適于在用于無(wú)級(jí)變速器的傳動(dòng)帶中使用的承載環(huán)的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種由鋼制成的承載環(huán)(32)的制造方法，所述承載環(huán)(32)在用于無(wú)級(jí)變速器的傳動(dòng)帶(3)中使用，所述制造方法包括下述加工步驟：?將基礎(chǔ)材料制成的板(11)焊接成管(13)的形狀，?以熔化切割工藝、例如借助于激光器(19)，從管(13)分離出環(huán)形段(14)，?將環(huán)形管段(14)退火，以及?加工經(jīng)過(guò)退火的環(huán)形管段(14)以形成承載環(huán)(32)，所述加工至少包括借助于滾壓工藝?yán)L(zhǎng)經(jīng)過(guò)退火的環(huán)形管段(14)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
適于在用于無(wú)級(jí)變速器的傳動(dòng)帶中使用的承載環(huán)的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本公開(kāi)涉及一種用于以鋼基礎(chǔ)材料制造承載環(huán)的方法，所述承載環(huán)適于在用于無(wú)級(jí)變速器的閉環(huán)傳動(dòng)帶中起橫向元件的承載件的作用，所述方法包括下述步驟:
[0002]-提供基礎(chǔ)材料制成的板，
[0003]-將板彎成管的形狀，兩個(gè)側(cè)面由此相互靠著布置，
[0004]-以焊接工藝將所述兩個(gè)側(cè)面固定在一起，以形成管，
[0005]-從管分離出環(huán)形段，以及
[0006]-加工環(huán)形管段以形成用于傳動(dòng)帶的承載環(huán)，所述加工至少包括以滾壓工藝?yán)L(zhǎng)環(huán)形管段。
【背景技術(shù)】
[0007]為了在從管分離出環(huán)形段時(shí)，避免管和/或環(huán)形管段在焊接位置處和/或在焊接加工的所謂熱影響區(qū)斷裂或損壞，管在這種分離之前進(jìn)行退火。在這種管的退火加工中，在焊接加工中引入焊接點(diǎn)和熱影響區(qū)中的脆性通過(guò)材料在顯著大于600攝氏度的溫度、例如大約800°C下的回復(fù)和再結(jié)晶被消除。
[0008]應(yīng)注意，考慮到滾壓工藝，也由于同樣的原因必需對(duì)管進(jìn)行退火加工，S卩，為了使得環(huán)形管段能夠在不伴隨著不期望的從環(huán)形管段的焊接點(diǎn)或熱影響區(qū)內(nèi)變形或甚至斷裂的情況下被拉長(zhǎng)。
[0009]用于無(wú)級(jí)變速器的傳動(dòng)帶是公知的。通常，這種傳動(dòng)帶包括兩組兩端連接的、即閉環(huán)的環(huán)件，所述環(huán)件支承傳動(dòng)帶的大量的橫向元件，所述橫向元件沿傳動(dòng)帶的整個(gè)圓周布置成大致連續(xù)的列。傳動(dòng)帶的這些承載環(huán)相當(dāng)?shù)乇?，即承載環(huán)的內(nèi)圓周與外圓周之間的徑向距離相對(duì)于沿軸向方向的尺寸是相當(dāng)小的。
[0010]在無(wú)級(jí)變速器中，傳動(dòng)帶布置在兩個(gè)協(xié)作的帶輪之間，兩個(gè)帶輪之間實(shí)現(xiàn)連續(xù)的變速比。在工作期間，傳動(dòng)帶將扭矩從帶輪中的一個(gè)帶輪傳遞至另一帶輪，和/或通過(guò)傳動(dòng)帶的橫向元件從所述一個(gè)帶輪相互推動(dòng)至所述另一帶輪。
[0011]在無(wú)級(jí)變速器工作期間，傳動(dòng)帶的承載環(huán)受到彎曲力和拉力，因此承載環(huán)的金屬疲勞將在傳動(dòng)帶的可能的失效中起作用。承載環(huán)對(duì)這種金屬疲勞的抵抗力很大程度上取決于所用的鋼的類(lèi)型、質(zhì)量和處理。為承載環(huán)的傳動(dòng)帶應(yīng)用提供所需材料性能的優(yōu)選的基礎(chǔ)材料是馬氏體鋼。
[0012]從管分離出環(huán)形段通常由被迫使進(jìn)入管的材料中的轉(zhuǎn)動(dòng)的一個(gè)或一個(gè)以上切割刀具執(zhí)行，所述管也轉(zhuǎn)動(dòng)。本領(lǐng)域中已知這種分離加工的多種基本設(shè)置，例如在國(guó)際專(zhuān)利申請(qǐng)TO2005/039812-A1 和W02004/089568-A1 中以及在歐洲專(zhuān)利申請(qǐng)EP-1130282-A和EP-1108919-A中所述的那樣。然而，在所有這些情況下，切割刀具都在管上施加相當(dāng)大的(剪切)應(yīng)力，所述管只有在管的材料具有足夠的韌性的情況下才不會(huì)發(fā)生斷裂或不期望的變形。實(shí)際中，這意味著，在焊接管之后且在從管分離出環(huán)形段之前，管必須被退火。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]根據(jù)本公開(kāi)，通過(guò)使用激光、等離子束或類(lèi)似的熱源，通過(guò)以熔化切割工藝熔化而從管分離出環(huán)形段，不會(huì)出現(xiàn)所述剪切應(yīng)力。因此，在這種熔化切割工藝的情況下，管的韌性或脆性幾乎不對(duì)切割的質(zhì)量、即環(huán)形管段的質(zhì)量產(chǎn)生影響。無(wú)論如何，即使在管的熔化切割之前不對(duì)管進(jìn)行退火的情況下，管的上述不期望的變形或斷裂也將不會(huì)發(fā)生。
[0014]乍看起來(lái)，熔化切割工藝的該后者方面在實(shí)際中似乎無(wú)關(guān)緊要，因?yàn)椴还茉鯓佣急仨殘?zhí)行管的退火加工，以使得滾壓加工能夠在不使環(huán)形管段損傷或斷裂的情況下執(zhí)行。然而，基于對(duì)本公開(kāi)的深入理解，該方面仍可有利地應(yīng)用。尤其，根據(jù)本公開(kāi)，焊接之后的退火被延后直至以熔化切割工藝從管分離出環(huán)形管段之后。由此，提高了承載環(huán)的制造方法的整體效益、尤其是成本效益。
【附圖說(shuō)明】
[0015]現(xiàn)在將參照附圖示例性地說(shuō)明本公開(kāi)的上述基本特征。
[0016]圖1是已知的傳動(dòng)帶的一部分的示意圖，所述傳動(dòng)帶包括分別由多個(gè)相互嵌裝的承載環(huán)表示的兩個(gè)環(huán)組以及多個(gè)橫向元件。
[0017]圖2是表示由板狀的基礎(chǔ)材料制造用于傳動(dòng)帶的環(huán)組的已知方法中的已知的加工步驟序列的示圖。
[0018]圖3示出了已知的環(huán)組制造方法中的從管分離出環(huán)形段的加工步驟的已知的設(shè)置。
[0019]圖4出了將在本公開(kāi)的情況下應(yīng)用的從管分離出環(huán)形段的加工步驟的替代性設(shè)置。
[0020]圖5是表示根據(jù)本公開(kāi)的作為環(huán)組制造的一部分的新穎的加工步驟序列。
【具體實(shí)施方式】
[0021 ] 部分地在圖1中示意性地示出的已知的傳動(dòng)帶3包括兩個(gè)環(huán)組31，所述環(huán)組31包括相互嵌裝的環(huán)形金屬環(huán)，所述金屬環(huán)以承載件32表示，傳動(dòng)帶3還包括多個(gè)單獨(dú)的金屬橫向元件33，所述橫向元件33分別在其每一側(cè)上設(shè)有凹部34，環(huán)組31設(shè)在所述凹部中。在已知的傳動(dòng)帶3中，橫向元件33形成跨越且大致連續(xù)地填充環(huán)組31的整個(gè)圓周的列。在用在變速器中時(shí)，傳動(dòng)帶3被保持在兩個(gè)變速器帶輪之間，帶3的環(huán)組31通過(guò)帶輪被張緊，使得橫向元件33的列可在被環(huán)組31引導(dǎo)的同時(shí)將驅(qū)動(dòng)力從一個(gè)帶輪傳遞至另一帶輪。
[0022]圖2概略地示出了用于形成傳動(dòng)帶3的環(huán)組31的典型制造方法中的主要步驟，所述方法包括中間產(chǎn)品承載環(huán)的制造。
[0023]在第一加工步驟I中，基礎(chǔ)材料的具有大約0.4mm厚度的板11被彎成圓筒形，板11的會(huì)合的側(cè)面12在第二加工步驟II中被焊接起來(lái)，以形成中空?qǐng)A筒或管13。在第三加工步驟III中，為了使金屬晶格回復(fù)和再結(jié)晶，使管13在溫度明顯高于600攝氏度、例如大約為800攝氏度的工業(yè)爐16中退火。此后，在第四加工步驟IV中，從管13的主體分離出環(huán)形段14。在下一步-加工步驟五V中，環(huán)形管段14的側(cè)面或邊緣15被處理，以改善其表面質(zhì)量或形狀。在圖示示例中，借助于邊緣恪化加工對(duì)邊緣15進(jìn)行處理，在所述恪化加工中所述邊緣15通過(guò)借助于熱源、例如激光器20短暫地被熔化而再成形，這種邊緣熔化加工本身從WO 2012/089228A1知曉。此后，環(huán)形管段14在第六加工步驟VI中被滾壓，以便在被拉長(zhǎng)時(shí)將其厚度減小至小于0.2mm、通常為大約0.185mm，由此形成承載環(huán)32。
[0024]承載環(huán)32隨后經(jīng)過(guò)用于消除之前的滾壓加工(即步驟五VI)的加工硬化效應(yīng)的另一退火加工步驟VII。此后，在第八加工步驟VIII中，校準(zhǔn)承載環(huán)32，即將環(huán)件32繞著兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)輥安裝并通過(guò)迫使所述輥分開(kāi)而將環(huán)件32拉伸至預(yù)定圓周長(zhǎng)度。在該第八加工步驟VIII中，內(nèi)應(yīng)力分布也被施加在承載環(huán)32上。此后，承載環(huán)32在兩個(gè)單獨(dú)的加工步驟、即第九加工步驟IX的時(shí)效處理或體相沉淀硬化和第十加工步驟X的氮化或表面硬化中進(jìn)行熱處理。特別地，這兩種熱處理都涉及將鋼制環(huán)件32在包含工藝氣體的爐室中進(jìn)行加熱，所述氣體氣氛對(duì)于環(huán)件時(shí)效處理而言通常包括氮?dú)夂鸵恍?例如體積百分?jǐn)?shù)為大約5%的)氫氣，對(duì)于環(huán)件氮化而言通常包括氮?dú)夂桶睔狻８鶕?jù)用于鋼制承載環(huán)32的金屬(即通常為馬氏體鋼合金)以及根據(jù)承載環(huán)32的期望的力學(xué)特性，這兩種熱處理通常都在400攝氏度至500攝氏度的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行，且分別可持續(xù)小于30分鐘至超過(guò)120分鐘。
[0025]最后，如進(jìn)一步地在圖3中最后繪出的第十一加工步驟XI中所示，通過(guò)將多個(gè)如此加工的承載環(huán)32徑向地堆疊(即嵌裝)，形成層合式環(huán)組31。顯然，環(huán)組31的承載環(huán)32必須被合適地選擇尺寸，例如必須在圓周長(zhǎng)度上稍微不同以使承載環(huán)32能夠圍繞彼此緊密地適配。為此，環(huán)組31的承載環(huán)32通常有目的地從很多尺寸不同的承載環(huán)32中選擇。
[0026]上述第四加工步驟IV的從管13分離出環(huán)形管段14的已知的設(shè)置在圖3中示意性地示出。圖3以截面示出管13;然而，實(shí)際上管13的直徑遠(yuǎn)大于它的壁厚度。圓17表示在切割加工期間大致為圓柱形的可轉(zhuǎn)動(dòng)的切割工具17相對(duì)于管13的多個(gè)連貫的徑向位置。然而，實(shí)際上切割工具17具有固定的徑向位置，而管13相對(duì)于切割工具17轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)切割工具17在切割過(guò)程中徑向向內(nèi)移動(dòng)時(shí)，相配工具18在管13的內(nèi)側(cè)上為管13提供支撐。實(shí)際的切割在兩個(gè)階段Ι、Π中進(jìn)行。在切割的第一階段I中，切割工具17在管13的材料中逐漸穿過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)的管13的壁厚度(位置Ia-1c)、由此沿著螺旋切割線C移動(dòng)。然后，在切割的第二階段II中，環(huán)形段在管13的一次完整的旋轉(zhuǎn)中完全從管13分離。可確定，在第四加工步驟IV的該已知的設(shè)置中，大的切割力通過(guò)切割工具17被施加在管13上。
[0027]加工步驟IV的從管13分離出環(huán)形管段14的另一設(shè)置在圖4中示意性地示出。在該第二實(shí)施例中，集中式熱源(例如激光束)19被用于熔穿管13的壁厚度。在管13相對(duì)于熱源19的一次完整的旋轉(zhuǎn)中，從起始位置S開(kāi)始形成完整的圓周切割，并從管13分離出環(huán)形段
14?？纱_定，在第四加工步驟IV的該特定設(shè)置中，在管13和/或環(huán)形段14上僅施加最小的力。
[0028]實(shí)際中，在焊接時(shí)被引入管13的材料中的內(nèi)應(yīng)力結(jié)合由例如如圖3所示的機(jī)械切割工具17、18施加的力，例如通過(guò)管13和/或環(huán)形管段14的不期望的變形導(dǎo)致管13和/或環(huán)形管段14被損壞甚至斷裂。然而，在熔化切割加工中，未施加大的切割力，由此，管13和/或環(huán)形管段14將不會(huì)因此被損壞。由此，如果借助于熔化切割加工而不是機(jī)械切割加工從管13分離出環(huán)形段14(加工步驟IV)，那么就不必執(zhí)行第三加工步驟III的管的退火。但是，產(chǎn)生的環(huán)形管段14必須在其滾壓之前、即在制造承載環(huán)32和最終制造傳動(dòng)帶3的環(huán)組31的第六加工步驟VI之前進(jìn)行退火。
[0029]根據(jù)本公開(kāi)，環(huán)形管段14的退火有利地被延后，即僅直到其邊緣15在第五加工步驟V中被處理之后才執(zhí)行。在整體的承載環(huán)制造方法的該特定設(shè)置中，第五加工步驟V的邊緣熔化可根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)、即包括如W02012/089228A1所講授的退火后處理來(lái)執(zhí)行，而有利地不需要在第六加工步驟VI的滾壓環(huán)形管段14之前進(jìn)行第二退火加工步驟。承載環(huán)的制造的相關(guān)部分的該新穎的設(shè)置在圖5中示出。
[0030]根據(jù)圖5，在第二加工步驟II中焊接管13之后，管13直接在熔化切割加工中、即在第四加工步驟IV中被切割成多個(gè)環(huán)形段14，由此跳過(guò)了傳統(tǒng)制造方法中的第三步驟III的退火。此后，在第五加工步驟V中，環(huán)形管段14的邊緣15通過(guò)激光器20被處理，所述激光器20使這些邊緣15短暫地熔化的。不過(guò)，此后是使環(huán)形管段14經(jīng)過(guò)加工步驟V-b的退火，以便通過(guò)回復(fù)和再結(jié)晶使環(huán)形管段14的各處的材料性能相同。在該后一種加工步驟V-b中，由焊接加工步驟I1、分離加工步驟IV和邊緣熔化加工步驟V產(chǎn)生的熱影響區(qū)都被同時(shí)消除、即有利地在單個(gè)加工步驟V-b中消除。由此在所述第四加工步驟IV的熔化切割中和在所述第五加工步驟V的邊緣熔化中，管13的金屬晶體結(jié)構(gòu)仍包括在第二加工步驟II的管的焊接中形成的不規(guī)則部，即仍包括焊接結(jié)構(gòu)和熱影響區(qū)。
[0031]最后，應(yīng)注意，即使未選擇邊緣熔化加工來(lái)處理環(huán)形管段14的邊緣15(加工步驟V)，而是將另一加工、例如磨石滾磨或刷擦用于該目的，只有在這另一種邊緣處理加工完成之后才將環(huán)形管段14退火仍可以是有利的。畢竟，以該方式，只有在熔化切割(加工步驟IV)和邊緣處理(加工步驟V)之后達(dá)到所需的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的那些中間產(chǎn)物才將(必須)在滾壓(加工步驟VI)之前被退火(加工步驟V-b)。
[0032]除了前述說(shuō)明書(shū)的全部?jī)?nèi)容和附圖的所有詳細(xì)內(nèi)容之外，本公開(kāi)還涉及和包括權(quán)利要求的所有特征。權(quán)利要求中帶括號(hào)的附圖標(biāo)記不限制其范圍，而是僅作為相應(yīng)特征的不具約束力的示例。權(quán)利要求的特征可根據(jù)具體情況單獨(dú)地應(yīng)用于指定的產(chǎn)品或指定的過(guò)程，但是也可在其中應(yīng)用這種特征中的兩個(gè)或多個(gè)的組合。
[0033]由本公開(kāi)所代表的本發(fā)明不限于本文明確提出的實(shí)施方式和/或示例，而是還包括其修改、改進(jìn)和實(shí)際應(yīng)用，尤其包括本領(lǐng)域?qū)I(yè)人員力所能及范圍內(nèi)的那些修改、改進(jìn)和實(shí)際應(yīng)用。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于制造承載環(huán)(32)的方法，所述承載環(huán)(32)由鋼制成，所述方法包括下述步驟: -提供基礎(chǔ)材料制成的板(11)， -將板(11)彎成管形，從而板(11)的兩個(gè)側(cè)面(12)相互靠著、或至少彼此直接相對(duì)地布置， -以焊接工藝將所述兩個(gè)側(cè)面(12)固定在一起，以形成管(13)， -從管(13)分離出環(huán)形管段(14)，以及 -加工環(huán)形管段(14)以形成承載環(huán)(32)，所述加工至少包括以滾壓工藝?yán)L(zhǎng)環(huán)形管段(14)， 其特征在于，借助于熔化切割工藝、如等離子切割或激光切割，從管(13)分離出環(huán)形管段(14)，然后、但在以滾壓工藝?yán)L(zhǎng)環(huán)形管段(14)之前，使環(huán)形管段(14)經(jīng)過(guò)退火熱處理，以用于環(huán)形管段(14)的鋼的再結(jié)晶。2.如權(quán)利要求1所述的用于制造承載環(huán)(32)的方法，其特征在于，在所述退火熱處理中，環(huán)形管段(14)在爐室(16)中被加熱至且之后在一定時(shí)間內(nèi)保持在超過(guò)600攝氏度的溫度。3.如權(quán)利要求1或2所述的用于制造承載環(huán)(32)的方法，其特征在于，管(13)不經(jīng)過(guò)退火熱處理。4.如權(quán)利要求1或2所述的用于制造承載環(huán)(32)的方法，其特征在于，管(13)的金屬晶體結(jié)構(gòu)包括不規(guī)則部，尤其包括焊接結(jié)構(gòu)和/或熱影響區(qū)。5.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的用于制造承載環(huán)(32)的方法，其特征在于，在環(huán)形管段(14)的退火熱處理之前，以邊緣熔化工藝熔化環(huán)形管段(14)的邊緣(15)。6.如權(quán)利要求5所述的用于制造承載環(huán)(32)的方法，其特征在于，環(huán)形管段(14)在邊緣熔化工藝之前不經(jīng)過(guò)退火熱處理。7.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的用于制造承載環(huán)(32)的方法，其特征在于，基礎(chǔ)材料制成的板(11)、管(13)和/或環(huán)形管段(14)的(壁)厚度為大約0.4_。8.如權(quán)利要求7所述的用于制造承載環(huán)(32)的方法，其特征在于，承載環(huán)(32)的(壁)厚度小于0.2mm。9.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的用于制造承載環(huán)(32)的方法，其特征在于，承載環(huán)(32)用作用于無(wú)級(jí)變速器的傳動(dòng)帶(3)或在用于無(wú)級(jí)變速器的傳動(dòng)帶(3)中使用，所述無(wú)級(jí)變速器具有兩個(gè)帶輪(1、2)以及所述傳動(dòng)帶(3)。10.—種傳動(dòng)帶(3)，所述傳動(dòng)帶(3)具有橫向元件(33)和至少一個(gè)環(huán)組(31)，橫向元件(33)應(yīng)用在環(huán)組(31)上，所述環(huán)組(31)由多個(gè)承載環(huán)(32)組成，所述承載環(huán)(32)沿徑向方向相互嵌裝，承載環(huán)(32)部分地借助于根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)、尤其是權(quán)利要求8所述的用于制造承載環(huán)(32)的方法來(lái)制造。
【文檔編號(hào)】B23P15/00GK105848823SQ201480070856
【公開(kāi)日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2014年12月24日
【發(fā)明人】A·伯尼瑟爾, J·弗美爾, P·努烏斯
【申請(qǐng)人】羅伯特·博世有限公司