CN108001518B - 汽车转向系统高密度齿中间轴加工工艺 - Google Patents

汽车转向系统高密度齿中间轴加工工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种汽车转向系统高密度齿中间轴加工工艺，按照以下步骤进行：S1：前处理，对公轴和母轴分别进行装配前预处理；S2：装配，将公轴与母轴装配形成中间轴；S3：滑动力测试，对中间轴进行滑动摩擦力测试；其中，步骤S1中，对公轴进行的装配前预处理，按照以下步骤进行：S11：对公轴的外齿部上一层底漆；S12：将公轴加热至预设温度；S13：将公轴的外齿部置入塑料涂覆装置中进行塑料涂覆；S14：对公轴进行淬火处理。采用本发明提供的汽车转向系统高密度齿中间轴加工工艺，使加工得到的48齿滑动式中间轴具有能够承受大扭矩、震动小、噪音小等优点，其最大承受扭矩超过93N·m，并且，加工效率高，成本控制合理，具有极高的经济和市场价值。

Description

汽车转向系统高密度齿中间轴加工工艺
技术领域
本发明属于汽车转向系统制造技术领域，具体涉及一种汽车转向系统高密度齿中间轴加工工艺。
背景技术
在汽车转向系统中，中间轴连接于转向器和转向管柱之间，用于传递转向运动和转向力。现有中间轴的公轴和母轴的连接方式主要有两大类：销锁定式和键滑动式。
其中，键滑动式是在公轴上加工外花键，母轴上加工相配合的内花键，然后对公轴的外花键进行注塑加工而形成一个注塑层，完成后将公轴压装入母轴。这种中间轴公母轴连接方式的优点是公轴和母轴能够相对滑动一定距离，从而起到减震降噪的作用，但是，由于注塑工艺的限制，对外花键的齿数有着严格的要求，一般不超过10齿，否则注塑层会填充齿缝，使公轴和母轴无法进行装配，因此这种低密度齿的中间轴具有刚度低、刚度衰减大的缺陷，不能承受大扭矩，最大承受扭矩要求小于50N·m，因而无法应用于SUV等大型车辆上。为克服承受扭矩小的缺陷，有个别制造商花巨大代价不断改进注塑工艺，却仅能取得极为有限的成效，使公轴的外花键最多可加工24齿，然而能够承受的最大扭矩却仍然远无法达到SUV等大型车辆通常要求的80N·m～90N·m。
而销锁定式则是先将公轴压装到母轴，这样能够在公轴上加工40齿以上的密集外花键，然后通过注塑工艺在母轴上成型数个塑料销，这些塑料销嵌入公轴中，锁定公轴和母轴的相对位置。这种中间轴公母轴连接方式的优点是不仅能够满足SUV等大型车辆的扭矩要求，而且成本相对低廉，但是，由于公轴和母轴无法相对滑动，对轮系统产生的应力集中，存在震动大、噪音大等问题。
解决以上问题成为当务之急。
发明内容
为解决以上技术问题，本发明提供一种汽车转向系统高密度齿中间轴加工工艺，通过涂覆工艺在公轴齿数密集的外齿部上成型一层塑料，使中间轴既能够承受大扭矩，又具有震动小、噪音小等优点。
为实现上述目的，本发明技术方案如下：
一种汽车转向系统高密度齿中间轴加工工艺，按照以下步骤进行：
S1：前处理，对公轴和母轴分别进行装配前预处理；
S2：装配，将公轴与母轴装配形成中间轴；
S3：滑动力测试，对中间轴进行滑动摩擦力测试；
其要点在于，步骤S1中，对公轴进行的装配前预处理，按照以下步骤进行：
S11：对公轴的外齿部上一层底漆；
S12：将公轴加热至预设温度；
S13：将公轴的外齿部置入塑料涂覆装置中进行塑料涂覆；
S14：对公轴进行淬火处理。
采用以上方法，先对公轴的高密度外齿部上一层底漆，然后加热后在底漆层上通过涂覆工艺成型一层均匀的塑料层，使装配完成的中间轴能够承受的最大扭矩超过90N·m，同时，公轴和母轴能够相对滑动一定的行程，具有震动小、噪音小等优点。
作为优选：步骤S12中，预设温度为250℃～315℃，以使公轴的外齿部进入塑料涂覆装置后，塑料颗粒能够快速均匀粘附在公轴的外齿部上，形成一层塑料层。
作为优选：步骤S13中，公轴的外齿部在塑料涂覆装置中的停留时间为1s～10s，以使公轴外齿部上的塑料层达到预设厚度，从而使公轴和母轴之间的滑动摩擦力既不过大又不过小。
作为优选：步骤S14中，淬火时间为2s～15s，以提高公轴外齿部上的塑料层强度。
作为优选：步骤S13中，所述塑料涂覆装置具有涂覆腔，该涂覆腔中悬浮有均匀的塑料颗粒。采用以上方法，涂覆腔内充满了悬浮地、均匀地、且快速运动地塑料颗粒，当高温的公轴外齿部插入涂覆腔时，塑料颗粒能够快速附着在公轴外齿部上，形成一层均匀的塑料层。
作为优选，步骤S1中，对母轴进行的装配前预处理，按照以下步骤进行：
S11’：将母轴加热至预设温度；
S12’：对母轴的内齿部涂油。
采用以上方法，加热是为了让公轴外齿部上的塑料层在公轴和母轴装配时利用摩擦进行整形，去除可能存在的毛刺，使公轴和母轴的滑动摩擦力满足要求。
作为优选：步骤S11’中，预设温度为100℃～200℃，能够对公轴外齿部上的塑料层具有较好的整形效果，缩短整形过程中的滑动行程。
作为优选，步骤S3按照以下步骤进行：
S31：使中间轴的公轴和母轴相对滑动预设行程，并对公轴和母轴的滑动摩擦力进行测试：测试结果位于滑动摩擦力合格区间的中间轴完成加工，测试结果小于滑动摩擦力合格区间的中间轴报废，测试结果大于滑动摩擦力合格区间的中间轴进入下一步骤；
S32：加热中间轴至预设温度；
S33：磨蚀中间轴；
S34：冷却完成后返回步骤S31。
采用以上方法，有效降低了产品的废品率，从而降低了生产成本。
作为优选：在所述公轴和母轴上均标记有身份识别标识，进入步骤S1和S3时，将首先读取公轴和母轴上的身份识别标识。采用以上方法，使中间轴的加工过程全程可追溯，同时具有极佳的防错效果。
作为优选：所述公轴外齿部的齿数为40齿～56齿。采用以上结构，使中间轴既能承受较大的扭矩，又合理控制了工艺难度，兼顾了生产成本。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
采用本发明提供的汽车转向系统高密度齿中间轴加工工艺，使中间轴既能够承受大扭矩，又具有震动小、噪音小等优点，加工效率高，成本控制合理，具有极高的经济和市场价值。通过该加工工艺加工得到的48齿滑动式中间轴具有能够承受大扭矩、震动小、噪音小等优点，其最大承受扭矩超过93N·m。
附图说明
图1为本发明的流程图。
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种汽车转向系统高密度齿中间轴加工工艺，其加工对象是一种具有高密度齿的中间轴，具体地说，该中间轴的公轴外齿部的齿数为40齿～56齿，母轴具有与公轴相配合的内齿部，二者键连接。这种高密度齿中间轴同时具有销锁定式和键滑动式的优点，并克服了二者的缺点，即该中间轴既能够承受大扭矩，又具有震动小、噪音小等优点。所述汽车转向系统高密度齿中间轴加工工艺按照以下步骤进行：
S1：前处理，对公轴和母轴分别进行装配前预处理。
A、对公轴进行的装配前预处理，按照以下步骤进行：
S11：对公轴的外齿部上一层底漆。具体地说，在公轴的外齿部上一层均匀的底漆，底漆的材质优选为环氧树脂，底漆的厚度为2μm～10μm，以便于后续快速、稳定、可靠地进行塑料涂覆。本实施例中，底漆的厚度优选为6μm，这是经实验得到的最佳底漆厚度，既使塑料颗粒能够快速附着其上，同时稳定性极佳。需要指出的是，底漆上完后公轴需静置至少20分钟，以使底漆在后续加工过程中保持稳定。
S12：将公轴加热至预设温度。具体地说，先读取公轴上的二维码，确认公轴的身份信息，然后将公轴转动一定角度，以便于放入加热器中加热以及后续与母轴的压装，最后将公轴移入加热器中加热，使公轴达到预设温度，该预设温度的范围是250℃～315℃，以使公轴的外齿部进入塑料涂覆装置后，塑料颗粒能够快速均匀粘附在公轴的外齿部上，即快速形成一层稳定的塑料层。本实施例中，预设温度优选为288±2.8℃，这是经实验得到的最佳预设温度，既使塑料颗粒能够快速附着在公轴外齿部的底漆上，同时稳定性极佳。
S13：将公轴的外齿部置入塑料涂覆装置中进行塑料涂覆。具体地说，所述塑料涂覆装置具有涂覆腔，该涂覆腔中悬浮有均匀的且快速运动的塑料颗粒，公轴的外齿部置入涂覆腔后，塑料颗粒能够快速且均匀地附着在公轴外齿部的底漆上形成一层均匀的塑料层。需要指出的是，塑料颗粒的材质为尼龙-11，其密度为1.04g/cm3，熔点185℃，吸水率0.1％～0.4c/o，拉伸强度47-58MPa，具有吸水率低、耐油性好、耐低温、易加工等优点。公轴的外齿部在塑料涂覆装置中的停留时间为1s～10s，以使公轴外齿部上的塑料层达到预设厚度，从而使公轴和母轴之间的滑动摩擦力既不过大又不过小，本实施例中，停留时间优选为2s，这是经实验得到的最佳涂覆停留时间，兼顾了加工效率和涂覆质量。
S14：对公轴进行淬火处理。具体地说，淬火的具体实施方式为水冷淬火，具有成本低廉、稳定可靠等优势。需要指出的是，淬火时间为2s～15s，以提高公轴外齿部上的塑料层强度。进一步地，本实施例中，淬火时间优选为5s，这是经实验得到的最佳淬火时间，兼顾了加工效率、塑料层的稳定性和强度。
B、对母轴进行的装配前预处理，按照以下步骤进行：
S11’：将母轴加热至预设温度。具体地说，先读取母轴上的二维码，确认公轴的身份信息，然后将母轴转动一定角度，以便于放入加热器中加热以及后续与公轴的压装，最后将母轴移入加热器中加热，使母轴达到预设温度，加热是为了让公轴外齿部上的塑料层在公轴和母轴装配时利用摩擦进行整形，去除可能存在的毛刺，使公轴和母轴的滑动摩擦力满足要求。需要指出的是，预设温度的范围是100℃～200℃，能够对公轴外齿部上的塑料层具有较好的整形效果，缩短整形过程中的滑动行程。进一步地，本实施例中，预设温度优选为149±2.8℃，对公轴外齿部上的塑料层具有最好的整形效果，且滑动行程短。
S12’：对母轴的内齿部涂油，这是为了对后续公母轴压装时起到润滑作用，本实施例中，使用3.5g～5g的润滑油，兼顾了润滑效果和对塑料层的整形效果。
S2：装配，将公轴与母轴装配形成中间轴，按照以下步骤进行：
S21：将公轴压装入母轴的预设位置，即中间轴完成预装配。
S22：冷却与装配完成的中间轴。对压装完成的中间轴进行冷却，冷却方式既可以是风冷，又可以是水冷，本实施例中优选采用风冷的方式，成本低廉，冷却效果佳。具体地说，将中间轴置入恒温的风箱中冷却25min～40min。需要指出的是，在此工序冷却是既是为了防止铆接后冷却会因热胀冷缩发生形变而影响脱出力，又为了后续滑动摩擦力测试结果更加准确。
S23：铆压冷却完成的中间轴。在冷却完成的中间轴的母轴上冲出6个环形阵列分布的铆点，各个铆点能够作用于公轴。铆点的深度小于等于1.45mm，使公轴和母轴能够相对滑动，铆点限制的仅是二者相对滑动的最大距离。需要指出的是，本实施例中，脱出力必须大于450N，以提供中间轴的安全性。
S3：滑动力测试，对中间轴进行滑动摩擦力测试。具体地说，该滑动摩擦力测试按照以下步骤进行：
S31：使中间轴的公轴和母轴相对滑动预设行程，并对公轴和母轴的滑动摩擦力进行测试。需要指出的是，滑动摩擦力测试参数：滑动行程15mm，滑动速度250mm/min，这样的设计使滑动摩擦力测试结果准确。滑动摩擦力合格区间的合格区间为8N～40N，测试结果位于滑动摩擦力合格区间的中间轴完成加工，测试结果小于滑动摩擦力合格区间的中间轴报废，测试结果大于滑动摩擦力合格区间的中间轴进入下一步骤。
S32：加热中间轴至预设温度，本步骤的预设温度可以是步骤S11’中对母轴加热的预设温度，以软化塑料层，快速地完成中间轴的磨蚀。
S33：磨蚀中间轴。具体地说，使中间轴的公轴和母轴来回相对滑动即可，操作简单，效率高。
S34：冷却完成后返回步骤S31，重新对中间轴进行滑动摩擦力测试。
需要指出的是，在所述公轴和母轴上均标记有身份识别标识，该身份识别标识优选采用二维码。步骤S31中，对中间轴测试前或者测试后需要读取公轴和/或母轴上的二维码，以确认身份，便于最终统计合格或不合格产品以及日后的全过程追溯。
最后需要说明的是，上述描述仅仅为本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种汽车转向系统高密度齿中间轴加工工艺，按照以下步骤进行：
S1：前处理，对公轴和母轴分别进行装配前预处理；
S2：装配，将公轴与母轴装配形成中间轴；
S3：滑动力测试，对中间轴进行滑动摩擦力测试；
其特征在于，步骤S1中，对公轴进行的装配前预处理，按照以下步骤进行：
S11：对公轴的外齿部上一层底漆；
S12：将公轴加热至预设温度；
S13：将公轴的外齿部置入塑料涂覆装置中进行塑料涂覆；
S14：对公轴进行淬火处理；
步骤S13中，所述塑料涂覆装置具有涂覆腔，该涂覆腔中悬浮有均匀的塑料颗粒，公轴的外齿部置入涂覆腔后，塑料颗粒能够快速且均匀地附着在公轴外齿部的底漆上形成一层均匀的塑料层，其中，公轴的外齿部在塑料涂覆装置中的停留时间为1s～10s，以使公轴外齿部上的塑料层达到预设厚度；
步骤S14中，淬火时间为2s～15s；
步骤S3按照以下步骤进行：
S31：使中间轴的公轴和母轴相对滑动预设行程，并对公轴和母轴的滑动摩擦力进行测试：测试结果位于滑动摩擦力合格区间的中间轴完成加工，测试结果小于滑动摩擦力合格区间的中间轴报废，测试结果大于滑动摩擦力合格区间的中间轴进入下一步骤；
S32：加热中间轴至预设温度；
S33：磨蚀中间轴；
S34：冷却完成后返回步骤S31；
在所述公轴和母轴上均标记有身份识别标识，进入步骤S1和S3时，将首先读取公轴和母轴上的身份识别标识，该身份识别标识采用二维码；
所述公轴外齿部的齿数为40齿～56齿。
2.根据权利要求1所述的汽车转向系统高密度齿中间轴加工工艺，其特征在于：步骤S12中，预设温度为250℃～315℃。
3.根据权利要求2所述的汽车转向系统高密度齿中间轴加工工艺，其特征在于：步骤S13中，公轴的外齿部在塑料涂覆装置中的停留时间为1s～10s。
4.根据权利要求1所述的汽车转向系统高密度齿中间轴加工工艺，其特征在于，步骤S1中，对母轴进行的装配前预处理，按照以下步骤进行：
S11’：将母轴加热至预设温度；
S12’：对母轴的内齿部涂油。
5.根据权利要求4所述的汽车转向系统高密度齿中间轴加工工艺，其特征在于：步骤S11’中，预设温度为100℃～200℃。
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