推桿及其製造方法
2023-09-17 14:34:15
專利名稱：推桿及其製造方法
技術領域：
本發明涉及一種推桿，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端面上的鋼球的推桿，以及一種用於生產該推桿的方法。
此推桿用在內燃機的閥操作機構、摩擦離合器等中。
已經公知有這樣一種推桿，它包括用不鏽鋼管材製造的桿身和一鋼球，它們通過凸焊而彼此結合在一起(見日本專利申請公報No.81909/90)。
但是，這種已知的推桿有這樣一個問題，即，因為它的桿身是用不鏽鋼管材製造的，所以此推桿的重量大，並且製造費用昂貴。
本發明的一個目的在於提供一種上述類型的推桿，它的重量輕而且製造費用不很昂貴。
為達到上述目的，按照本發明，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製成的，因此，與具有用不鏽鋼管材做成的桿身的推桿相比，該推桿本身的重量輕而且製造費用較低。
本發明的另一目的是提供一種用於製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。
為達到上述目的，按照本發明，提供了一種用於生產推桿的方法，它包括下列步驟使桿身端面中的一個與一鋼球形成壓力接觸，並在桿身與鋼球之間提供電流，以進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設定在18000≤I≤21000A的範圍內，將壓緊力P設定在350kgf≤P≤400kgf的範圍內，並將通電時間t設定在t＜2周(cycle)之內。
在過去是難以焊接鋁合金和鋼的，並且不可能得到令人滿意的焊接強度。但是，按照上述製造方法，通過按上述方式規定用於桿身的材料，並按上述範圍設定焊接電流I、壓緊力P和通電時間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重量輕而且有高的接合強度的推桿。
在此情況下，鋁合金與鋼之間的接合強度相當於或超過鋼與鋼之間的接合強度。可以認為，這種接合強度的提高歸因於這樣一個事實，即桿身的一部分易於咬入鋼球的表面，而這種咬入部分顯示出一種錨固作用，這種接合強度的提高還/或歸因於這樣一個事實，即從桿身產生的液相顯示出對鋼球有良好的潤溼性。
但是，如果焊接電流I小於18000A，桿身與鋼球之間的接合強度就下降，並使接合強度的偏差加大。另一方面，如果焊接電流I＞21000A，桿身與鋼球之間的接合強度同樣也下降，而電流率則加大。如果壓緊力P小於350kgf，接合強度同樣降低。另一方面，如果壓緊力P大於400kgf，則管材有可能產生縱向彎曲。如果通電時間t等於或大於二周，則在桿身與鋼球之間的結合區易於形成金屬間化合物，導致顯著地降低接合強度。
圖1是推桿主要部分的局部剖開的正視圖；圖2是電阻焊機的主要部分的局部剖開的正視圖；圖3是桿身主要部分的局部剖開的正視圖；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係；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係；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係；圖7是一金相照片，示出了在焊接後桿身與鋼球之間的結合區的金相組織；圖8是一金相照片，示出了桿身與鋼球之間的結合區在經過熱處理後的金相組織；圖9是桿身與鋼球之間的結合區在經過熱處理後的x射線分析照片；圖10是一曲線圖，示出了加熱時間、斷裂載荷與AlFe金屬間化合物層厚度之間的關係；圖11是一金相照片，示出了經過靜拉伸/剪切試驗後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探索；圖13是圖11的主要部分的放大的金相照片；圖14A是經過靜拉伸/剪切試驗的鋼球的斷面的X射線分析照片，它示出了Al-kα射線圖像；圖14B是經過靜拉伸/剪切試驗的鋼球的斷面的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係；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係；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係；圖19是一內燃機的主要部分的局部剖開的正視圖；圖20是一多盤式摩擦離合器的垂直剖面正視圖。
參看圖1，用於內燃機的閥操作機構、摩擦離合器等中的推桿1包括一桿身2和一用電阻焊結合在桿身2的至少一個端面上，例如端面3和4中的每一個(在所示的實施例中)上的鋼球5。
桿身2用鋁合金制的管材製成。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。
與現有技術的推桿相比，具有用這樣一種材料做成的桿身2的推桿1的重量輕，生產成本較低。
特別是，如果考慮推桿1的環境溫度強度、高溫強度、生產管材的可擠壓性、電阻焊接性和生產成本等各個方面，那麼最適合的是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之間達到一個相當於或超過傳統接合強度的接合強度。這種推桿1可用在用於車輛的內燃機的閥操作機構中，並具有卓越的耐久性。
在生產推桿1時，採用了圖2中所示的交流電阻焊機6並依次進行下列步驟(a)將鋼球5放入在一下電極7上的朝上的車削凹座7a中。
(b)將桿身2夾持在同時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)用加壓構件11使夾持裝置8下降，以使桿身2的一個端面4以壓緊力P與鋼球5形成壓力接觸，然後在上、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，從而進行桿身2與鋼球5相互間的電阻焊。
(d)使加壓構件11與夾持裝置8上升，然後將夾持裝置8沿箭頭方向(圖2)在包括桿身2的軸線的垂直平面內旋轉180°，以使桿身2的另一端面朝下。此後，按同樣方式使桿身2與鋼球5經受電阻焊接。
下面將描述具體例子。
用由6061-T6材料製成並具有9mm外徑和2mm厚度的管材製成桿身2。在此情況下，在桿身2的每個端面3和4處，桿身2的斷面的內周邊是正方形的而且沒有經過倒稜。用由高碳/鉻軸承鋼(JIS SUJ2)製成並具有9mm直徑的球製備鋼球5。
在將通電時間t設定為t＝1周(1/50秒)、壓緊力P設定為330、350或380kgf，並使焊接電流I在13000A≤I≤25000A的範圍內變化的條件下進行類似的電阻焊，以生產各種推桿1。
然後，使各種推桿1受到靜拉伸和剪切試驗，以檢查焊接電流I與斷裂載荷L之間的關係，從而得到圖4至6所示的結果。為了進行比較，確定了包括用不鏽鋼(JIS SUS304)管材製造的桿身的推桿(現有技術製品)的斷裂載荷L，從而得到下述結果，即L＝560kgf。從圖4和5中可明顯地看出，如果在通電時間t為1周並且壓緊力P為≥350kgf時將焊接電流I設定在18000A≤I≤21000A的範圍內，則焊接強度相當於或超過現有技術製品的焊接強度。
如圖6所示，如果壓緊力P小於350kgf(P＜350kgf)，則接合強度小於現有技術製品的接合強度。
圖7是一金相照片，示出了桿身2與鋼球5之間的結合區的金相組織。在此例子中，將焊接電流I設定為圖4中的20000A。從圖7中可以看出，在結合區內未形成AlFe金屬間化合物層。
圖8是一金相照片，示出了圖7所示結合區在經過了580°、為期2分鐘的熱處理後所形成的結合區的金相組織。圖9是結合區的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，通過熱處理，在結合區中形成了AlFe金屬間化合物層。圖10表示在加熱時間、斷裂載荷L與AlFe金屬間化合物層的厚度之間的關係。從圖10中可明顯地看出，如果加熱時間超過5秒，就可看到斷裂強度L會突然降低。可以相信，這是由於加熱時間超過了5秒，從而形成具有非常薄的厚度以致難於測量的AlFe金屬間化合物層。如果加熱時間超過15秒，則AlFe金屬間化合物層的厚度會突然增加，隨之而來的便是斷裂載荷L降低。
加熱時間是與通電時間t相對應的，因此，根據這一事實，將通電時間t設定為t＜2周的範圍內，以免形成AlFe金屬間化合物層並提高生產率。
圖11是一金相照片，示出了經過靜拉伸/剪切試驗的鋼球5的一個斷面的金相組織；圖12是圖11的根據探索；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可歸因於由桿身2產生的液相的良好潤溼性。可以認為，桿身2與鋼球5之間接合強度的加強是由這些咬入部分12的錨固作用和Al層的形成而造成的。
圖15示出了由於在桿身2的端面3和4處對內周邊倒稜而導致的桿身2的狀況，其中，倒稜的錐面14的長度C等於0.2mm。
採用具有這種倒稜並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行同樣的電阻焊接，只是把壓緊力P設定為330kgf(P＝330kgf)，從而製造各種推桿1。
此後，使各種推桿2經受靜拉伸/剪切試驗以檢查焊接電流I與斷裂載荷L之間的關係，從而得出圖16所示的結果。
比較圖16和表示由未經倒稜的桿身得到的曲線的圖6，可以看出，未經倒稜的桿身2與鋼球5之間的接合強度高於經過倒稜的桿身2和鋼球5之間的接合強度。
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之間的關係。圖17的例子對應於將由2014材料製造的管材用作桿身2時的情況，而圖18的例子對應於將由5056材料製造的管材用作桿身2時的情況。各個桿身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設定為330kgf。
當桿身2與鋼球5之間的接合強度沒有像用於車輛的內燃機中的推桿1所要求的那麼高，例如與在一般用途的內燃機中的推桿1一樣時，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，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示出了按照本實施例的推桿1，它用在用於車輛的內燃機E中。該內燃機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17，一結合在汽缸座16的下端面上並同時用作曲軸箱和傳動部分T的傳動箱的外殼18，一可在汽缸15內滑動的活塞19，一通過一連杆20與活塞19相連的曲軸21，和一通過鏈條22以減速方式由曲軸21驅動的凸輪軸23。曲軸21與凸輪軸23支承在外殼18上。汽缸蓋17上裝有用於打開和關閉進氣口與排氣口的進氣閥和排氣閥24，以及用於打開和關閉進氣閥和排氣閥24的搖臂25。搖臂25由凸輪軸23通過推桿1和挺杆26驅動。
在內燃機E中，包括汽缸蓋17和外殼18的發動機機身Ea用鋁合金製成。在這種情況下，如果推桿1的桿身2用鋁合金製造，那麼發動機機身Ea和推桿1的線膨脹係數就可以彼此相近，從而防止由閥操作機構中的溫度引起的間隙變化，由此減少敲擊聲。
圖20示出了按照本實施例的推桿1，它用於多盤式摩擦離合器CL中。此摩擦離合器CL適用於通過驅動軸28、離合器外體29、離合器盤30和離合器片31將驅動力從驅動齒輪27傳至從動軸32。這種驅動力的傳遞是由離合器彈簧33通過壓板34使離合器盤30與離合器片31形成壓力接觸，也就是使摩擦離合器CL處於其接合狀態而達到的。
在外殼35中設有一作為離合器的鬆開驅動源的液壓缸36。壓板34有一有底的套筒38，它具有一支承在軸承37上的開口端。該有底的套筒38被可滑動地裝在從動軸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就藉助於活塞40與推桿1而移動，從而解除上述的壓力接觸狀態，由此使摩擦離合器CL鬆開。
權利要求
1.一種推桿，包括一桿身和通過電阻焊結合在桿身的至少一個端面上的鋼球，其特徵為，上述桿身用鋁合金製成。
2.一種如權利要求1所述的推桿，其特徵為，上述鋁合金是一種Al-Mg-Si基合金。
3.一種如權利要求1或2所述的推桿，其特徵為，上述桿身用管材製成。
4.一種如權利要求1、2或3所述的推桿，其特徵為，上述推桿放置在內燃機的凸輪軸與搖臂之間，該內燃機具有用鋁合金製成的發動機機身。
5.一種如權利要求1、2或3所述的推桿，其特徵為，上述推桿放置在摩擦離合器中的壓板與離合器的鬆開驅動源之間。
6.一種用於製造推桿的方法，它包括下列步驟使桿身的端面中的一個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，以進行上述桿身與上述鋼球彼此間的電阻焊接，其特徵為，將由Al-Mg-Si基合金製成的管材用作上述桿身，將焊接電流I設定在18000≤I≤21000A的範圍內，將壓緊力P設定在350kgf≤P≤400kgf的範圍內，並將通電時間t設定在t＜2周的範圍內。
全文摘要
一種推桿包括一桿身和一通過電阻焊結合在桿身的至少一個端面上的鋼球。桿身2用鋁合金製造。因此，有可能提供一種重量輕而且可以以低成本製造的推桿。
文檔編號B23K11/20GK1154732SQ95194069
公開日1997年7月16日 申請日期1995年7月11日 優先權日1994年7月12日
發明者石內行雄, 濱本利一, 坂井道重, 永田信, 藁谷博, 石井巖男, 金子永二, 大規弘喜 申請人:本田技研工業株式會社, 株式會社本鄉