，而部分(b)示出了Al-Kα射線圖像。從圖8和9中可以看出，通過(guò)熱處理，在結(jié)合區(qū)中形成了AlFe金屬間化合物層。圖10表示在加熱時(shí)間、斷裂載荷L與AlFe金屬間化合物層的厚度之間的關(guān)系。從圖10中可明顯地看出，如果加熱時(shí)間超過(guò)5秒，就可看到斷裂強(qiáng)度L會(huì)突然降低?？梢韵嘈?，這是由于加熱時(shí)間超過(guò)了5秒，從而形成具有非常薄的厚度以致難于測(cè)量的AlFe金屬間化合物層。如果加熱時(shí)間超過(guò)15秒，則AlFe金屬間化合物層的厚度會(huì)突然增加，隨之而來(lái)的便是斷裂載荷L降低。
加熱時(shí)間是與通電時(shí)間t相對(duì)應(yīng)的，因此，根據(jù)這一事實(shí)，將通電時(shí)間t設(shè)定為t＜2周的范圍內(nèi)，以免形成AlFe金屬間化合物層并提高生產(chǎn)率。
圖11是一金相照片，示出了經(jīng)過(guò)靜拉伸/剪切試驗(yàn)的鋼球5的一個(gè)斷面的金相組織；圖12是圖11的根據(jù)探索；而圖13是圖11所示主要部分的放大的金相照片。圖14A和14B是鋼球5的一個(gè)斷面的X射線分析照片，圖14A示出了Al-Kα射線圖像，而圖14B示出了Fe-Kα射線圖像。
從圖11至13中可以明顯地看出，斷裂是在桿身2側(cè)面，在桿身2的咬入鋼球5的表面以形成大量咬入部分12的這一部分上產(chǎn)生的。在鋼球5的表面上還形成了一層薄的Al層13。這一Al層13可歸因于由桿身2產(chǎn)生的液相的良好潤(rùn)濕性?？梢哉J(rèn)為，桿身2與鋼球5之間接合強(qiáng)度的加強(qiáng)是由這些咬入部分12的錨固作用和Al層的形成而造成的。
圖15示出了由于在桿身2的端面3和4處對(duì)內(nèi)周邊倒棱而導(dǎo)致的桿身2的狀況，其中，倒棱的錐面14的長(zhǎng)度C等于0.2mm。
采用具有這種倒棱并用如上所述的相同材料做成尺寸與上述尺寸相同的桿身2以及用如上所述的相同材料做成尺寸與上述尺寸相同的鋼球5，就可在同樣的條件下進(jìn)行同樣的電阻焊接，只是把壓緊力P設(shè)定為330kgf(P＝330kgf)，從而制造各種推桿1。
此后，使各種推桿2經(jīng)受靜拉伸/剪切試驗(yàn)以檢查焊接電流I與斷裂載荷L之間的關(guān)系，從而得出圖16所示的結(jié)果。
比較圖16和表示由未經(jīng)倒棱的桿身得到的曲線的圖6，可以看出，未經(jīng)倒棱的桿身2與鋼球5之間的接合強(qiáng)度高于經(jīng)過(guò)倒棱的桿身2和鋼球5之間的接合強(qiáng)度。
圖17和18示出了另一些推桿1的焊接電流I與斷裂載荷L之間的關(guān)系。圖17的例子對(duì)應(yīng)于將由2014材料制造的管材用作桿身2時(shí)的情況，而圖18的例子對(duì)應(yīng)于將由5056材料制造的管材用作桿身2時(shí)的情況。各個(gè)桿身2的尺寸與前述的相同，鋼球5的材料類型和尺寸也與前面所述的相同。此外，電阻焊的條件與前面所述的相同，只是把壓緊力P設(shè)定為330kgf。
當(dāng)桿身2與鋼球5之間的接合強(qiáng)度沒(méi)有像用于車(chē)輛的內(nèi)燃機(jī)中的推桿1所要求的那么高，例如與在一般用途的內(nèi)燃機(jī)中的推桿1一樣時(shí)，桿身2與鋼球5之間的斷裂載荷L可大約為200kgf。如果考慮這一點(diǎn)，就也可用6000系列合金以外的材料，如2014材料、5056材料等作為桿身2的材料。
圖19示出了按照本實(shí)施例的推桿1，它用在用于車(chē)輛的內(nèi)燃機(jī)E中。該內(nèi)燃機(jī)E包括一汽缸座16，它具有一汽缸15，一連接在汽缸座16的上端面上的汽缸蓋17，一結(jié)合在汽缸座16的下端面上并同時(shí)用作曲軸箱和傳動(dòng)部分T的傳動(dòng)箱的外殼18，一可在汽缸15內(nèi)滑動(dòng)的活塞19，一通過(guò)一連桿20與活塞19相連的曲軸21，和一通過(guò)鏈條22以減速方式由曲軸21驅(qū)動(dòng)的凸輪軸23。曲軸21與凸輪軸23支承在外殼18上。汽缸蓋17上裝有用于打開(kāi)和關(guān)閉進(jìn)氣口與排氣口的進(jìn)氣閥和排氣閥24，以及用于打開(kāi)和關(guān)閉進(jìn)氣閥和排氣閥24的搖臂25。搖臂25由凸輪軸23通過(guò)推桿1和挺桿26驅(qū)動(dòng)。
在內(nèi)燃機(jī)E中，包括汽缸蓋17和外殼18的發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)身Ea用鋁合金制成。在這種情況下，如果推桿1的桿身2用鋁合金制造，那么發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)身Ea和推桿1的線膨脹系數(shù)就可以彼此相近，從而防止由閥操作機(jī)構(gòu)中的溫度引起的間隙變化，由此減少敲擊聲。
圖20示出了按照本實(shí)施例的推桿1，它用于多盤(pán)式摩擦離合器CL中。此摩擦離合器CL適用于通過(guò)驅(qū)動(dòng)軸28、離合器外體29、離合器盤(pán)30和離合器片31將驅(qū)動(dòng)力從驅(qū)動(dòng)齒輪27傳至從動(dòng)軸32。這種驅(qū)動(dòng)力的傳遞是由離合器彈簧33通過(guò)壓板34使離合器盤(pán)30與離合器片31形成壓力接觸，也就是使摩擦離合器CL處于其接合狀態(tài)而達(dá)到的。
在外殼35中設(shè)有一作為離合器的松開(kāi)驅(qū)動(dòng)源的液壓缸36。壓板34有一有底的套筒38，它具有一支承在軸承37上的開(kāi)口端。該有底的套筒38被可滑動(dòng)地裝在從動(dòng)軸32的孔39中。推桿1的一端抵靠在在活塞40中限定的凸座41的底面上，而推桿1的另一端則插入有底的套筒38，以抵靠在套筒38的底面上。
因此，如果操作液壓缸36，壓板34就借助于活塞40與推桿1而移動(dòng)，從而解除上述的壓力接觸狀態(tài)，由此使摩擦離合器CL松開(kāi)。
權(quán)利要求
1.一種推桿，包括一桿身和通過(guò)電阻焊結(jié)合在桿身的至少一個(gè)端面上的鋼球，其特征為，上述桿身用鋁合金制成。
2.一種如權(quán)利要求1所述的推桿，其特征為，上述鋁合金是一種Al-Mg-Si基合金。
3.一種如權(quán)利要求1或2所述的推桿，其特征為，上述桿身用管材制成。
4.一種如權(quán)利要求1、2或3所述的推桿，其特征為，上述推桿放置在內(nèi)燃機(jī)的凸輪軸與搖臂之間，該內(nèi)燃機(jī)具有用鋁合金制成的發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)身。
5.一種如權(quán)利要求1、2或3所述的推桿，其特征為，上述推桿放置在摩擦離合器中的壓板與離合器的松開(kāi)驅(qū)動(dòng)源之間。
6.一種用于制造推桿的方法，它包括下列步驟使桿身的端面中的一個(gè)與一鋼球形成壓力接觸；以及在上述桿身與上述鋼球之間施加以電流，以進(jìn)行上述桿身與上述鋼球彼此間的電阻焊接，其特征為，將由Al-Mg-Si基合金制成的管材用作上述桿身，將焊接電流I設(shè)定在18000≤I≤21000A的范圍內(nèi)，將壓緊力P設(shè)定在350kgf≤P≤400kgf的范圍內(nèi)，并將通電時(shí)間t設(shè)定在t＜2周的范圍內(nèi)。
全文摘要
一種推桿包括一桿身和一通過(guò)電阻焊結(jié)合在桿身的至少一個(gè)端面上的鋼球。桿身2用鋁合金制造。因此，有可能提供一種重量輕而且可以以低成本制造的推桿。
文檔編號(hào)B23K11/20GK1154732SQ95194069
公開(kāi)日1997年7月16日 申請(qǐng)日期1995年7月11日 優(yōu)先權(quán)日1994年7月12日
發(fā)明者石內(nèi)行雄, 濱本利一, 坂井道重, 永田信, 藁谷博, 石井巖男, 金子永二, 大規(guī)弘喜 申請(qǐng)人:本田技研工業(yè)株式會(huì)社, 株式會(huì)社本鄉(xiāng)