CN110395073B - 一件式半轴及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种一件式半轴及其制造方法。该方法可以包括提供具有轴杆和凸缘的一件式半轴毛坯件。该轴杆可以具有可以沿轴线延伸的孔。该凸缘可以从该轴杆的端部径向向外延伸。该轴杆可以抵靠第一心轴被径向地锻造以使该轴杆轴向伸长。

Description

一件式半轴及其制造方法

技术领域

本披露内容涉及一种一件式半轴及其制造方法。

背景技术

美国专利公开号2018/0022154中披露了一种多件式半轴。

发明内容

在至少一个实施例中，提供一种制造半轴的方法。该方法可以包括提供可以具有轴杆和凸缘的一件式半轴毛坯件。该轴杆可以具有可以沿轴线延伸的孔。该凸缘可以从该轴杆的端部径向向外延伸。该一件式半轴毛坯件的轴杆可以抵靠第一心轴被径向地锻造以使该轴杆轴向伸长。

在至少一个实施例中，提供一种半轴。该半轴可以具有轴杆和凸缘。该轴杆可以具有可以沿轴线延伸的孔。该凸缘可以从该轴杆的端部径向向外延伸。该凸缘可以与该轴杆是一体的，使得该半轴是一件式部件，其中，该凸缘不是附接至该轴杆的分离部件。

附图说明

图1和图2是一件式半轴毛坯件的透视图。

图3是被锻造的一件式半轴毛坯件的截面视图。

图4是抵靠第一心轴被径向锻造的一件式半轴毛坯件的截面视图。

图5是在抵靠第二心轴被径向锻造之前的一件式半轴毛坯件的截面视图。

图6是在抵靠第二心轴被径向锻造之后的一件式半轴毛坯件的截面视图。

图7是图6的一件式半轴的透视图。

图8是在提供了花键之后并且在材料移除操作之后的一件式半轴的截面视图。

图9和图10是图8的一件式半轴的透视图。

图11是制作一件式半轴的方法的流程图。

具体实施方式

按照要求，本文披露了本发明的详细实施例；然而，应该理解的是，所披露的实施例仅仅是本发明的能以不同形式和可替代形式实施的示例。附图不一定是按比例的；一些特征可以被夸大或者缩至最小以便示出具体部件的细节。因此，本文披露的具体结构性和功能性细节不应被解释为是限制性的，而是仅作为教导本领域技术人员以不同方式采用本发明的代表性基础。

参见图1和图2，示出了一件式半轴毛坯件10的实例。一件式半轴毛坯件10可以被制造成一件式半轴12，这在图9和图10中最佳示出。一件式半轴12可以被提供用于车桥组件，该车桥组件可以是机动车辆的一部分，像卡车、客车、农机设备、军事运输或武装车辆，或者是用于陆地、空中、或海洋船舶的货物装载设备的一部分。例如，一件式半轴12可以将差速器组件可操作地连接至车轮。一件式半轴毛坯件10和一件式半轴12可以沿着轴线14布置并且可以是围绕该轴线可旋转的。

参见图1至图3，一件式半轴毛坯件10可以由任何合适的材料制成。例如，一件式半轴毛坯件10可以由金属合金(例如钢)制成。另外，一件式半轴毛坯件10可以由单件材料锻造而成，如下面将更详细地讨论的。一件式半轴毛坯件10可以包括轴杆20和凸缘22。

轴杆20可以具有总体上圆柱形的空心构型并且可以围绕轴线14定中心。例如，轴杆20可以具有外表面30、内表面32、孔34、以及端部表面36。

外表面30可以围绕轴线14连续地延伸并且可以背离轴线14。外表面30可以从凸缘22延伸至端部表面36。如图3中最佳所示，外表面30在被径向地锻造之前可以具有楔形的圆锥构型，其中，外表面30在远离凸缘22延伸的方向上变得更靠近轴线14。如图6中最佳所示，外表面30在径向地锻造之后可以具有圆柱形或基本上圆柱形的构型。

内表面32可被布置成与外表面30相反并且可以与外表面30间隔开。这样，内表面32可以面向轴线14并且可以与轴线14至少部分地间隔开。内表面32可从端部表面36朝向凸缘22延伸。如图3中最佳所示，内表面32在被径向地锻造之前可以具有楔形的圆锥构型，其中，内表面32在远离端部表面36延伸的方向上变得更靠近轴线14。另外，内表面32的封闭端可以具有基本上半球形形状。如图6中最佳所示，内表面32在径向地锻造之后可具有多个直径。内表面32可以至少部分地限定孔34。

孔34可以从端部表面36朝向凸缘22延伸。例如，孔34可沿轴向方向或沿轴线14延伸的方向从端部表面36朝向凸缘22延伸，使得孔34可以不到达凸缘22。这样，孔34可以是盲孔，该盲孔可以是与凸缘22间隔开的。

参见图1和图2，端部表面36可以被布置在轴杆20的端部处，该端部可以被布置成与凸缘22相反。端部表面36可以从外表面30延伸至内表面32。另外，在一种或多种构型中，端部表面36可以被布置成基本上垂直于轴线14。

凸缘22可以从轴杆20的端部延伸，该端部可以被布置成与端部表面36相反。此外，凸缘22与轴杆20是一体的，并且不是附接至轴杆20的分离部件。凸缘22可以从轴杆20的端部径向地向外延伸，或者沿可以从轴线14径向延伸或垂直于轴线延伸的方向径向向外延伸。在至少一种构型中，凸缘22可以包括第一侧40、第二侧42、外部表面44、环形部46、和凹部48。

第一侧40可以被布置成与端部表面36相反。这样，第一侧40可以背离端部表面36。另外，第一侧40或者其一部分可以被布置成基本上垂直于轴线14。

第二侧42可以被布置成与第一侧相反。这样，第二侧42可以面向轴杆20。第二侧42或者其一部分可以被布置成基本上垂直于轴线14，或者可以布置成平行于或基本上平行于第一侧40。第二侧42可以从轴杆20的外表面30延伸至外部表面44。

外部表面44可以从第一侧40延伸至第二侧42。外部表面44可以围绕轴线14连续地延伸，并且可以背离轴线14。此外，外部表面44可以被布置成比轴杆20的外表面30更远离轴线14地布置。外部表面44可以平行于或基本平行于轴线14延伸。在至少一种构型中，外部表面44可以具有可变直径，如下面将更详细地讨论的。

环形部46可以设置在凸缘22的第一侧40上。环形部46可以从外部表面44朝轴线14径向向内延伸并且延伸至凹部48。这样，环形部46可以是凸缘22的可以围绕凹部48延伸的一部分。环形部46可以具有从第一侧40到第二侧42基本上恒定的厚度。在至少一种构型中，环形部46可以包括多个波瓣50。

这些波瓣50可以相对于轴线14和凹部48径向向外突出。这些波瓣50可以以围绕轴线14的重复型式或重复安排来提供。在示出的构型中，提供了八个波瓣50；然而，考虑到的是，可以提供更多或更少数量的波瓣50。在具有偶数个波瓣50的构型中，每个波瓣50可以沿着直径线直接设置在另一个波瓣50的对面，该直径线可以延伸穿过轴线14并垂直于轴线14。每个波瓣50可以具有波峰52。波峰52可以是外部表面44的布置在距离轴线14最远的位置或区域。在相邻的波瓣50之间可以布置波谷54。波谷54可以是外部表面44的布置在距离轴线14最近的位置或区域。这样，外部表面44在围绕轴线14延伸时可以具有蛇形的或波状的构型。

如图1和图2中最佳所示，一件式半轴毛坯件10的每个波瓣50可以没有孔。如图9和图10中最佳所示，一件式半轴12的每个波瓣50可具有可以延伸穿过每个波瓣50的凸耳孔56。每个凸耳孔56可以接纳车轮安装凸耳，该车轮安装凸耳可以有助于将车轮安装到一件式半轴12上。凸耳螺母可以拧接到每个车轮安装凸耳上，以在凸耳螺母和凸缘22之间将车轮固定到的一件式半轴12的凸缘22上。

凹部48可以被布置在凸缘22的第一侧40上。凹部48可以从环形部46至轴线14径向向内延伸。另外，凹部48可以从环形部46朝向轴杆20轴向地延伸。这样，凹部48可以被布置成与轴杆20相反。

参见图11，示出了制作半轴的方法的流程图。参考图3至图10，展示了与该方法相关联的步骤。

在方框100，可以锻造一件式半轴毛坯件10。该一件式半轴毛坯件10可以使用锻造模组120进行锻造，图3展示了该锻造模组的实例。锻造模组120可以接纳单件材料并将其锻造成具有轴杆20的一件式半轴毛坯件10，该轴杆从凸缘22延伸并与该凸缘一体形成。例如，可以将棒材(例如钢)切削至预定长度，该预定长度提供足够的体积来形成一件式半轴毛坯件10。尽管示出了单个锻造模组120，但是还设想到可以采用多个模组以使用一系列锻造步骤将单件材料锻造成一件式半轴毛坯件10。

锻造模组120可以包括第一模具122和第二模具124。第一模具122和第二模具124可布置在第一压力机中，该第一压力机可以沿轴线14致动第一模具122、第二模具124、或二者，以本领域技术人员以已知的方式压制和锻造单件材料。

第一模具122主要可以形成轴杆20。在至少一种构型中，第一模具122可以具有第一模腔130，该第一模腔可以被配置用于接纳单件材料。在所示的取向中，第一模腔130可以从第一模具122的上表面(该上表面可以面向第二模具124)延伸至底表面(该底表面可以形成端部表面36)。成形轴132可以被接纳在第一模腔130中并且可以从第一模具122的底表面向上延伸。轴杆20可以围绕成形轴132形成。这样，成形轴132可以形成轴杆20中的孔34。

第二模具124可以与第一模具122协作来形成凸缘22。在至少一种构型中，第二模具124可以具有第二模腔134，该第二模腔可面向第一模具122的第一模腔130、以提供用于锻造凸缘22的空间。凸缘22可以在第一模具122与第二模具124之间、在第二模腔134中形成。

在方框102，可以径向地锻造或型锻一件式半轴毛坯件10的轴杆20，以使轴杆20延长且成形并且使其材料厚度改变。型锻或径向锻造是一种成形工艺，其中，通过施加压缩力的模具将工件锻造或减小到期望的尺寸或形状，例如通过围绕工件的周边或周界冲击和起作用的多个锻锤或冲锤的一连串快速击打。型锻或径向成形通常是冷加工工艺并且适合于形成具有对称截面的工件。可以使用型锻或径向锻造设备(例如径向锻造机)来进行型锻或径向成形。这种设备可包括夹具140、多个锻锤或冲锤142、以及第一心轴144，这些在图4和图5中最佳示出。另外，该设备可以包括第二心轴146，这在图5和图6中最佳示出。

参见图4，夹具140可以抓住和固持该凸缘22。这样，例如当轴杆20被径向地锻造时，凸缘22不可以相对于夹具140旋转，并且凸缘22不可以由径向锻造机锻造。这样，在轴杆20被径向地锻造之前，凸缘22可以被完全锻造。

第一心轴144可以插入到轴杆20的孔34中。此外，可以插入第一心轴144使得第一心轴144的端部接触孔34的末端。第一心轴144可以沿轴线14延伸并且可以具有圆柱形或基本上圆柱形的构型。另外，第一心轴144可具有外径D_M1，该外径可以小于孔34的直径。

接下来，冲锤142可以对轴杆20的外表面30进行冲击并且将压缩力施加于其上。可以在朝向轴线14延伸的径向方向上施加压缩力，使得轴杆20的内表面32可以抵靠第一心轴144被径向地锻造。根据型锻或径向成形机的设计，冲锤142相对于轴杆20可以或可以不围绕轴线14旋转。类似地，在多种不同的构型中，轴杆20相对于冲锤142可以或可以不围绕轴线14旋转。

冲锤142可以同时撞击或者交替击打轴杆20的外表面30。当采用偶数个冲锤时，冲锤142可以彼此相对地定位。可替代地，当采用奇数个冲锤时，冲锤142可以彼此成角度地偏移。

如通过比较图4和图5最佳地示出的，由冲锤142施加的压缩力可以使轴杆20的从外表面30到内表面32的壁厚减小。例如，如图4所示，在进行径向锻造之前，轴杆20可以在端部表面36具有壁厚T₁(并且在朝向凸缘22轴向延伸的方向上可以具有增加的壁厚)。在径向锻造之后，如图5所示，壁厚可以减小到壁厚T₂。例如，壁厚T₂可以约为0.354英寸(0.9cm)。另外，径向锻造可以使轴杆20的外径和内径减小。例如，如图4所示，在径向锻造之前，轴杆20可以在端部表面36具有外径D_O1和内径D_I1。在径向锻造之后，如图5所示，轴杆20的经径向锻造的部分可以具有外径D_O2和内径D_I2，该外径和内径分别小于D_O1和D_I1。作为举例，外径D_O2可以约为2.205英寸(5.6cm)，并且内径D_I2可以约为1.5英寸(3.8cm)。内径D_I2也可以是在抵靠第一心轴144径向锻造之后该孔34的直径。

如通过比较图4和图5最佳地示出的，冲锤142可以相对于轴杆20轴向地移动，或反之亦然，以沿其轴向长度形成轴杆20。这种相对轴向运动可以使轴杆20轴向地伸长并且推动端部表面36远离凸缘22。此外，冲锤142可以沿着冲锤142的背离凸缘22的一侧推动材料，从而在冲锤142和端部表面36之间产生增大的区域或凸出部分148。

径向锻造可以在图5所示的位置处暂停，以允许第一心轴144从孔34中移除并且替换为第二心轴146。第二心轴146可以部分地插入轴杆20的孔34之中，例如仅经过凸出部分148。这样，在一种或多种构型中，第二心轴146的端部可以与轴杆20间隔开。另外，在继续径向锻造之前，第二心轴146可以与轴杆20间隔开。第二心轴146可以沿轴线14延伸并且可以具有圆柱形或基本上圆柱形的构型。

第二心轴146可以具有比第一心轴144更小的直径。例如，第二心轴146可以具有外径D_M2，该外径可小于第一心轴144的外径D_M1。其结果是，第二心轴146可以允许轴杆20的端部150(图6中最佳示出)比轴杆20的使用第一心轴144径向地锻造的部分具有更大的壁厚。例如，端部150可以在轴向方向上从端部表面36朝向凸缘22延伸。

参照图6，在第二心轴146已经部分地插入孔34中之后可以继续径向锻造、以抵靠第二心轴146径向地锻造端部150，从而将端部150中的孔34从直径D_I2减小到直径D_I3。这样，孔34在凸缘22和端部150之间可以具有比在端部150内部更大的直径D_I2。端部150可以具有壁厚T₃，该壁厚可以比轴杆20的抵靠第一心轴144径向地锻造(而不是抵靠第二心轴146径向地锻造)的部分的壁厚T₂大。此外，端部150可以被径向地锻造，使得轴杆20可以在凸缘22和端部表面36之间具有基本恒定的外径D_O2。然后，第二心轴146可以从孔34中移除，并且径向锻造的一件式半轴12可以从夹具140中释放、以及从径向锻造机器中释放，由此得到图7所示的构型。

在方框104，在轴杆20和端部150已被径向地锻造之后，可以在端部150上提供花键160。参照图8至图10，最佳示出的花键160。在图8中使用水平虚线来展示未提供花键160的图6与已经提供了花键160的图8之间的差异。可以以任何合适的方式形成花键160。例如，可以通过辊轧成型端部150或通过从端部150的外表面30移除材料来提供可以围绕轴线14布置的多个花键齿，从而形成花键160。花键齿可以基本上平行于轴线14延伸，并且可以从端部表面36朝向凸缘22延伸。

在方框106，可以进行材料移除操作。参考图8最佳地展示了这种材料移除操作，其中使用虚线展示了材料可以被移除的区域。材料移除操作可包括从凸缘22的第一侧40移除材料、从凸缘22的第二侧42移除材料、从端部表面36移除材料、穿过每个波瓣50钻出凸耳孔56、或它们的组合。从端部表面36移除材料可以允许一件式半轴12的轴杆20提供有期望的轴向长度或预定的轴向长度。例如，轴杆20可以锻造成标称轴向长度，并且然后可以从端部表面36移除不同量的材料、以提供具有不同轴向长度的一件式半轴12。这样，可以采用共同的锻造工艺来制造具有基本上相同构型的多个半轴，同时可以改变从轴杆20移除的材料的量以提供与这种共同锻造构型不同的成品半轴长度。

可以以任何合适的方式实现从凸缘22的第一侧40移除材料，例如通过切削、面车削或铣削环形部46，由此提供用于与车轮接合的基本平面的表面。可以不从凹部48中移除材料。

可以以任何合适的方式实现从凸缘22的第二侧42移除材料，例如通过从凸缘22的外部表面44朝向或向轴杆20的外表面30切削、面车削、或铣削第二侧42，由此提供用于接触车轮安装凸耳的头部的基本上平面的表面。

在以一种或多种构型中，在从第一侧40和第二侧42移除材料之后，可以钻出凸耳孔56。

可以以任何合适的方式实现从端部表面36移除材料，例如通过切削、面车削、或铣削端部表面36以提供所需的长度和光滑的表面，该长度和光滑表面可以有助于花键160与另一部件(例如差速器组件)上的对应的花键相联接。在一种或多种构型中，可以省略从端部表面36移除材料。

在方框108，可以使半轴或其一部分硬化。例如，轴杆20的一部分(例如端部150和花键160)可以被感应硬化或淬火硬化，以增加花键160的硬度并且可选地使轴杆20的相邻区域硬化。此外，可能不是沿着轴杆的整个轴向长度对该轴杆进行硬化或热处理。可以在提供了花键160之后执行硬化、以有助于制造并减少切削工具的磨损。另外，可以在从端部表面36移除材料之后进行硬化。

在方框110，插塞170可以安装在端部150中。插塞170在图9中最佳示出。插塞170可以安装在孔34中以密封孔34并且防止污染物进入轴杆20中的孔34。否则孔34中的污染物可能导致轴杆20的腐蚀并减少半轴寿命。在一个或多个实施例中，插塞170可以与端部表面36相邻地定位。另外，插塞170可以部分地延伸穿过端部150。插塞170可以以任何合适的方式固定，例如通过粘合剂或其他结合技术或介质、过盈配合、或通过焊接。在一个或多个实施例中，可以在硬化之后安装插塞170。

提供如上所述的一件式半轴可以允许半轴由单件材料制成，与多件式半轴设计相比这可以省去制造步骤和组装步骤。例如，可以省去以下组装步骤：诸如将凸缘焊接到轴杆上或者提供可以将凸缘连结至轴杆的紧固件或配合花键；并且省去了与进行这种组装步骤和制作步骤相关联的设备。此外，可以通过一件式设计消除分离的半轴部件之间的间隙或潜在的泄漏路径，这可以帮助提高耐久性并且消除可能导致腐蚀或可能降低半轴的强度的间隙或开口。在各种不同的构型中，一件式半轴可能比多件式半轴或实心半轴设计更坚固或更耐用。例如，与具有范围为1.88英寸至2.0英寸(47.75cm至50.8cm)的直径的实心轴杆设计相比，提供具有空心轴杆的一件式半轴可以提供更高的扭转截面强度。这种扭转强度可以允许单个空心轴杆构型来代替具有这些不同直径的不同实心半轴轴杆，这样可以提供改善的规模经济。一件式半轴还可以允许半轴在轴杆中制造孔以减少半轴的重量，这进而可以减少相关联的车桥组件的重量并且可以帮助改善车辆燃料经济性。

虽然上文描述了多个示例性实施例，但这些实施例并不旨在描述本发明的所有可能形式。而是，本说明书中使用的这些言词是说明而非限制性的言词，并且应当理解的是，不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以做出多种不同改变。此外，可以组合不同实现的实施例的特征以形成本发明的另外的实施例。

Claims (17)

1.一种制造半轴的方法，所述方法包括：

使用锻造模组锻造一件式半轴毛坯件，所述一件式半轴毛坯件具有轴杆，所述轴杆从凸缘延伸并与凸缘一体形成，所述锻造模组包括第一模具和第二模具，所述第一模具具有被接纳在第一模腔中的成形轴，所述第二模具具有第二模腔，其中所述轴杆围绕所述成形轴形成在所述第一模具中，从而在所述轴杆中形成沿轴线延伸的孔，并且所述凸缘在所述第一模具与所述第二模具之间形成在所述第二模腔中，其中所述凸缘从所述轴杆的端部径向向外延伸；以及

抵靠第一心轴径向地锻造所述轴杆，以使所述轴杆轴向地伸长。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述一件式半轴毛坯件由单件材料锻造而成，以提供与所述凸缘一体形成的所述轴杆。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，抵靠所述第一心轴径向地锻造所述轴杆使所述孔的直径减小并且使所述轴杆的壁厚减小。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，当径向地锻造所述轴杆时，所述凸缘被固定在夹具中，使得当径向地锻造所述轴杆时，所述凸缘不被锻造。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述凸缘具有背离所述轴线的外部表面、从所述外部表面朝向所述轴线延伸的环形部、以及从所述环形部向所述轴线径向向内延伸的并且从所述环形部朝向所述轴杆轴向延伸的凹部。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述凸缘包括多个波瓣，所述波瓣相对于所述凹部径向向外突出，其中，所述波瓣是以围绕所述轴线的重复型式提供的。

7.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在抵靠所述第一心轴径向地锻造所述轴杆之后，抵靠第二心轴径向地锻造所述轴杆的从与所述凸缘相反地布置的端部表面延伸的端部，所述第二心轴具有比所述第一心轴更小的外径。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，抵靠所述第二心轴径向地锻造所述轴杆的端部使所述端部中的孔的直径减小，从而使得所述孔在所述凸缘与所述端部之间具有更大直径并且所述轴杆在所述凸缘与所述端部表面之间具有基本恒定的外径。

9.根据权利要求8所述的方法，进一步包括在径向地锻造所述端部之后，在所述端部上提供花键。

10.根据权利要求9所述的方法，进一步包括硬化所述花键。

11.根据权利要求10所述的方法，进一步包括在硬化所述花键之前，从所述端部表面移除材料。

12.根据权利要求10所述的方法，进一步包括在硬化所述花键之后，将插塞安装在所述端部中以密封所述孔。

13.根据权利要求9所述的方法，进一步包括从所述凸缘的背离所述端部表面的第一侧移除材料，并且从所述凸缘的被布置成与所述第一侧相反的第二侧移除材料。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，从所述凸缘的第二侧移除材料包括沿所述第二侧从所述凸缘的背离所述轴线的外部表面至所述轴杆移除材料。

15.根据权利要求13所述的方法，其中，从所述凸缘的第一侧移除材料包括从环形部移除材料而不是从凹部移除材料，所述环形部围绕着所述凹部连续地延伸，所述凹部从所述轴线延伸至所述环形部。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述环形部具有多个波瓣，所述多个波瓣从所述轴线径向向外突出。

17.根据权利要求16所述的方法，进一步包括在从所述凸缘的第一侧和第二侧移除材料之后，穿过每个波瓣钻出凸耳孔。

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