專利名稱：制造減振輕金屬合金零件的方法
技術領域：
本公開的技術領域一般地涉及制造減振非鐵輕金屬合金零件(vibration-damped, non-ferrous, light metal alloy part)的方法，該零件包括一個空腔和位于腔內的減振聚合物插件。該減振輕金屬合金零件優選是含在車輛底盤內的易振動傳播和噪聲傳輸的外殼、支架或一些其它零件。
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背景技術：
車輛的底盤包括結構框架和被該框架支持的動力系。動力系包括很多部件，它們產生和傳輸動力，使司機能駕駛車輛。構成動力系的一些部件包括，例如，內燃機、變速器、差速器和，在油-電混合動力車輛(hybrid-electric vehicle)的情況下，反相器和電動馬達。這些部件中有許多包括現在用輕金屬合金代替較重鋼合金所制成的零件，如外殼和蓋子，以促進車輛減重和節油。目前所用的具體輕金屬合金是鋁合金和鎂合金。 車輛的正常操作利用車輛底盤內許多不同的機械運動和相互作用來提供驅動和操縱能力。離合器和齒輪常規地結合和分離，發動機缸體內活塞的往復運動被加速和減速，以及曲軸、凸輪軸和車橋以變化速度轉動，僅是車輛使用期間常發生的機械運動和相互作用的幾個例子。這些機械動作中每一項都會通過車輛底盤造成或加強振動的回蕩。這些振動，如果落在特定頻率內，有時會被車輛的駕駛員以及可能存在于乘員艙內的任何其它乘員感覺到或聽到。在車輛的其它部位一最顯著地，制動系統一也已發現類似的振動和噪聲問題。為減輕制動所引起的振動的作用，已考慮過的一種方法是，在經受由選擇性地啟動制動襯塊所引起的強烈摩擦相互作用的鑄鐵制動盤內放置金屬或陶瓷插件。金屬或陶瓷插件被放在制動盤的蹄子部分，這樣，在制動期間，插件的外表面與蹄子部分的內表面就能發生相對界面摩擦接觸。這種相對運動靠摩擦作用把機械振動能轉換為熱能，以抑制振動傳播和噪聲產生。鑄鐵制動盤和金屬或陶瓷插件被特地構造成耐鄰近制動襯塊所施加的持續摩擦應力和常產生的較高表面溫度。但存在于車輛動力系和支持框架內的非鐵輕金屬合金零件一般不會經歷這類選擇性摩擦應力和迅速生熱。所需要的是將減振插件引進安裝在車輛底盤內的任何非鐵輕金屬合金零件的簡單而有效的方法。減振插件的作用是緩解車輛運行期間因輻射自底盤的振動和噪聲所造成的真實和/或感覺到的不舒適性。與盤式制動盤制動系統相關的減振工件相比，可能有更寬范圍的制造選擇和更寬松的材料限制。

發明內容
以汽油為燃料、以柴油為燃料、混合氣-電混合或全電動的動力車輛的底盤包括支持動力系的結構框架。動力系包括一組部件，它們組合起來產生和傳輸動力，使車輛能隨意駕駛。能形成部分動力系的一些部件包括內燃機、手動或自動變速器、分動箱、差速器、反相器和電動馬達。這些部件中的每一個都可以由一個或多個非鐵輕金屬合金零件構成或被它們支持。很可能由這類輕金屬合金形成的零件的不完全清單包括包圍部件內部工作區的殼體和支撐框架內部件的支架。汽車工業目前用作鋼的代用品的非鐵輕金屬合金是鋁合金和，較少地，鎂合金。制造減振非鐵輕金屬合金零件的方法涉及在該零件中形成的空腔內引進聚合物插件。空腔在零件制造的同時或在隨后的制造后期間被形成在輕金屬合金零件結構中的所選阻尼區。所選阻尼區是輕金屬合金零件中預定的部分，在這些部分振動起源、振動可被聚合物插件最大程度地衰減，和/或聚合物插件最易放進。精確地構成所選阻尼區的物質可以根據經驗或相關經驗數據的解釋、實驗數據和/或計算機模擬來確定。空腔內聚合物插件的存在能衰減所選阻尼區的振動傳播，其機理是促進空腔內界面處聚合物插件與輕金屬合金零件之間的相對摩擦接觸運動。空腔的尺寸和形狀可變，只要不降低輕金屬合金零件的結構整體性和/或功能性即可。例如，空腔可以是簡單的無任何彎曲的基本均勻狹縫，也可以采取仿照所選阻尼區輕金屬合金零件外形的復雜幾何形狀。空腔由零件本體結構內的內表面界定。輕金屬合金零件的內露本體表面或已涂布在該表面上的不可濕潤涂層可構成內表面。為了減少與聚合物插件可能的結合或粘結相互作用和/或有助于插件被引進空腔，可涂布不可濕潤的涂層，如下文進一步說明。不可濕潤涂層的典型配方是被分散和容納在粘合劑內的石墨或陶瓷顆 粒或兩者。可以用數種不同方法在所選阻尼區成形空腔。在一個實施方案中，空腔可以在制造輕金屬合金零件的同時進行整體成形。砂鑄或粉末冶金之類的工藝可很容易設計來制造輕金屬合金零件連同幾乎任意所要求尺寸和形狀的空腔。在另一個實施方案中，可以在輕金屬合金零件已經制成之后再在該零件中形成空腔。可以用數種不同方法來以這種方式形成空腔，包括電火花加工(electrical discharge machining)、激光切割、水射流切割、統削(milling)、拉削(broaching)、化學腐蝕或任何其它合適的方法。決定在輕金屬合金零件的制造期間還是在以后形成空腔，通常是機械加工能力、生產經濟性和制造后勤的事。不可濕潤涂層，如果用，則要在聚合物插件被引進空腔之前進行涂布。將聚合物插件放在空腔內，從而在所選阻尼區受到振動或交變力時，聚合物插件的外表面與空腔的內表面之間發生相對摩擦接觸運動。聚合物插件的一部分外表面靠在空腔的內表面上，另一部分則與內表面隔開一個小間隙。靠在內表面上的那部分負責通過與空腔內表面的界面摩擦接觸將機械振動能轉化成熱能。與內表面隔開的那部分使聚合物插件具有一定程度的靈活性和局部獨立運動的空間。這類獨立運動能使插件把通過靠在內表面上的那部分所接收到的機械振動能耗散掉，并因此而對聚合物插件的總減振效果作出貢獻。聚合物插件可以由通過冷卻和/或固化從液態凝固時發生收縮的熱塑性或熱固性聚合物構成。具有這種收縮能力的一些優選熱塑性聚合物包括脂肪族聚酰胺，如聚己二酰己二胺(尼龍6，6)或聚己內酰胺(尼龍6);芳族聚酰胺，如對苯二胺與對苯二甲酰氯的反應產物；聚碳酸酯，如雙酚A與光氣的反應產物；聚丙烯酸，如聚甲基丙烯酸甲酯；聚烯烴，如聚丙烯或聚乙烯；以及聚酯，如聚對苯二甲酸乙二醇酯或聚對苯二甲酸丁二醇酯。具有必要收縮能力的一些優選熱固性聚合物包括環氧樹脂，如雙酚A與表氯醇的反應產物；酚醛樹脂，如苯酚與甲醛的反應產物；和聚酯，如乙二醇與馬來酸的反應產物。使未固化的熱固性聚合物固化的方法，可以是加熱，以促進聚合和交聯；在光引發劑存在下受UV光照射；化學反應(即混合多元胺與環氧)或輻照。
可以用數種方法將聚合物插件引進空腔，取決于空腔的尺寸和幾何復雜性。一種方法涉及另外模塑成形聚合物插件，然后把該插件滑移或操縱進空腔。當空腔很易進入且沒有復雜的曲線、彎道或截面異型時，該方法最成功。另一種引進插件的方法涉及在空腔內注射進由所需熱塑性或未固化熱固性聚合物構成的液態聚合物材料，然后使該液態聚合物材料凝固并收縮成聚合物插件。當空腔的幾何形狀使預成形的聚合物插件在其中的通行難以實施甚至不可行時，這種方法最適用(但這種方法也可適用于形狀很簡單的空腔)。如果出現液態聚合物材料在凝固時可能會粘到或結合到輕金屬合金零件的內露本體表面上的問題，則可以在注射液態聚合物材料之前，先在空腔內涂布任選的不可濕潤涂層。聚合物插件被引進后，空腔可以不加蓋或不密封。如果希望密封，則可以用相應的輕金屬合金接頭，以，例如，焊接或釬焊操作，密封空腔。因多個理由，聚合物插件可包括填料。填料可用來，例如，控制聚合物插件的剛度或外形和/或控制液態聚合物材料凝固時的收縮率(如果用這種方法將聚合物插件引進空 腔)。聚合物插件內所含的填料越多，則剛度增加越多，而且，如果插件是通過注射液態聚合物材料被引進空腔的，則液態聚合物材料的收縮就越慢，總收縮量就越少。液態聚合物材料凝固時，可實現約50 mm/m 約2 mm/m(每米的毫米收縮)的收縮率,取決于填料的用量、組成和結構形式。聚合物插件能精確地容納多少填料取決于多個因素。但在大多數情況下，如果存在填料，則聚合物插件含約5 wt% 約50 wt%范圍內任意量的填料。填料可以均勻或局部地含在聚合物插件內，而且可以是球狀、扁平狀或纖維狀顆粒，也可以是由單向纖維或雙向織造織物構成的纖維片材。相對耐熱和耐蝕的任何單一材料或組合材料都可用作填料。普通和廣泛使用的一些填料的實例是碳酸鈣、二氧化硅、玻璃、云母、粘土、納米粘土、天然或合成碳、芳族聚酰胺(即Kevlar)和娃灰石。可構成全部或部分填料的各種填料材料和它們的不同結構形式具有不同的物理特性；因此，它們除了能減慢收縮率外，還能調控空腔內液態聚合物凝固時的收縮方向。例如，顆粒填料的不同長徑比(長直徑與短直徑之比)影響液態聚合物材料在凝固期間是各向同性收縮(一般是球狀顆粒)還是各向異性收縮(扁平顆粒、纖維)。纖維片材填料材料除了賦予聚合物插件粗略外形外，也同樣能影響液態聚合物材料凝固時的收縮行為。減振輕金屬合金零件的一個優選實施方案是變速器的外殼，該外殼包圍被手動或自動操作的部分輸入軸、部分輸出軸和齒輪組，以選擇性地把速度和扭矩從輸入軸傳輸到輸出軸。許多其它力學元件，僅舉數例，包括離合器片、同步器、飛輪、變矩器和軸承，也可與齒輪組一起被包圍在變速器的減振外殼內。應指出，熟練的技術人員都已熟知變速器的一般功能、目前已有的許多變速設計選擇、常用來組裝變速器機械工作區的許多特定機械元件以及這些機械元件彼此如何相互作用才能有效地實施變速器的全面功能。因此，在這里不必更深入地討論變速器外殼所包圍的復雜和關聯的機械工作區。變速器的減振外殼包含由鋁合金或鎂合金構成的結構壁。結構壁包括內表面和外表面。仿照結構壁外形的空腔被成形在內表面與外表面之間的所選阻尼區。空腔內含有聚合物插件，優選插件含填料，以有助于實現和維持所要求的尺寸、剛度和外形。聚合物外表面的一部分或幾部分靠在空腔的內表面上，并在變速器外殼的所選阻尼區受到振動時，能在那個界面上發生相對摩擦接觸運動。空腔的內表面優選由不可濕潤涂層提供。在變速器操作期間，齒輪組內各嚙合齒輪的不斷結合或分離以及其它各種機械相互作用(即飛輪、離合器片等所遭遇的)會造成作用到變速器減振外殼上的振動。振動也可從車輛動力系內的其它源作用到變速器的減振外殼上。但空腔中存在聚合物插件就阻斷了這些振動的傳播并將它們的大量機械能耗散成熱能。在變速器外殼受到振動時，出現在聚合物插件外表面與空腔內表面之間的相對摩擦接觸運動負責把機械振動能轉化為熱能。聚合物插件上不與空腔內表面接觸的那部分的獨立運動也對聚合物插件的阻尼作用有貢獻。獲自變速器減振外殼的總阻尼效果是指駕駛員感覺到的振動和聽到的由這類振動產生的噪聲小多了。當然，除了變速器之外，存在于車輛底盤內的許多其它部件同樣可包括減振輕金屬合金外殼。這些其它部件包括反相器和/或電動馬達。其它輕金屬合金零件，例如，支架，也可以類似方式被減振。為提高乘員艙內的乘坐舒適性，在車輛底盤內使用一個或多個減振輕金屬合金零件有助于減少沿動力系的振動傳播和潛在的噪聲產生。


圖1，作為車輛底盤內存在的輕金屬合金零件的典型實例，是變速器減振外殼的截面圖，該零件包括已被引進空腔的聚合物插件，空腔形成在外殼結構壁內的所選阻尼區。圖2是沿圖I所示變速器外殼的縱軸所取的平面圖。圖3是圖2中圈3所代表的空腔和其中所含聚合物插件的放大視圖。圖4是按照本公開制造方法的一個實施方案，在注射將要凝固和收縮成聚合物插件的液態聚合物材料之前，沿圖I中線4所取的空腔的放大理想視圖。圖5是圖3中所示空腔在注射了液態聚合物材料之后但在凝固和收縮之前的放大理想視圖。圖6是圖3中所示空腔在所注射進的液態聚合物材料已凝固和收縮成聚合物插件后的放大理想視圖。圖7是在固體鋁合金試件和尺寸相同但包括了厚I. O mm的空腔，腔內放有聚合物插件的鋁合金試件受到振動力之后所觀察到的振動沖擊的比較圖。圖8是在固體鋁合金試件和尺寸相同但包括了厚I. 2 mm的空腔，腔內放有聚合物插件的鋁合金試件受到振動力之后所觀察到的振動沖擊的比較圖。圖9是在固體鋁合金試件和尺寸相同但包括了厚I. 5 mm的空腔，腔內放有聚合物插件的鋁合金試塊受到振動力后所觀察到的振動沖擊的比較圖。
具體實施例方式 圖I 3示意變速器的減振外殼10，作為可存在于車輛底盤內的輕金屬合金零件的典型實施例。變速器的減振外殼10是變速器的圍護結構；它包圍一部分輸入軸、一部分輸出軸和齒輪組等。變速器是受結構框架支持的動力系的零件。變速器的總功能是，以符合所選齒輪位置(前進擋、空檔、倒檔)要求的速比，把速度和扭矩從動力系的動力產生部件(發動機或電瓶)傳輸到驅動輪，不論手動或自動。變速器的減振外殼10保護齒輪組和其它被包圍機械變速器元件免遭碎片和，如果合適，為變速箱潤滑油提供容器。變速器的減振外殼10包含由輕金屬合金構成的結構壁12。結構壁12包括內表面14和外表面16。空腔20被限定在結構壁12的內表面14與外表面16之間的所選阻尼區18。所選阻尼區18可以是結構壁12的任意預定部分，在其中，技術人員的有關經驗、經驗數據的解釋和/或實驗數據表明振動很可能發源或傳播于此處。結構壁12上大而幾何形狀不大復雜的可進入區域是阻尼區18最優選的部位。這些區域為擬形成的空腔20提供更多的空間并允許空腔20的形狀有更多的設計余度。構成結構壁12的輕金屬合金可以是鋁合金或鎂合金，如鋁合金A360、A380、A383和A413或鎂合金AZ91D、AZ81、AM60B、AM50A和AS41B。在所選阻尼區18的空腔20的尺寸和形狀可變，只要不降低結構壁12的結構整體性和/或功能性即可。例如，如圖3清楚地所示，空腔20可仿照結構壁12上相鄰內表面14和外表面16的輪廓。空腔20的壁厚CT——正如在結構壁厚度測量方向上從內表面14
至外表面16所測-優選是約O. 3 mm 約5. O mm,如果結構壁厚度WT是約5 mm 約20
mm。空腔的其它2個尺寸(寬度和深度)對結構壁的結構和功能整體性都不大重要。但空腔20的寬度W和深度D，在結構壁12內它們的各自方向上，一般各優選跨距為約15 mm 約 150 mm。
空腔20由內表面22界定，在該具體實施方案中，內表面22由涂布在結構壁12的內露本體表面26上的不可濕潤涂層24提供。不可濕潤涂層24提供比內露本體表面26更不易粘結的界面，并有助于制造變速器的摩擦阻尼外殼10，如下文進一步解釋。不可濕潤涂層24優選包括分散在粘合劑內的石墨或陶瓷顆粒或兩者。不可濕潤涂層24的典型厚度優選不超過空腔厚度CT的約10%。但是，空腔20內當然不一定存在不可濕潤涂層24。結構壁12的內露本體表面26能提供空腔20的內表面22，但不會明顯降低減振效果。不可濕潤涂層24的一種具體組合物可包括分散在環氧樹脂或磷酸粘合劑內的天然或合成石墨的箔、纖維和/或粉末顆粒。石墨顆粒(箔、纖維、粉末)可以相對于不可濕潤涂層24為約30 wt% 約95 wt%的量存在。不可濕潤涂層24的另一種組合物可包括陶瓷顆粒，如二氧化硅、氧化鋁、碳化硅、氮化硅、氮化硼、堇青石(鎂-鐵-鋁硅酸鹽)、莫來石(鋁硅酸鹽)、氧化鋯、頁硅酸鹽或任何其它已知的陶瓷顆粒。陶瓷顆粒可以被分散在環氧樹脂、磷酸粘合劑、鈣鋁酸鹽水泥、木粉、粘土或木素磺酸鹽粘合劑，如木素磺酸鈣中。一種這樣的涂料組合物可購自Vesuvius Canada Refractories (Welland, Ontario),商品名為IronKote。IronKote涂料組合物由分散在木素磺酸鹽粘合劑中的氧化招顆粒(約47. 5%)和硅酸鹽顆粒(約39. 8%)構成。聚合物插件28放在空腔20內并使變速器外殼10具有減振效果。更具體地說，當振動或交變力通過結構壁12在所選阻尼區18回蕩時，聚合物插件28的外表面30與空腔20的內表面22發生相對摩擦接觸運動。這些摩擦相互作用把機械振動能轉化為耗散熱能，這又轉而削弱或基本抑制正在傳播的振動。聚合物插件28的外表面30包括靠在空腔20內表面22上的部分32和與內表面22隔開一個小間隙36的部分34。靠在內表面22上的部分32負責通過摩擦接觸把機械能轉化為熱能。與內表面22隔開的部分34使聚合物插件28具有一定程度的靈活性和局部獨立運動的空間，以此能吸收一些機械振動能。聚合物插件28的外表面30上的這些部分32、34可以通過空腔20的幾何形狀、在空腔內引進聚合物插件28的方法和聚合物插件28的組成得以形成和強化。聚合物插件28可以由從液態凝固時收縮的熱塑性聚合物或熱固性聚合物構成。具有這種收縮能力的一些優選熱塑性聚合物包括脂肪族聚酰胺，如聚己二酰己二胺(尼龍6,6)、聚己內酰胺(尼龍6);聚碳酸酯,如雙酹A與光氣的反應產物；芳族聚酰胺，如對苯二胺與對苯二甲酰氯的反應產物；聚丙烯酸類，如聚甲基丙烯酸甲酯；聚烯烴，如聚丙烯或聚乙烯；和聚酯，如聚對苯二甲酸乙二醇酯或聚對苯二甲酸丁二醇酯。這些和其它熱塑性聚合物可通過冷卻到它們熔點以下的溫度而從熔融態凝固下來。具有必要收縮能力的一些優選熱固性聚合物包括環氧樹脂，如雙酚A與表氯醇的反應產物；酚醛樹脂，如苯酚與甲醛的反應產物；和聚酯，如乙二醇與馬來酸的反應產物。這些和其它熱固性聚合物可通過引起聚合或交聯的加熱、在有光引發劑存在下的UV照射、輻照或化學反應(即在環氧樹脂中加入多元胺硬化劑)的固化而凝固。因多個理由，可以在聚合物插件28內加入填料。填料的存在可用來控制聚合物插件28的尺寸、剛度和/或外形。填料可以被均勻或局部地容納在聚合物插件28內并可包含球狀顆粒、扁平狀顆粒、纖維顆粒、單向纖維插件和/或雙向織造織物插件。較耐熱和耐蝕的任何單一材料或組合材料都可用作填料。普通和廣泛應用的填料的實例是碳酸鈣、二氧化娃、玻璃、云母、粘土、納米粘土、碳、芳族聚酰胺(即Kevlar)和娃灰石。按照本領域技術人員的常識，不同填料和它們的不同結構形式具有不同的物理特性，且因此能使聚合物插件28具有不同的結構性能。聚合物插件28中填料的精確含量不受特別限制，但常用范圍是聚合物插件28總重量的約5 wt% 約50 wt%。 制造變速器減振外殼10的優選方法，如圖4 6示意，包括在空腔20內注射進液體熱塑性或未固化的熱固性聚合物材料38，然后使液態聚合物材料38凝固和收縮，形成聚合物插件28。如果聚合物插件28是與空腔20分開制造的，而空腔20的幾何形狀使聚合物插件通過其進入和前行難以實施或甚至不可行時，該方法最適用。在聚合物插件28被引進后，空腔可以不加蓋，或者如果在有些情況下需要，也可以用相應輕金屬合金接頭以焊接或釬焊法密封之。這種引進聚合物插件28的具體方法也可用于空腔20具有使插件28容易滑移進、出的很簡單形狀的情況。空腔20，如圖4所示，在結構壁12的制造期間或結構壁12已制成之后，被成形在所選阻尼區18。空腔20可以在砂鑄、粉末冶金工藝或技術人員所知的任何其它類適用的輕金屬合金制造工藝期間，與結構壁12 —起整體或同時成形。空腔20也可以在結構壁12已制成后再成形。可以此種方式成形空腔20的技術包括電火花加工、激光切割、水射流切割、銑削、拉削、化學腐蝕或任何其它適用的方法。決定空腔20是在結構壁12的制造期間或以后成形一般是制造能力、生產經濟性和制造后勤的事。然后，用壓力輥涂法、噴射或浸涂法，在結構壁12的內露本體表面26上涂布不可濕潤涂層24，如果用涂層。如果在制造期間存在液態聚合物材料38有可能粘結或結合到內露本體表面26上的問題，則一般都要涂布不可濕潤涂層24。這類表面-表面的相互作用一般是不理想的，因為它們會妨礙希望發生在插件28的外表面30與空腔20的內表面22之間的相對摩擦接觸運動。不可濕潤涂層24，與結構壁12的內露本體表面26相比，在凝固期間不大會與液態聚合物材料38粘結或結合，或在長期使用期間不大會與聚合物插件28的外表面30粘結或結合，因為其表面粘合的石墨和/或陶瓷顆粒具有干潤滑性。然后，把液態聚合物材料38，在允許其組分熱塑性或未固化熱固性聚合物流動的條件下，注射進空腔20，如圖5所示。對于熱塑性聚合物，液態聚合物材料38的溫度一般在所用具體熱塑性聚合物的熔點以上。把熱塑性聚合物加熱和熔化成液態聚合物材料38可以用任何合適的方法來實現，例如，在注塑機內受熱。另一方面，對于未固化的熱固性聚合物，溫度可能是也可能不是問題，取決于具體的熱固性聚合物是靠加熱還是靠其它固化機理進行固化。熱-固化的熱固性聚合物一般在低于引發聚合/交聯的溫度下進行注射，而反應固化的熱固性聚合物則可以在剛將未固化的熱固性聚合物與適當的硬化劑或交聯劑混合后在提供期望粘度和固化速率的溫度下進行注射。從許多不同的熱塑性和未固化的熱固性聚合物候選材料形成可流動的液態聚合物材料38所需的具體貯存、處理和制造步驟，一般是本領域技術人員已知的，無需在此進一步贅述。液態聚合物材料38，當存在于空腔20中時，可以，但不一定，包括填料。填料可用來影響聚合物插件28的剛度和外形，還能控制液態聚合物材料38在通過冷卻和/或固化凝固成聚合物插件28時的收縮率。增加填料量一般導致(I)聚合物插件28的剛度提高和
(2)液態聚合物材料38的收縮率和總收縮量穩定減小。填料，如果存在，且取決于其構造，可與液態聚合物材料38分別放進空腔20，或者，也可與聚合物材料38相混后一起同時注射。結構整體性更好的纖維片材填料(單向纖維插件，雙向織造織物插件)優選與液態聚·合物材料38分別放進空腔20，而顆粒填料(球狀顆粒、扁平狀顆粒、纖維顆粒)則優選與液態聚合物材料38混合后再注射進空腔20。然后液態聚合物材料38在空腔20內被凝固，形成聚合物插件28，如圖6所示。液態聚合物材料38的凝固可線性或非線性地進行，同時，正在凝固的液態聚合物材料38以一定程度的可控收縮率收縮。在液態聚合物材料38如何凝固的問題上，熱塑性聚合物與未固化熱固性聚合物之間的差別又一次成為相關因素。液態聚合物材料38，當由熱塑性聚合物構成時，在熔點以下的溫度下一已從先前為便于注射進空腔20的溫度下降下來一冷卻時逐漸凝固和收縮。在室溫下經過一段短時間就足以使熱塑性聚合物冷卻到所需的程度。但是，當由未固化的熱固性聚合物構成時，液態聚合物材料38 —般在固化期間凝固和收縮，促進固化的方法可以是，加熱、加入硬化劑或交聯劑、光引發劑和UV光能、輻射或經過一段時間，使組分單體和/或齊聚體之間能實現充分的聚合和交聯。凝固中的液態聚合物材料38的收縮不僅避免了聚合物插件28與空腔20之間的緊配合，從而允許出現相對摩擦接觸運動，而且對聚合物插件28的最終結構也有貢獻。這是因為凝固中的聚合物材料38常常收縮到其形狀略不同于空腔20的形狀。空腔20在厚度CT、寬度W和深度D上的差別傾向于產生內應力，內應力導致聚合物插件28在成形時發生屈曲。這類屈曲導致形成靠在內表面22上的部分32和與內表面隔開一個小間隙36的部分34 (如圖3所示)。這些部分32、34也可以被填料，如果含填料，和空腔20的幾何形狀發展、支持和/或維持。液態聚合物材料38在凝固期間的收縮率一般是約50 mm/m 約2 mm/m，與它的熱塑性/熱固性聚合物組成無關。對于聚合物插件28，聚合物組成的選擇和填料的選擇性使用，可使聚合物插件28的收縮率——且因此尺寸、外形和剛度——按需要在該范圍內變化，以滿足設計和/或性能要求。收縮率的減少可以用增加填料含量來實現。填料的物理特性還可引導收縮如何發生。例如，可選擇顆粒填料材料的長徑比來影響液態聚合物材料38在凝固期間是各向同性收縮(球狀顆粒)還是各向異性收縮(扁平狀顆粒、纖維顆粒)。作為另一個實例，纖維片材填料(單向纖維插件或雙向織造織物插件)的形狀可用來構成聚合物插件28的粗略形狀并影響收縮行為。更進一步，靠在內表面22上的部分32的個數和相對部位會受液態聚合物38內所包括的纖維片材填料的初始形狀、液態聚合物材料38中顆粒填料的含量和/或空腔20的幾何復雜性的影響。
當然，剛才所述的制造變速器減振外殼的方法是一個優選的實施方案。另一種選擇是，聚合物插件28可以另外制造，然后被滑移或操縱進空腔20，形成變速器的減振外殼10。當空腔20容易進入且沒有曲面、急彎或復雜的截面形狀時，該方法最好。上述制造方法也不限于變速器外殼；對于動力系中的任何其它類型的輕金屬合金外殼，包括反相器外殼、電動馬達外殼和差速器外殼在內，它們都很易實施。其它輕金屬合金零件，如支架，也可以用此類相同方法制造。
實施例本實施例示意在將聚合物插件引進輕金屬合金零件中已形成的空腔內時所能實現的減振效果。在該實施例中，制造3個矩形鋁合金試件，每個都含一個平直矩形空腔。這些空腔具有相同的寬度和深度，但厚度不同。第一、第二和第三個鋁合金試件的空腔厚度分別為I. O mm、I. 2 mm和I. 5mm。各空腔都用電火花加工法形成。將由30 wt%玻璃纖維填充的聚對苯二甲酸丁二醇酯構成并與試件分開模塑成形的3個聚合物插件分別滑進各試件的空腔。聚合物插件的厚度被模塑到略小于它們被引入的空腔的厚度。還制造第四個尺寸 類似的固體矩形鋁合金試件，作為基準試件。第四個鋁合金試件不含空腔和放在其中的聚合物插件。用沖擊加速器對這四個試件分別施加交變力。用傳統的頻率響應法測定這四個試件內所經歷的振動。從這些測量產生了包括聚合物插件的和基準試件中各試件的振幅(y軸)對頻率(X軸)的曲線圖。圖7給出了測得的傳播過第一個試件70 (空腔寬度=1.0mm)的振動與第四個基準試件50的比較。圖8給出了測得的傳播過第二個試件80 (空腔寬度=1.2 mm)的振動與第四個基準試件50的比較。圖9給出了測得的傳播過第三個試件90(空腔寬度=1. 5mm)的振動與第四個基準試件50的比較。正如可見，在整體成形空腔內含有聚合物插件的3個試件所經受的振動傳播比固體基準試件的小得多。綜上所述，本申請涉及以下技術方案
I.制造減振非鐵輕金屬合金零件的方法，當該零件被安裝在車輛的底盤內時，它在車輛運行期間易進行振動傳播和噪聲傳輸，該方法包括
在非鐵輕金屬合金零件內所選阻尼區成形一個空腔，該空腔由輕金屬合金零件的內露本體表面或涂布在內露本體內表面上的不可濕潤涂層提供的內表面界定；和
在該空腔內引進聚合物插件，該聚合物插件的尺寸和形狀要使當輕金屬合金零件在所選阻尼區受到振動時，聚合物插件的外表面能與空腔的內表面發生相對摩擦接觸運動，該聚合物插件的外表面包含靠在空腔內表面上的部分和與內表面隔開一個間隙的部分。2.方案I的方法，其中，成形空腔的方法包括
在將聚合物插件引進空腔之前，先在輕金屬合金零件的內露本體表面上涂布不可濕潤涂層，以提供空腔的內表面，所述不可濕潤涂層包含被分散和粘合在粘合劑內的石墨或陶瓷顆粒中至少之一。3.方案I的方法，其中將聚合物插件引進空腔的方法包括
獲得由熱塑性聚合物或未固化的熱固性聚合物構成的液態聚合物材料；
將該液態聚合物材料注射進空腔；和
使空腔內的該液態聚合物材料凝固并使該液態聚合物材料以可控的收縮率收縮，以形成聚合物插件。4.方案3的方法，其中將聚合物插件引進空腔的方法包括
通過將熱塑性聚合物加熱到該熱塑性聚合物的熔點以上獲得液態聚合物材料；和 通過將液態聚合物材料冷卻到該熱塑性聚合物熔點以下的溫度使液態聚合物材料凝固。5.方案4的方法，其中熱塑性聚合物包含脂肪族聚酰胺、聚碳酸酯、芳族聚酰胺、聚丙烯酸、聚烯烴或聚酯。6.方案3的方法，其中將聚合物插件引進空腔的方法包括
通過獲得處于液態的未固化的熱固性聚合物獲得液態聚合物材料；和 通過固化該液態聚合物材料使該液態聚合物材料凝固。7.方案6的方法，其中熱固性聚合物包括環氧樹脂、酚醛樹脂或聚酯。8.方案3的方法，還包括
在液態聚合物材料凝固之前，把填料加進液態聚合物，以控制收縮率。9.方案8的方法，其中該填料具有包含下列至少一種的結構球狀顆粒、扁平狀顆粒、纖維顆粒、由單向纖維形成的纖維片材或由雙向織造織物形成的纖維片材。·
10.方案9的方法，其中該填料包含至少一種下列物質碳酸鈣、二氧化硅、玻璃、云母、粘土、納米粘土、天然或合成碳、芳族聚酰胺或娃灰石。11.方案I的方法，其中將聚合物插件引進空腔的方法包括
與輕金屬合金零件分開制造聚合物插件并使之與空腔的形狀基本相仿，該聚合物插件由熱塑性聚合物或熱固性聚合物構成；和將聚合物插件滑移進空腔。12.方案11的方法，其中熱塑性聚合物包含脂肪族聚酰胺、聚碳酸酯、芳香族聚酰胺、聚丙烯酸、聚烯烴或聚酯，以及其中熱固性聚合物包含環氧樹脂、酚醛樹脂或聚酯。13.方案11的方法，其中聚合物插件含有填料。14.方案13的方法，其中該填料具有包含下列至少一種的結構球狀顆粒、扁平狀顆粒、纖維顆粒、由單向纖維形成的纖維片材或由雙向織造織物形成的纖維片材，以及其中填料包含至少一種下列物質碳酸鈣、二氧化硅、玻璃、云母、粘土、納米粘土、天然或合成碳、芳族聚酰胺或硅灰石。15.方案I的方法，其中，輕金屬合金零件是變速器的外殼、反相器的外殼、電動發動機的外殼、差速器的外殼或結構支架。16.制造變速器的減振非鐵輕金屬合金外殼的方法,該方法包括
提供由招合金或鎂合金構成、包括內表面和外表面的結構壁，該結構壁確定了內表面與外表面之間的空腔，空腔由內表面界定，該內表面由結構壁的內露本體表面或涂布在內露本體表面上的不濕潤涂層提供；和
在空腔內引進聚合物插件，該聚合物插件的尺寸和形狀要使當結構壁在所選阻尼區受到振動時，聚合物插件的外表面能與空腔的內表面發生相對摩擦接觸運動，該聚合物插件的外表面包括靠在空腔內表面上的部分和與內表面隔開一個間隙的部分。17.方案16的方法，其中將聚合物插件引進空腔的方法包括
獲得由熱塑性聚合物或未固化的熱固性聚合物構成的液態聚合物材料；將液態聚合物材料注射進空腔；和
使空腔內的液態聚合物材料凝固并使該液態聚合物材料以可控收縮率收縮，形成聚合物插件。18.方案17的方法，還包括
在使液態聚合物材料凝固之前，將填料加進液態聚合物材料，以控制收縮率。19.方案18的方法，其中填料具有至少一種下列結構球狀顆粒、扁平狀顆粒、纖維顆粒、由單向纖維形成的纖維片材或由雙向織造織物形成的纖維片材，以及其中填料包含至少一種下列物質碳酸韓、二氧化娃、玻璃、云母、粘土、納米粘土、天然或合成碳、芳族聚酰胺或硅灰石。20.制造非鐵輕金屬合金零件的方法，當該零件被安裝在車輛底盤內時，它在車輛運行期間易進行振動傳播和噪聲傳輸，該方法包括 提供非鐵輕金屬合金零件，它在輕金屬合金零件內所選阻尼區限定一個空腔，該空腔具有該輕金屬合金零件的內露本體表面；
在輕金屬合金零件的內露本體表面上涂布不可濕潤涂層，以界定空腔的內表面；
獲得由熱塑性聚合物或未固化的熱固性聚合物構成的液態聚合物材料；
將液態聚合物材料注射進空腔，當液態聚合物材料在空腔內時含有填料；和使空腔內的液態聚合物材料凝固并使該液態聚合物材料收縮，形成聚合物插件，其尺寸和形狀要使當該輕金屬合金零件在所選阻尼區受到振動時，聚合物插件的外表面能與空腔的內表面發生相對摩擦接觸運動。以上對優選實施方案和具體實例的描述僅是說明性的，無意限制隨后權利要求的范圍。
權利要求
1.制造減振非鐵輕金屬合金零件的方法，當該零件被安裝在車輛的底盤內時，它在車輛運行期間易進行振動傳播和噪聲傳輸，該方法包括 在非鐵輕金屬合金零件內所選阻尼區成形一個空腔，該空腔由輕金屬合金零件的內露本體表面或涂布在內露本體內表面上的不可濕潤涂層提供的內表面界定；和 在該空腔內引進聚合物插件，該聚合物插件的尺寸和形狀要使當輕金屬合金零件在所選阻尼區受到振動時，聚合物插件的外表面能與空腔的內表面發生相對摩擦接觸運動，該聚合物插件的外表面包含靠在空腔內表面上的部分和與內表面隔開一個間隙的部分。
2.權利要求I的方法，其中，成形空腔的方法包括 在將聚合物插件引進空腔之前，先在輕金屬合金零件的內露本體表面上涂布不可濕潤涂層，以提供空腔的內表面，所述不可濕潤涂層包含被分散和粘合在粘合劑內的石墨或陶瓷顆粒中至少之一。
3.權利要求I的方法，其中將聚合物插件引進空腔的方法包括 獲得由熱塑性聚合物或未固化的熱固性聚合物構成的液態聚合物材料； 將該液態聚合物材料注射進空腔；和 使空腔內的該液態聚合物材料凝固并使該液態聚合物材料以可控的收縮率收縮，以形成聚合物插件。
4.權利要求3的方法，其中將聚合物插件引進空腔的方法包括 通過將熱塑性聚合物加熱到該熱塑性聚合物的熔點以上獲得液態聚合物材料；和 通過將液態聚合物材料冷卻到該熱塑性聚合物熔點以下的溫度使液態聚合物材料凝固。
5.權利要求4的方法，其中熱塑性聚合物包含脂肪族聚酰胺、聚碳酸酯、芳族聚酰胺、聚丙烯酸、聚烯烴或聚酯。
6.權利要求3的方法，其中將聚合物插件引進空腔的方法包括 通過獲得處于液態的未固化的熱固性聚合物獲得液態聚合物材料；和 通過固化該液態聚合物材料使該液態聚合物材料凝固。
7.權利要求6的方法，其中熱固性聚合物包括環氧樹脂、酚醛樹脂或聚酯。
8.權利要求3的方法，還包括 在液態聚合物材料凝固之前，把填料加進液態聚合物，以控制收縮率。
9.權利要求8的方法，其中該填料具有包含下列至少一種的結構球狀顆粒、扁平狀顆粒、纖維顆粒、由單向纖維形成的纖維片材或由雙向織造織物形成的纖維片材。
10.權利要求9的方法，其中該填料包含至少一種下列物質碳酸鈣、二氧化硅、玻璃、云母、粘土、納米粘土、天然或合成碳、芳族聚酰胺或娃灰石。
全文摘要
制造用于車輛底盤的非鐵輕金屬合金減振零件的方法，包括在零件上已形成的空腔內引進聚合物插件。將聚合物插件引進空腔的方法可以是，另外制造聚合物插件，然后將插件滑移或操縱進空腔；或將液態聚合物材料注射進空腔，然后使該液態聚合物材料凝固并收縮，形成聚合物插件。輕金屬合金減振零件能衰減源自零件內或作用到零件上的振動，當這類振動使聚合物插件外表面與空腔內表面之間發生相對接觸摩擦運動時。
文檔編號B29C45/14GK102922657SQ20121028011
公開日2013年2月13日 申請日期2012年8月8日 優先權日2011年8月8日
發明者M.D.漢娜, J.P.米勒, P.H.富斯 申請人:通用汽車環球科技運作有限責任公司