CN103273284A - 一种传动轴内外花键轴叉空心毛坯成型方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种传动轴内外花键轴叉空心毛坯成型方法，包括万向节叉，首先将万向节叉车端面外圆，空心轴管下料，其次将车好端面外圆的万向节叉和空心轴管通过摩擦焊焊接成为一个整体，第三步是去除焊缝处内外飞边形成传动轴内外花键轴叉空心毛坯，第四步是热处理调质。采用以上方法成型后加工的成品与采用传统方法一体化锻造成型后加工的成品，其力学特性及功能特性一致，其材料利用率提高了18%，生产效率是传统方法的3倍，总成本降低了30%以上。

Description

一种传动轴内外花键轴叉空心毛坯成型方法
技术领域
本发明涉及一种传动轴内外花键轴叉空心毛坯成型方法。
背景技术
汽车轻量化技术是各国汽车行业不断追求的目标。轻量化车型的运用，使得货物在同等记重收费的情况下，可以装越多的货物。通过新工艺的研究与运用来提高汽车传动轴的扭质比，可以在同一传递扭力的情况下使传动轴总成质量比同行业轻，从而提高行业竞争力。传动轴外花键轴叉空心结构可以在传递扭矩不变的情况下有效降低总成质量。
传动轴外花键轴叉空心结构毛坯成型工艺，目前行业中有两种方法。
方法一：（1）一体化锻造成型实心毛坯；（2）轴部二次加热冲孔；（3）调质使达到产品硬度要求。此方法存在的问题是：二次加热冲孔时耳廓叉子产生变形，冲孔模具比较复杂、模具成本高，轴端内孔和外圆同轴度保证能力差，轴端外圆周向有硬度梯度。
方法二：（1）一体化锻造成型实心毛坯；（2）钻床钻轴端内孔；（3）调质使达到产品硬度。此方法存在的问题，钻孔深度有限，达不到极限减重要求；钻孔加工工序时间长，效率低，人工及原材料成本高，满足不了大批量生产需求，轴端外圆周向同样存在硬度梯度。
传动轴内花键轴叉主要用于商用车桥间传动轴，一种成本较低的制造工艺是采用一端万向节叉，一端内花键轴焊接而成，焊接方式采用二氧化碳保护焊，该工艺制造的成品在市场上反映焊缝开裂故障很多，赔偿率达到了3%-8%左右。另外一种制造方法就是采用一体化锻造成型毛坯加工的成品零件，赔偿率基本上为零。采用的毛坯成型工艺就是上述的传动轴外花键轴叉空心结构成型方法即方法一与方法二，存在的问题同上就不在此累述。
上述传动轴内外花键轴叉空心毛坯成型工艺存在的问题归纳为：材料利用率低，加工周期时间长，成本高，产品质量保证能力差。
虽然摩擦焊已经能够在机械加工领域中已经成为一个比较成熟的技术，但是没有任何一个厂家或者实验室或者个人将其在传动轴内外花键轴叉空心毛坯中使用。
发明内容
本发明为解决现有技术中的不足，提供了一种较高的材料利用率，较好的质量保证能力，较低的制造成本，高效的空心毛坯成型工艺，特别提出一种传动轴内外花键轴叉空心毛坯成型方法。
为此，本发明的技术方案为，一种传动轴内外花键轴叉空心毛坯成型方法，包括万向节叉，首先将万向节叉车端面外圆，空心轴管下料，其特征在于： 其次将车好端面外圆的万向节叉和空心轴管通过摩擦焊焊接成为一个整体； 第三步是去除焊缝处内外飞边形成传动轴内外花键轴叉空心毛坯；第四步是热处理调质。
对上述方案的改进在于：万向节叉圆盘端面与外圆垂直度不大于0.5mm。
对上述方案的改进在于：空心轴管切断面与外圆柱面垂直度不大于0.5mm。
有益效果：
采用以上方法成型后加工的成品与采用传统方法一体化锻造成型后加工的成品，其力学特性及功能特性一致，其材料利用率提高了18%，生产效率是传统方法的3倍，总成本降低了30%以上。
万向节叉车圆盘端面后，与车过的外圆垂直度不大于0.5mm，空心轴管切断面与外圆柱面垂直度不大于0.5mm，两者摩擦焊既不浪费材料，对设备的抖动也最小，焊接的效果最佳。
附图说明
图1是通孔万向节叉A的结构示意图。
图2是空心轴管B的结构示意图。
图3是通孔万向节叉A与空心轴管B成型后的结构示意图。
图4是盲孔万向节叉A1的结构示意图。
图5是盲孔万向节叉A1与空心轴管B成型后的结构示意图。
图中A是通孔万向节叉，B是空心轴管，C是通孔万向节叉A与空心轴管B成型后的结构示意图，A1是盲孔万向节叉，C1是盲孔万向节叉A1与空心轴管B成型后的结构示意图。
具体实施方式
本发明如图1、2、3、4、5所示。
本发明是一种传动轴内外花键轴叉空心毛坯成型方法，
其中万向节叉为锻造或铸造成型，圆盘端部为实心、盲孔或通孔结构，另一端为两个撑开的叉子，叉子中心有预制孔或没有预制孔，车圆盘端面后形成光洁的圆面或圆环面，与车过的外圆垂直度不大于0.5mm。
所述空心轴管B采用热轧空心管材、冷拔空心管材或铸造空心管材，带锯床沿管材径向切断，保证切断面与外圆柱面垂直度不大于0.5mm。
采用摩擦焊机床焊接万向节叉A与空心轴B时，万向节叉A固定而空心轴B沿轴线旋转。
所述摩擦焊机床为连续驱动摩擦焊、惯性摩擦焊中的一种，根据焊件接触面的尺寸调整主轴转速、摩擦时间、摩擦压力及顶锻力。
所述传动轴内外花键轴叉空心毛坯C，空心轴管B部分外圆后续需要加工外花键或空心轴管B部分内孔后续需要加工内花键，成品主要适用于但不限于汽车用传动轴总成。
所述的焊缝质量的检查是指通过断裂或弯曲试验、微观金相检查、飞边尺寸检查、目视裂纹检查、超声波探测、磁粉探伤、着色检验等质量检验方法中的一种或几种检测焊接质量。
所述的热处理是指采用回火或调制工艺对传动轴内外花键轴叉空心毛坯进行热处理，用以消除应力、使材质均匀并达到产品硬度要求。
其加工步骤为：
（1）、万向节叉A采用数控车床车端面保证端面至耳廓最左端尺寸为181mm，车阶梯外圆保证外圆尺寸φ95±0.5mm，车定位外圆保证外圆尺寸φ114±0.5mm；
空心轴管B为外径是φ95mm壁厚为15mm的热轧管料，内外径同轴度保证1.0mm，采用带锯床下料保证长度尺寸130±1.0mm，保证切断面对外圆的垂直度≤0.5mm；
（2）、采用摩擦焊机床将通孔万向节叉A与空心轴管B焊接成一体，保证同轴度φ0.5mm；或者将盲孔万向节叉A1与空心轴管B焊接成一体。
（3）、去除焊缝处内外飞边形成传动轴内外花键轴叉空心毛坯C，目视无裂纹等缺陷；
（4）、调质使传动轴内外花键轴叉空心毛坯C硬度达到255~290HB。
其中万向节叉A或A1为40Cr材料，采用传统锻造工艺成型，正火态；空心轴B为40Cr材料，采用热轧工艺成型，正火态；传动轴内外花键轴叉空心毛坯C为40Cr材料，成型后调制达到硬度255~290HB。采用以上工艺成型后加工的成品传动轴内花键轴叉与一体化锻造成型实心传动轴内花键轴叉毛坯加工后的成品扭力试验均满足24000N.m传递扭矩要求，扭疲试验附加最大扭矩Mmax为24000N.m，最小扭矩Mmin为5000N.m的交变载荷条件下12万次，该产品零件无明显裂纹及变形。
传统制造方法：毛坯重量（实心）16.02kg，40Cr材料采购价格4.5元/kg，锻造制造费用1元/kg，热处理调制费用1.8元/kg，钻轴端底孔费用2元/件，计算的制造成本120元/件，节拍为6min/件。
按照本发明：万向节叉重量7.62kg，40Cr材料采购价格4.5元/kg，空心管重量3.92kg，40Cr热轧管采购价格5.8元/kg，万向节叉锻造及补充加工费用1.2元/kg，热处理调质费用1.8元/kg，摩擦焊费用5元/件，计算的制造成本72.56元/件，节拍小于2min/件。
成品重量7.34kg，传统制造工艺材料利用率为45.82%，本发明工艺方式材料利用率为63.6%。
综上所述本发明的优势：材料利用率提高了18%，生产节拍是传统工艺的3倍，总成本降低了30%以上。
最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明专利的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种传动轴内外花键轴叉空心毛坯成型方法，包括万向节叉，首先将万向节叉车端面外圆，空心轴管下料，其特征在于： 其次将车好端面外圆的万向节叉和空心轴管通过摩擦焊焊接成为一个整体， 第三步是去除焊缝处内外飞边形成传动轴内外花键轴叉空心毛坯；第四步是热处理调质。
2.根据权利要求1所述的一种传动轴内外花键轴叉空心毛坯成型方法，其特征在于：万向节叉圆盘端面与外圆垂直度不大于0.5mm。
3.根据权利要求1所述的一种传动轴内外花键轴叉空心毛坯成型方法，其特征在于：空心轴管切断面与外圆柱面垂直度不大于0.5mm。
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