CN106246705A - 一种汽车电机转轴及其加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车电机转轴及其加工方法，电机转轴包括轴肩段和主轴段，在轴肩段和主轴段的外侧设有两个轴承段，分别为轴承A段和轴承B段，轴承B段、主轴段和轴肩段的侧面设有两个长键槽，在主轴段设有一个短键槽，轴承A段的端面开设有一个轴向的未通的输入孔，输入孔内设有内花键，轴承B段的端面开设有一个轴向的未通孔。加工方法为：锻打毛坯‑粗车‑热处理‑半精车‑拉齿‑铣键槽‑热处理‑精车‑精磨‑终检‑清洗包装‑入序。对粗车、半精车、精车和精磨步骤进行了改进，避免拉齿工序中加工基准偏差大，顶尖孔同心度偏差大，不稳定，一致性不好等问题，缩短了加工时间，大大提升了生产效率，降低了生产成本。

Description

一种汽车电机转轴及其加工方法

技术领域

本发明涉及转轴的加工工艺领域，特别涉及一种汽车电机转轴及其加工方法。

背景技术

目前，应用于新能源汽车电机上的转轴，设计上采用内（外）花键齿，依靠花键联接传递扭矩，花键联接的优点接触面积大，受力均匀，定心好、适用于承载能力较大的场合。由于环保方面的要求，国家对新能源汽车领域的支持和发展，使其该产品发展空间较大，今年产量增幅较大，为适应大批量生产的需求，对该类产品加工工艺进行了优化，并对过程结果做了大量的试验验证工作，最终确认为目前的加工工艺为最适合的，能够满足客户的技术要求同时生产效率大幅提升。

目前，对于这种电机转轴，生产企业都采用传统普车和数控车来进行加工，因受设备的限制，图纸技术要求的几个重要的关键尺寸难以保证：

A、外圆两端与内花键基准同心度0.02mm；

B、内外圆与工艺顶尖孔同心度0.015mm；

C、因为提高后续加工效率，在热处理前各形位公差、外圆尺寸须加工到较高高精度，这也正是传统设备在精度及效率上难以达到的。

为了达到图纸要求，之前的工艺为：

锻打毛坯（正火、调质）—粗车—热处理—（去应力）—半精车—双顶粗磨外圆—拉齿—铣键槽—热处理（碳氮共渗）—精车—精磨—终检—清理包装—入库。

在上述工艺中，半精车步骤中，需要夹转轴一端，车另一端内外圆，然后掉头夹一端，顶一端，车外圆，最后修软爪夹工件2/2处车内孔，可以看出在半精车工序中有较复杂的掉头装夹等工序。在半精车这一工序必须掉头二次，重复装夹三次，并且在加工过程中，尤其是轴向尺寸因操作人员装夹失误导致一致性差的概率大幅增加，以及后续重要的工艺基准顶尖孔同心度难以保证，另外增加了工序现场就增加流转，降低了生产效率，升高了生产成本，也满足不了客户需求。

因此，我们针对这环节与设备厂家共同攻关及反复试验，研发了这一新的加工工艺。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种汽车电机转轴及其加工方法，该加工方法中，避免拉齿工序中加工基准偏差大，顶尖孔同心度偏差大，不稳定，一致性不好等问题，同时减少了三步掉头半精车，半粗磨等工序，缩短了加工时间，大大提升了生产效率，降低了生产成本。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种汽车电机转轴，包括轴肩段和主轴段，在轴肩段和主轴段相邻，在轴肩段和主轴段的外侧设有两个轴承段，分别为轴承A段和轴承B段，其特征在于所述的轴承B段、主轴段和轴肩段的侧面设有两个长键槽，在主轴段设有一个短键槽，所述的轴承A段的端面开设有一个轴向的未通的输入孔，输入孔内设有内花键，所述的轴承B段的端面开设有一个轴向的未通孔。

对上述结构作进一步说明，所述的两个长键槽和一个短键槽分别处于转轴断面的0度、180度和90度位置。

对上述结构作进一步说明，所述的轴承A段和轴承B段与主轴段的同轴度为0.02毫米。

对上述结构作进一步说明，所述的输入孔和未通孔与主轴段的同轴度0.02毫米。

一种汽车电机转轴的加工方法，其特征在于包括如下步骤：

S1、对转轴毛坯料进行正火锻打处理，在井式炉中进行调质，淬火温度为850-950°，硬度HRC22～27；

S2、粗车转轴两个端面，加工中心孔，对转轴上轴承A段、轴承B段和主轴段的外圆粗车，在两个端面上沿着中心孔钻出输入孔和未通孔；

S3、将S2粗车后得到的坯料进行调质热处理，实现去除应力；

S4、半精车转轴的各轴段外圆、长度和两侧的顶尖孔；

S5、插齿刀装好后在插齿前需调试校正，插齿刀跳动≤0.02，对转轴的输入孔内进行拉齿，得到内花键齿；

S6、在转轴的轴承A段、轴承B段和主轴段上铣长键槽，在主轴段上铣短键槽，加工完成后各键槽涂防锈油；

S7、对转轴采用碳氮共渗方式进行热处理；

S8、精车转轴的输入孔和未通孔，以及整个转轴的长度；

S9、利用数控外圆磨床，对转轴的每个轴端外圆进行精磨；

S10、检查精磨后转轴每个轴端的尺寸，形位公差以及外观；

S11、将检查后得到工件进行清理防锈：去除污垢以及涂防锈油处理，即得电机转轴。

在上述的S2步骤中，其具体工艺为：

S21、对S1中得到的转轴坯料中间部分的主轴段外圆进行夹装，对转轴的两个端面进行粗车，在两个端面上打中心孔；

S22：夹顶粗车外圆，顶右端中心孔，夹主轴段外圆，以转轴左端面定位夹紧；

S23：顶左端中心孔，以主轴段外圆定位夹紧，定位套固定顶尖，利用深孔钻钻出未通孔；

S24：在摇臂钻或车床，钻出输入孔。

在上述的S3步骤中，在恒温炉中炉温520℃，保温时间3小时，竖直悬挂放置，将合格零件放入具备防磕碰、划伤、跌落、污染功能的专用工位器具中，将不合格品标记后放入规定的器具中。

在上述的S4步骤中，使用双头数控车床，装夹固定转轴的主轴段外圆中间位置，左右刀塔主轴对转轴内外圆顶尖孔位加工，即一次装夹，多刀一次性加工完成，半精车转轴的每个轴段外圆和两端面上的内孔。

在上述的S7步骤中，表面硬度HRC58～63，芯部硬度HRC28～35，碳氮共渗，渗层深度0.5～0.7mm，外圆跳动≤0.05mm，圆柱度≤0.03mm，转轴的所有外圆、内孔、齿部、键槽清洗干净，无油污杂质残留，各表面光洁无锈迹，无毛刺，无磕碰伤。

在上述的S9步骤中，其具体工艺为：

S91：喷砂机，转轴的外圆、内孔、齿部、键槽喷砂，所有外圆、内孔、齿部、键槽表面光洁无锈迹，无毛刺，无磕碰伤，各槽边缘及表面不允许有毛刺、磕碰伤；

S92：对输入孔和未通孔的出口处的倒角进行研磨，保证倒角为60°锥面，其粗糙度Ra=0.4；

S93：对转轴的各轴段外圈进行精磨，利用外圆磨床，双顶半精磨外圆，检查各轴段外圈直径，同时保证各轴段的圆柱度≤0.01毫米，跳动≤0.01毫米，表面粗糙度Ra=1.6；

S95：精车输入孔内壁，加工完成后吹净孔内铁屑；

S96:去毛刺, 各外圆端面、棱边、键槽内无尖角毛刺，孔内无铁屑、油污残留，所有外圆、端面无划伤和磕碰伤。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明中的发动机转轴在主轴段的两个端面上加工分别加工未通孔，其中一个输入孔内设置内花键，另一个未通孔为输出端，并采用三个键槽的方式进行扭矩传输，从而实现对发动机转轴在满足转矩输出条件下的小型化要求，采用内花键联接的优点接触面积大，受力均匀，定心好、适用于承载能力较大的场合。本发明的加工方式，是对发动机转轴中加工工艺进行调整，使用双头数控车床，装夹固定工件外圆中间位置，左右刀塔主轴对工件内外圆顶尖孔位加工，即一次装夹，多刀一次性加工完成，即保证了各形位公差0.02mm以内的要求，又节省了物料现场流转时间，关键是产品一致性及稳定性较好，经过批量生产得到验证，该工艺的实施，该工序效率提升了60%以上。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1的全剖视图；

图3是图1中A向视图；

其中：1、轴承A段，2、轴肩段，3、主轴段，4、长键槽，5、轴承B段，6、输入孔，7、内花键，8、未通孔，9、短键槽。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如附图1所示，为一种电机转轴，其包括轴肩段2和主轴段3，在轴肩段2和主轴段3相邻，在轴肩段2和主轴段3的外侧设有两个轴承段，分别为轴承A段1和轴承B段5，轴承B段5、主轴段3和轴肩段2的侧面设有两个长键槽3，在主轴段3设有一个短键槽9，两个长键槽3和一个短键槽9分别处于转轴断面的0度、180度和90度位置，见附图3所示，3个键槽用于传递扭矩。电机转轴需要与电机连接，电机输出轴转轴采用内花键连接，即在轴承A段1的端面开设有一个轴向的未通的输入孔6，轴承B段5的端面开设有一个轴向的未通孔8，其中的输入孔6内靠近底部的一段侧面上设有内花键7，内花键7于电机输出轴的外花键配合，依靠花键联接传递扭矩，花键联接的优点接触面积大，受力均匀，定心好、适用于承载能力较大的场合。同时在输入孔6的前段为通孔，可以增加转轴于电机输出轴的接触长度，保证两者配合紧密，避免松动。

对于汽车电机转轴来说，渗碳钢经过碳氮共渗制成，其加工精度是有要求的，该内花键齿形的花键精度等级为6级，齿形公差为 0.03、齿向公差为0.014、齿距公差为0.042、齿部尺寸公差0.11，且键槽尺寸公差要求0.04，对称度要求0.035。另外，在轴承A段1和轴承B段5与主轴段3的同轴度为0.02毫米，输入孔6和未通孔8与主轴段3的同轴度0.02毫米，转轴内外圆与工艺顶尖孔同心度0.015mm；因为批量加工，需要提高后续加工效率，在热处理前各形位公差、外圆尺寸须加工到较高高精度，这也正是传统设备在精度及效率上难以达到的。

为了满足降低转账加工工序现场流转，提高生产效率，对转轴传统的加工工艺进行了优化，新工艺流程为：锻打毛坯（正火、调质）-粗车-热处理（去应力）-半精车（双头车）-拉齿-铣键槽-热处理（碳氮共渗）-精车-精磨-终检-清洗包装-入序。

经过多次结合设备特性的试验，对半精车这一工序进行了调整。使用双头数控车床，装夹固定工件外圆中间位置，左右刀塔主轴对工件内外圆顶尖孔位加工，即一次装夹，多刀一次性加工完成，即保证了各形位公差0.02mm以内的要求，又节省了物料现场流转时间，关键是产品一致性及稳定性较好，经过批量生产得到验证，该工艺的实施，该工序效率提升了60%以上。同时对粗车、精车和精磨步骤进行了改进，使其满足转轴加工工艺要求。

电机转轴再实际加工过程中，其加工工序如下：

S1、对转轴毛坯料进行正火锻打处理，在井式炉中进行调质，淬火温度为850-950°，硬度HRC22～27；

S2、粗车转轴两个端面，加工中心孔，对转轴上轴承A段1、轴承B段5和主轴段3的外圆粗车，在两个端面上沿着中心孔钻出输入孔6和未通孔8；

S3、对S1中得到的转轴坯料中间部分的主轴段外圆进行夹装，对转轴的两个端面进行粗车，在两个端面上打中心孔；

S4：夹顶粗车外圆，顶右端中心孔，夹主轴段3外圆，以转轴左端面定位夹紧；

S5：顶左端中心孔，以主轴段3外圆定位夹紧，定位套固定顶尖，利用深孔钻钻出未通孔8；

S6：在摇臂钻或车床，钻出输入孔6。

S7、将S2粗车后得到的坯料进行调质热处理，在恒温炉中炉温520℃，保温时间3小时，竖直悬挂放置，实现去除应力。将合格零件放入具备防磕碰、划伤、跌落、污染功能的专用工位器具中，将不合格品标记后放入规定的器具中；

S8、使用双头数控车床，装夹固定转轴的主轴段3外圆中间位置，左右刀塔主轴对转轴内外圆顶尖孔位加工，即一次装夹，多刀一次性加工完成，半精车转轴的每个轴段外圆和两端面上的内孔。

S9、插齿刀装好后在插齿前需调试校正，插齿刀跳动≤0.02，对转轴的输入孔6内进行拉齿，得到内花键齿；

S10、在转轴的轴承A段1、轴承B段5和主轴段3上铣长键槽4，在主轴段3上铣短键槽9，加工完成后各键槽涂防锈油；

S11、对转轴采用碳氮共渗方式进行热处理，表面硬度HRC58～63，芯部硬度HRC28～35，碳氮共渗，渗层深度0.5～0.7mm，外圆跳动≤0.05mm，圆柱度≤0.03mm，转轴的所有外圆、内孔、齿部、键槽清洗干净，无油污杂质残留，各表面光洁无锈迹，无毛刺，无磕碰伤；

S12、精车转轴的输入孔6和未通孔8，以及整个转轴的长度；

S13、利用数控外圆磨床，对转轴的每个轴端外圆进行精磨；

S14：喷砂机，转轴的外圆、内孔、齿部、键槽喷砂，所有外圆、内孔、齿部、键槽表面光洁无锈迹，无毛刺，无磕碰伤，各槽边缘及表面不允许有毛刺、磕碰伤；

S15：对输入孔6和未通孔8的出口处的倒角进行研磨，保证倒角为60°锥面，其粗糙度Ra=0.4；

S16：对转轴的各轴段外圈进行精磨，利用外圆磨床，双顶半精磨外圆，检查各轴段外圈直径，同时保证各轴段的圆柱度≤0.01毫米，跳动≤0.01毫米，表面粗糙度Ra=1.6；

S17：精车输入孔6内壁，加工完成后吹净孔内铁屑；

S18:去毛刺, 各外圆端面、棱边、键槽内无尖角毛刺，孔内无铁屑、油污残留，所有外圆、端面无划伤和磕碰伤；

S19、检查精磨后转轴每个轴端的尺寸，形位公差以及外观；

S20、将检查后得到工件进行清理防锈：去除污垢以及涂防锈油处理，即得电机转轴。

利用上述加工工艺，可以解决转轴内花键拉齿前各基准难以保证的问题：A、拉齿基准偏差导致齿部与轴承位不同心；B、全轴同心度偏差；C、多次掉装夹加工导致产品一致性差，从而影响生产效率。

Claims (10)

1.一种汽车电机转轴，包括轴肩段（2）和主轴段（3），在轴肩段（2）和主轴段（3）相邻，在轴肩段（2）和主轴段（3）的外侧设有两个轴承段，分别为轴承A段（1）和轴承B段（5），其特征在于所述的轴承B段（5）、主轴段（3）和轴肩段（2）的侧面设有两个长键槽（3），在主轴段（3）设有一个短键槽（9），所述的轴承A段（1）的端面开设有一个轴向的未通的输入孔（6），输入孔（6）内设有内花键（7），所述的轴承B段（5）的端面开设有一个轴向的未通孔（8）。

2.根据权利要求１所述的一种汽车电机转轴，其特征在于所述的两个长键槽（3）和一个短键槽（9）分别处于转轴断面的0度、180度和90度位置。

3.根据权利要求１所述的一种汽车电机转轴，其特征在于所述的轴承A段（1）和轴承B段（5）与主轴段（3）的同轴度为0.02毫米。

4.根据权利要求１所述的一种汽车电机转轴，其特征在于所述的输入孔（6）和未通孔（8）与主轴段（3）的同轴度0.02毫米。

5.一种汽车电机转轴的加工方法，其特征在于包括如下步骤：

S1、对转轴毛坯料进行正火锻打处理，在井式炉中进行调质，淬火温度为850-950°，硬度HRC22～27；

S2、粗车转轴两个端面，加工中心孔，对转轴上轴承A段（1）、轴承B段（5）和主轴段（3）的外圆粗车，在两个端面上沿着中心孔钻出输入孔（6）和未通孔（8）；

S3、将S2粗车后得到的坯料进行调质热处理，实现去除应力；

S4、半精车转轴的各轴段外圆、长度和两侧的顶尖孔；

S5、插齿刀装好后在插齿前需调试校正，插齿刀跳动≤0.02，对转轴的输入孔（6）内进行拉齿，得到内花键齿；

S6、在转轴的轴承A段（1）、轴承B段（5）和主轴段（3）上铣长键槽（4），在主轴段（3）上铣短键槽（9），加工完成后各键槽涂防锈油；

S7、对转轴采用碳氮共渗方式进行热处理；

S8、精车转轴的输入孔（6）和未通孔（8），以及整个转轴的长度；

S9、利用数控外圆磨床，对转轴的每个轴端外圆进行精磨；

S10、检查精磨后转轴每个轴端的尺寸，形位公差以及外观；

S11、将检查后得到工件进行清理防锈：去除污垢以及涂防锈油处理，即得电机转轴。

6.根据权利要求5所述的一种汽车电机转轴的加工方法，其特征在于S2步骤中，其具体工艺为：

S21、对S1中得到的转轴坯料中间部分的主轴段外圆进行夹装，对转轴的两个端面进行粗车，在两个端面上打中心孔；

S22：夹顶粗车外圆，顶右端中心孔，夹主轴段（3）外圆，以转轴左端面定位夹紧；

S23：顶左端中心孔，以主轴段（3）外圆定位夹紧，定位套固定顶尖，利用深孔钻钻出未通孔（8）；

S24：在摇臂钻或车床，钻出输入孔（6）。

7.根据权利要求5所述的一种汽车电机转轴的加工方法，其特征在于S3步骤中，在恒温炉中炉温520℃，保温时间3小时，竖直悬挂放置，将合格零件放入具备防磕碰、划伤、跌落、污染功能的专用工位器具中，将不合格品标记后放入规定的器具中。

8.根据权利要求5所述的一种汽车电机转轴的加工方法，其特征在于S4步骤中，使用双头数控车床，装夹固定转轴的主轴段（3）外圆中间位置，左右刀塔主轴对转轴内外圆顶尖孔位加工，即一次装夹，多刀一次性加工完成，半精车转轴的每个轴段外圆和两端面上的内孔。

9.根据权利要求5所述的一种汽车电机转轴的加工方法，其特征在于S7步骤中，表面硬度HRC58～63，芯部硬度HRC28～35，碳氮共渗，渗层深度0.5～0.7mm，外圆跳动≤0.05mm，圆柱度≤0.03mm，转轴的所有外圆、内孔、齿部、键槽清洗干净，无油污杂质残留，各表面光洁无锈迹，无毛刺，无磕碰伤。

10.根据权利要求5所述的一种汽车电机转轴的加工方法，其特征在于S9步骤中，其具体工艺为：

S91：喷砂机，转轴的外圆、内孔、齿部、键槽喷砂，所有外圆、内孔、齿部、键槽表面光洁无锈迹，无毛刺，无磕碰伤，各槽边缘及表面不允许有毛刺、磕碰伤；

S92：对输入孔（6）和未通孔（8）的出口处的倒角进行研磨，保证倒角为60°锥面，其粗糙度Ra=0.4；

S93：对转轴的各轴段外圈进行精磨，利用外圆磨床，双顶半精磨外圆，检查各轴段外圈直径，同时保证各轴段的圆柱度≤0.01毫米，跳动≤0.01毫米，表面粗糙度Ra=1.6；

S95：精车输入孔（6）内壁，加工完成后吹净孔内铁屑；

S96:去毛刺, 各外圆端面、棱边、键槽内无尖角毛刺，孔内无铁屑、油污残留，所有外圆、端面无划伤和磕碰伤。