CN101105196B - 用于焊接管轴的端件、相应的轴和制造方法 - Google Patents

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Abstract

用于焊接管轴的端件包括：中心轴线(X-X)；具有为连接端的第一端(14)的第一轴向部分(10)；和管状并适于焊接到管(8)上的第二部分(12)。第二轴向部分(12)限定了第二自由端(18)，并具有外表面(22)、内表面(24)和由端壁基体限定的端壁表面(26)。内表面(24)具有朝第二自由端(18)张开的形状，内表面(24)由不同于端壁基体的内基体限定。端件适用于机动车辆中的传动轴。

Description

用于焊接管轴的端件、相应的轴和制造方法
技术领域
本发明涉及一种用于焊接管轴的端件，其包括：
·中心轴线；
·具有构成连接端的第一端的第一轴向部分；
·管状并适于焊接到管上的第二轴向部分，第二轴向部分限定了第二端，并具有外表面、内表面和由一端壁基体限定的端壁表面。
本发明更尤其适于机动车辆传动装置中的连接轴。
背景技术
在现有技术中，已知的焊接管轴由两个端件构成，每个端件焊接到中空管的一端上。各端件包括设置有连接沟槽(fluting)的第一部分。沟槽适于连接轴，例如将轴连接到恒速接头。各端件具有焊接到中空管上的管状截面部分。第二部分具有圆筒形的内表面和大体上平的端壁表面。圆筒形内表面经由形成环面(torus)的一部分的表面连接到端壁表面上。
制造期间，已知焊接管轴的端件经历正常退火，这导致端件在环面的一部分形式的表面部位局部脱碳。
此外，焊接后，焊接管轴经历感应热处理，感应热处理在轴的外部分形成热处理区域，在端件内部形成非热处理区域，两个区域由一条分隔线分开，通常，该分隔线终止于环面的一部分形式的表面上。
由于各种各样的制造参数，已知轴的结构稳定性和寿命小。
因而，本发明的目的是增加焊接管轴的结构稳定性和寿命，同时仍然使得制造成本低廉。
发明内容
为此，本发明提供一种上述类型的端件，其特征在于，内表面具有朝第二端张开(flare)的形状，内表面由不同于端壁基体的内基体限定。
在特定实施例中，本发明的端件包括一个或多个下列特征：
·端壁基体具有端壁曲率半径，内基体具有比端壁曲率半径大的曲率半径；
·端壁基体具有端壁曲率半径，内基体是直线性的，这样，内表面为截锥形状；
·内基体相对于中心轴线的倾斜角至少为1°且至多为60°，优选为至少10°且至多50°；
·所述端壁表面由大体上平的轴向端部分和轴向过渡部分构成，该轴向过渡部分为环面的一部分的形式，该环面由具有过渡曲率半径的过渡基体的一部分形成，所述端壁基体一部分由限定所述轴向端部分的端壁基体组成、一部分由限定所述轴向过渡部分的过渡基体组成；
·端件由钢制成，其具有内区域和经过热处理的外区域，所述内区域的材料构造不同于所述外区域的材料构造，两个区域由一条分隔线分开，分隔线终止于内表面上；
·所述内区域包括中间区域和没有经过热处理的区域，所述中间区域位于所述外区域和所述没有经过热处理的区域之间，所述中间区域特别是贝氏体区域；
·热处理是感应热处理；
·端件冷锻而成，不用退火；和
·第一端是带沟槽端或恒速接头的漏斗或钟罩。
本发明还提供了一种轴，其包括两个端件和在两个端件之间延伸的管，两个端件通过在每个端件上形成焊珠而焊接到管上，该轴的特征在于，至少一个端件是如上所述的端件。
在特定实施例中，本发明的轴包括一个或多个下列特征：
·端件是如上所述的端件，经过热处理的外区域延伸超过焊珠，管在其整个横截面上以及其整个长度上都进行热处理；和
·该端件或每个端件是由硼钢制成的端件，例如38B3钢，管由碳含量与端件的钢的碳含量不同的钢制成，尤其是由碳含量小于端件的钢的钢制成，例如34MnB5钢。
本发明还提供了一种制造如上所述的轴的方法，该方法包括以下连续的步骤：
·通过焊接，将两个端件固定到管上，以获得轴坯；
·车削和机加工端件；和
·以变化的处理速度使轴坯经过感应线圈；
热处理焊珠和管时的处理速度比处理端件时的处理速度快。
附图说明
通过阅读下面纯粹作为例子给出的说明书可以更好地理解本发明，参照附带的视图，其中：
·图1是本发明的轴局部剖开的视图；和
·图2是图1中细节II的放大图。
具体实施方式
图1是局部剖开的视图，显示了本发明的焊接管轴，整体标记为2。
焊接管轴2由两个端件4和6以及中心管8一起构成。
两个端件4和6至少涉及如下所述的特征是相同的。因此，在下面只涉及端件4。
焊接管轴2限定了一中心轴线X-X。在下面，诸如“轴向”和“径向”的术语都是相对于所述中心轴线X-X来说的。
端件4包括第一轴向部分10和第二轴向部分12。
第一轴向部分10具有第一端14，第一端14是用于连接到互补元件例如三脚接头(未显示)上的端部。为此，连接端14设置有连接沟槽16。
第二轴向部分12的形状为绕轴线X-X的管状。第二轴向部分12限定了第二端18。在端件未组装状态下，该端18是自由端，而在组装状态下，其借助于焊珠20、优选为摩擦焊珠连接到管8上。第二轴向部分12限定了径向外表面22、径向内表面24以及端壁表面26(见图2)。
端壁表面26由大体上平的轴向端部分28和轴向过渡部分30构成。轴向端部分28大体上垂直于轴线X-X，其由端壁基体28A(一条直线)的一部分限定。举例来说，端部分28相对于垂直于轴线X-X延伸的平面倾斜最大10°、5°或3°。在任何情况下，端壁基体28A的该部分相对于中心轴线X-X的倾斜角总大于内基体32(见下文)的倾斜角。此外，基体28A的倾斜角由垂直于轴线X-X延伸的平面限定。过渡部分30为环面的一部分的形式，该环面由具有过渡曲率半径T的过渡基体30A的一部分(一段圆弧)形成。
内部结构24连接于过渡部分30，内部结构24具有直线性的内基体32，这样，内部结构24为截锥形状。内基体32相对于中心轴线X-X倾斜至少1°且至多60°。内基体32相对于轴线X-X倾斜一定角度，该角度优选位于10°到50°范围之内，尤其在20°到40°的范围之内。
这些取值使得对于热处理深度的变化有很好的容许量，并使得轴向幅度(latitude)足以确保分隔线(见下文)终止在内表面24上。
内表面24从过渡表面30延伸到焊珠20。内表面24在其整个范围内没有任何的凸形部分，以便内表面24从端壁表面26朝第二端18单调张开。
在一变形中，内基体弯曲的曲率半径可以大于过渡曲率半径5。
端件4、6由硼钢制成，例如38B3钢，管8由碳含量与端件4、6的钢不同的钢制成，尤其是由碳含量小于端件4、6的钢的钢制成，举例来说，管8由34MnB5钢制成。不过，也可以使用适于经受感应热处理的其它钢。
端件4具有经过热处理的外区域40和没有经过热处理的内区域42。例如，外区域40由马氏体组成，而内区域42由铁素体-珠光体组成。热处理的区域40和未热处理的区域42由一中间分隔区域44分开。例如，中间分隔区域44由贝氏体组成。分隔区域44和热处理的区域40限定了一条分隔线46，该分隔线46终止于内表面24，因而，该分隔线46远离端壁表面26。
此外，热处理的区域40从端件4延伸到焊珠20之外，一直延伸到管8那么远。管8在其整个横截面上以及在其整个长度上都进行热处理，不具有未处理区域42，也不具有中间分隔区域44。换句话说，管8由马氏体组成。
另外，端件4冷锻而成，不用退火，因而不包括脱碳区域。所以，在使用轴2时，过渡部分30不会产生机械张力峰值，从而为轴提供大的稳定性和长的寿命。
分隔线46终止于内表面24上的事实也减少了过渡区域30中的机械应力，增加了轴2的结构稳定性和寿命。
内表面24相对于中心轴线X-X倾斜一小(shallow)角度的事实，使轴2可以通过感应线圈以便热处理外表面22，同时允许轴2与感应线圈之间的相对位置具有相当大的容许量。
本发明的轴2优选由包括下列连续的步骤的制造方法制造。
首先，通过摩擦焊接，将两个端件2、4固定到管8上，以获得轴坯。所以，在其端件处车削和机加工轴坯。
然后使轴坯变速通过感应线圈，以便处理端件。
焊珠和管热处理期间的处理速度比端件热处理期间的处理速度快。
在一变形中，端14构成恒速接头的漏斗或钟罩。

Claims (17)

1.一种用于焊接管轴的端件，其包括：
·中心轴线(X-X)；
·具有构成连接端的第一端(14)的第一轴向部分(10)；
·管状并适于焊接到管(8)上的第二轴向部分(12)，第二轴向部分(12)限定了第二端(18)，并具有外表面(22)、内表面(24)和由端壁基体(28A，30A)限定的端壁表面(26)；
该端件的特征在于，所述内表面(24)具有朝所述第二端(18)张开的形状，且所述内表面(24)由不同于所述端壁基体的内基体(32)限定；
其中，该端件由钢制成，且具有内区域(42，44)和经过热处理的外区域(40)，该内区域的材料构造不同于所述外区域(40)的材料构造，所述外区域和内区域由一条分隔线(46)分开，以及所述分隔线(46)终止于所述内表面(24)。
2.如权利要求1所述的端件，其特征在于，所述端壁基体具有端壁曲率半径(T)，所述内基体(32)具有比所述端壁曲率半径(T)大的曲率半径。
3.如权利要求1所述的端件，其特征在于，所述端壁基体具有端壁曲率半径(T)，所述内基体(32)是直线性的，这样，所述内表面(24)为截锥形状。
4.如权利要求3所述的端件，其特征在于，所述内基体(32)相对于所述中心轴线的倾斜角至少为1°且至多为60°。
5.如权利要求3所述的端件，其特征在于，所述内基体(32)相对于所述中心轴线的倾斜角为至少10°且至多50°。
6.如权利要求2-5任一所述的端件，其特征在于，所述端壁表面(26)由大体上平的轴向端部分(28)和轴向过渡部分(30)构成，该轴向过渡部分(30)为环面的一部分的形式，该环面由具有过渡曲率半径(T)的过渡基体的一部分形成，所述端壁基体一部分由限定所述轴向端部分(28)的端壁基体(28A)组成、一部分由限定所述轴向过渡部分的过渡基体(30A)组成。
7.如权利要求1所述的端件，其特征在于，所述内区域包括中间区域(44)和没有经过热处理的区域(42)，所述中间区域(44)位于所述外区域(40)和所述没有经过热处理的区域(42)之间。
8.如权利要求7所述的端件，其特征在于，所述中间区域(44)为贝氏体区域。
9.如权利要求1或2所述的端件，其特征在于，所述热处理是感应热处理。
10.如权利要求1或2所述的端件，其特征在于，端件冷锻而成，而不用退火。
11.如权利要求1或2所述的端件，其特征在于，所述第一端(14)是带沟槽端(16)或恒速接头的漏斗或钟罩。
12.一种轴，包括两个端件(4，6)和在两个端件之间延伸的管(8)，所述两个端件(4，6)通过在每个端件上形成焊珠(20)而焊接在管(8)上，该轴的特征在于，至少一个端件是前述任一权利要求所述的端件。
13.如权利要求12所述的轴，其特征在于所述经过热处理的外区域(40)延伸超过焊珠(20)，所述管(8)在其整个横截面上以及在其整个长度上都进行热处理。
14.如权利要求12或13所述的轴，其特征在于，该端件或每个端件(4，6)是由硼钢制成的端件，以及所述管(8)由碳含量与端件的钢不同的钢制成。
15.如权利要求12或13所述的轴，其特征在于，该端件或每个端件(4，6)是由硼钢制成的端件，以及所述管(8)由碳含量小于端件的钢的钢制成。
16.如权利要求14所述的轴，其特征在于，所述硼钢为38B3钢，而制作所述管(8)的钢为34MnB5钢。
17.一种制造如权利要求12-16任一所述的轴的方法，包括下列连续的步骤：
·通过焊接，将两个端件(4，6)固定到管(8)上，以获得轴坯；
·车削和机加工端件；和
·以变化的处理速度使轴坯经过感应线圈；
热处理焊珠和管时的处理速度比处理端件时的处理速度快。
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