机加工异质材料的方法

机加工异质材料的方法
【专利摘要】公开了一种机加工异质材料的方法。公开了对包括多种异质材料的部件进行机加工的方法。一种方法可包括：在部件中进行第一次切削，以去除部件中最硬的材料的至少一部分，并沿着不包括最硬的材料的另一个切削路径在部件中进行第二次切削。第一次切削可在部件中暴露出切削表面，第二次切削可延伸穿过所述切削表面。所述切削可利用车削操作进行，并且不同的切削工具可用于第一次切削和第二次切削。最硬的材料可至少具有50HRC的硬度，其余的材料可最多具有45HRC的硬度。公开的方法可用来在壳和中心齿轮组件中形成推力面表面，从而延长工具寿命并减少废品。
【专利说明】机加工异质材料的方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2015年2月23日提交的序列号为62/119,559的美国临时申请的权益，该美国临时申请公开的全部内容通过引用包含于此。
技术领域
[0003]本公开涉及机加工异质材料(例如，不同硬度的材料)的方法。
【背景技术】
[0004]为了提供或创建平整表面，有时需要进行切削操作。就壳和中心齿轮组件而言，这可涉及切过具有不同属性的材料的推力面表面切削。例如，中心齿轮和壳可由不同材料成分构成和/或它们的材料具有不同的硬度。此外，齿轮和壳之间的焊接会增加另一种不同的材料成分和/或硬度值。可被称为推力面机加工操作的切削可通过车削操作(其中，组件旋转并通过不旋转的工具进行切削)进行。

【发明内容】

[0005]在至少一个实施例中，提供一种对包括多种异质材料的部件进行机加工的方法。所述方法可包括:在部件中进行第一次切削，以去除部件中最硬的材料的至少一部分;沿着不包括最硬的材料的另一个切削路径在部件中进行第二次切削。
[0006]在一个实施例中，第一次切削在部件中暴露出切削表面，第二次切削延伸穿过所述切削表面。所述部件可包括硬度小于最硬的材料的硬度的至少两种材料。所述另一个切削路径可延伸穿过硬度小于最硬的材料的硬度的至少两种材料中的每者。在一个实施例中，第一次切削和第二次切削包括车削操作。第一次切削和第二次切削可利用不同的切削工具进行。在一个实施例中，最硬的材料至少具有50HRC的硬度，第二切削路径延伸穿过最多具有45HRC的硬度的材料。在另一个实施例中，第一次切削以相对于最硬材料的表面倾斜的角度进行，第二次切削大致垂直于最硬的材料的表面进行。多种异质材料可以均为钢。第一次切削可首先接触最硬的材料。第一次切削可延伸穿过至少三种材料。
[0007]在至少一个实施例中，提供一种对包括多种异质材料的部件进行机加工的方法。所述方法可包括:在部件中进行第一次倒角切削，以去除部件中最硬的材料的至少一部分，并暴露出倒角表面;沿着由比最硬的材料软的多种材料构成的另一个切削路径在部件中进行第二次切削切过倒角表面。
[0008]所述倒角表面可包括最硬的材料的区域和比最硬的材料软的材料的至少一个区域。在一个实施例中，第一次切削和第二次切削包括车削操作，并且第一次切削和第二次切削利用不同的切削工具进行。在另一个实施例中，最硬的材料至少具有50HRC的硬度，所述多种材料中的每者最多具有45HRC的硬度。第一次切削可以以相对于最硬材料的表面倾斜的角度进行，第二次切削可大致垂直于最硬的材料的表面进行。第一次切削可首先接触最硬的材料。第一次切削可延伸穿过至少三种材料。
[0009]在至少一个实施例中，提供一种形成齿轮组件中的推力面表面的方法。所述方法可包括:在齿轮中进行倒角切削，以去除齿轮的表面硬化层的至少一部分;沿着相对于倒角切削倾斜并大致垂直于齿轮的中心轴线的切削路径进行推力面表面切削，所述切削路径未延伸穿过齿轮的表面硬化层。在一个实施例中，切削路径延伸穿过焊缝和齿轮组件的壳。
【附图说明】
[0010]图1是在机加工之前的壳和中心齿轮组件的透视图；
[0011]图2是在机加工之前的壳和中心齿轮组件的截面图；
[0012]图3是传统的单次切削推力面表面切削机加工操作的示意图；
[0013]图4A是根据实施例的多次切削推力面表面切削机加工操作的第一步的示意图；
[0014]图4B是根据实施例的多次切削推力面表面切削机加工操作的第二步的示意图；
[0015]图4C是根据实施例的多次切削推力面表面切削机加工操作之后的部件的示意图；
[0016]图5是根据实施例的机加工包括异质材料的部件的多次切削方法的流程图；
[0017]图6A是根据实施例的包括异质材料的部件的多次切削机加工操作的示意图；
[0018]图6B是根据实施例的包括异质材料的部件的多次切削机加工操作的示意图；
[0019]图6C是根据实施例的包括异质材料的部件的多次切削机加工操作的示意图；
[0020]图6D是根据实施例的包括异质材料的部件的多次切削机加工操作的示意图；
[0021]图7A是根据另一个实施例的包括异质材料的部件的多次切削机加工操作的示意图；
[0022]图7B是根据另一个实施例的包括异质材料的部件的多次切削机加工操作的示意图；
[0023]图7C是根据另一个实施例的包括异质材料的部件的多次切削机加工操作的示意图；
[0024]图7D是根据另一个实施例的包括异质材料的部件的多次切削机加工操作的示意图；
[0025]图8是加工壳和中心齿轮组件之前的照片；
[0026]图9是根据实施例的在多次切削机加工操作之后的壳和中心齿轮组件的照片；
[0027]图10是在机加工之前的壳和中心齿轮组件的截面图，示出了多种异质材料和它们的硬度；
[0028]图11是附加在壳和中心齿轮组件的截面上的传统的单次切削机加工操作的示意图；
[0029]图12是根据实施例的附加在壳和中心齿轮组件的截面上的多次切削机加工操作的不意图；
[0030]图13是根据实施例的在多次切削机加工操作后的壳和中心齿轮组件的一侧的立体照片；
[0031]图14是图13的放大的照片；
[0032]图15是根据实施例的在多次切削机加工操作后的壳和中心齿轮组件的一侧的俯视照片；
[0033]图16是根据实施例的在多次切削机加工操作后的壳和中心齿轮组件的另一侧的立体照片。
【具体实施方式】
[0034]根据需要，在此公开本发明的详细的实施例；然而，应理解，公开的实施例仅为本发明的示例，其可以以多种和可替代的形式实施。附图不一定按比例绘制;可夸大或极小化一些特征以显示特定部件的细节。因此，在此所公开的具体结构和功能细节不应解释为限制，而仅为教导本领域技术人员以多种形式使用本发明的代表性基础。
[0035]参照图1和图2，示出了在机加工之前的壳和中心齿轮组件10。组件10包括齿轮12和壳14，焊缝16将齿轮12和壳14连接在一起。齿轮12可被表面硬化或表层硬化，使得齿轮外表面18的至少一部分具有比体(bulk)20更高的硬度值(例如，洛式C(HRC，Rockwell C))。如现有技术中所知，表面硬化层被理解为具有不可忽略的深度(例如，非二维)。表面硬化的深度可取决于所用的方法和部件的应用，并且可以是几纳米、几微米或几毫米深。表面硬化方法的非限制性实施例包括火焰/感应硬化、渗碳、渗氮和碳氮共渗。壳14可由具有比齿轮12(表面或体和表面)的硬度相对低的硬度的材料形成。焊缝16也可具有可能与齿轮12、体20和/或表面18和壳14不同的硬度值。如焊接领域中所知的，在焊缝16和齿轮12(或者，可选地，焊缝16和壳14)之间可存在热影响区(HAZWSt3HAZ 22通常指的是基材(例如，金属)没有被熔化但其微观组织和/或属性已经被焊接改变的区域/范围/部位。因此，HAZ 22可具有与齿轮12(表面和/或体)、壳14和/或焊缝16不同的硬度值。表面硬化层18可以是组件10中最硬的材料或者是至少比体20、HAZ22、焊缝16和壳14硬的材料。
[0036]因此，示出的组件10包括五种异质材料(dissimilar material)。然而，组件10是示例，可存在少于五种异质材料或多于五种异质材料。例如，两种材料、三种材料、四种材料、六种材料、七种材料或更多种材料。如在此使用的，“异质材料”可指具有不同成分或不同属性的材料。例如，齿轮12的表面18和体20可具有相同的化学成分，但是表面可由于材料处理操作(例如，表面硬化)而具有不同属性(例如，更高的硬度)。在另一个示例中，齿轮12和壳14可由不同类型的钢形成，因此可具有不同的成分(例如，不同合金化元素和/或浓度)。具有不同成分的部件也可具有不同的属性(例如，硬度)，但不是必须的。
[0037]参照图3，以截面示出了推力面表面切削的示例。如上所述，推力轴承(未示出)可被定位并与壳和中心齿轮组件(SSG组件)10接触。为了有效地运转，推力轴承可能需要接触SSG组件10上的平整表面。如在此使用的，“平整表面”可指大体上平坦的表面。在SSG组件10的情况下，平整表面可以垂直于或大体上垂直于齿轮12的中心轴线。如图2中所示，焊接过程在SSG组件10的齿轮12通过焊缝16焊接到壳14的区域上会产生不平坦的顶表面24。
[0038]按照惯例，可进行单次切削机加工操作以产生平整的顶表面，如图3中的箭头指示的。如上所述，在SSG组件10中，齿轮12可以被表面硬化或表层硬化，使得其外表面18的至少一部分具有比体20更高的硬度值(例如，洛式C)。因此，标准的单次切削机加工操作必须首先切过硬表面18，然后切过体20、HAZ 22、焊缝16、壳14。通常通过车削操作进行单次切削推力面表面切削。车削是本领域中公知的机加工操作，因此将不再详细描述。总之，车削包括旋转工件并利用不旋转的工具切削工件。所述工具可具有切削刀片或包括切削刃的可替换的端部。
[0039]切削工具和刀片通常被设计并被构造为切削某种类型的材料，而不是很多种材料。一些刀片被设计用于切削高硬度材料，而其它刀片被设计用于切削低硬度材料。然而，在传统的单次切削推力面表面切削的情况下，利用同一工具或刀片来切过异质材料(例如，具有不同属性(诸如硬度)的材料)。已经发现利用单个工具来进行用于推力面表面切削的单次切削造成低的工具寿命和高的废品率。已经发现切削刀片的切削刃被齿轮12的初始硬表面18损坏。在切削过程中，切削刃对于在余下的较软的材料(例如，体、HAZ、焊缝、壳)中产生平滑、整齐的切削而言是重要的。因此，如果刀片的切削刃被损坏，则形成的新的推力面表面会有裂纹、缺口、毛边或其它缺陷，这降低推力面表面的质量。如果表面被损坏的太严重，则SSG组件10可能不得不被废弃，这造成材料浪费和成本增加。
[0040]参照图4A-图7D，示出了机加工异质材料的新方法100的实施例。图4A至图4C示出了应用到SSG组件10的方法的实施例。取代单次切削，以多次(例如，两次或更多次)切削来进行机加工操作(例如，车削)。如图4A中所示，被称为对角线、斜线或倒角切削的第一次切削25在将要进行推力面表面切削的区域去除齿轮12的硬表面18的一部分。取决于切削的角度和离顶表面24向下多远开始切削，倒角切削25还可去除体20、HAZ 22、焊缝16和壳14中的一个或更多个的一部分。
[0041]不要求倒角切削相对于齿轮12的壁26(所述壁垂直于或大致垂直于推力面表面切肖IJ，平行于或大致平行于齿轮12的中心轴线)的角度。倒角切削的角度可以是从壁26的将要进行推力面表面切削的一部分去除硬表面18的至少一部分的任意角度。在一个实施例中，可以从壁26朝向壳14(例如，远离齿轮12的中心轴线)以I度至89度(或其中的任意子区间)的角度进行倒角切削。例如，可以以5度至85度、10度至80度、20度至70度、30度至60度或40度至50度的角度进行倒角切削。倒角切削的高度(例如，从顶表面24至倒角切削的起点的竖直距离)可以是从壁26的将要进行推力面表面切削的一部分去除硬表面18的至少一部分的任意高度。在一个实施例中，倒角切削的高度可以从0.1mm至50mm或其中的任意子区间，例如，0.I臟至25臟、0.I臟至10臟、0.I臟至&nm、0.5臟至&nm、0.5臟至2.5mm或大约I臟(例如，±0.5mm) ο
[0042]倒角切削25会在SSG组件10上暴露出倒角表面28。倒角表面28包括不包含硬表面18的至少一部分。取决于倒角切削的角度和从顶表面24至切削起点的距离，暴露出的倒角表面28可包括包含体20、HAZ 22、焊缝16和壳14中的一个或更多个的区域。倒角表面28还可包括硬表面18的一部分，但该部分没有位于将要进行推力面表面切削的区域中。在图4B中示出的实施例中，倒角表面28包括硬表面18的顶部区域并主要包括HAZ 22的顶部区域。
[0043]在倒角切削之后，可进行第二次切削29，这可以是推力面表面切削。推力面表面切肖Ij (如图4B中所示)可形成推力表面30，如图4C中所示。推力表面30可以是平坦的，例如，垂直于或大致垂直于齿轮12的中心轴线。为了形成平坦的推力表面30，推力面表面切削可以是相对于壁26和/或齿轮12的中心轴线水平切削或横向切削。在一个实施例中，推力面表面切削可垂直于或大致垂直于壁26和/或齿轮12的中心轴线。推力面表面切削可首先在不包括硬表面18的区域或范围内接触并切过倒角表面28。推力面表面切削可首先接触包括任何其它较软材料的区域或范围(例如，体20、HAZ 22、焊缝16或壳14)。在图4B和图4C中所示的实施例中，推力面表面切削首先接触HAZ 22的区域。然后，推力面表面切削可继续切过其余材料(在实施例中示出的焊缝16和壳14)以形成推力表面30。或者，所述切削可沿相反的方向进行，其中，切削通过倒角表面28退出。
[0044]由于倒角切削，切削工具可避免在进行推力面表面切削时切过硬表面18。如上所述，由于硬表面18具有非常高的硬度，所以硬表面18会损坏切削工具的切削刀片。通过在推力面表面切削期间避开硬表面18，所述工具的切削刀片可保持锋利并且不会损坏。这可允许切削刀片产生非常平整、光滑、整齐的没有裂纹、缺口、毛边或其它缺陷的推力表面30，从而减少废品。避开硬表面18还可显著地增加切削刀片的工具寿命，这可使成本更低并减少由于替换工具而花费的时间。
[0045]用于倒角切削的工具或切削刀片(例如，第一工具)可与用于推力面表面切削的工具(例如，第二工具)不同。由于倒角切削仍然涉及切过硬表面18，所以第一工具上的切削刀片在切削过程中可能仍会被损坏。然而，与推力表面30相比，倒角表面28的质量要求较低。在一个实施例中，倒角表面28除了提供进行推力面表面切削的表面之外，可大体上是非功能性的。如果倒角表面具有较低的质量要求或没有质量要求，那么在传统的、单次切削的推力面表面切削的过程中出现的损坏类型对于倒角表面切削可能不是问题。由于与推力表面30相比，倒角表面28上更大数量和/或严重的缺陷是可以接受的，因此，第一工具可能不需要像在单次切削操作中使用的工具那样频繁地替换。第二工具可仅切过相对软的材料(至少与硬表面18相比更软)，因此，与第一工具相比，对刀片的切削刃的损坏会显著减少。结果，与单次切削工具相比，第二工具可具有提高的工具寿命。因此，公开的包括第一次倒角切削和第二次推力面表面切削的多次切削方法可显著地减少浪费、设备的停机时间和设备成本，同时也提高了工具寿命和SSG组件10中的推力表面的质量。
[0046]由于可通过不同的工具(例如，第一工具和第二工具)进行倒角切削和推力面表面切削，所以工具可根据被切削的材料定制。由于第一工具切削硬材料(例如，硬表面18)，因此可选择被设计为或被构造为切削非常硬的材料的工具或切削刀片。例如，在第一工具上的切削刀片可以是碳化物、立方氮化硼(CBN)或金刚石。由于第二工具不需要切削非常硬的材料(至少与第一工具相比)，可选择被设计为或被构造为具有长的工具寿命同时仍然提供平滑、整齐的切削的工具或切削刀片。或者，因为对第二工具上的切削刀片的性能需求可由于切削较软的材料而可能不是那么高，所以第二工具上的切削刀片可以是较便宜的工具类型。例如，第二工具上的切削刀片可以是碳化物、碳钢、高速钢、钴、陶瓷或金属陶瓷。虽然考虑到第一工具和第二工具可不同或根据被切削的材料定制，但是也考虑所述工具可使用相同类型的刀片。虽然已经列出了合适的工具类型的非限制性示例，但是考虑到本公开对本领域的普通技术人员将明显的是，适用于被切削的材料的任何切削工具或刀片可用于两个工具中的任意一个。
[0047]虽然上面已经描述了公开的关于SSG组件10的多次切削方法100，但是所述方法可被应用到包含异质材料的任何机加工操作。参照图5，方法100总体上包括三步:进行倒角切肖IJ、更换工具和进行另一次切削切过倒角。在步骤102，进行倒角切削。如上所述，倒角切削可暴露出部件上的包括异质材料的倒角表面。所述部件可包括至少两种异质材料，例如至少三种异质材料、四种异质材料、五种异质材料或更多种异质材料。如上所述，异质材料可包括具有不同成分或不同属性的材料。在一个实施例中，异质材料具有不同的硬度。异质材料可在部件的至少一部分中彼此邻近。在一个实施例中，部件中的最硬的材料可以在部件的一边上或一端上。在另一个实施例中，最硬的材料可以设置在其它较软的材料之间。
[0048]倒角切削102可被构造为暴露出倒角表面，该倒角表面包括不包含部件中的最硬的材料的至少一部分、区域或范围。换句话说，倒角切削102可被构造为暴露出倒角表面，该倒角表面包括比部件中最硬的材料软的至少一种材料。倒角切削还可被构造为暴露出倒角表面，该倒角表面提供不包括组件中的最硬的材料的新的切削路径切过部件。如上所示，倒角切削可相对于最硬的材料的表面以一定角度进行。倒角切削的角度可在以上描述的用于SSG组件10的倒角切削的范围内。此外，如上所述，可以以任意适合的高度(例如，竖直距离)进行倒角切削。
[0049]在步骤104，工具可从进行倒角切削的第一工具更换至第二工具。工具更换可包括在进行倒角切削的同一个机加工设备上更换工具或切削刀片。或者，部件可被移动到已经安装了第二个不同工具的另一个机加工设备。因此，可以以允许部件在另一次机加工操作中通过与第一工具不同的工具被机加工的任何方式来完成工具更换步骤104。如上所述，第一工具和第二工具的工具或切削刀片类型可以相同或不同。可基于被切削的材料的类型来选择每个工具，例如，第一工具可被设计用于较硬的材料，第二工具可被设计用于较软的材料。
[0050]在步骤106中，在部件上进行另一次切削。另一次切削可首先接触并切过在步骤102中创建的倒角表面。另一次切削可首先接触并切过倒角表面的不包括部件中最硬的材料的一部分、区域或范围。换句话说，另一次切削可首先接触并切过倒角表面的包括比部件中的最硬的材料软的至少一种材料的一部分、区域或范围。或者，可沿相反的方向进行另一次切削，使得切削从倒角表面的包括比最硬的材料软的至少一种材料的一部分退出。另一次切削可延伸穿过部件，而不接触部件中最硬的材料。另一次切削可具有不平行于倒角表面的任何期望的方位或方向。
[0051]参照图6A至图7D，示出了在具有异质材料的部件上的多次切削机加工方法的步骤的示例。部件可以是任何类型的部件，不限于以上描述的SSG组件或汽车部件。在图6A中，示出的部件50包括四种异质材料52、52’、52”和52”，。所述材料被示出为邻近并具有大致相同的形状，然而，所述材料可具有彼此不同的形状并可具有包括不规则形状的任意形状。此夕卜，所述材料不需要彼此平行的对齐，而是可具有任意空间关系。也不要求材料之间的过渡表面或平面彼此平行和/或垂直于第二切削路径。材料的布置仅是示例性的并且不被解释为限制性的。
[0052]在一个实施例中，每种材料具有不同的硬度。在另一个实施例中，材料中的至少两种具有不同的硬度。虽然示出了四种材料，但是可具有多于两种的任意数量的材料，使得具有至少两种异质材料。例如，可具有两种、三种、四种、五种、十种或更多种材料。在一个实施例中，有两种至十种不同的材料，或者其中的任意子区间，例如，两种至八种、两种至五种、三种至八种、三种至六种或其它子区间。一种材料可以是部件50中的最硬的材料。在图6A至图6D中示出的实施例中，材料52是最硬的并且位于部件50的边缘上或侧部上(例如，一侧接触较软的材料，相对的一侧是自由的或外露的)。材料52’、52”和52” ’的硬度可比材料52的硬度低并且彼此可具有不同的硬度。随着材料52’、52”和52” ’远离材料52延伸，所述材料的硬度可减小(即，52>52’>52”>52”’)，或者材料的硬度可以是任意特定的顺序(材料52始终是最硬的)。
[0053]参照图6B，示出了倒角切削路径54延伸穿过材料52和52’。与以上描述类似，倒角切削路径可以是相对于材料52的壁56以任意合适的角度或高度的对角线或斜线。如图6C中所示，在沿着倒角切削路径54进行倒角切削后，在部件中暴露出倒角表面58。倒角表面58包括区域60和区域62，区域60包括部件50中最硬的材料(材料52)，区域62包括比最硬的材料软的至少一种材料(在本实施例中，材料52’)。如上关于SSG组件的描述，这可允许第二切削路径64切过部件50而不延伸穿过最硬的材料52。第二切削路径64被示出为形成与上述用于SSG组件的切削类似的切削(例如，形成“平整”或垂直于壁56的水平表面)，然而，第二切削路径64可以以任意角度延伸(除了平行于倒角切削路径54)。
[0054]第二切削路径64可以延伸穿过包括比最硬的材料软的至少一种材料的区域62。第二切削路径64被示出为这样的顺序:始于区域62并延伸穿过材料52’、52”和52”，。然而，第二切削路径64也能够从部件50的相反侧开始并以52”，、52”、52’、62的顺序延伸。此外，不需要切削路径64延伸穿过部件50的所有材料。例如，斜切可延伸穿过区域62、材料52’并穿过材料52”的顶部，从而不延伸穿过材料52” ’。图6D示出了在倒角切削和第二次切削两者之后的部件50。如上关于SSG组件的描述，公开的多次切削的机加工操作可允许在切削过程中避开部件中最硬的材料。这在第二次切削中可允许更长的工具寿命、更平滑/更好的切削并减少浪费。
[0055]参照图7A至图7D，示出了在具有异质材料的部件上的多次切削机加工方法的另一个示例。再一次，部件可以是任何类型的部件，不限于以上描述的SSG组件或汽车部件。在图7A中，示出的部件70包括四种异质材料72、72’、72”、72” ’。所述材料被示出为邻近并具有大致相同的形状，然而，所述材料可具有彼此不同的形状并可具有包括不规则形状的任意形状。在一个实施例中，每种材料具有不同的硬度。在另一个实施例中，材料中的至少两种具有不同的硬度。与上面类似，虽然示出了四种材料，但是可具有多于两种的任意数量的材料，使得具有至少两种异质材料。一种材料可以是部件70中的最硬的材料。在图7A至图7D中示出的实施例中，材料72是最硬的。材料72’、72”和72” ’的硬度可比材料72的硬度低并且彼此可具有不同的硬度。然而，与图6A至图6D相比，最硬的材料72不是位于部件70的边缘或侧部上，而是位于部件内部。因此，材料72可具有在其相对两侧的至少一种更软的材料。材料72’、72”和72”，的硬度可以是任意特定的顺序。
[0056]在图7B中，示出了倒角切削路径74按照顺序延伸穿过材料72’、72和72”，反之亦然。与以上描述类似，倒角切削路径可以是相对于材料72’的壁76以任意合适的角度或高度的对角线或斜线。如图7C中所示，在沿着倒角切削路径74进行倒角切削后，在部件中暴露出倒角表面78。倒角表面78包括区域80、第一区域82和第二区域84，区域80包括部件70中最硬的材料(材料72)，区域82包括比最硬的材料软的至少一种材料(在本实施例中，材料72’)，区域84包括比最硬的材料软的至少一种材料(在本实施例中，材料72”)。如上关于SSG组件的描述，这可允许第二切削路径86切过部件70而不延伸穿过最硬的材料72。第二切削路径86被示出为形成与上述用于SSG组件的切削类似的切削(例如，形成“平整”或垂直于壁76的水平表面)，然而，第二切削路径86可以以任意角度延伸(除了平行于倒角切削路径74)。
[0057]第二切削路径86可延伸穿过包括比最硬的材料软的至少一种材料的第二区域84。由于穿过区域82的切削路径也延伸穿过最硬的材料72，因此，在本实施例中的切削路径不能延伸穿过区域82。第二切削路径86被示出为这样的顺序:始于区域84并延伸穿过材料72”和72”，。然而，第二切削路径86也能够从部件70的相反侧开始并以72”，、72”和84的顺序延伸。此外，不需要切削路径86延伸穿过部件70的所有材料。例如，斜切可延伸穿过区域84并穿过材料72”的顶部，从而不延伸穿过材料72” ’。图7D示出了在倒角切削和第二次切削两者之后的部件70。如上关于SSG组件的描述，公开的多次切削机加工操作可允许在切削过程中避开部件中最硬的材料。这在第二次切削过程中可允许更长的工具寿命、更平滑/更好的切削并减少浪费。图7A至图7D示出了多次切削机加工操作切过最硬的材料没有位于边缘上的部件的一个示例。然而，基于本公开，本领域的普通技术人员将意识到可进行部件构造、倒角切削路径和第二次切削路径的多种组合。
[0058]如上所述，可在包括异质材料的部件上执行公开的多次切削机加工方法。在一个实施例中，异质材料可以全是金属。异质材料可以是同一类型的金属，例如，同一合金类型的不同合金成分(例如，铁、钢、铝或钛合金)。异质材料也可以是不同金属或合金，例如，铁、铝、钛、它们的合金或钢合金。异质材料也可以是相同的成分但具有不同的属性，例如，硬度、强度、微观结构、晶粒尺寸或其它属性。例如，具有四种异质材料的部件可包括铝材料、具有相同成分但一种表面硬化而另一种没有表面硬化的两种钢材料和具有不同成分的第四种钢材料。
[0059]部件中最硬的材料是相对的，并可具有大于其它材料的硬度的任何硬度值。在至少一个实施例中，最硬的材料(例如，材料52、72和硬化表面18)可至少具有45HRC的硬度。在另一个实施例中，最硬的材料可至少具有50HRC的硬度。在另一个实施例中，最硬的材料可至少具有55HRC的硬度。部件中的其它材料可具有小于最硬的材料的硬度的任何硬度(例如，在以上实施例中，小于45HRC、50HRC或55HRC)。在至少一个实施例中，除了最硬的材料外的其它材料(例如，材料52’、52”、52”’或焊缝16或壳14)最多可具有45册(:的硬度。因此，如上所述，公开的多次切削机加工方法在第一次切削过程中可去除硬度至少为45HRC、50HRC或55HRC的材料的一部分。第一次切削可暴露出具有包括硬度最多为45HRC、50HRC或55HRC的材料的至少一个区域的表面。第一次切削还可提供穿过多种材料(每者的硬度最多为45HRC、50HRC或55HRC)的新的切削路径。
[0060]在以上所述的实施例中，已经通篇描述了具有大致均匀硬度的每种材料。例如，在SSG组件10中，材料被描述为齿轮12(具有子材料18和20)、壳14和焊缝16，其中，每种材料具有硬度值。然而，也考虑材料可具有硬度梯度，使得材料的硬度从一端到另一个端或从一个表面到另一个表面逐渐变化或连续变化。例如，如果利用扩散工艺(例如，渗碳)使材料硬化，则扩散元素在材料中可具有浓度梯度，使得在一个区域中(例如，表面)具有相对高的浓度，并沿着远离该区域的方向(例如，朝向材料内部或体)连续下降。因此，材料可具有与扩散元素的浓度梯度相对应的硬度梯度。虽然扩散工艺可形成具有这种梯度的材料，但是本领域的普通技术人员将意识到材料也可由于其它处理而具有硬度梯度。
[0061]关于公开的多次切削机加工方法，对于具有逐渐变化或连续变化的属性(例如，硬度)的材料，可限定或选择过渡点。因此，对于公开的方法的目的，过渡点可将材料分为两种材料。然后，可进行去除在过渡点的更硬一侧上的材料的至少一部分的第一次切削。与以上类似，这可暴露出材料的过渡点的更软一侧上的区域，允许新的切削路径延伸穿过比材料的最硬的部分软的材料。例如，材料可具有表面处开始为55HRC并且在材料体中逐渐减小为30HRC的硬度梯度。过渡点可选择在中间硬度值处，例如，材料的硬度为40HRC、45HRC或50HRC处。本示例中，使用45HRC，可进行去除硬度至少为45HRC材料的至少一部分的第一次切削(例如，倒角切削)，并暴露出硬度最多为45HRC的材料的至少一部分。因此，可暴露出允许切过最多具有45HRC的硬度的材料的新的切削路径。
[0062]在此已经关于车削操作(例如，旋转工件并且不旋转工具)描述了多次切削机加工方法。然而，公开的方法适用于任何类型的机加工，并且所述方法不限于车削操作。例如，所述方法可利用铣削、切削(例如，锯切/剪切)、钻削、磨削、钻孔或其它类型的机加工来实现。此外，可手动或使用自动化或半自动化机械(诸如，计算机数控(CNC))来执行所述机加工方法。
[0063]虽然多次切削的机加工方法已经被描述并示出为具有两次切削(例如，第一次切削和第二次切削)，但是本领域的普通技术人员将意识到，基于本公开可进行多于两次切肖IJ。例如，可进行两次倒角切削以暴露出允许新的切削路径的表面。在一些情况下，一次倒角切削可能不足够或不是最理想的。例如，如果部件具有复杂形状，仅利用单次倒角切削来暴露出经过更软的材料的期望的切削路径是不可能的。在其它情况下，由于工具的原因(或者为了延长工具寿命或者为了使工具与被切削的材料匹配)，进行多次倒角切削会是有利的。因此，还预期如果存在多于两次切削，则可使用多于两种工具或切削刀片。
[0064]图8至图16示出了根据公开的多次切削机加工方法的实施例进行机加工的SSG组件的示例。图8示出了在机加工之前的齿轮焊接到壳的SSG组件。图9示出了在公开的多次切削机加工操作之后的SSG组件，其中，轴套插入齿轮中。如图9中所示，在第二次切削(推力面表面切削)过程中，产生了非常整齐、平滑并且平整的推力面。还示出了来自第一次(倒角)切削的倒角。
[0065]图10至图12示出了SSG组件的截面和在传统的单次切削操作和所公开的多次切削操作之间的比较。图10示出了SSG组件的截面和组件中的各种材料的硬度。如所示出的，与齿轮体的42HRC的硬度相比，齿轮已经被表面硬化或表层硬化至56HRC的硬度值。齿轮被焊接到壳，在焊接过程中形成焊缝和热影响区(HAZ) AAZ具有与硬度为42HRC的齿轮相同或相似的硬度，而焊缝自身具有34HRC的硬度。壳比齿轮、HAZ和焊缝软，具有小于20HRC的硬度。
[0066]图11示出了附加在SSG组件的截面上的传统的单次切削操作的示意图。如示出的，工具必须切过齿轮的硬化的外表面或表层以进行推力面表面切削。图12示出了附加在SSG组件的截面上的新公开的多次切削操作的示意图。操作包括以相对于齿轮的壁倾斜的角度进行的第一次倒角切削。这种倒角切削去除了齿轮的表面硬化部分的一部分以及HAZ的一部分。倒角切削暴露出了倒角表面，倒角表面包括表面硬化材料区域和HAZ区域，可能包括齿轮的体中的一些部分的区域。
[0067]倒角表面的暴露允许第二次(推力面表面)切削延伸穿过HAZ、焊缝和壳而不必切过齿轮的硬化表面。用于倒角切削和推力面表面切削的工具是不同的(虽然它们可能是相同类型的工具)。由于用于SSG组件的倒角切削的主要目的是暴露出倒角表面，所以第一工具的切削刃的磨损或损坏不像在单次切削方法中那样成为问题，并且工具可用更长时间。由于第二工具不再必须切过齿轮的硬化表面，所以其寿命可被延长。图13至图16示出了各种角度和比例的SSG组件的额外的图。
[0068]虽然以上描述了示例性实施例，但是这些实施例不是意在描述本发明的所有可能的形式。确切地讲，在说明书中使用的词语是描述性的词语而不是限制性的词语，并且应该理解的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种改变。此外，可以对各种实施的实施例的特征进行组合以形成本发明的进一步的实施例。
【主权项】
1.一种对包括多种异质材料的部件进行机加工的方法，包括: 在部件中进行第一次切削，以去除部件中最硬的材料的至少一部分； 沿着不包括最硬的材料的另一个切削路径在部件中进行第二次切削。2.根据权利要求1所述的方法，其中，第一次切削在部件中暴露出切削表面，第二次切削延伸穿过所述切削表面。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述部件包括硬度小于最硬的材料的硬度的至少两种材料。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述另一个切削路径延伸穿过硬度小于最硬的材料的硬度的至少两种材料中的每一者。5.根据权利要求1所述的方法，其中，第一次切削和第二次切削包括车削操作。6.根据权利要求1所述的方法，其中，第一次切削和第二次切削利用不同的切削工具进行。7.根据权利要求1所述的方法，其中，最硬的材料至少具有50HRC的硬度，第二切削路径延伸穿过最多具有45HRC的硬度的材料。8.根据权利要求1所述的方法，其中，第一次切削以相对于最硬材料的表面倾斜的角度进行，第二次切削大致垂直于最硬的材料的表面进行。9.根据权利要求1所述的方法，其中，多种异质材料均为钢。
【文档编号】B23B1/00GK105903982SQ201610099186
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年2月23日
【发明人】帕特里克·拉塞尔·布劳斯, 布莱恩·斯科特·菲利普斯
【申请人】福特汽车公司