CN107009102B - 用于制造传动轴的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制造用于车辆传动装置的传动轴的方法，具有步骤：‑制备由钢构成的、具有铁素体‑珠光体‑组织结构的坯件(20)；‑将坯件(20)加热到处于Ac1温度以下的温度；‑通过对被加热的坯件(20)的渐增的径向变形制成轴基体(100)；‑在轴基体上制造至少一个齿部(100)。在备选的方法设计中设定，首先通过锻造坯件(20)制成型坯。

Description

用于制造传动轴的方法

技术领域

本发明涉及一种用于制造车辆传动装置的传动轴的方法。

背景技术

在车辆传动装置中，其中它优选是变速器(齿轮变速箱)和尤其是自动变速器，所述类型的传动轴用来传递扭矩，为此传动轴具有至少一个齿部(工作齿部、插接齿部)和必要时还具有用于所谓的固定齿轮的至少一个支承面。所述类型的传动轴还能够用于支承至少一个所谓的浮动齿轮。

这种传动轴的制造是昂贵的并且按次序执行很多方法步骤或过程步骤，为了避免传动装置损坏，这些方法步骤或过程步骤必须被非常仔细地执行。

最接近的现有技术DE 10 2008 036 226 A1阐述了一种用于制造一体式空心传动轴的方法，具有步骤：通过锻造制造型坯，清洁型坯以去除氧化皮(Zunderbildung)，对型坯进行热处理(优选进行所谓的BF退火或者BG退火)，通过孔挤压将型坯变形为至少局部空心的中间形态，必要时对中间形态再次进行热处理，并且将中间形态整圆为空心轴，该空心轴在其延展上具有基本上相同的壁厚。

为此，作为现有技术还会引用DE 10 2008 023 696 A1，它另外阐述了一种用于制造空心轴基体的方法。在第一步骤中，通过将圆柱形的原始材料变形，尤其通过锻造过程，产生带孔的型坯。在另外的步骤中，通过变形外表面和/或内表面将型坯逐渐地变形为空心轴基体。

在DE 10 2012 005 106 A1中也阐述了一种用于制造空心轴的方法，其中，设有空心-向前-挤压过程。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，优化传动轴的制造。

所述技术问题被具有根据本发明的第一方法和第二方法所解决。本发明的设计方案和改进方案在下面的阐述中和在附图中给出。

根据本发明的用于制造传动轴的第一方法包括下面的方法或过程步骤：

-制备由钢构成的、具有铁素体-珠光体-组织结构(Ferrit-Perlit-Gefüge)的坯件；

-将坯件加热到处于Ac1温度以下的温度；

-通过对被加热坯件的渐增的径向变形制成轴基体；

-在轴基体上制造至少一个齿部。

传动轴优选一体式地由整体的钢坯件制成。

用于制造的坯件具有纯的铁素体-珠光体-组织结构，即只具有铁素体的和珠光体的组织成分(黑白组织结构)。在材料上能够使用由相应的材料构成的半成品，尤其以杆件形式。因此型坯能够例如作为单独件被购入或者通过分割已购入的杆件来制造。原则上，由铁素体-珠光体-组织结构构成的坯件通过相应的热处理(对杆材料或坯件)，例如通过所谓的BG退火(加工退火Bearbeitungsglühen)来被制造，但是这需要相应的设备(Equipment)和生产能力。

坯件优选具有圆柱形的结构。但是，坯件还能够具有另外的、对于随后的渐增的径向变形有利的结构或形状。

对于随后的变形，坯件首先被加热到直至几百度的高温(优选至少400℃，特别优选至少500℃，并且尤其至少600℃，并且尤其优选至少700℃)，而不需在此超过Ac1温度(大约723℃)。即，加热温度优选在≥400℃直至＜700℃的范围内(或≥500℃，或者≥600℃，或者≥700℃)。在处于Ac1温度(大约723℃)时，会开始相变为奥氏体(构建奥氏体)，这并不被希望发生。

加热的坯件随后通过渐增的径向变形被变形为具有基本上轴形的轴基体。在渐增的径向变形时，以多个简单的单独步骤借助在径向上作用在坯件或工件上的变形力进行变形。全部的变形过程有时持续几分钟到几十分钟。通过分步骤的、局部的变形最后实现非常均匀的材料变形，由此能够结合被升高的材料温度实现较高的变形程度。渐增的径向变形尤其通过所谓的径向锻造实现，其中，多个绕着坯件或工件环绕分布布置的并且同步的在径向方向上往复运动的锻造锤从外侧周期性反复地击打被旋转的坯件。在此，在坯件和锻造锤之间还能够实现轴向的相对运动。在此，金属材料如此经济地借助较少的力变形，使得固有应力和硬化被最小化。因此不再需要应力消除退火、组织退火或者类似处理方法和通常随后进行的清理步骤(射束清洁Putzstrahlen)。

在变形之后和尤其在冷却之后才在已变形制造的轴基体上制造至少一个齿部，其中齿部不仅涉及工作齿部还涉及插接齿部。该齿部能够被变形地制造，例如通过所谓的齿轮轧制。但是，该齿部还能够被切削地制造，例如通过所谓的齿轮铣削。

本发明基本上以前面详细阐述的前三个方法步骤的新式组合为基础。坯件的铁素体-珠光体-组织结构对于渐增的径向变形带来良好的变形属性。通过对加热的坯件的平缓的或经济的渐增径向变形，由此能够实现较高的形状变形度，其中，热变形还可抑制变形能力的耗尽(例如通过冷硬化)。因为坯件不被加热超过Ac1温度，所以在变形时还能够不构成较硬的马氏体的组织结构(通过从奥氏体到马氏体的相变)。因此，轴基体能够基本上以最终的几何结构在一个变形过程中由坯件制成，其中，固有应力和变形硬化被尽量避免。在冷却时，不存在值得注意的畸变。进行的冶金学实验已经证实，在渐增的径向变形之后借助在被制成的轴基体中的特殊的变形温度形成由铁素体、珠光体和在珠光体中凝聚的渗碳体构成的混合组织结构(该混合组织结构因此不具有马氏体和贝氏体)，它在没有其它热处理的情况下适合于继续加工(例如适用于齿部的变形或切削制造)。此外，不存在或者只存在较少的氧化皮，因而不需要对轴基体的清洁(例如通过利用磨蚀材料的清洗射束或射束清洁)或者至少较大地降低清洁成本。

本发明能够以较短的过程链制造高质量的传动轴。不同于在DE 10 2008 036 226A1中所阐述的过程链，本发明尤其既不需要在变形前进行的热处理(通常在保护气体环境下为了避免产生氧化皮而进行的热处理)也不需要在变形后进行清理或射束清洁(由此也不存在发生过程错误、例如射束折返)。设备和由此与之相关的空间要求被降低。处理和运输成本也被降低。此外，显著地降低了成本和能量需求(成本和能量节省)。根据本发明的方法还是适合批量生产和尤其大批量生产。

根据本发明的用于制造传动轴的第二方法包括下面的方法步骤或过程步骤：

-制备由钢构成的坯件；

-通过锻造(热锻造)、尤其冲压锻造坯件制造型坯，其中，在锻造之后这样地冷却型坯，使得形成铁素体-珠光体-组织结构；

-加热型坯到处于Ac1温度以下的温度；

-通过对加热的型坯进行渐增的径向变形、尤其径向锻造制成轴基体；

-在轴基体上制成至少一个齿部。

根据本发明的第二方法与根据本发明的第一方法的区别基本上在于，铁素体-珠光体组织结构首先在锻造过程中产生。其余的部分类似于前面对根据本发明的第一方法的阐述。

为了制造型坯，坯件首先被加热到大约在1000℃至1200℃的温度上，并且随后通过锻造变形。一方面，坯件形成对于随后的渐增的径向变形有利的预形状，并且例如还被钻孔(见下)。另一方面，在锻造之后仍具有锻造热的型坯被可控地冷却，从而构成纯的铁素体-珠光体-组织结构。因此，在锻造过程中一定程度上还集成所谓的铁素体-珠光体-退火(BG退火)，其中，将冷却曲线一直保持在珠光体范围内，直至构成铁素体-珠光体-组织结构。

在锻造之后，必要时对型坯进行清理、尤其射束清洁，之后将其变形为轴基体。

待制造的传动轴优选是空心轴或空心传动轴，例如由DE 10 2008 036 226 A1已知。通过传动轴的空心的结构设计，能够很大程度上节省重量，因此这种轴可被视为轻质轴。因为在根据本发明的制造方式中不仅在渐增的径向变形时不产生氧化皮、而且在随后的热处理中也不产生氧化皮，所以本发明尤其在制造空心传动轴方面是有利的，因为不需要清理(例如射束清洁)和尤其不需要昂贵的内部清理(例如用喷射枪的射束清洁)。

在本发明的范围内，这样的空心轴能够优选一体式地、由具有铁素体-珠光体-组织结构的被预钻孔的坯件制成或者由具有铁素体-珠光体-组织结构的被预钻孔的型坯制成。被预钻孔的坯件或型坯具有同轴的孔，该孔尤其设计为轴向贯通的。预钻孔的坯件能够例如(通过分割)由厚壁的管半成品制成，该管半成品尤其已经具有铁素体-珠光体组织结构。但是，该孔还能够例如通过切削的钻孔或者变形的孔挤压来产生。只要原始材料不具有铁素体-珠光体组织结构，则能够之前或之后通过相应的热处理(铁素体-珠光体退火)产生这种组织结构。被预钻孔的型坯能够例如通过对型坯的切削的钻孔而被制成。但是优选设定，在坯件被锻造为型坯时制造孔。

渐增的径向变形、尤其径向锻造，为了制造空心的轴基体优选借助导入内部的芯轴进行，即在被预钻孔的坯件或型坯的孔中导入的芯轴。因此，能够同时制成轴基体的外部轮廓和内部轮廓。

优选的是，制造具有内部侧凹、即具有带侧凹的孔或沿着内表面侧凹的空心的轴基体，如由DE 10 2008 036 226 A1已知。为此，在渐增的径向变形或径向锻造时能够应用相应设计的芯轴。轴基体能够被制成具有基本上均匀的壁厚，但是原则上具有分段不同的壁厚。通过侧凹的内部轮廓能够实现优化的重量降低。

如上面所述，用于随后的渐增的径向变形的坯件或型坯被加热至几百度的温度。优选设置，坯件或型坯被加热到略微低于Ac1温度(723℃)。这种加热优选电感地、例如借助电感线圈进行，将坯件或型坯装入该电感线圈中。以有利的方式能够快速(在几秒的范围内)进行电感式加热，因而避免或至少最小化组织结构变化或者形成氧化皮。尤其设定，用于电感加热的加热时间不会太短，并且例如大于60秒至几分钟或几十分钟(优选小于10分钟)，以便避免加热畸变。所需的加热时间能够通过调节电功率而被调整。

附图说明

下面示例性地和以不限制的方式根据结合附图的两个优选实施例来详细地阐述本发明。在附图中所示和/或在下面所述的特征能够被具体的特征组合、本发明的一般特征所解决并且改进本发明。

图1示出坯件和由该坯件制成的轴基体，

图2示出在制造由图1所示的轴基体时主要的步骤，

图3示出另外的轴基体和用于制造它的坯件，

图4示出在制造由图3所示的轴基体时主要的步骤。

具体实施方式

图1b示出用于空心传动轴(在此是变速器的主轴)的轴基体100的剖视图。轴基体100具有外部轮廓110和侧凹的内部轮廓120，该外部轮廓具有多个不同直径的部段。轴基体100是由在图1a中所示的坯件20所制成。圆柱形的坯件20被预先钻孔，并且具有同轴的、圆柱形的孔25。

图2图示了在制造轴基体100时主要的步骤。在切割装置40或分离装置40中，从管状的半成品杆10分割出坯件20。管状的半成品杆10由具有铁素体-珠光体-组织结构的钢制成。坯件20借助加热设备70被加热到稍微低于Ac1温度(723℃)。加热设备70例如是熔炉。这种加热还能够以有利的方式借助电感加热设备(例如电感线圈)来进行。被加热的坯件20随后在径向锻造机器80中通过借助锻造锤85实现的渐增的径向变形和在借助导入孔25中的芯轴(未示出)的情况下变形为轴基体100，其中，同时产生外部轮廓110和内部轮廓120。很明显，所述的过程链是简短的并且经济的。

渐增的径向锻造的特征在于，锻造锤85设为面状地(取代线形地)向工件20或100传递作用力，并且以一级的过程在坯件20的原始形状较简单的情况下能够实现较高的变形度，并且由此还能够形成较大的直径跳跃。此外，对于如轴基体100这样的空心件，即使在配件20中可能发生孔偏心也不会出现圆跳问题。在图2中所示的三个锻造锤85的数量只是示例性的。优选还可设置四个锻造锤85。

轴基体100能够在变形后在自由的冷却装置中(即没有特殊要求)进行冷却。轴基体100在待制造的空心传动轴方面具有基本上最终几何形态。不进行退火处理和清理(射束清洁)。为了完成空心传动轴的制造，随后在轴基体100上通过切削和/或变形加工产生至少一个齿部，其中，不仅可以是工作齿部而且可以是插接齿部。此外，支承面或者滑动面通过切削加工(旋转切削加工)进行再加工。最后，还能够进行硬化或调质，并且设定硬化加工或硬化精加工。混合组织结构(如上)能够实现无畸变的硬化或调质。

图3b示出用于空心传动轴(在此是用于双离合变速器的驱动轴)的另外的轴基体100a。轴基体100a一体式地由在图3a中所示的型坯30制成。型坯30被预先钻孔，并且具有同轴的、非圆柱形的孔35。

图4图示了在制造轴基体100a时主要的步骤。在切割装置中，坯件20被杆材料10分离。杆材料10能够是空心的或管状的或实心的钢半成品。坯件20在熔炉50或者类似装置中被加热并且随后在锻造挤压装置60中通过锻造变形为型坯30，并且由此形成对于随后的渐增径向变形有利的型坯(具有非圆柱形的外部形状和非圆柱形的孔35)，必要时还被钻孔。还具有锻造热的型坯30在锻造后备这样地冷却，使得形成铁素体-珠光体-组织结构。与图2类似的方法，被锻造的型坯30被加热到略微低于AC1温度(723℃)，并且随后在径向锻造机80中通过渐增的径向变形在借助导入孔35中的芯轴的情况下被变形为轴基体100a，其中，同时形成外部轮廓和内部轮廓。其它的用于制造传动轴的制造步骤如上面所述。

附图标记列表

10 半成品杆

20 坯件

25 孔

30 型坯

35 孔

40 分离装置

50 熔炉

60 锻造挤压装置

70 加热设备

80 径向锻造机

85 锻造锤

100 轴基体

100a 轴基体

110 外部轮廓

120 内部轮廓

Claims (18)

1.一种制造用于车辆传动装置的传动轴的方法，具有步骤：

-制备由钢构成的、具有纯的铁素体-珠光体-组织结构的坯件(20)；

-将坯件(20)加热到处于Ac1温度以下的温度；

-通过对被加热的坯件(20)的渐增的径向锻造制成轴基体(100)；

-在轴基体上制造至少一个齿部(100)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述制备的坯件(20)是被预先钻孔的。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，通过对所述钻孔的坯件(20)进行渐增的径向锻造借助导入内部的芯轴制成空心的轴基体(100,100a)。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，制造具有内部侧凹(120)的空心的轴基体(100,100a)。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，用于随后进行的渐增的径向锻造的坯件(20)被加热到至少400℃。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，用于随后进行的渐增的径向锻造的坯件(20)被加热到至少500℃。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，用于随后进行的渐增的径向锻造的坯件(20)被加热到至少600℃。

8.根据上述权利要求1至3之一或权利要求5至7之一所述的方法，其特征在于，电感地加热坯件(20)。

9.根据上述权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，通过切削和/或变形加工轴基体(100,100a)制造齿部。

10.一种制造用于车辆传动装置的传动轴的方法，具有步骤：

-制备由钢构成的坯件(20)；

-通过锻造坯件(20)制造型坯(30)，其中，在锻造之后这样地冷却型坯(30)，使得形成纯的铁素体-珠光体-组织结构；

-加热型坯(30)到处于Ac1温度以下的温度；

-通过对加热的型坯(30)进行渐增的径向锻造制成轴基体(100a)；

-在轴基体(100a)上制成至少一个齿部。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述型坯(30)是具有同轴的孔的型坯(30)，其中，所述制备的坯件(20)被预先钻孔，所述同轴的孔在所述坯件(20)被锻造为所述型坯(30)时产生，或者在形成所述铁素体-珠光体-组织结构之前或在形成所述铁素体-珠光体-组织结构之后、但在加热所述型坯(30)到处于Ac1温度以下的温度之前，通过对所述型坯(30)的切削的钻孔或变形的孔挤压来产生。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，通过对所述钻孔的型坯(30)进行渐增的径向锻造借助导入内部的芯轴制成空心的轴基体(100,100a)。

13.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，制造具有内部侧凹(120)的空心的轴基体(100,100a)。

14.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，用于随后进行的渐增的径向锻造的型坯(30)被加热到至少400℃。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，用于随后进行的渐增的径向锻造的型坯(30)被加热到至少500℃。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，用于随后进行的渐增的径向锻造的型坯(30)被加热到至少600℃。

17.根据上述权利要求10至12之一或权利要求14至16之一所述的方法，其特征在于，电感地加热型坯(30)。

18.根据上述权利要求10至12之一所述的方法，其特征在于，通过切削和/或变形加工轴基体(100,100a)制造齿部。

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