專利名稱：使用超聲焊接的庫侖阻尼和/或粘性阻尼插件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于抵靠振動(dòng)金屬物品的選擇表面區(qū)域保持和限制振動(dòng)阻尼材料層的方法，以通過實(shí)現(xiàn)物品的至少相鄰部分的庫侖阻尼和/或粘性阻尼來減少由物品產(chǎn)生的或者在物品中傳輸?shù)臋C(jī)械振動(dòng)。更具體地，一個(gè)或多個(gè)相對(duì)薄的振動(dòng)阻尼材料層設(shè)置在所述表面區(qū)域上或者在表面區(qū)域的合適淺凹部中，且由合適金屬成分的上覆片材層覆蓋。覆蓋片材層的周邊通過超聲焊接緊固地結(jié)合到物品表面，從而覆蓋層將振動(dòng)阻尼材料限制為與所述表面區(qū)域界面接觸。
背景技術(shù)：
機(jī)動(dòng)車輛車身結(jié)構(gòu)、部件和推進(jìn)裝置是在其結(jié)構(gòu)中經(jīng)受機(jī)械振動(dòng)的許多制造物品的示例。振動(dòng)可例如在壁、或殼體或分隔結(jié)構(gòu)中發(fā)生，或者在軸或易受振動(dòng)或傳送振動(dòng)的其它結(jié)構(gòu)中發(fā)生。通常，這種操作性或強(qiáng)加振動(dòng)具有一定的頻率，如果以使得它們可聽到的方式與周圍氛圍耦合，可能對(duì)車輛或其它物品的使用者產(chǎn)生苦惱的噪音。此外，如果幅值、頻率和模式結(jié)構(gòu)未被控制，結(jié)構(gòu)中的振動(dòng)可導(dǎo)致減少的疲勞壽命。機(jī)動(dòng)車輛具有許多車身結(jié)構(gòu)、馬達(dá)、發(fā)動(dòng)機(jī)部件、功率傳輸部件、制動(dòng)器等，除了以可接受振動(dòng)或噪音水平操作之外， 其設(shè)計(jì)成起到許多功能。另外，仍需要減少從許多這種振動(dòng)車輛部件和其它制造物品輸出的振動(dòng)和噪音的實(shí)踐。至少在機(jī)動(dòng)車輛的情況下，在設(shè)計(jì)新車輛部件以用于安靜操作和在改型現(xiàn)有車輛部件以減少噪音傳播且使得振動(dòng)幅值最小化兩方面都需要這種實(shí)踐。

發(fā)明內(nèi)容
振動(dòng)制造物品通常特征在于一個(gè)或多個(gè)成形主體部分和相應(yīng)表面層。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供一種在金屬物品的主體部分上或內(nèi)在物品的精加工表面處或下方結(jié)合一個(gè)或多個(gè)未附連但被限制的振動(dòng)阻尼材料薄層的方法。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，振動(dòng)阻尼材料可以是具有與物品主體類似或者與主體成分相容的成分的一個(gè)或多個(gè)薄金屬片材或箔的形式。每個(gè)這種金屬層的厚度適當(dāng)?shù)卦诖蠹s0. 05毫米(50微米)至大約0. 5毫米(500 微米)的范圍內(nèi)。在許多實(shí)施例中，金屬片材或多個(gè)片材的總厚度將從50微米一直到大約 2000微米。這種片材在抵靠相鄰金屬主體表面摩擦接合時(shí)用作庫侖阻尼器。在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，阻尼材料可以是例如聚合物材料薄層，其用作抵靠金屬主體表面的粘性能量吸收層且阻尼源于相鄰主體部分或者傳輸通過相鄰主體部分的振動(dòng)。庫侖阻尼材料層通常具有一致厚度且定形為使得其主表面與相鄰主體表面緊密接觸，以提供用于主體部分的摩擦振動(dòng)阻尼的界面接觸。粘性阻尼材料層通常具有一致厚度且定形為使得其主表面與相鄰主體表面緊密接觸，以提供主體部分的振動(dòng)阻尼。典型粘性阻尼材料包括展現(xiàn)強(qiáng)遲滯阻尼的橡膠或橡膠類材料和聚合物；即，在以感興趣頻率變形時(shí)，它們?cè)趹?yīng)力-應(yīng)變空間中形成大遲滯環(huán)。這種材料的示例將包括丁基橡膠、氯丁二烯橡膠、聚氨酯和其它聚合物，例如乙烯基或尼龍。阻尼層的平面圖形狀設(shè)計(jì)成覆蓋主體區(qū)域以實(shí)現(xiàn)合適的界面振動(dòng)阻尼效果。當(dāng)兩個(gè)或更多阻尼材料層施用到主體部分上時(shí)，兩層都可用于實(shí)現(xiàn)庫侖阻尼或粘性阻尼或兩個(gè)阻尼機(jī)制的結(jié)合。粘性阻尼材料的厚度通常在大約25 微米至大約1000微米的范圍內(nèi)。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，阻尼材料層施用到主體部分的未變表面或者在表面中形成以用于接收阻尼材料的淺凹部中。通常優(yōu)選在主體表面中設(shè)置淺凹部，所述凹部定形或配置成接收并橫向限制一個(gè)或多個(gè)振動(dòng)阻尼材料層。設(shè)置在凹部中的插入阻尼材料可與主體的周圍表面齊平或者高于主體的周圍表面。在本發(fā)明的大多數(shù)實(shí)施例中，具有一直到大約1000微米且小于振動(dòng)阻尼材料總厚度的深度的凹部將是合適的。在每個(gè)這種實(shí)施例中，薄金屬片材設(shè)置在振動(dòng)阻尼材料上，從而將其限制為與下面的表面界面接觸。金屬蓋片材的周邊超聲焊接到物品金屬主體的周圍表面。在每個(gè)實(shí)施例中，阻尼材料層用薄金屬片材全部覆蓋，所述片材優(yōu)選具有與物品鄰近主體相同的成分。覆蓋金屬片材的形狀使得其可以圍繞其整個(gè)周邊超聲焊接，以捕獲和限制振動(dòng)阻尼層抵靠物品主體部分界面接觸。在大多數(shù)實(shí)施例中，一直到大約300微米的覆蓋金屬片材厚度將是合適的。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，振動(dòng)阻尼材料可在制造主體部分時(shí)引入物品的未精加工主體部分中。在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，先前制造的主體部分中的一些部分可適合于通過本發(fā)明方法設(shè)置和覆蓋振動(dòng)阻尼材料。主體部分的表面或主體部分內(nèi)的層可基本上是平坦或帶輪廓的。在阻尼材料層或多層已經(jīng)通過覆蓋金屬層的超聲焊接而限制在物品主體部分上或內(nèi)之后，物品表面能以任何期望方式精加工，以用于物品的外觀、使用和性能。阻尼材料或多種材料的選擇以及材料在物品主體中或上的位置通過試驗(yàn)或經(jīng)驗(yàn)確定，以在振動(dòng)制造物品中提供期望振動(dòng)阻尼效果。方案1. 一種形成制造物品的方法，所述物品包括一個(gè)或多個(gè)結(jié)構(gòu)元件，其中，在物品的使用中，其結(jié)構(gòu)元件中的至少一個(gè)被發(fā)現(xiàn)或確定產(chǎn)生或傳輸機(jī)械振動(dòng)，振動(dòng)結(jié)構(gòu)元件由金屬成分制成；所述方法包括
制造振動(dòng)元件結(jié)構(gòu)的至少第一部分，所述第一部分具有被選擇用于阻尼物品中的機(jī)械振動(dòng)的至少一個(gè)表面區(qū)域或凹進(jìn)表面區(qū)域，每個(gè)這種表面區(qū)域都由振動(dòng)元件結(jié)構(gòu)的第一部分的周圍表面限定；
將至少一個(gè)振動(dòng)阻尼材料層應(yīng)用于選擇表面區(qū)域上或者凹進(jìn)表面區(qū)域中，振動(dòng)阻尼材料的成分被選擇用于在物品使用時(shí)表面區(qū)域的庫侖阻尼或粘性阻尼；
用片材金屬層覆蓋振動(dòng)阻尼材料層，片材金屬覆蓋層具有這樣的形狀周邊用于結(jié)合到第一部分的周圍表面；且設(shè)置片材金屬層，使得其周邊與第一部分的周圍表面接觸；以及
在片材金屬層的周邊和第一部分的周圍表面之間形成共延超聲焊接結(jié)合部，從而限制所應(yīng)用的振動(dòng)阻尼材料，使得振動(dòng)阻尼材料保持與物品的振動(dòng)元件結(jié)構(gòu)的第一部分的整個(gè)選擇表面區(qū)域處于界面接合。方案2.根據(jù)方案1所述的形成制造物品的方法，其中，振動(dòng)元件結(jié)構(gòu)的第一部分由鋁合金制成，且覆蓋振動(dòng)阻尼材料的片材金屬層由與振動(dòng)元件結(jié)構(gòu)的第一部分相容的鋁合金制成。方案3.根據(jù)方案1所述的形成制造物品的方法，其中，振動(dòng)元件結(jié)構(gòu)的第一部分由鎂合金制成，且覆蓋振動(dòng)阻尼材料的片材金屬層由與振動(dòng)元件結(jié)構(gòu)的第一部分相容的鎂合金制成。方案4.根據(jù)方案1所述的形成制造物品的方法，其中，振動(dòng)元件結(jié)構(gòu)的第一部分由鋼合金制成，且覆蓋振動(dòng)阻尼材料的片材金屬層由與振動(dòng)元件結(jié)構(gòu)的第一部分相容的鋼合金制成。方案5.根據(jù)方案1所述的形成制造物品的方法，其中，所述振動(dòng)阻尼材料包括由與振動(dòng)元件結(jié)構(gòu)的第一部分的表面區(qū)域相容的金屬成分形成的層，所述振動(dòng)阻尼材料適合于與振動(dòng)元件結(jié)構(gòu)的第一部分的表面區(qū)域處于庫侖阻尼界面接合。方案6.根據(jù)方案5所述的形成制造物品的方法，其中，應(yīng)用包括獨(dú)立層的庫侖振動(dòng)阻尼材料層堆疊體，每層具有大約50微米至大約500微米范圍的厚度。方案7.根據(jù)方案5所述的形成制造物品的方法，其中，庫侖阻尼材料的厚度在大約50微米至大約2000微米的范圍內(nèi)。方案8.根據(jù)方案1所述的形成制造物品的方法，其中，所述振動(dòng)阻尼材料包括由與振動(dòng)元件結(jié)構(gòu)的第一部分的表面區(qū)域相容的聚合物成分形成的層，所述振動(dòng)阻尼材料適合于與振動(dòng)元件結(jié)構(gòu)的第一部分的表面區(qū)域處于粘性阻尼界面接合。方案9.根據(jù)方案8所述的形成制造物品的方法，其中，所應(yīng)用的粘性振動(dòng)阻尼材料的厚度在大約25微米至大約1000微米的范圍內(nèi)。方案10.根據(jù)方案1所述的形成制造物品的方法，其中，用于接收至少一個(gè)振動(dòng)阻尼材料層的凹進(jìn)表面區(qū)域的深度一直到大約1000微米。方案11.根據(jù)方案1所述的形成制造物品的方法，其中，片材金屬覆蓋層的厚度一直到大約300微米。方案12.根據(jù)方案1所述的形成制造物品的方法，其中，選擇制造物品的多于一個(gè)的表面區(qū)域或凹進(jìn)表面區(qū)域，且每個(gè)選擇區(qū)域接收至少一個(gè)振動(dòng)阻尼材料層，每個(gè)這種表面區(qū)域中的振動(dòng)阻尼材料都用片材金屬層覆蓋和限制，且每個(gè)這種覆蓋層的周邊都超聲焊接到物品的相鄰周圍表面。方案13. —種制造物品，包括一個(gè)或多個(gè)結(jié)構(gòu)元件，其中，在物品的使用中，其結(jié)構(gòu)元件中的至少一個(gè)被發(fā)現(xiàn)或確定產(chǎn)生或傳輸機(jī)械振動(dòng)，振動(dòng)結(jié)構(gòu)元件由金屬成分制成； 振動(dòng)結(jié)構(gòu)元件包括承載至少一個(gè)振動(dòng)阻尼材料層的表面區(qū)域，所述至少一個(gè)振動(dòng)阻尼材料層使用金屬片材層抵靠所述表面區(qū)域限制，所述金屬片材層覆蓋振動(dòng)阻尼材料且具有被超聲焊接到表面區(qū)域的周邊的周邊邊緣。方案14.根據(jù)方案13所述的制造物品，其中，所述振動(dòng)阻尼材料包括由與振動(dòng)元件結(jié)構(gòu)的第一部分的表面區(qū)域相容的金屬成分形成的層，所述振動(dòng)阻尼材料適合于與振動(dòng)元件結(jié)構(gòu)的第一部分的表面區(qū)域處于庫侖阻尼界面接合。方案15.根據(jù)方案14所述的制造物品，包括具有一直到大約2000微米的厚度的庫侖阻尼材料，所述庫侖阻尼材料使用金屬片材層抵靠所述表面區(qū)域限制，所述金屬片材層覆蓋振動(dòng)阻尼材料且具有被超聲焊接到表面區(qū)域的周邊的周邊邊緣。方案16.根據(jù)方案13所述的制造物品，其中，所述振動(dòng)阻尼材料適合于與振動(dòng)元件結(jié)構(gòu)的第一部分的表面區(qū)域處于粘性阻尼界面接合。方案17.根據(jù)方案16所述的制造物品，其中，所述振動(dòng)阻尼材料包括由與振動(dòng)元件結(jié)構(gòu)的第一部分的表面區(qū)域相容的聚合物成分形成的層，所述振動(dòng)阻尼材料適合于與振動(dòng)元件結(jié)構(gòu)的第一部分的表面區(qū)域處于粘性阻尼界面接合。方案18.根據(jù)方案16所述的制造物品，包括具有一直到大約2000微米的厚度的粘性阻尼聚合物材料，所述粘性阻尼聚合物材料使用金屬片材層抵靠所述表面區(qū)域限制， 所述金屬片材層覆蓋振動(dòng)阻尼材料且具有被超聲焊接到表面區(qū)域的周邊的周邊邊緣。方案19.根據(jù)方案13所述的制造物品，其中，選擇區(qū)域中的振動(dòng)阻尼材料的厚度一直到大約2000微米，且覆蓋金屬片材層的厚度一直到大約300微米。方案20.根據(jù)方案13所述的制造物品，包括承載至少一個(gè)振動(dòng)阻尼材料層的多于一個(gè)的表面區(qū)域，每個(gè)這種表面區(qū)域中的振動(dòng)阻尼材料都用片材金屬層覆蓋和限制，且每個(gè)這種覆蓋層的周邊都超聲焊接到物品的相鄰周圍表面。本發(fā)明的其它目的和優(yōu)勢將從該說明書中隨后的說明性示例的描述顯而易見。所述示例旨在用于說明本發(fā)明的實(shí)踐，而不是對(duì)本發(fā)明范圍的限制。


圖IA是主體部分的一部段的示意圖，圖示了在主體部分的表面中形成或設(shè)置的淺方形凹部。圖1B-1D也分別是設(shè)置的振動(dòng)阻尼材料插件(1B)、設(shè)置在插入阻尼材料上方的金屬蓋片材(IC)和在圍繞蓋片材的整個(gè)周邊形成超聲焊接時(shí)的蓋片材(ID)的示意性部分圖示。圖2A是圖IA的主體部分的該部段的截面?zhèn)纫晥D，示出了主體部分中的凹部。圖 2B-2D也是圖1B-1D的截面圖，分別示出了凹部中的振動(dòng)阻尼片材材料插件(2B)、設(shè)置在插入阻尼材料插件上方的金屬蓋片材(2C)和在蓋片材的周邊和下面的主體部分之間形成超聲焊接帶的超聲焊極滾子，從而在主體部分的凹部中限制振動(dòng)阻尼插件材料(2D)。圖3是主體部分的一部段的截面?zhèn)纫晥D，其中，振動(dòng)阻尼材料層設(shè)置在物品的主體部分的未變表面上且用薄金屬片材覆蓋。片材的周邊邊緣用超聲焊極滾子超聲焊接到主體部分的表面。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的實(shí)施例用于阻尼制造物品中的振動(dòng)，具有物品具有產(chǎn)生或傳輸機(jī)械振動(dòng)的一個(gè)或多個(gè)金屬部分或結(jié)構(gòu)元件。例如，許多這種振動(dòng)物品用于機(jī)動(dòng)車輛。物品可具有由金屬成分形成的至少一個(gè)結(jié)構(gòu)元件，例如鋁合金、鋼合金、鎂合金或其它金屬合金成分。由于機(jī)動(dòng)車輛包括許多部分和部件且旨在在運(yùn)動(dòng)中使用，因而許多這種部件經(jīng)受或易受引起疲勞的和/或制造噪音的振動(dòng)。本發(fā)明實(shí)踐將說明為應(yīng)用于物品的至少一個(gè)結(jié)構(gòu)元件，例如用于控制驅(qū)動(dòng)車輛一個(gè)或多個(gè)車輪的電動(dòng)馬達(dá)的操作的電子裝置的金屬殼體。例如，這種殼體部件可從鋁鑄造合金(例如，合金380)模鑄。圖IA是金屬物品10的分離部分的示意圖，例如功率電子裝置的殼體部件。物品 10具有帶有表面14的主體部分12 (附圖中僅僅示出其一部分)。表面14簡單地圖示為平坦的，但是本發(fā)明的實(shí)踐可應(yīng)用于帶輪廓表面。圖2A是沿圖IA的截面線2-2截取的截面圖。圖2B-2D是補(bǔ)充圖1B-1D的傾斜視圖的截面圖，圖示了本發(fā)明的實(shí)踐。
7
物品10的設(shè)計(jì)已經(jīng)考慮其在用于車輛上的位置時(shí)可產(chǎn)生或傳輸機(jī)械振動(dòng)。此外， 物品的結(jié)構(gòu)和形狀已經(jīng)被試驗(yàn)和/或分析，以識(shí)別這種振動(dòng)可通過將合適阻尼材料薄層應(yīng)用于主體部分的一個(gè)或多個(gè)表面14而阻尼的物品區(qū)域。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，將阻尼材料層直接應(yīng)用于表面14區(qū)域是合適的。然而，通常優(yōu)選在主體部分中提供策略性定位的插孔容積或凹部，以更好地限制振動(dòng)阻尼材料。由于這種確定且在該說明性實(shí)施例中，淺凹部16在表面14中形成。在圖IA中， 凹部16圖示為具有平坦底表面18的方形，但是取決于具體物品的形狀和用于振動(dòng)阻尼的可用區(qū)域，這種凹部能以任何平面圖配置形成。凹部16的深度被放大，以便在附圖中的可視性。代表性凹部16通常僅僅大約100-1000微米深。當(dāng)在第一案例中制造制造物品該部分(包括周圍表面14)時(shí)，這種凹部可以在物品10的主體部分12中形成?？蛇x地，這種凹部16可以在物品10的合適制造階段機(jī)加工到表面14中。凹部16的輪廓及其壁22的尺寸被預(yù)先確定以接收一個(gè)或多個(gè)振動(dòng)阻尼材料層 20。在圖IB中，單個(gè)振動(dòng)阻尼材料層20設(shè)置在凹部16中。在圖IB的說明性實(shí)施例中，振動(dòng)阻尼材料20是金屬片材或箔，具有大于凹部16的壁22的高度尺寸的厚度，且層20的頂部延伸稍微高于物品10的主體部分12的周圍表面14。例如，阻尼材料20的成分可以與制造主體部分12的金屬合金相同。在其它示例中，成分可以與主體部分合金不同，但是與主體部分12的成分化學(xué)相容。另外，通過示例的方式，片材金屬阻尼材料的厚度可以是大約 800微米，且側(cè)壁22的高度更小。在圖2B中，更容易看出片材金屬阻尼材料20的厚度稍微大于凹部16的側(cè)壁22 的高度。在本發(fā)明的一些實(shí)踐中，期望使得振動(dòng)阻尼材料延伸高于凹部的側(cè)壁，從而在應(yīng)用覆蓋片材時(shí)，阻尼材料被加壓成抵靠凹部16的底表面18緊密界面接觸。在本發(fā)明的另外實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)振動(dòng)阻尼材料層的總厚度可以與壁22的高度大致相同。如所述，一個(gè)或多個(gè)振動(dòng)材料層可以插入到凹部16中或者主體部分12的表面14上。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，庫侖阻尼材料包括厚度均為大約50至大約500微米的層堆疊體。取決于有多少阻尼材料層設(shè)置在凹部16中(或直接在表面14上)，凹部的深度 (由側(cè)壁22測量)一直到幾百微米左右。在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，庫侖阻尼材料包括厚度大約50至大約2000微米的單層。粘性阻尼材料可以合適地包括厚度大約25至大約1000微米的單層。如圖IC和2C所示，金屬片材M或箔設(shè)置在物品10的主體部分12的表面14上， 從而完全覆蓋設(shè)置在凹部16中的阻尼材料20。金屬片材M優(yōu)選由與主體部分12相同的金屬成分形成。然而，金屬片材M可以是與主體部分12及其表面14的金屬成分相容的任何金屬成分。金屬片材M定形為完全覆蓋且包圍設(shè)置在凹部16中的阻尼材料20。金屬片材對(duì)的周邊或周邊邊緣沈的合適區(qū)域位于環(huán)繞凹部16的表面14上，如圖IC和2C所示。 在圖1A-1C和2A-2C所示的本發(fā)明的說明性實(shí)施例中，凹部16是方形，且金屬片材M也是方形。位于凹部16周圍的表面14上的金屬片材M的周邊邊緣沈是四個(gè)矩形帶形狀。當(dāng)然，在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，在應(yīng)用于其它物品時(shí)，凹部和覆蓋金屬片材的形狀可以采取任何所需配置或形狀。金屬片材的厚度確定為適合于抵靠凹部16的表面18限制阻尼材料 20。在本發(fā)明的許多實(shí)施例中，金屬片材對(duì)的厚度將在大約100-300微米的范圍內(nèi)。覆蓋
8金屬片材M的周邊邊緣沈然后超聲焊接到環(huán)繞凹部16和阻尼材料20的表面14上。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)踐，超聲焊接用于將薄金屬片材、條、箔或帶的周邊部分結(jié)合到金屬物品的表面或者物品的一部分上，從而抵靠物品表面限制振動(dòng)阻尼材料。當(dāng)該焊接工藝應(yīng)用于將振動(dòng)材料-覆蓋金屬片材層結(jié)合到金屬物品的表面時(shí)，在界面上形成真實(shí)冶金結(jié)合部，但是沒有涉及液態(tài)(熔融)金屬。金屬-金屬界面的超聲固結(jié)在固態(tài)(未熔融)環(huán)境發(fā)生。覆蓋層和金屬物品表面之間的界面處的溫度升高低于熔點(diǎn)，通常是大多數(shù)金屬的熔點(diǎn)的絕對(duì)值的35%至50%，且發(fā)生的任何加熱限制在若干微米厚的區(qū)域。從結(jié)合區(qū)域的快速散熱確保引起細(xì)微殘余應(yīng)力。因而，釋放殘余應(yīng)力的后工藝通常不需要。類似地，通常避免相變。超聲焊接單元的主要部件是熟知的且商業(yè)上可獲得的。超聲發(fā)生器或功率源接收低頻的主電網(wǎng)電力，優(yōu)選在50至60 Hz范圍且處于120V或MOV AC的低電壓。發(fā)生器將輸入轉(zhuǎn)換為較高電壓的輸出，優(yōu)選具有15至60 kHz范圍的頻率。有用工作頻率是20 kHz, 高于大約18 kHz的人類聽力的正常范圍。采用40 kHz至60 kHz的較高頻率的系統(tǒng)(具有較低幅值振動(dòng))優(yōu)選用于易碎材料，例如容易損壞的非常薄的箔或基底。超聲發(fā)生器的高頻輸出傳輸給換能器或轉(zhuǎn)換器，其將信號(hào)以相同超聲頻率轉(zhuǎn)換為機(jī)械振動(dòng)能量?，F(xiàn)有技術(shù)換能器基于壓電原理操作，且包含由壓電材料制成的盤或環(huán)，例如壓電陶瓷晶體，其在兩個(gè)金屬部段之間壓縮。先進(jìn)的發(fā)生器特征在于結(jié)合換能器的自動(dòng)調(diào)諧調(diào)節(jié)，從而在焊接單元的操作期間保持振動(dòng)的恒定幅值。換能器的振動(dòng)能量傳輸給調(diào)壓器，其減少或增加超聲波的幅值。所述波然后傳輸給超聲焊極(也稱為焊角)，超聲焊極是與工件接觸的常規(guī)制造工具。超聲焊極可以設(shè)計(jì)成承載工具頭(tool bit)的工具保持器，或者能夠以包含特定幾何形狀特征的一個(gè)整體件設(shè)置。在許多實(shí)施例中，為了將帶、箔或條應(yīng)用于物品表面，超聲焊極可以形成為滾子，具有用于與條的上表面滾動(dòng)接觸的軸。在圖ID和2D的實(shí)施例中，在其與蓋片材M的周邊邊緣沈的表面接合時(shí)，超聲焊極觀以具有軸30的滾子的形式示意性地示出。超聲焊極滾子觀在周邊邊緣沈上逐漸滾動(dòng)，將它們壓靠主體部分12的下面表面14，以在周邊邊緣沈和表面14的下面部分之間形成共延焊接結(jié)合部32。超聲振動(dòng)相對(duì)于超聲焊極觀的滾子軸線軸向傳輸。對(duì)于金屬的超聲焊接，超聲焊極優(yōu)選由工具鋼制成，且可以制造為一體式部件。該超聲焊接步驟將蓋片材 24的周邊邊緣沈與主體部分12以方形焊接圖案接合，從而將阻尼材料層捕獲和限制在凹部16內(nèi)，且與主體部分12的凹部底表面18振動(dòng)阻尼接觸。圖1A-1D和2A-2D所示的方法可以在物品的一個(gè)或多個(gè)選擇位置上使用，以用于振動(dòng)阻尼。取決于這樣設(shè)置有振動(dòng)阻尼的具體物品的性質(zhì)和要求，用于捕獲阻尼材料的蓋片材可本身被覆蓋、涂覆、涂刷、或以其它方式結(jié)合到主體或表面或物品中。在本發(fā)明實(shí)踐的上述說明中，一個(gè)或多個(gè)阻尼材料層被限制在物品主體部分中形成的凹部中。在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)阻尼材料層可抵靠物品表面覆蓋和限制，而不使用所形成的凹部。例如，如圖3所示(為了更容易觀察，相應(yīng)構(gòu)件隔開)，適當(dāng)成形的振動(dòng)阻尼材料薄層20’可設(shè)置在物品10’的表面14’上的選擇位置。在圖3中，阻尼材料層20’顯示為在表面14’上方稍微隔開，以便觀察。但是阻尼材料20’將抵靠表面14’的區(qū)域直接設(shè)置。具有周邊邊緣沈’的蓋片材24’直接設(shè)置在阻尼材料20’上，從而抵靠表面14’限制阻尼材料20’。蓋片材M’的周邊邊緣26’然后使用超聲焊極滾子28’超聲焊接到表面14’，如該說明書中上文所述。本發(fā)明的應(yīng)用示例可以是用于容納混合動(dòng)力電動(dòng)車輛的功率逆變器模塊的功率電子器件殼體的一部分。這種殼體可以從合適合金模鑄，例如鋁鑄造合金380。凹部可以機(jī)加工到殼體的內(nèi)表面，阻尼材料定位在凹部內(nèi)但是延伸高于殼體的電子部件。蓋片材將隨后圍繞其周邊焊接，以將阻尼材料捕獲在片材和鑄件之間。在功率電子器件殼體的情況下， 阻尼處理設(shè)置在殼體的內(nèi)表面上，使得一旦殼體被組裝，添加的材料將不可見，且它們不暴露于環(huán)境，而是位于密封封裝件內(nèi)。在根據(jù)本發(fā)明制造的物品的使用中，被覆蓋和捕獲的振動(dòng)阻尼材料以振動(dòng)阻尼界面接觸與物品表面接合。在振動(dòng)阻尼材料是金屬片材或?qū)訒r(shí)或其它非粘性材料時(shí)，界面接觸是摩擦的，且發(fā)生庫侖阻尼，以吸收振動(dòng)能量且緩解其強(qiáng)度和影響。在振動(dòng)阻尼材料是粘性的時(shí)，例如聚合物材料，阻尼效果是粘性機(jī)制和性質(zhì)。因而，本發(fā)明的實(shí)踐已經(jīng)通過一些說明性示例描述。但是本發(fā)明將明顯可應(yīng)用于將一個(gè)或多個(gè)振動(dòng)阻尼材料薄層與許多不同形狀的金屬物品的各種形狀表面結(jié)合。
權(quán)利要求
1.一種形成制造物品的方法，所述物品包括一個(gè)或多個(gè)結(jié)構(gòu)元件，其中，在物品的使用中，其結(jié)構(gòu)元件中的至少一個(gè)被發(fā)現(xiàn)或確定產(chǎn)生或傳輸機(jī)械振動(dòng)，振動(dòng)結(jié)構(gòu)元件由金屬成分制成；所述方法包括制造振動(dòng)元件結(jié)構(gòu)的至少第一部分，所述第一部分具有被選擇用于阻尼物品中的機(jī)械振動(dòng)的至少一個(gè)表面區(qū)域或凹進(jìn)表面區(qū)域，每個(gè)這種表面區(qū)域都由振動(dòng)元件結(jié)構(gòu)的第一部分的周圍表面限定；將至少一個(gè)振動(dòng)阻尼材料層應(yīng)用于選擇表面區(qū)域上或者凹進(jìn)表面區(qū)域中，振動(dòng)阻尼材料的成分被選擇用于在物品使用時(shí)表面區(qū)域的庫侖阻尼或粘性阻尼；用片材金屬層覆蓋振動(dòng)阻尼材料層，片材金屬覆蓋層具有這樣的形狀周邊用于結(jié)合到第一部分的周圍表面；且設(shè)置片材金屬層，使得其周邊與第一部分的周圍表面接觸；以及在片材金屬層的周邊和第一部分的周圍表面之間形成共延超聲焊接結(jié)合部，從而限制所應(yīng)用的振動(dòng)阻尼材料，使得振動(dòng)阻尼材料保持與物品的振動(dòng)元件結(jié)構(gòu)的第一部分的整個(gè)選擇表面區(qū)域處于界面接合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成制造物品的方法，其中，振動(dòng)元件結(jié)構(gòu)的第一部分由鋁合金制成，且覆蓋振動(dòng)阻尼材料的片材金屬層由與振動(dòng)元件結(jié)構(gòu)的第一部分相容的鋁合金制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成制造物品的方法，其中，振動(dòng)元件結(jié)構(gòu)的第一部分由鎂合金制成，且覆蓋振動(dòng)阻尼材料的片材金屬層由與振動(dòng)元件結(jié)構(gòu)的第一部分相容的鎂合金制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成制造物品的方法，其中，振動(dòng)元件結(jié)構(gòu)的第一部分由鋼合金制成，且覆蓋振動(dòng)阻尼材料的片材金屬層由與振動(dòng)元件結(jié)構(gòu)的第一部分相容的鋼合金制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成制造物品的方法，其中，所述振動(dòng)阻尼材料包括由與振動(dòng)元件結(jié)構(gòu)的第一部分的表面區(qū)域相容的金屬成分形成的層，所述振動(dòng)阻尼材料適合于與振動(dòng)元件結(jié)構(gòu)的第一部分的表面區(qū)域處于庫侖阻尼界面接合。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的形成制造物品的方法，其中，應(yīng)用包括獨(dú)立層的庫侖振動(dòng)阻尼材料層堆疊體，每層具有大約50微米至大約500微米范圍的厚度。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的形成制造物品的方法，其中，庫侖阻尼材料的厚度在大約50 微米至大約2000微米的范圍內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成制造物品的方法，其中，所述振動(dòng)阻尼材料包括由與振動(dòng)元件結(jié)構(gòu)的第一部分的表面區(qū)域相容的聚合物成分形成的層，所述振動(dòng)阻尼材料適合于與振動(dòng)元件結(jié)構(gòu)的第一部分的表面區(qū)域處于粘性阻尼界面接合。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的形成制造物品的方法，其中，所應(yīng)用的粘性振動(dòng)阻尼材料的厚度在大約25微米至大約1000微米的范圍內(nèi)。
10.一種制造物品，包括一個(gè)或多個(gè)結(jié)構(gòu)元件，其中，在物品的使用中，其結(jié)構(gòu)元件中的至少一個(gè)被發(fā)現(xiàn)或確定產(chǎn)生或傳輸機(jī)械振動(dòng)，振動(dòng)結(jié)構(gòu)元件由金屬成分制成；振動(dòng)結(jié)構(gòu)元件包括承載至少一個(gè)振動(dòng)阻尼材料層的表面區(qū)域，所述至少一個(gè)振動(dòng)阻尼材料層使用金屬片材層抵靠所述表面區(qū)域限制，所述金屬片材層覆蓋振動(dòng)阻尼材料且具有被超聲焊接到表面區(qū)域的周邊的周邊邊緣。
全文摘要
一個(gè)或多個(gè)振動(dòng)阻尼材料層設(shè)置在振動(dòng)金屬物品的主體部分的一個(gè)或多個(gè)選擇表面區(qū)域上。阻尼材料層用薄金屬片材覆蓋。選擇表面可以在主體部分中凹進(jìn)，以接收阻尼材料。覆蓋片材可以由與主體部分相同的金屬成分或者相容金屬成分形成。覆蓋片材的周邊邊緣超聲焊接到物品主體部分的表面，以抵靠選擇表面限制阻尼材料，使得阻尼材料形成與物品表面的振動(dòng)阻尼界面。阻尼材料可以用作庫侖阻尼材料或粘性阻尼材料或兩者。
文檔編號(hào)F16F15/08GK102465995SQ20111033390
公開日2012年5月23日 申請(qǐng)日期2011年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月28日
發(fā)明者G. 施羅思 J., T. 里夫 M., A. 佩里 T. 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司