專利名稱：使用磁脈沖焊接技術將軸叉固定到管上的裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明通常涉及使用磁脈沖焊接技術將諸如車輛傳動軸組件(driveshaft assembly)中的軸叉(yoke)和傳動軸管(driveshaft tube)的兩個金屬元件緊固在一起。具體地說，本發(fā)明涉及一種改進的裝置，當利用這種磁脈沖焊接操作將傳動軸管緊固在軸叉或類似端部接頭(endfitting)上時，該裝置能夠減少軸叉或類似端部接頭上出現(xiàn)不希望的變形。
在這種通常類型的車輛傳動裝置中，通常需要將第一和第二端部接頭分別永久地固定在傳動軸管的兩端。通常使用普通焊接技術將第一和第二端部接頭分別永久地連接在傳動軸管的兩端。眾所周知，普通焊接技術涉及對兩個金屬元件局部區(qū)域進行加熱，使得兩個金屬元件接合在一起。這種普通焊接技術可以施加壓力或不施加壓力，可以使用或不使用填充金屬。雖然普通焊接技術在過去已經(jīng)令人滿意地實現(xiàn)了其功能，但是在將第一和第二端部接頭分別連接在傳動軸管的兩端時存在一些缺陷。首先如上所述，普通焊接技術涉及對兩個金屬元件局部區(qū)域進行加熱。這種加熱可以導致金屬元件出現(xiàn)不希望的變形和低強度。其次，普通焊接技術適合于連接兩個由類似金屬材料制成的部件，但是在連接兩個由不同金屬材料制成的部件時多少更困難。第三，普通焊接技術不適合連接兩個具有不同計量厚度(gauge thicknesses)的元件。由于車輛傳動軸總成的制造是一種大批量過程，希望提供一種改進的方法，從而采用一種能夠避免普通焊接技術缺陷的方式將這些金屬部件永久地連接在一起。
磁脈沖焊接技術是另一種已經(jīng)被提出的用于將第一和第二端部接頭分別連接在傳動軸管兩端的工藝。為了實現(xiàn)這個目的，首先提供具有一端部的中空傳動軸管和一具有頸部的端部接頭。傳動軸管的端部可以是中空的，從而允許端部接頭的頸部同軸地設置在其內(nèi)。另外一種情況是，端部接頭的頸部可以是中空的，允許傳動軸管的端部被套疊地設置在所述中空頸部內(nèi)。在每一種情況下，在傳動軸端部和端部接頭頸部之間都存在環(huán)形間隙。然后，將電感應器同心地設置圍繞或在傳動軸管和端部接頭同軸重疊的部分內(nèi)。該感應器被通電，從而產(chǎn)生磁場，所述磁場使外元件向內(nèi)與內(nèi)元件接合，或使內(nèi)元件向外擴展與外元件接合。在任何一種情況下，兩個元件的高速沖擊和作用在其上的高壓力導致它們永久地結合在一起。
一種典型的端部接頭包括具有一對相對軸叉臂的本體部分，所述軸叉臂沿第一軸線方向從其伸出。穿過軸叉臂上形成一對對準的開口，所述開口用于安放橫跨于其內(nèi)的普通萬向節(jié)十字軸的軸承外座圈。通常中空的頸部沿第二軸向方向從本體部分伸出。為了執(zhí)行磁脈沖焊接操作，傳動軸管的端部被安置成同軸地圍繞端部接頭的頸部。當采用這種方式組裝傳動軸管和端部接頭時，在傳動軸管端部的內(nèi)表面和端部接頭的頸部外表面之間限定環(huán)形間隙或空間。電感應器在傳動軸管和端部接頭組件周圍設置。通電該感應器，產(chǎn)生圍繞傳動軸管端部的強大的且瞬時電磁場。電磁場對傳動軸管端部的外表面施加很大的力，使其以高速向內(nèi)塌陷至端部接頭的頸部上。傳動軸管端部的內(nèi)表面與端部接頭頸部的外表面由此產(chǎn)生的沖擊導致兩者之間出現(xiàn)焊接或分子焊接(molecularbond)。
不幸的是已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在磁脈沖焊接操作期間，在某些情況下，傳動軸管端部高速沖擊端部接頭的頸部能導致端部接頭的軸叉臂相對于另一個永久地偏轉(zhuǎn)。例如如果傳動軸管端部塌陷到端部接頭的頸部，所述頸部向內(nèi)變形可以導致端部接頭上的另一端上的軸叉臂離開另一個軸叉臂而向外伸展。還有，通過端部接頭傳播的由所述沖擊導致的沖擊波會輕微地擴大穿過軸叉臂而形成的開口的尺寸。當端部接頭由相對較輕材料如鋁合金制成時，很容易出現(xiàn)上述情況。由于會導致形成在其上相應的開口彼此不對準，不希望軸叉臂出現(xiàn)這種偏轉(zhuǎn)。當穿過軸叉臂形成的開口沒有準確對正時，很難恰當?shù)匕惭b萬向節(jié)的剩余部分，且使萬向節(jié)平衡以便轉(zhuǎn)動。因此希望提供一種改進的裝置，以便在利用磁脈沖焊接操作將傳動軸管固定在軸叉或類似端部接頭上時，使軸叉或類似端部接頭上的不希望的偏轉(zhuǎn)量最小。
通過下文結合附圖對本發(fā)明最佳實施例所進行的詳細的介紹，本發(fā)明的各種目的和優(yōu)點對本領域技術人員將變得更加清楚。
圖2是一個放大的斷面圖，顯示了已經(jīng)被組裝和設置在用于執(zhí)行磁脈沖焊接操作的感應器內(nèi)的

圖1所示端部接頭和傳動軸管；圖3是一個放大的斷面圖，顯示了已經(jīng)被部分地安裝于在磁脈沖焊接操作期間用于支承端部接頭的裝置內(nèi)的圖1和2所示端部接頭；圖4是在磁脈沖焊接操作期間用于支承端部接頭的裝置的部分剖開俯視平面圖；圖5是一個類似于圖3的放大的斷面圖，顯示了被完全安裝于在磁脈沖焊接操作期間用于支承端部接頭的裝置內(nèi)的端部接頭。
傳動軸管20通常是中空的和圓柱形的，可以由任何所希望的材料制成，例如6061 T6鋁合金。最好傳動軸管20的外表面限定基本上恒定的外徑，而內(nèi)表面限定基本上恒定的內(nèi)徑。因此，雖然沒有這樣的要求，傳動軸管20仍具有基本上圓柱形和均勻的壁厚。傳動軸管20具有終止于端面22的端部21。
所述的端部接頭30是一種由金屬材料制成的管形軸叉，該種金屬材料與傳動軸管20的材料相同或不同，例如鋼或鋁合金。端部接頭30包括具有一對沿第一軸向伸出的相對軸叉臂32的本體部分31。一對對準的開口33穿過軸叉臂32而形成，用于將普通萬向節(jié)十字軸的軸承外座圈(未示)放置在其中。如果需要，可以在每個開口33內(nèi)可形成環(huán)形槽33a(見圖2)，便于以公知的方式利用開口卡環(huán)(未示)將所述軸承外座圈持在其內(nèi)。一般中空的頸部34沿第二軸向從本體部分31軸向地伸出。2002年3月6日申請的同時待審申請序號No.60/362,215中詳細地介紹了頸部34的結構，其為本發(fā)明的受托者所擁有。該申請的內(nèi)容被結合在本發(fā)明中作參考。如果需要的話，環(huán)形槽35(看圖2)或類似凹入?yún)^(qū)域可以被形成在端部接頭30的內(nèi)部。設置這個環(huán)形槽35的目的在2002年3月6日申請的申請序號為60/362,150的同時待審申請中被詳細地介紹；該專利申請也為本發(fā)明的受托者所擁有，該專利申請的內(nèi)容在本發(fā)明中被參考。
圖2顯示了一種在符合本發(fā)明方法的用于將兩個元件固定在一起的磁脈沖焊接操作執(zhí)行之前圍繞傳動軸管20和端部接頭30的組件而設置的感應器40。感應器40可以是任何所希望的結構，例如授予Yablochnikov的美國專利第4,129,846號介紹和所示的結構，該專利文獻的內(nèi)容在本發(fā)明中被參考。感應器40與示意性顯示的用于選擇性地操作感應器的控制電路相連。如圖2所示，感應器40的第一端與第一電導體41相連，同時感應器40的第二端通過放電開關42與第二電導體43相連。多個高壓電容器44或類似能量存儲設備被連接在第一和第二電導體41和43之間。第一電導體41也與電源45相連，同時第二電導體43通過充電開關46與電源45相連。控制電路的結構和操作在授予Yablochnikov的美國專利第5,981,921中被詳細地介紹。該專利申請的內(nèi)容在本發(fā)明中被參考。
感應器40執(zhí)行磁脈沖焊接操作的操作是本領域公知常識，再次參考上述授予Yablochnikov的美國專利第5,981,921號以詳細解釋。簡要的說，通過首先打開放電開關42和關閉充電開關46，感應器40被操作。這允許電能從電源45傳送到每個電容器44。當電容器44被充電到預定電壓時，充電開關46被打開。此后當需要操作感應器40時，關閉放電開關42。結果，電流的高能脈沖從電容器44流過感應器40，由此產(chǎn)生巨大和瞬時的圍繞傳動軸管20端部21的電磁場。這個電磁場向傳動軸管20的端部21的外表面施加非常大的力，導致其以高速向內(nèi)塌陷至端部接頭30的頸部34上。傳動軸管20端部21的內(nèi)表面與端部接頭30頸部34的外表面之間產(chǎn)生的撞擊導致兩者之間出現(xiàn)焊接或分子焊接。焊接區(qū)域的尺寸和部位將隨多種因素而改變，例如間隙36的尺寸、用于形成傳動軸管20和端部接頭30的金屬材料的尺寸、形狀和特性、感應器40的形狀和尺寸、傳動軸管20的端部21與端部接頭30的頸部34之間的撞擊速度和角度等等。
如上所述，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在磁脈沖焊接操作期間，傳動軸管20的端部21對普通端部接頭的頸部的高速撞擊可以至少在某些情況下導致端部接頭30的軸叉臂32相對于另一個軸叉臂永久地偏轉(zhuǎn)。因為，這是由于隨著傳動軸管20的端部21對頸部34的撞擊，普通端部接頭的本體部分31可以彈性變形。當端部接頭34由諸如鋁合金的較輕材料制成時，特別可能出現(xiàn)這種情況。還有，這種高速撞擊可以導致沖擊波通過端部接頭30從頸部34傳播到軸叉臂32，導致形成在軸叉臂上彼此對準的開口33的形狀出現(xiàn)變形。
為了減少或阻止發(fā)生這種現(xiàn)象，在磁脈沖焊接操作期間，提供一種由50表示的設備用以支承端部接頭30。在圖3、4和5中詳細地顯示了這種支承設備50的結構。如圖所示，支承設備50包括具有穿過的孔51a的下爪51以及具有穿過的孔52a的上爪52。上爪52和下爪51被攜帶在普通的支承設備(未示)上，用于在開啟位置(圖3所示)和閉合位置(圖5所示)之間彼此相對運動。在所述開啟位置，上爪52和下爪51彼此離開地運動，從而以下面所述方式允許諸如端部接頭30的工件被安裝在其內(nèi)或從其拆除。在所述閉合位置，上爪52和下爪51彼此相向運動，從而在磁脈沖焊接操作期間，接合和支承諸如端部接頭30的工件。孔51a和52a最好彼此同軸對準。
支承設備50還包括一支承銷，由53表示。所述支承銷53包括一上部53a，上述53a的尺寸做成被壓配合在穿過上爪52形成的孔52a內(nèi)。然而支承銷53可以采用任何其它傳統(tǒng)的方式被支承在上爪52上。無論如何，支承銷53被支承在上爪52上，以便如上所述那樣相對于下爪52運動。所述支承銷53還包括一下部53b，其尺寸略小于形成在端部接頭30的軸叉臂32上穿過形成的對準開口33的尺寸，略小于在下爪51上穿過形成的孔51a的尺寸。因此當上爪52和下爪51如上所述那樣從開啟位置向閉合位置運動時，支承銷53的下部53b可以自由運動地通過對準開口33，并通過孔51a。如果希望的話，支承銷53可以在上部53a和下部53b之間具有直徑縮小部分53c。將在下文介紹設置這個縮小直徑部分53c的目的。支承銷53也可以具有設置在下部53b上的倒角端53d以便于支承銷53插入對準開口33和孔51a。雖然本發(fā)明在支承銷53被支撐在上爪52的范圍內(nèi)描述，應該理解的是，支承銷53可以采用類似方式被支撐在下爪51上。另外，支承銷53無需被支撐在爪52和爪51上，而可以被獨立地支承。
支承設備50還包括被設置在下爪51和上爪52之間的底模54。底模54具有形成在其中的弧形凹入部分54a，用于確定一對相對的底模臂54b。底模54也可以包括一對豎立定位軌54c(見圖4)。如果希望的話，如圖4所示，定位軌54c可以作為與底模54分開的元件被設置。將在下文解釋設置底模54、底模臂54b和定位軌54c的目的。
將解釋支承設備50在磁脈沖焊接操作中的用途。首先支承設備50的下爪51和上爪52移動到圖3所示的開啟位置。然后如圖3和4所示，通過將端部接頭30設置在下爪51上，端部接頭30被裝在支承設備50內(nèi)。當被設置在支承設備50內(nèi)時，端部接頭30的下軸叉臂32的下表面與下爪51的上表面接合。最好形成在軸叉臂33上的開口33a至少大致上與形成在下爪51上的孔51a以及形成在上爪52上的孔52a對準。同時端部接頭30的本體部分31與定位軌54c接合，從而相對其在橫向方向(也就是當看圖4時從頂部到底部)被確實地定位。
隨后，支承設備50被驅(qū)動，使支承設備50的下爪51和上爪52運動到圖5所示的閉合位置。此時，支承銷53運動通過形成在端部接頭30的上軸叉臂32上的上開口33，通過形成在端部接頭30的下軸叉臂32上的下開口33，并進入形成在下爪51上的孔51a。在這種運動期間，支承銷53的倒角端53d調(diào)節(jié)開口33和孔51a之間少量的不對準，以便支承銷53插入。支承銷53最好由硬性材料(hardened material)制成，從而當它插入軸叉臂32上的開口33內(nèi)時，兩者之間的任何不對準被自動地校正。由于缺乏任何顯著的阻力，爪51和爪52趨向閉合位置的初始運動可以以相對快的速度完成。
當上爪52的下表面與端部接頭30的上軸叉臂32的上表面接合時，支承設備50處于閉合位置。從而可以阻止上爪52和下爪51之間進一步的相對運動。然而，在開始磁脈沖焊接操作開始之前，可以希望支承設備50向端部接頭30的軸叉臂32施加一預加荷載力。為了實現(xiàn)這個目的，支承設備50可以被操縱，使得上爪52和下爪51輕微地壓縮兩者之間的端部接頭30的軸叉臂32。因此軸叉臂32彼此輕微地相向彎曲。支承銷53的直徑減少部分53c提供相對被消弱的區(qū)域，從而調(diào)節(jié)軸叉臂32的這種彎曲。因此端部接頭30被支承設備50在軸向(通過支承銷53延伸穿過軸叉臂32的開口)、在橫向(利用定位軌54c與端部接頭30的本體部分31接合)和在垂直方向(利用上爪52和下爪51與端部接頭30的本體部分31接合)上牢固地接合和支承。
隨后驅(qū)動底模54向端部接頭30軸向運動，直到軸叉臂32的外部部分被放置在其中形成的弧形凹入部分54a內(nèi)為止。如圖4所示，端部接頭30的軸叉臂32與相對的底模臂54b接合，從而在軸向上(當從圖4看時，從左到右)相對于其被確實地定位。底模54在軸向上為端部接頭30提供額外的支承。
此后，通電感應器40如上所述那樣被通電執(zhí)行磁脈沖焊接操作。如上所述那樣，在磁脈沖焊接操作期間，傳動軸管20端部21對端部接頭30的頸部34的高速撞擊在某些情況下會導致端部接頭30的軸叉臂32相對于另一個永久地偏轉(zhuǎn)。然而當端部接頭30如上述那樣被支承設備50接合和支承時，這種永久偏轉(zhuǎn)被減少或消除。支承設備50在磁脈沖焊接操作期間，防止頸部34向內(nèi)變形而導致端部接頭30另一端的軸叉臂32向外伸展彼此分開。此外，支承設備50吸收由上述撞擊導致的沿端部接頭30傳播的沖擊波，從而減少或消除了形成在軸叉臂32上的開口33的尺寸增大。
根據(jù)本專利規(guī)定，本發(fā)明的原理和操作方式已通過優(yōu)選實施例作了詳細的描述。但應理解的是本發(fā)明可以在不背離其主旨或范圍的情況下除所專門描述外實施。
權利要求
1.一種進行磁脈沖焊接操作從而將第一和第二金屬元件固定在一起的方法，包括以下步驟(a)提供包括第一部分和第二部分的第一金屬元件；(b)提供具有一端部的第二金屬元件；(c)將第二金屬元件的所述端部以軸向重疊方式相對于第一金屬元件的第一部分布置；(d)將第一金屬元件的第二部分支承在支承設備內(nèi)；(e)進行磁脈沖焊接操作，以將第二金屬元件的所述端部固定在第一金屬元件的第一部分上。
2.根據(jù)權利要求1所述方法，其特征在于通過提供一包括第一部分和第二部分的軸叉來進行所述步驟(a)；所述第一部分包括一本體部分，所述第二部分包括一對相對的軸叉臂。
3.根據(jù)權利要求2所述方法，其特征在于通過提供一包括下爪和上爪的支承設備來進行所述步驟(d)；所述下爪與所述一對相對的軸叉臂中的第一個接合，所述上爪與所述一對相對的軸叉臂中的第二個接合。
4.根據(jù)權利要求1所述方法，其特征在于通過提供一包括第一部分和第二部分的軸叉來進行所述步驟(a)；所述第一部分包括一本體部分，所述第二部分包括具有在其上通過而形成開口的一對相對軸叉臂。
5.根據(jù)權利要求4所述方法，其特征在于通過提供一包括下爪和上爪的支承設備來進行所述步驟(d)；所述下爪與所述一對相對的軸叉臂中的第一個接合，所述上爪與所述一對相對的軸叉臂中的第二個接合。
6.根據(jù)權利要求5所述方法，其特征在于通過提供具有支承銷的支承設備來進行所述步驟(d)；所述支承銷通過經(jīng)過所述相對的軸叉臂而形成的開口從下爪延伸至上爪。
7.根據(jù)權利要求6所述方法，其特征在于通過提供被固定在所述上爪和下爪之中的一個的支承銷來進行所述步驟(d)。
8.根據(jù)權利要求6所述方法，其特征在于通過提供一支承銷來進行所述步驟(d)；所述支承銷具有下部，該下部被固定到下爪并延伸穿過通過所述一對相對的軸叉臂的第一個而形成的開口；所述支承銷具有上部，該上部被固定在上爪上并延伸穿過通過所述一對相對的軸叉臂的第二個而形成的開口；所述支承銷還具有一在所述上部和下部之間延伸的減少尺寸的部分。
9.根據(jù)權利要求1所述方法，其特征在于通過提供具有一對定位軌的支承設備來進行所述步驟(d)；所述定位軌與第一金屬元件的部分接合，以在磁脈沖焊接操作期間提供橫向支承。
10.根據(jù)權利要求1所述方法，其特征在于通過提供具有底模的支承設備來進行所述步驟(d)；所述底模與第一金屬元件的部分接合，從而在磁脈沖焊接操作期間提供軸向支承。
全文摘要
一種在磁脈沖焊接操作期間用于支承諸如軸叉的工件的裝置，所述軸叉具有本體部分和一對相對的軸叉臂，該支承裝置包括下爪、上爪以及在上爪和下爪之間延伸的支承銷。在磁脈沖焊接操作期間，支承裝置的上爪和下爪與所述相對的軸叉臂接合，支承銷延伸穿過形成在所述相對軸叉臂上的各自的開口。支承設備也可以包括被設置在上爪和下爪之間的底模，所述底模具有形成在其上弧形凹入部分，所述凹入部分安放所述相對軸叉臂的外部。最后，支承設備還可以包括一對與軸叉的本體部分接合的定位軌。因此在磁脈沖焊接操作期間，支承設備防止相對軸叉臂的變形，吸收通過軸叉?zhèn)鞑サ臎_擊波。
文檔編號B23K20/06GK1449885SQ0313600
公開日2003年10月22日 申請日期2003年3月6日 優(yōu)先權日2002年3月6日
發(fā)明者鮑里斯·A·亞布洛奇尼科夫 申請人:達納公司