CN106949167B - 成型及机加工离合器毂的方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了制造扭矩传递离合器部件的新方法。该方法包括对离合器部件的凸缘部段与毂部段之间的接合部进行精压。另外，提供了通过新的制造方法制造的扭矩传递离合器部件和环状离合器毂。

Description

成型及机加工离合器毂的方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年8月31日提交的序列号为15/252,458且题目为“METHOD OFFORMING AND MACHINING A CLUTCH HUB(成型及机加工离合器毂的方法)”的美国专利申请以及于2015年9月15日提交的序列号为62/218,605且题目为“METHOD OF FORMING ANDMACHINING A CLUTCH HUB(成型及机加工离合器毂的方法)”的美国临时专利申请的权益和优先权，上述申请的全部公开内容通过参引并入本文。

技术领域

本公开内容总体上涉及制造带花键的扭矩传递部件的新方法以及根据该新方法制造的改进的带花键的扭矩传递部件。更具体地，本公开内容涉及离合器部件，比如通过使用拉伸成型工艺(draw forming process)、辊模花键成型工艺(roller die splineforming process)和精压操作(coining operation)制造的离合器毂和离合器鼓，所有这些工艺能够在传递压力机(transfer press)单元中依次提供。

背景技术

该部分提供了与本公开内容有关的背景信息，但未必是现有技术。

机动车应用中所使用的类型的动力传送装置——例如自动变速器、扭矩联轴器、动力输出单元和变速箱——通常配备有动力操作的多盘离合器组件。通常，多盘离合器组件包括由输入部件驱动的第一离合器构件(比如离合器毂)、用于驱动输出部件的第二离合器构件(比如离合器鼓)、布置在第一离合器构件与第二离合器构件之间的多盘离合器组，以及用于接合离合器组并且将驱动扭矩从离合器毂传递至离合器鼓的动力离合器致动器。离合器鼓和离合器毂通常是具有扭矩传递花键齿的环状部件，所述扭矩传递花键齿构造成与离合器组的离合器盘上形成的相应的离合器齿相接合及啮合。

为了在减少所述离合器构件的质量的同时保持所需的高强度和扭矩传递特性，通过使用多种金属成型工艺和金属切削工艺的组合由金属片材坯料来形成许多现代的离合器毂和离合器鼓，在下文中统称为环状离合器部件。目前用于制造环状离合器部件的大批量工艺的非限制性示例包括Grob花键工艺和流动成型(flow form)工艺。

由于这些成型金属片材离合器部件的设计，目前可用的工艺还存在若干已知的缺点。具体地，环状离合器部件首先由被拉伸成杯形部件的钢坯料形成，此杯形部件具有径向盘部段和轴向延伸的毂部段。杯形部件随后在心轴上成型以经由Grob花键工艺在毂部段中产生花键结构。花键结构的从凸缘部段至外径的起始部具有在较大OD上具有大半径以及在较小OD上具有小半径的倒圆(radius)的形式。通常，环状离合器部件在形成花键之后需要额外的金属切削或机加工过程，以在盘部段上形成安装部段，该安装部段构造成允许与其他扭矩传递部件的后续焊接或接合。为了确保环状离合器部件的盘部段的平面度，通常还需要金属切削加工过程。然而，盘部段的机加工需要切削工具沿着盘部段的整个长度切削并且使花键结构的边缘在较大OD表面和较小OD表面两者上都交会。该“切割”边缘轮廓导致切割中断，进而导致机加工的边缘材料被向下推至花键结构中成为毛刺。因此，需要后续去毛刺操作来去除花键结构区域中的毛刺。在离合器组件组装之前未移除的毛刺会对离合器组件的功能和使用寿命产生有害的影响。

为此，需要开发优于常规冷成型(Grob花键成型)工艺的能够形成环状离合器部件的改进金属成型工艺。

发明内容

该部分提供了本公开的主要发明内容，并非旨在被解释为本公开的所有方面、特征、优点和目的的全面列举。

本公开的一方面是提供使用金属成型操作的组合来制造高强度的扭矩传递部件的方法，并且该方法对于现有的拉伸成型、Grob花键成型和机加工部件而言是优越的解决方法。

本公开的另一方面提供了制造用于在多盘离合器(或制动器)组件中使用的高强度扭矩传递离合器部件的方法。

本公开的又一方面提供了改进的形成非中断(即非切割)的花键结构边缘轮廓的方法，从而消除了与常规中断的切割花键结构相关联的毛刺产生并且不需要后续的去毛刺操作。

另一方面是通过使用压力工具以与标准冷成型(Ernst Grob)工艺相比较高的输出速率来制造成品零件。

再一方面是提供简化的部件设计，消除昂贵的去毛刺操作、减少额外机加工需要以及使用精压特征作为用于后续焊接操作的基准(datum)。

根据本公开的这些以及其他方面，提供了带花键的环状离合器部件。带花键的环状离合器部件包括径向凸缘部段。轴向延伸的毂部段在边缘接合部处一体地联接至径向凸缘部段。在毂部段的从敞开的自由端至边缘接合部的外表面中辊压成型有花键。在花键成型操作完成之后经由精压工艺对边缘接合部进行精压以提供无毛刺的精压接合部。

根据本公开的另一方面，提供了环状离合器毂。环状离合器毂包括大致呈盘形形状的凸缘部段。凸缘部段绕中央孔口和中心轴线延伸，并且径向向外终止于边缘区域处。大致呈管状形状的毂部段从凸缘部段的边缘区域延伸以限定凸缘部段与毂部段之间的接合部。毂部段从接合部沿轴向延伸至敞开端。沿着毂部段限定有多个辊压成型的花键，所述多个辊压成型的花键各自从接合部沿轴向延伸至敞开端并且沿周向彼此间隔开。花键通过辊压成型工艺产生。第一精压接合部区域限定在凸缘部段与毂凸缘之间的接合部处。第一精压接合部区域绕轴线沿周向延伸。第一精压接合部区域经由精压工艺形成以提供凸缘部段与毂部段之间的无毛刺的精压接合部。

根据本公开的再一方面，提供了制造扭矩传递离合器的方法。该方法包括将金属片材坯料拉伸成具有径向凸缘部段和轴向毂部段的杯形预成形件。在形成预成形件之后，在毂部段中辊压出多个花键结构。该方法还包括修边以及在毂部段的端部部分中形成倒角。此外，该方法包括对凸缘部段与毂部段之间的接合部进行精压。对接合部的精压产生第一精压接合部区域，该第一精压接合部区域为花键结构的端部提供非中断的边缘轮廓。

根据本文提供的描述其他可应用的领域将变得明显。在该发明内容中的描述和具体示例仅用于说明的目的而非意在限制本公开的范围。

附图说明

本文中描述的附图仅用于所选实施方式的说明性目的并非所有可能的实施方案，并且不意在限制本公开的范围。

图1是多盘离合器组件中所使用的常规类型的离合器毂的立体图，此离合器毂通过使用Grob花键成型工艺拉伸的杯形预成形件制造，并且其中示出了处于“预机加工”状态；

图2是图1中所示的离合器毂的局部截面图，其中示出了处于如成型的预机加工状态的Grob花键结构；

图3是与图2相似的局部截面图，其中示出了导致在背景技术部分中提到的缺点的后续金属切削机加工操作；

图4是通过使用体现本公开内容的教示的新成型工艺制造的离合器毂的立体图；

图5是图4的局部截面图，其中示出了改进的离合器毂，所述改进的离合器毂具有与本公开相关联的非机加工的直式花键特征、精压的边缘特征、以及后续精压或机加工的安装特征；

图6是图4中所示的离合器毂的局部放大视图，以更好地示出直式花键特征和精压特征；

图7是图6的进一步放大的截面图，以进一步示出精压区域和无毛刺的花键结构；

图8与图6类似但示出了在精压操作之后的后续加工操作；

图9与图7类似并且是图8的放大截面图，其中进一步示出了机加工操作；

图10是列出了用于以多工位传递压力机制造本公开的离合器毂的制造步骤和/或操作的工艺流程图表；

图11是图10的传递模工艺流程图的简化/说明性视图；以及

图12和图13是配备有根据本公开的教示制造的一个或更多个环状离合器部件的离合器组件的示意性视图。

在整个附图中的多幅图中，相应的附图标记指示相应的部分和/或子组件。

具体实施方式

现在将参照附图对示例性实施方式进行更充分地描述。

提供的示例性实施方式使得本公开内容将是全面的并且将充分地传达本公开的范围给本领域所属技术人员。阐述了许多具体的细节，诸如具体部件、装置和方法的示例，以提供对本公开的实施方式的全面的理解。对于本领域的普通技术人员明显的是，不需要使用具体细节，示例性实施方式可以以多种不同形式体现并且所述示例性实施方式也不应被理解为对本公开内容的范围的限制。在一些示例实施方式中，没有对已知的工艺、已知的装置结构和已知的技术进行详细地描述。

本文中使用的术语仅用于描述具体示例实施方式的目的而不意在进行限制。除非上下文中清楚地指出，否则本文中所使用的单数形式“一”、“一种”和“该”也可旨在包括复数形式。术语“包括”、“包括有”、“包含”和“具有”是包含性的并且因此明确指明所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、元件和/或其组的存在或增加。除非特别指出执行的顺序，否则本文中所述的方法步骤、过程和操作将不解释为必需要求其按照所讨论的或所示出的具体顺序执行。应理解的是，还可采用另外的或替代性的步骤。

当元件或层被称为“在另一元件或层上”、“接合至”、“连接至”或“联接至”另一元件或层时，该元件或层可以直接地在另一元件或层上、接合、连接或联接至另一元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接地在另一元件或层上”、“直接地接合至”、“直接地连接至”或“直接地联接至”另一元件或层时，可以没有居间的元件或层。用于描述元件之间的关系的其他词应以类似的方式解释(例如“在……之间”与“直接地在……之间”、“相邻”与“直接地相邻”等)。如本文中所用，术语“和/或”包括相关的所列项目中的一者或更多者中的任意组合和全部组合。

虽然术语第一、第二、第三等可以在本文中用来描述各个元件、部件、区域、层和/或部段，但是这些元件、部件、区域、层和/或部段应不受这些术语的限制。这些术语仅用于使一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段彼此区分开。除非上下文中清楚地指出，否则诸如“第一”、“第二”的术语以及其它数值术语当在本文中使用时不暗含顺序或次序。因此，在不脱离示例性实施方式的教示的情况下，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。

在本文中可以使用空间相关的术语，比如“内”、“外”、“在……之下”、“在……下方”、“下”、“在……上方”、“上”等，以便于描述一个元件或特征与其他元件或特征如图中所示的关系。空间相关的术语可意在包含装置在使用时或操作时的除了附图中所描绘的方位之外的不同方位。例如，如果附图中的装置翻转，则被描述为“在其他元件或特征下方”或“在其他元件或特征之下”的元件将被定向为“在其他元件或特征上方”。因此，示例术语“在……下方”可以包含在上方和在下方两个方位。装置可以以其他方式定向(旋转90度或以其他取向)并且相应地解释本文中所使用的空间相关的描述。

大体上，本公开的教示涉及由钢坯料制造环状离合器部件的方法，并且该方法能够提供非机加工的直式花键。该方法还包括精压操作，所述精压操作适于在多工位成型操作(即传递压力机)中使用。本公开内容还涉及使用该新的零件成型工艺制造的环状离合器部件。在优选实施方式中，环状离合器部件是在车辆的传动系应用中使用的多盘摩擦离合器组件的离合器毂，所述车辆的传动系应用可以包括但不限于自动变速器、变速箱、动力输出单元、扭矩联轴器和脱开离合器(disconnect couplings)。具体而言，本公开内容提供了这样的制造工艺：所述制造工艺涉及通过利用金属成型工艺(比如压制深拉或冷成型)来减少扭矩传递离合器部件上的毛刺和/或后置去毛刺过程的需要，所述金属成型工艺通过高吨位的传递压力机替代常规的冷加工/成型(即Grob花键)从而允许成本优化。

图1至图3示出了常规(现有技术)的离合器部件，在下文中的环状离合器部件10，其具有径向盘或凸缘部段12以及轴向毂部段14，并且所述径向盘或凸缘部段12和轴向毂部段14一起限定通过冷成型操作形成的杯形构件。杯形构件随后经受花键成型工艺——通常被称作Grob花键法——以在轴向毂部段14中形成一组沿周向排列的花键结构16、即“多个花键”。随后，引入修边及开槽操作来冲出多个输油孔18并且在径向凸缘部段12中形成适合尺寸的孔口20。图2中示出了在这些初始操作之后的环状离合器部件10。Grob花键工艺的已知的缺点在于径向凸缘部段12和轴向毂部段14的接合部22处的外径向轮廓。该轮廓需要如图3中所示的后续机加工(即金属切削操作)以移除材料，并且提供机加工的直式花键24和用于随后与附加的驱动/从动部件激光焊接的机加工阶梯部26。已知的用于直式花键24的机加工操作导致必须经由去毛刺操作移除的毛刺。以上描述是已知的并且在商业上成功的用于制造金属成型离合器毂的方法的简短的公开，制造的离合器毂具有尺寸设定成且构造成与多盘离合器组的离合器盘上形成的内部离合齿啮合的花键16。这种“现有技术”的离合器毂满足了其预期目的。然而，以下详细公开的替代性制造方法意在消除花键机加工和阶梯部机加工操作并且消除后续去毛刺的需要。

为此，图4至图9示出了根据参照图10和图11以图表方式公开的新方法制造的改进的环状离合器部件100的各种特征。特别地，图4示出了环状离合器部件100包括杯形构件，该杯形构件绕中心轴线A布置并且具有径向凸缘部段102和轴向延伸的毂部段104。径向凸缘部段102和毂部段在接合部105处交会。毂部段从接合部105延伸至开口端107。杯形的预成形件(以拉伸操作形成的)随后暴露于辊模以在毂部段104上形成连续系列的沿周向排列的花键结构106。如所示，还设置有输油孔108和中央孔口110。根据本公开的内容，多工位传递压力机用于输出包括非切割的直式花键结构106(经由辊压和展平操作形成)和精压区域112(经由精压操作形成)的成品零件。后续的第二精压操作或机加工操作提供了构造成允许驱动/从动部件与离合器部件100接合(即焊接)的第二精压/机加工区域114。

参照图6和图7，示出了在花键辊压成型操作和精压操作之后的离合器部件100。精压区域112限定有圆形边缘部段120和肩部部段122。如已知的，精压操作是金属变形工艺而不是金属切削工艺。精压轮廓示出了边缘半径的材料至外侧较大直径的移位从而产生阶梯状轮廓。因此，在边缘部段120与花键结构106的每个花键结构的端部轮廓之间建立“非中断”接合部。每个花键结构106包括较大直径表面124、较小直径表面126和一对侧表面128。由于存在非中断(即非切割)接合部，因此不涉及毛刺的产生和存在。

图8和图9与图6和图7类似，但是示出了边缘精压工艺之后的后续操作。该后续操作可以是机加工(金属移除)操作或第二精压(金属变形)操作，并且单独地设置成在径向凸缘部段102上建立具有安装表面130的安装区域114，其中附加部件焊接至所述安装区域114。安装表面130经由肩部表面134连接至径向凸缘部段102的展平表面132。如果使用机加工，应指出的是刀具不会切割穿过花键结构；因此，没有毛刺被拉入花键结构106中。如附图中所示，肩部部段122和肩部表面134各自沿着其至少一部分可以大致具有弧形形状。应了解的是弧形的半径可以变化。

参照图10，示出了多工位传递压力机140的一个非限制性变型的工艺流程图的示例，用于指示用来制造离合器部件100的一系列制造操作。由块150指示的第一步骤或操作提供了在传递压力机140内用于将钢坯料拉伸成杯形预成形件的操作。由块152指示的第二步骤或操作定义了在传递压力机140内进行的再次冲击杯形预成形件并且在径向凸缘部段102中冲出定位器孔的操作。在接下来的由块154指示的操作或步骤中，执行第一或初始辊模操作以在毂部段104中形成花键结构。虽然不需要，但是在初始花键辊压操作154之后设置有由块156指示的空载步骤或工位。块158指示了对毂部段104上的花键结构进行的另一辊压。之后设置有附加的空载工位160、162。

在花键辊压操作(多次花键辊压操作)完成之后，设置有如由块164指示的整平或展平金属成型件的操作，以使径向凸缘部段102的表面132展平并且将孔口110冲至其粗略的直径。块166指示了对轴向毂部段104的开口端边缘表面进行修边和精压的步骤或操作。块168指示了补充的(可选的)修边和精压操作，以扩充由块166指示的操作。块170至块174指示了在传递压力机140中提供的用于冲出输油孔108的连续步骤或操作。精压区域112经由由块176提供的精压操作形成。在该精压操作和可能的空闲工位178之后，在由块180指示的操作中将凸缘部段102中的孔口110冲成其最终形状和尺寸。在传递压力机140中还可设置有用于形成安装区域114、即第二精压/机加工区域114的第二精压操作。为了更清楚，图11示出了在与传递压力机140相关联的相继操作期间提供的离合器部件100的各个成型的构型。

参照图12，示出了布置在旋转输入部件202与旋转输出部件204之间的多盘摩擦离合器组件200的基本示意图。离合器组件200包括由输入部件202驱动的离合器毂206、驱动输出部件204的离合器鼓208、离合器组210和动力操作的离合器致动器212。离合器组210包括经由花键联接至离合器毂206的内离合器盘214以及经由花键联接至离合器鼓208的外离合器盘216。离合器致动器212向离合器组210施加接合力以将驱动扭矩从输入部件202传递至输出部件204。可以预期的是，至少离合器毂206(以及可能的离合器鼓208)是使用本公开的方法制造的。

图13是被用作动力操作的制动装置、可能作为自动变速器的一部分的摩擦离合器组件200的基本示意图。如所示，离合器鼓208现在是静止构件，而离合器毂206联接至行星齿轮组220的部件。已知的是，摩擦离合器200的释放和制动操作用于通过行星齿轮组220将一对传动比输出提供至输出部件204。

示出本公开的离合器部件的潜在用途的目的是旨在允许本领域所属技术人员能够了解这些辊压的带花键的环状离合器部件适于许多机动车和非机动车的扭矩变速器应用。

为了图示和说明的目的提供了以上描述的实施方式。但其不意于穷举或限制该公开内容。具体实施方式的各个元件或特征通常不限于该具体实施方式，而是在适合的情况下可以互换并且可以用于所选择的实施方式，即使未被具体示出或描述。同样，具体实施方式的各个元件或特征也可以以许多方式变化。这种变化不会被视为背离本公开内容，并且所有这种修改意在包括在本公开内容的范围内。

Claims (8)

1.一种带花键的环状离合器部件，包括：

径向凸缘部段；以及

轴向延伸的毂部段，所述轴向延伸的毂部段在边缘接合部处一体地联接至所述径向凸缘部段；

其中，在所述毂部段中从敞开的自由端至所述边缘接合部在外部辊压成型有花键，其中，所述边缘接合部在花键成型操作完成之后经由精压工艺进行精压以提供无毛刺的精压接合部，

其中，所述精压接合部包括边缘部段和肩部部段，所述边缘部段是大致平面的且终止于所述花键处，所述肩部部段从所述边缘部段向上延伸。

2.根据权利要求1所述的带花键的环状离合器部件，还包括由所述径向凸缘部段限定的从所述精压接合部径向向内的第二精压区域，其中，所述第二精压区域在所述精压接合部完成之后经由精压工艺进行精压。

3.根据权利要求2所述的带花键的环状离合器部件，其中，所述第二精压区域包括肩部表面和安装表面，其中，所述肩部表面与所述精压接合部间隔开，并且所述安装表面是大致平面的且在所述精压接合部与所述肩部表面之间延伸。

4.一种环状离合器毂，包括：

凸缘部段，所述凸缘部段大致呈盘形形状，并且绕中央孔口和中心轴线延伸且径向向外终止于边缘处；

毂部段，所述毂部段大致呈管状形状，并且从所述凸缘部段的所述边缘延伸以限定所述凸缘部段与所述毂部段之间的接合部，并且其中，所述毂部段从所述接合部沿轴向延伸至敞开端；

沿着所述毂部段的多个辊压成型的花键，所述多个辊压成型的花键各自从所述接合部沿轴向延伸至所述敞开端，其中，所述花键通过辊压成型工艺产生，并且其中，所述花键围绕所述毂部段沿周向彼此间隔开；以及

第一精压接合部区域，所述第一精压接合部区域限定在所述凸缘部段与所述毂部段之间的所述接合部处，其中，所述第一精压接合部区域绕所述轴线沿周向延伸，其中，所述第一精压接合部区域经由精压工艺而形成，以提供所述凸缘部段与所述毂部段之间的无毛刺的精压接合部，并且其中，所述第一精压接合部区域具有大致垂直于所述中心轴线延伸的边缘部段以及从所述边缘部段向上延伸的肩部部段。

5.根据权利要求4所述的环状离合器毂，还包括在所述凸缘部段上从所述第一精压接合部区域径向向内限定的第二精压区域，其中，所述第二精压区域在所述第一精压接合部区域完成之后经由精压工艺进行精压。

6.一种制造扭矩传递离合器部件的方法，包括下述步骤：

将金属片材坯料拉伸成具有径向凸缘部段和轴向毂部段的杯形预成形件；

在所述毂部段中辊压多个花键结构；

在所述毂部段的端部部分中进行修边并且形成倒角；以及

对所述凸缘部段与所述毂部段之间的接合部进行精压；

其中，对所述接合部的所述精压产生第一精压接合部区域，所述第一精压接合部区域为所述花键结构的端部提供非中断的边缘轮廓。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述第一精压接合部区域具有径向延伸的边缘部段和从所述边缘部段向上延伸的肩部部段。

8.根据权利要求6所述的方法，还包括沿着所述凸缘部段从所述第一精压接合部区域径向向内精压出第二精压区域。