专利名称：压带及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种压带(push belt)的制造方法，该方法由下述权利要求1的前序所限定，本发明还涉及由此产生的产品。所述压带主要被用作在主要适用于机动车的公知的无级变速器的两个可调带轮之间的动力传输装置。
背景技术：
上述压带通常是公知的，且由多个相对薄的横向金属元件组成，所述的横向金属元件在一个或者多个层状环形拉伸装置上可滑动地合为一体，每个所述的环形拉伸装置由一组相互嵌套的扁平金属环组成，另一种方案是指示带。所述环由具有大的抗拉强度和好的抵抗拉伸应力和弯曲疲劳的特性的钢(例如高镍合金钢)制成，，使得将钢从板材向最终产品环的期望形状和材料特性处理具有相当好的可能性，优选地，所述最终产品环的期望形状和材料特性沿着环的圆周将不变化。
这些期望的材料特性包括环芯(ring core)材料的适宜的硬度，其结合了大的抗拉强度和足够弹性以允许环纵向弯曲；以及环的外表面层的极大的硬度，其使环具有耐磨性。优选地，外表面层还具备残余压应力，以提供高的抵抗金属疲劳的特性，由于环在带的使用寿命期间所承受的大量负载和弯曲周期，所以高的抵抗金属疲劳的特性是环的显著特征。
由申请人几十年前申请的、通常的所述带，至少是所述带中拉伸装置的制造方法的工艺步骤已经在现有技术中被公知。
环本身由板基材所制成，所述板基材被弯曲且焊接成圆柱形或者管子，所述圆柱形或者管子被热处理，即，退火，以恢复最初的材料特性，也就是，基本上去除其中由弯曲和焊接所导致的改变。管子然后被切成若干个环带，所述环带随后被辊压且被拉长至需要的厚度，在最终产品中需要的厚度典型地大约为0.185μm。在辊压后，环带通常被称为环或者带。环经受进一步的退火步骤以去除辊压过程中所导致的内应力。此后，环被校准，即，它们围绕两个旋转滚轮安装，且被拉长到预定的周长。在这个工艺步骤中，对环施加内应力分布，这限定了欧洲专利申请EP-A-1 403 551中详细阐述的所谓弯曲半径。最后，环在氮气体中被沉淀硬化，即，时效，且在氮氨气体中被渗氮，以向环的外表面层提供更好的硬度和压应力，后一个渗氮的工艺步骤换一种方式表示为“表面硬化”。
利用若干个上述被加工的环，通过径向嵌套，即，基本上同心设置若干个特意选定的环形成拉伸装置，借此，在拉伸装置的相邻环之间仅仅允许很小的正间隙或者负间隙。因此，上述环间隙被方便地定义为一对相邻环的径向外环的径向向内定位正面的周长减去上述环对的径向内环的径向向外定位正面的周长。典型地，所述的限定环间隙在一对大约到10微米的微米级负间隙之间变化或者在范围大约在500到1000mm内、用于典型的环周长的正间隙之间变化。
为了获得适合形成一个拉伸装置所需要环的数量，测量每个被加工环的周长或者别的表示直径的参数，且根据上述参数分类存放所述的环。利用所述存放的分类环，选定若干个合适尺寸的环，且同心地嵌套，以形成环形拉伸装置，例如具有9个或者12个环，同时在环形拉伸装置中确保所有相邻环对的环之间预定的允许环间隙。在带制造工艺中的后半步骤被定义为环的测量、选择以及拉伸装置的装配。然后，环形拉伸装置随时可以被装配成带，即，随时可以被横向元件组合。
发明内容
本发明的目的是优化获得用于压带的拉伸装置的现有长期做法。上述优化的一个实施例由没有提前公布的国际专利申请PCT/NL04/000357所提供，在该申请中提出了通过采用合适的基材同时(即在同一个熔炉中)进行时效和渗氮的工艺步骤。然而，本发明以不同的方法实现了上述优化拉伸装置制造方法的一般目的，即，在环校准的工艺步骤之后立即装配环形拉伸装置，从而作为一个整体对拉伸装置执行时效和渗氮的后续工艺步骤。因为由几个(通常9至12个)环所组成的环形拉伸装置仅仅要求与一个单独环大致相同的空间(熔炉)，所以上述新制造方法的主要改进是时效和渗氮处理能力明显增加。
通过这样做，本发明克服了几十年广泛流传的、阻止技工应用上述制造方法的偏见。根据这个偏见，在待渗氮物体周围用于渗氮(例如，气态的NH3和N2)的自由流动介质将便于得到相同和重复的表面硬化结果，特别地，无论如何应该避免待渗氮物体的相互接触。在本实例的环渗氮中，可以确实考虑环的所有表面部分必须有效且同等地被处理以避免较弱、较少的硬化点，随后，通常预先已经减少了目前提出的方法。
进一步的劝阻情况是各种热处理过程中已知不可避免发生的环周长的改变。上述改变可能在环形拉伸装置的单个环之间变化，从而，对相邻环间的环间隙有不利的影响。因此，长期的做法是在环制造中首先完成热处理工艺步骤，只是在其之后测量、选择和径向嵌套环以形成环形拉伸装置。然而，根据本发明显示了，当装配环形拉伸装置时，通过使同心堆叠的环具有适当限定的环间隙，可以预先可靠地抵消周长的改变。而且，在以下本发明的进一步详细描述中，甚至意外地采用上述自然发生的变化，以改善带的使用寿命。
在过去的几十年中，由于上述原因中的一个或者两个，已经明显地考虑的首要条件是仅仅在环已经经受了包括时效和渗氮的热处理的所有要求工艺步骤后，利用其来制造带，即，其中的环形拉伸装置，所述的环是出于上述制造目的已经被测量和选择。根据申请人的知识，上述偏见由下述事实来说明，该事实为虽然本发明要求保护的方法的优点是直接显而易见的，但是所有带制造商应用上述后者的传统方法。
日本出版物JP-2001-329317提供了现有的做法与看法的任意示例，该出版物揭露了环的热处理工艺，特别是上述工艺中运送待用托盘的环。虽然每个上述托盘由两个相互同心排列的环所装载，但是上述环不是环形拉伸装置的相邻环。实际上，通过组合两个直径充分不同的环，例如，由12个环组成的拉伸装置的1号环和7号环，避免了环的相互接触。从而省去当前存在于最终环形拉伸装置中的环1和7之间的环号从2至6的5个环。因而，在相同托盘上装载的环之间产生了很大的径向间隙，该间隙量超过环厚度的5倍。因而，JP-2001-329317通过暗示在环形拉伸装置的环之间要求相当大的径向间隙来阻止技工将将环形拉伸装置作为一个整体进行热处理，上述的径向间隙用于适当地完成诸如退火、硬化或者渗氮等的任何热处理过程。
在根据本发明的新制造工艺中，优选地提出了环的校准工艺，以至于单个的环被拉长到合适的限定周长，然而，这将完成从一个到另一个环的改变，优选地，按照这样的方法，随后被校准的环能够直接相互围绕地被同心设置，即，径向嵌套，同时确保相邻环之间所述的预定的环间隙，以形成环形拉伸装置。由此，可以取消测量和选择环的工艺步骤，因而，有利地减少了整个制造方法的复杂性，明显地改善了其效率。
对由12个环-通常认为每包环的最大数目-组成的环形拉伸装置的实验结果表明仅仅在朝向环形拉伸装置内侧(即，朝向另外的相邻环)的环表面(表示环形拉伸装置的内表面)上硬度和氮化物浓度少量减小，实验中诸如熔炉温度和气体成分等的工艺设定与环被单独处理的传统工艺保持一致，然而，那些由环形拉伸装置径向向外(表示环形拉伸装置的外表面)的环表面内保持不变。还发现由此产生的氮化物层深度与单个处理的环的氮化物层深度本质上相同。最后，需要说明的是，环形拉伸装置的径向最里面和最外面的环相对于中间的环周长有些扩大。
关于内表面硬度的减小，注意到的是，已经发现上述减少是完全可以接受的。在确定以磨合环局部接触为目的环表面硬度之前，上述硬度作为环形拉伸装置中每个环的标准被自动地设定。确定的已知制造方法类型中，所有的环经受同样的工艺步骤和同样的工艺设定。然而，现在考虑到只要环形拉伸装置中互相接触的环表面，即内表面，的表面硬度在很大程度上通常与根据本发明的制造方法是可比较的。在环与环的接触中可以接受相当低的硬度等级，同时保持可以接受的耐磨。由于这个原因，实际上本发明还可以被认为是关于压带的发明，其中与带横向元件接触以及相互作用的外环表面硬度大于彼此接触的内环表面硬度。
关于环形拉伸装置径向最里面和最外面环相对于中间环的微小纵长扩大，注意到的是，可以通过所述预定的环间隙来提前抵消上述扩大。实际上，这将导致最里面环与直接相邻的一个环之间的预定环间隙相对于环形拉伸装置内部环之间的间隙的微小增加，以及最外面环与直接相邻的一个环之间的预先限定的环间隙相对于环形拉伸装置内部环之间的间隙的微小减小。用数字来说，上述的径向最里面和最外面环的相对扩大大约相当于它们各自周长的0.002-0.02％。
然而，还要注意的是，由于以申请人名义在欧洲专利申请EP-A-1 216 366中提出的原因，根据本发明的制造方法所得到的纵长扩大的特殊差异实际上代表了获得具有相对延长使用寿命的环形拉伸装置的带的意外地有益方法。因而，还可以选择不适合相邻环对间的预定环间隙，而是在环形拉伸装置中的相邻环间应用恒定的，适当限定的间隙。
进一步地，需要注意的是，在传统的时效和渗氮工艺中，为了有效地使用熔炉及其他原因，在环被单独地设置在炉架(例如，见JP-2001-329317)之前，环由于接触其它的环和/或熔炉壁可能容易地被损坏。因而，不得不相当大范围仔细地、且分批地处理环。然而，本发明允许和建议使用通过渗氮和/或时效熔炉、用于环形拉伸装置连续传输的传输带。上述传送带优选地包括诸如连续网格等的不连续托架装置，可开孔的带或者一列圆柱形滚轮，以允许渗氮气体进入随意设置在传送带上的环形拉伸装置的下侧。根据本发明，由于环形拉伸装置对比于单个的环相对更硬，所以上述新处理方法成为可能，且不管怎样，由于采用根据本发明的制造方法，更加有效地完成了时效和渗氮的热处理。
本发明上述基本特征将根据附图、通过示例进行说明，其中
图1象征性地表示了已知的制造方法；图2以相似的方式表示了根据本发明的优化的新的制造方法；以及图3表示了由若干个适合于根据本发明的制造方法且由该方法制造的环所组成的环形拉伸装置的横截面；在附图中，已知的和新的制造方法的单独工艺步骤由罗马数字示出。
具体实施例方式
图1表示了从早期的金属压带生产开始一直应用的已知制造方法的当前相关部分。在第一工艺步骤I中，片状基材1被弯曲成圆柱形，借此，在第二工艺步骤II中彼此接触的片状基材的端部2被焊接起来以形成管子3。在工艺的第三步骤III中，管子3被退火。此后，在第四工艺步骤IV中，管子3被切成若干个环带4，在随后的工艺步骤五V，所述环带4被辊压和拉长到需要的厚度，在最终产品中，该厚度典型地大约为0.185mm。在辊压后，环带4通常被称为环4。
环4经受进一步的退火工艺步骤VI，以去除辊压过程中导致的内应力。随后，在第七工艺步骤VII中，环4被校准，即，环4围绕两个旋转滚轮安装，且被拉长到预定的周长。在上述第七工艺步骤VII中，还对环4施加内应力分布，这限定了各个环4的所谓卷曲半径(curling radius)。在已知工艺的第八个步骤VIII中，环4可以相继或者同时地经历两个热处理。首先，环4在氮气体中被沉淀硬化，即，时效处理(工艺步骤VIII-A)，其次，环4在氮氨气体中被渗氮(工艺步骤VIII-B)，以向环4的外表面层提供附加的硬度和压应力。后一处理VIII-B是通常所说的气体软氮化工艺，且提供环4的表面硬化，借此，形成典型的25-35微米极端硬度的扩散氮化表面层。
从若干个上述被加工的环4中，通过径向叠加(即嵌套)若干个特意选定的环4形成拉伸装置5。为了得到适合形成一个拉伸装置5的需要数量的环4，在第九工艺步骤IX中，测量每个被加工环4各自的尺寸，例如，它的周长，借此，通过上述长度来分类存放所述环4。随后，在第十和最后的工艺步骤X中，通过径向嵌套从所述分类存放的环4中选择的若干个合适尺寸的环4装配环形拉伸装置5。
现在根据本发明，可以明显地简化图1的上述已知方法，图2象征性地表示了简化的新的制造方法。在根据本发明的制造方法中，在紧跟在环校准的第七工艺步骤VII之后的中间工艺步骤VII*中，通过径向嵌套预期数量的合适周长的环4来装配环形拉伸装置5，因此可按照上述的传统方法执行前述的工艺步骤I-VI。因此，上述新的中间工艺步骤VII*代替了先前的第十个工艺步骤，且在第八工艺步骤VIII中实现了作为一个整体对环形拉伸装置5进行时效(工艺步骤VIII-A)和渗氮(工艺步骤VIII-B)的所述热处理。
因为由多个(通常是9至12个)环4所组成的环形拉伸装置5仅仅要求与一个单独环4大致相同的(熔炉)空间，所以上述新制造方法的主要改进是时效和渗氮处理能力明显的增加。而且，可以以如下方式安排和实现环校准工艺VII，即，使得环4被精确地拉长到特定的周长，其被限定为使得每个随后校准的环4既可以被用于开始一个将被装配的新环形拉伸装置，还可以将其加入到部分完成的环形拉伸装置。据此，利于测量和选择环的工艺步骤(先前工艺步骤IX)变得多余。
假定至少使环4有效地成形为桶形的微小凸起横截面形状至少部分地导致意想不到的、为本发明基础的实验结果，所述凸起形状通常被用于当前设计的压带中。尤其，上述的桶形以及其尺寸和作用在欧洲专利申请EP-A-0 950 830中被描述，且在此处图3中被表示。
根据图3显示的是，当环形拉伸装置5的环4a没有相对于相邻环4b被正确地同心安装时，或者当环4相对于相邻环4变形(例如，成形较小圆，即椭圆)时，上述相邻环4a，4b可以接触，从而防止，或者至少阻止渗氮气体到达接触区域6。然而，假如使环4有效地成形为桶形，即，环4在纵向横截面内具有的中心定位区域厚于其横端区域，上述接触区域6保留得很有限，且本质上在环4a，4b之间仅仅产生点接触。显然，在渗氮热处理过程中，上述有限的接触区域6允许足够的新鲜渗氮气体供应到环4a，4b的外表面，且因此对其提供合适的渗氮。
权利要求
1.一种用于无级变速器的压带的制造方法，所述压带由多个相对薄的横向金属元件组成，所述横向金属元件可滑动地组合在一个或者多个层状环形拉伸装置(5)上，每个所述的拉伸装置由一组相互嵌套的扁平金属环(4)组成，其特征在于，所述方法包括在包含气态氨(NH3)的环境中热处理环形拉伸装置(5)的工艺步骤(VIII-N)。
2.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述环(4)由高镍合金钢制成，并且，所述方法进一步地包括在包含氮气(N2)的气体中对环形拉伸装置(5)进行时效处理的工艺步骤(VIII-A)，所述工艺步骤(VIII-A)优选地与渗氮的工艺步骤(VIII-N)同时进行。
3.如权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，在前述的工艺步骤(VII，VII*)中，所述环形拉伸装置(5)的单个环(4)被顺序地校准到预定周长，此后，被基本上相互同心地放置以形成所述环形拉伸装置(5)。
4.如权利要求3所述的制造方法，其特征在于，在所述环形拉伸装置(5)中的一对相邻环(4)的环之间限定环间隙，并且，在前述的工艺步骤(VII，VII*)中，对于所述环形拉伸装置(5)中随后的环(4)对，所述预定周长以基本恒定的量逐步地增加、相应地减小，借此，环间隙基本上对于所述环形拉伸装置(5)中的所有对相邻环(4)是相同的。
5.如权利要求3所述的制造方法，其特征在于，在所述环形拉伸装置(5)中的一对相邻环(4)的环之间限定环间隙，并且，在前述的工艺步骤(VII，VII*)中，设定所述的预定周长，以使得所述环形拉伸装置(5)最里面环(4)对之间的环间隙相对于所述环形拉伸装置(5)其它对相邻环(4)之间的环间隙较大，和/或所述环形拉伸装置(5)最外面环(4)对之间的环间隙相对于所述环形拉伸装置(5)其它对相邻环(4)之间的环间隙较小。
6.如前述权利要求中任何一个所述的制造方法，其特征在于，所述环形拉伸装置(5)的纵向横截面内，环的径向向内定位的正面与径向向外定位的正面中至少一个被有效地成形，且至少稍稍凸起。
7.如前述权利要求中任何一个所述的制造方法，其特征在于，所述环形拉伸装置(5)在传送带上被连续传输通过渗氮熔炉。
8.一种无级变速器的压带，特别是由根据前述权利要求中任何一个所述的制造方法所生产的压带，其由多个相对薄的横向金属元件组成，所述横向金属元件可滑动地组合在一个或者多个层状环形拉伸装置(5)上，每个所述的拉伸装置由一组相互嵌套的扁平金属环(4)组成，其特征在于，所述环形拉伸装置(5)最里面环(4)的径向向内定位的正面的表面硬度与所述环形拉伸装置(5)最外面环(4)的径向向外定位的正面的表面硬度与所述环形拉伸装置(5)其它中间环(4)的径向定位的正面的表面硬度相比，被设定到明显较高的等级。
全文摘要
一种用于无级变速器的压带的制造方法，所述压带由多个相对薄的横向金属元件组成，所述横向金属元件可滑动地组合在一个或者多个层状环形拉伸装置(5)上，每个所述的拉伸装置由一组相互嵌套的扁平金属环(4)组成，其特征在于，所述方法包括在包含气态氨(NH
文档编号B21D53/14GK101061329SQ200480044421
公开日2007年10月24日 申请日期2004年11月17日 优先权日2004年11月17日
发明者科妮莉亚·阿德里安娜·伊丽莎白·格雷博尔德, 明·德·陈, 贝尔特·彭宁斯 申请人:罗伯特·博世有限公司