制造具有铸铁子组件的组件的方法

摘要

在此披露一种制造具有铸铁子组件的组件的方法。该方法可包括提供一个具有第一接合表面的钢插件，并且将该钢插件结合至一个铸铁部分以便形成一个铸铁子组件，从而使得该第一接合表面可为该铸铁子组件的外表面。

说明书

技术领域

本专利申请涉及一种制造具有铸铁子组件的组件的方法。

背景

在美国专利号7,518,082中公开了一种用于电弧焊接可锻铸铁的方法。

概述

在至少一个实施例中，提供了一种制造具有铸铁子组件的组件的方法。该方法可包括提供一个具有第一接合表面的钢插件，并且将该钢插件结合至一个铸铁部分以便形成一个铸铁子组件，这样使得第一接合表面为铸铁子组件的外表面。该方法可进一步包括提供一个具有第二接合表面的钢部件，并且使该第二接合表面与该第一接合表面顶接。该方法可进一步包括邻近第一接合表面和第二接合表面将铸铁子组件接合至钢部件。

在至少一个实施例中，提供了一种制造具有铸铁子组件的组件的方法。该方法可包括提供一个具有第一贴合表面的第一钢插件，并且在该第一钢插件周围浇铸第一铸铁部分以便制造一个第一铸铁子组件。该方法可进一步包括提供一个具有第二贴合表面的第二钢插件，并且在该第二钢插件周围浇铸第二铸铁部分以便制造一个第二铸铁子组件。该方法可进一步包括将第一贴合表面与第二贴合表面对齐，并且沿第一贴合表面和第二贴合表面焊接第一铸铁子组件，这样使得焊接部不延伸至并且不对第一铸铁部分和第二铸铁部分渗碳。

附图简要说明

图1为一个钢插件的透视图。

图2为另一个钢插件的透视图。

图3a和3b为制造具有铸铁子组件的组件的方法的流程图。

图4a和4b为接合至钢部件的铸铁子组件的截面图。

图5为组件的放大横截面图。

图6a和6b为铸铁子组件的截面图。

详细说明

按照要求，在此披露了本发明的多个详细实施例；然而将理解的是，所披露的这些实施例仅是本发明的示例，这些实施例可以按不同的和替代的形式来实施。这些图不一定按比例绘制；一些特征可能被夸大或最小化以便示出特定部件的细节。因此，在此披露的具体的结构上和功能上的细节不得解释为限制性的，而是仅作为教导本领域技术人员以不同方式采用本发明的代表性基础。

由于轮轴部件所经历的高压力和负载，轮轴部件通常由高强度铸铁制成。使用高强度铸铁可使得能够产生复杂形状的轮轴部件，并且可最小化机械加工处理。此类轮轴部件可包括轮轴外壳、制动鼓组件、载体组件、制动钳等。铸铁的碳和硅含量可影响将附件或其他部件焊接至轮轴部件以便形成轮轴组件的能力。在下表1中示出可流动铸铁(如灰铸铁、可锻铸铁、以及致密石墨铸铁)的材料成分。

表1：不同铸铁的材料成分

灰铸铁为可包含石墨微结构的一种类型的铸铁。石墨可为薄片形式并且由硅而稳定，这可抑制碳化铁的发展。灰铸铁中薄片形式的石墨可导致石墨遍及灰铸铁更大程度的溶解或扩散。石墨薄片的溶解或扩散可导致由灰铸铁制成的部分中的易碎区域。

可锻铸铁为包含石墨微结构的一种类型的铸铁。石墨可为球形或结节形式。添加锰或镁可使石墨能够呈结节或球形形式。相比灰铸铁，球形或结节微结构可提供更大的强度，并且增强延展性。

轮轴组件制造商所采用的普通形式的可锻铸铁为SAEJ434。SAEJ434可为用于与轮轴组件使用可接受的各种等级。在以下表2中示出SAEJ434等级的机械特性的一些实例。

表2：选择SAEJ434等级的机械特性

致密石墨铸铁(CGI)为包含石墨微结构的一种类型的铸铁。石墨可为钝薄片或半结节形式。半结节微结构可提供介于灰铸铁与可锻铸铁之间的强度和延展性。

焊接由铸铁制造的部分可出现各种问题。焊接由铸铁制造的部分所产生的热量可使石墨微结构进一步溶解或扩散。该溶解或扩散可导致焊接部附近碳化物、马氏体、渗碳体或贝氏体的形成。包括渗碳体的形成物可被称为“白铸铁”。这些形成物可减少这些铸铁制成的部分的强度。因此，由于其原始强度的潜在损失，工业标准通常警告不要焊接铸铁。

通常，可使用铸钢来形成轮轴部件，并且将铸钢附件部件焊接至铸钢轮轴部件以便形成轮轴组件。铸钢轮轴部件和附件部件可轻易焊接在一起。这些附件部件可为支架、外壳通气管、以及其他安装部件。遗憾的是，铸钢可具有比铸铁更大的成本，铸钢在一些应用中是成本高昂的。常规制造工艺阻止焊接铸铁轮轴部件，以便不降低部分性能。

排除在焊接铸铁部分中呈现的困难的一个可能解决方案为邻近铸铁部分的焊缝区域提供钢插件。这可使得能够焊接用作车辆轮轴组件的部分的高应力部件。钢插件可使非易碎电弧焊接能够通过这种钢插件、使用传统电弧焊接工艺来将铸铁部分结合至钢部件或其他铸铁部分。

参考图1，钢插件10可为具有四角形横截面的大体直线带。钢插件10可具有宽度12、厚度14和长度16。厚度14可被尺寸设置成使得焊接部不穿过钢插件10的厚度，从而不影响基础铸铁部分。钢插件10的表面可限定第一贴合或接合表面18。参考图2，钢插件10可具有大体弧形轮廓，这样使得钢插件10被配置成连续环。

钢插件10可由低碳钢(如SAE1006，1008和1010)制造而成。在以下表3中示出钢插件10的可能材料成分的一些实例。

表3：不同SAE等级的材料成分

参考图3a、4a和4b，示出一种制造具有铸铁子组件的组件的示例性方法。在方框100处可提供具有第一接合表面18的钢插件10。第一接合表面18可与相反配合表面间隔开。

在方框102处，可将钢插件10结合至铸铁部分40。钢插件10可放置在到被配置用于接收钢插件10的模具(未示出)中。模具可允许可流动铸铁倾泻在钢插件10的周围从而使得第一接合表面18可为所得铸铁子组件的外表面。可使用爆炸焊接或其他已知方法将钢插件10可选择地结合至铸铁部分40以便形成铸铁子组件。

如图4a中所示，钢插件10的第一接合表面18可与铸铁部分40的表面44齐平以便形成铸铁子组件42a。如图4b中所示，钢插件10的第一接合表面18可从铸铁部分40的表面44突出以便形成铸铁子组件42b。

在方框104处，可以提供钢部件46。钢部件46可为铸钢支架、通气管、或具有第二接合表面48的其他安装部件。

在方框106处，可相对于铸铁子组件放置钢部件46，使第一接合表面18和第二接合表面48大致顶接，如图4a和4b中所示。

在方框108处，可将铸铁子组件42a或42b接合至钢部件46。可通过非易碎电弧焊接部50邻近第一接合表面18和第二接合表面48将铸铁子组件42a或42b接合至钢部件46。可执行焊接处理从而使得焊接部不穿透过钢插件厚度14。这可抑制铸铁子组件42a、42b内白钢或其他碳化物的形成。

参考图3b、6a和6b，示出一种制造具有多个铸铁子组件的组件的示例性方法。

在方框200处，可提供第一钢插件60。第一钢插件60可为基本上直线性的并且具有第一贴合表面62。第一钢插件60可放置到被配置来接收第一钢插件60的模具中。

在方框202处，可将第一钢插件60铸入第一铸铁部分64中以便形成第一铸铁子组件66a或66b。可在第一钢插件60周围浇铸可流动铸铁，从而使得第一贴合表面62为第一铸铁子组件66a或66b的外表面。

第一钢插件60可具有第一侧表面68。第一侧表面68可从第一贴合表面62延伸并且进入第一铸铁部分64中。第一侧表面68具有的长度可以大于第一贴合表面62的长度，这样使得第一贴合表面从第一铸铁子组件66a或66b的表面78突出。

在方框204处，可提供第二钢插件70。第二钢插件70可为基本上线性的并且具有第二贴合表面72。第二钢插件70可放置到被配置用于接收第二钢插件70的模具中。

在方框206处，可将第二钢插件70浇铸至第二铸铁部分74中。可在第二钢插件70周围浇铸可流动铸铁，从而使得第二贴合表面72可以是可与第二铸铁部分74的表面80近似齐平的外表面，以便形成第二铸铁子组件76a。

如图6a中所示，第二钢插件70的第二贴合表面72可与第二铸铁部分74的表面80近似齐平以便形成铸铁子组件76a。如图6b中所示，第二钢插件70的第二贴合表面72可从第二铸铁部分74的表面80突出以便形成铸铁子组件76b。

在方框208处，第一铸铁子组件66a、66b可相对于第二铸铁子组件76a、76b放置。可对齐这些铸铁子组件从而使得第一贴合表面62与第二贴合表面72对齐。可使第一贴合表面62和第二贴合表面72顶接。

在方框210处，可沿第一贴合表面62和第二贴合表面72通过焊接部50来将铸铁子组件焊接在一起。

参考图5，示出焊缝的横截面图。由于浇铸处理，在钢插件10与铸铁部分40之间可产生界面58。铸铁子组件42随后可通过非易碎电弧焊接部50接合至钢部件46。

焊接部50可产生焊池52。紧邻焊接部50和焊池52的区域可限定熔化区54和热影响区56。

熔化区54可将接合表面或贴合表面物理熔化或接合在一起。熔化区54可至少部分熔融钢插件10与钢部分46之间的界面，或第一钢插件60和第二钢插件70之间的界面。

在焊接处理过程中，铸钢插件10和/或铸钢部件46可在热影响区56内被加热至邻近它们的熔化或熔融温度。由于焊接处理过程中所产生的热量，热影响区56内的材料的微结构和特性可发生改变。

钢插件10的厚度14可阻止热影响区56延伸至铸铁子组件42a、42b的铸铁部分40中，从而防止影响铸钢部分40的材料性能。例如，如果铸铁部分40是由可锻铸铁形成，热影响区56可延伸至铸铁部分40中。在铸铁部分40内，邻近熔化区54或在热影响区56内的区域可能不像可锻铸铁那样再固化，因为石墨可以类结节形式沉淀。这种未再固化可大幅降低由可锻铸铁形成的铸铁部分40的延展性或强度。铸钢插件10可限制热影响区56的延伸从而抑制铸铁部分40的微结构特性的改变，以便不影响铸铁子组件42a、42b的延展性或强度。

可执行焊接部50，这样使得焊接50部不延伸至或贴接它们对应的铸铁子组件的第一铸铁部分64或第二铸铁部分74。此外，热影响区56可不延伸至第一铸铁部分64或第二铸铁部分74，这可抑制渗碳或铸铁部分向白铸铁转化。

虽然以上描述了多个示例性实施例，但并不旨在这些实施例描述本发明的所有可能的形式。而是，在本说明书中使用的这些言词是说明而非限制的言词，并且应理解的是可以做出不同的改变而不偏离本发明的精神和范围。另外，不同实现实施例的特征可以组合以便形成本发明的进一步的实施例。