CN111660073A - 一种传动轴的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明专利公开了一种传动轴的制造方法，具体涉及机械制造的技术领域。一种传动轴的制造方法，包括：将圆钢进行局部热镦粗处理，得到热镦坯件；将热镦坯件经过钻削加工和车削加工形成内孔，热镦坯件采用车削加工以缩小其直径，得到粗车坯件；将粗车坯件采用冷挤压挤齿成形方法进行挤齿成形加工，得到具有内花键和外花键的花键冷挤压件；通过数控车床对花键冷挤压件进行车削加工，得到数控加工件，最后对数控加工件上的两个外圆表面进行磨削加工，制得传动轴。采用本发明技术方案克服了现有的传动轴加工方法存在材料利用率低、生产效率低、尺寸精度低、表面质量低、生产成本高的问题，可用于制造高精度的传动轴。

Description

一种传动轴的制造方法

技术领域

本发明涉及机械制造的技术领域，特别涉及一种传动轴的制造方法。

背景技术

传动轴是各种机械装备中传递动力的关键零件之一，它是一个带有渐开线齿形内花键和外花键的、最小直径φ18mm、总长度225mm的细长轴类联接件，用于将机械装备中的动力平行地由某一个机械机构传递到另一个机械机构，使另一个机械机构获得动力后能产生某种机械运动。

目前的传动轴通常是在车床、插齿机、滚齿机或花键铣齿机上采用金属切削加工方法进行切削加工制得的。在这种常规的切削加工中，传动轴的外圆、内圆部位都是在车床上进行切削加工而成，对于传动轴这种细长轴类零件，在车削加工过程中不仅有50％左右的金属材料变成了废铁屑，而且每台车床的班产量仅能达到100件左右，需要占用大量的切削加工工时，从而导致材料利用率低、生产效率较低、以及制造成本较高的问题。

传动轴的渐开线齿形内花键是在插齿机上进行切削加工而成，不仅有5％左右的金属材料变成了废铁屑，而且由于传动轴的渐开线齿形内花键尺寸较小，只能采用了小规格的插齿刀进行插齿加工，在保证插齿刀有较高使用寿命的前提下，插齿加工时应采用小的进给量和低的插齿速度，同样需要占用大量的加工工时，每台设备的班产量仅能达到200件左右，导致插齿加工的生产效率不高；同时插齿加工的渐开线齿形内花键的轮齿尺寸精度不高，一般达到IT8～IT9级精度，轮齿表面质量也不高，一般达到的表面粗糙度为Ra3.2左右。

传动轴的渐开线齿形外花键是在小型滚齿机或花键铣齿机上采用滚齿刀或铣齿刀进行滚削或铣削加工而成，这将造成3％左右的金属材料变成了废铁屑，每台设备的班产量仅能达到200件左右；而且价格昂贵的滚齿刀或铣齿刀使用寿命并不高，导致滚齿或铣齿加工的制造成本较高；滚齿或铣齿加工的渐开线齿形外花键的轮齿尺寸精度为较好，一般达到IT8级精度，轮齿表面质量也不高，一般达到的表面粗糙度为Ra3.2左右。

因此，采用常规切削加工方法虽然可以制造出合格的传动轴零件，但却存在着材料利用率低、生产效率低、尺寸精度低、表面质量低、生产成本高的问题。

发明内容

本发明意在提供一种传动轴的制造方法，以解决现有的传动轴加工方法存在材料利用率低、生产效率低、尺寸精度低、表面质量低、生产成本高的问题。

为了达到上述目的，本发明的基础方案如下：一种传动轴的制造方法，包括：

S102：将圆钢的一端进行加热，并对加热处进行局部热镦粗处理，得到热镦坯件；

S104：将S102的热镦坯件上热镦粗的一端经过钻削加工和车削加工形成内孔，所述热镦坯件的另一端采用车削加工以缩小其直径，得到粗车坯件；

S106：将经过S104加工后的粗车坯件采用冷挤压挤齿成形方法进行挤齿成形加工，得到具有内花键和外花键的花键冷挤压件；

S108：通过数控车床在对S106加工后的花键冷挤压件进行车削加工，车削加工后花键冷挤压件上靠近内花键和外花键的两端分别形成外圆表面，得到数控加工件，最后对数控加工件上的两个外圆表面进行磨削加工，从而制得传动轴。

进一步的，将经过S104加工后的热镦坯件进行磷化处理和皂化处理。

通过磷化处理后，粗车坯件的内、外表面上具有一层与钢基体紧密结合、多孔的磷酸盐覆盖层；通过皂化处理后，粗车坯件的内、外表面的磷酸盐覆盖层孔洞中含有起润滑作用的硬脂酸钠；含有硬脂酸钠的磷酸盐覆盖层既能在随后的冷挤压挤齿成形过程中起到润滑作用又能提高粗车坯件的抗氧化能力。

进一步的，经过S104加工后的所述粗车坯件、粗车坯件的内孔和粗车坯件的外表面的同轴度误差在0.05mm-0.10mm范围内。

进一步的，所述花键冷挤压件上内花键和外花键的同轴度误差在0.05mm-0.10mm范围内。

进一步的，经过S108加工后的所述花键冷挤压件、花键冷挤压件的内花键、外花键和车削后花键冷挤压件上两个外圆表面的同轴度误差在0-0.10mm范围内。

通过上述设置，避免了制得的传动轴在动力传递过程中产生振动的情况，还增强了动力传递系统的稳定性，同时也降低了传动过程中所产生噪音。。

进一步的，将S108的所述数控加工件进行渗碳、淬火和回火处理。

通过表面渗碳、淬火、回火处理的数控车加工件不仅具有较高的表面硬度、耐磨性和强度，又具有较高的韧性。

进一步的，将渗碳淬火处理后的所述数控加工件的两个外圆表面进行磨削加工，使得所述数控加工件的两个外圆表面与内花键、外花键的同轴度误差在0-0.10mm范围内。

通过上述设置，传动轴既具有较高的承载能力和较长的使用寿命，又增强了动力传递过程的稳定性、同时还降低了传动过程中所产生噪音。

进一步的，所述粗车坯件在冷挤压挤齿成形方法加工过程中采用冷挤模具，所述冷挤模具包括上模板和下模板，所述上模板上螺栓连接有环形的上模套，所述上模套的环形区域内设有上模外套，所述上模外套上对称开有第一通孔，所述上模外套的中部嵌合有上模芯，所述上模芯的中心穿设有渐开线齿形的内花键冲头，所述上模外套与上模板之间还抵触有上模垫板，所述上模垫板上对称开有与第一通孔相对应的凹槽，所述凹槽和第一通孔内插接有导柱；所述上模外套外还包覆有用于抵压上模外套的上模压板，所述上模压板与上模套螺栓连接；

所述下模板的中心穿设有顶料杆，所述下模板上螺栓连接有下模座，所述下模座的顶部螺栓连接有下环形的下模压板，所述下模压板内抵压有下模外套，所述下模外套上对称开有供导柱滑动的第二通孔，所述下模外套的中心嵌合有下模芯，所述下模芯的中心开有与内花键冲头相配合的第一阶梯孔，所述下模外套与下模板之间抵触有花键外套，所述花键外套上对称开有供导柱滑动的第三通孔，所述花键外套的中部嵌合有花键模芯，所述花键模芯的中部设有与第一阶梯孔连通的第二阶梯孔，所述第二阶梯孔内设有渐开线齿形花键槽。

本方案的有益效果：本发明采用锯切下料→局部热镦粗成形→粗车加工→冷挤压挤齿成形→数控精车加工→磨削加工的制造方法进行传动轴的制造。本发明中的毛坯件是采用局部热镦粗成形方法制造的，其渐开线齿形内花键和外花键是在液压机上的一副冷挤模具中采用冷挤压挤齿成形的方式一次冷挤压成形的。在局部热镦粗成形方法生产传动轴毛坯件的这一加工工序中没有金属材料浪费，每台设备的班产量可达到1200件左右；由毛坯件变成粗车坯件需要进行粗车加工，在这一加工工序中由于粗车加工的余量较小，仅有10％左右的金属材料变成废铁屑，每台车床的班产量能达到400件左右；由粗车坯件变成花键冷挤压件需要进行冷挤压挤齿成形加工，在这一工序中没有金属材料浪费，挤齿成形的渐开线齿形内花键、外花键不仅轮齿的表面粗糙度达到Ra0.8μm以下而且轮齿的尺寸精度达到IT7～IT8级，每台设备的班产量可达到1200件左右；由花键冷挤压件变成数控车加工件需要进行数控车削加工，在这一工序中数控车加工的余量很小，仅有5％左右的金属材料变成废铁屑，每台数控车床的班产量能达到400件左右。

与传动轴的常规制造方法即车削+插齿+滚齿或花键铣齿加工方法相比，本发明的传动轴制造方法的材料利用率可达85％左右、生产效率可提高3倍以上，因而生产成本显著降低；同时渐开线齿形内花键、外花键的齿形轮齿尺寸精度高、表面质量高；而且由于挤齿成形的渐开线齿形内花键、外花键的齿形轮齿金属流线是连续的、未被切断，且金属流线沿齿形轮齿的齿形轮廓分布、轮齿齿根部位也不存在微裂纹，使渐开线齿形内花键、外花键的齿形轮齿承载能力大大提高，从而提高了传动轴的承载能力、使用寿命、安全性和可靠性；同时，由于渐开线齿形内花键、外花键是在一副冷挤模具中以同一基准同时挤齿成形，保证了挤齿成形后的渐开线齿形内花键与外花键之间的同轴度在0.05mm～0.10mm范围内，从而确保了动力传递系统的动力直线传递，为保障动力传递系统的低噪音运行奠定了坚实的基础。

附图说明

图1是本发明一种传动轴的制造方法中工序图；

图2是本实施例中冷挤模具的结构示意图；

图3是本实施例中上模板的俯视图；

图4是本实施例中花键模芯的俯视图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

说明书附图中的附图标记包括：上模板1、下模板2、上模套3、螺纹通孔4、插销孔5、上模外套6、上模芯7、内花键冲头8、上模垫板9、导柱10、上模压板11、顶料杆12、下模座13、下模压板14、下模外套15、下模芯16、花键外套17、花键模芯18。

实施例基本如附图1和附图2所示：一种传动轴的制造方法，包括：

S102：在带锯床上将圆钢进行锯切下料，得到坯料，再将坯料的上端进行局部高频感应加热，然后将坯料上端的加热处在液压机上的热镦粗模具中进行局部热镦粗成形，得到热镦坯件；

S104：将S102中热镦坯件的上端经过钻削加工和车削加工形成内孔，热镦坯件的下端采用车削加工以缩小其直径，得到粗车坯件；再将粗车坯件进行磷化处理和皂化处理，通过磷化处理后，粗车坯件的内、外表面上均具有一层与钢基体紧密结合、多孔的磷酸盐覆盖层；通过皂化处理后，粗车坯件的内、外表面的磷酸盐覆盖层孔洞中含有起润滑作用的硬脂酸钠；含有硬脂酸钠的磷酸盐覆盖层既能在随后的冷挤压挤齿成形过程中起到润滑作用又能提高粗车坯件的抗氧化能力。在钻削加工和车削加工过程中，确保粗车坯件、粗车坯件的内孔和粗车坯件的外表面的同轴度误差在0.05mm-0.10mm范围内。

S106：如附图3和图4所示，将经过S104加工后的粗车坯件经过表面润滑处理后，在液压机借助冷挤模具对粗车坯件的内孔和下端的外圆采用冷挤齿成形方法进行挤齿成形加工，在冷挤齿成形方法中所采用的冷挤模具包括上模板1和下模板2，上模板1的下方螺栓连接有环形的上模套3，上模板1和上模套3的相同位置均周向等距分布有六个螺纹通孔4，上模板1和上模套3上两个对应的螺纹通孔4内螺纹连接有螺栓；上模板1与上模套3上的相同位置还均对称开有插销孔5，两个插销孔5与其上的六个螺纹通孔4处于同一个圆上，两个插销孔5内均插接有销轴，借助销轴可使上模板1与上模套3连接更加稳定。

上模套3的环形区域内设有外表面成阶梯形状的上模外套6，上模外套6上对称开有第一通孔，上模外套6的中部嵌合有直径由上至下逐渐减小的上模芯7，上模芯7外壁采用倾斜设置可使其与上模外套6贴合固定更加牢固，上模芯7的中心穿设有渐开线齿形的内花键冲头8，内花键冲头8与上模芯7螺纹连接在一起，上模外套6与上模板1之间还抵触有上模垫板9，上模垫板9的顶部和底部分别与上模板1、下模外套15相抵，上模垫板9的侧壁与上模套3相抵，上模垫板9上对称开有与第一通孔相连通的凹槽，凹槽和第一通孔内插接有导柱10；上模外套6外还包覆有用于抵压上模外套6的上模压板11，上模压板11与上模套3螺栓连接，上模压板11和上模套3的螺纹通孔4与上模板1和上模套3连接的螺纹通孔4相连通。

下模板2的中心穿设有顶料杆12，下模板2上螺栓连接有环状的下模座13，下模板2与下模座13的相同位置处均周向等距分布有六个第一螺纹孔，下模板2与下模座13上两个对应的第一螺纹孔内螺纹连接有螺栓，下模板2与下模座13上的相同位置还均对称开有插销孔5，两个插销孔5与其上的六个第一螺纹孔处于同一个圆上，两个插销孔5内均插接有销轴，借助销轴可使下模板2与下模座13连接更加稳定。

下模座13的顶部螺栓连接有下环形的下模压板14，下模座13和下模压板14的相同位置处均周向等距分布有六个第二螺纹孔，下模座13与下模压板14上两个对应的第二螺纹孔内螺纹连接有螺栓，下模压板14内壁的形状是阶梯形状，下模压板14内抵压有与下模压板14内壁形状相配合的下模外套15，下模外套15上对称开有供导柱10滑动的第二通孔，下模外套15的中心嵌合有直径由下至上逐渐减小的下模芯16，下模芯16的中心开有与内花键冲头8相配合的第一阶梯孔，下模外套15与下模板2之间抵触有花键外套17，花键外套17上对称开有供导柱10滑动的第三通孔，相对应的第一通孔、第二通孔和第三通孔相互连通，花键外套17的中部嵌合有直径由下至上逐渐减小的花键模芯18，花键模芯18的中部设有与第一阶梯孔连通的第二阶梯孔，第二阶梯孔内设有渐开线齿形花键槽。借助上述冷挤模具制得具有内花键和外花键的花键冷挤压件，其中内花键和外花键的同轴度误差在0.05mm-0.10mm范围内。

S108：通过数控车床再对S106加工后的花键冷挤压件进行车削加工，车削加工后花键冷挤压件上侧和下侧的外壁分别形成外圆表面，除花键冷挤压件的两个外圆表面留有后续磨削加工余量以外，其余部位车削加工至传动轴实际要求的设计尺寸，从而得到数控加工件；将上述的数控加工件进行表面渗碳、淬火和回火处理，并将渗碳淬火处理后的数控加工件的两个外圆表面进行磨削加工，使得数控加工件的两个外圆表面与内花键、外花键的同轴度误差在0-0.10mm范围内。最后对数控加工件上的两个外圆表面进行磨削加工，从而制得传动轴。

以上的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (8)

1.一种传动轴的制造方法，其特征在于，包括：

S102：将圆钢的一端进行加热，并对加热处进行局部热镦粗处理，得到热镦坯件；

S104：将S102的热镦坯件上热镦粗的一端经过钻削加工和车削加工形成内孔，所述热镦坯件的另一端采用车削加工以缩小其直径，得到粗车坯件；

S106：将经过S104加工后的粗车坯件采用冷挤压挤齿成形方法进行挤齿成形加工，得到具有内花键和外花键的花键冷挤压件；

S108：通过数控车床在对S106加工后的花键冷挤压件进行车削加工，车削加工后花键冷挤压件上靠近内花键和外花键的两端分别形成外圆表面，得到数控加工件，最后对数控加工件上的两个外圆表面进行磨削加工，从而制得传动轴。

2.根据权利要求1所述的一种传动轴的制造方法，其特征在于：将经过S104加工后的热镦坯件进行磷化处理和皂化处理。

3.根据权利要求1所述的一种传动轴的制造方法，其特征在于：经过S104加工后的所述粗车坯件、粗车坯件的内孔和粗车坯件的外表面的同轴度误差在0.05mm-0.10mm范围内。

4.根据权利要求2或3所述的一种传动轴的制造方法，其特征在于：所述花键冷挤压件上内花键和外花键的同轴度误差在0.05mm-0.10mm范围内。

5.根据权利要求4所述的一种传动轴的制造方法，其特征在于：经过S108加工后的所述花键冷挤压件、花键冷挤压件的内花键、外花键和车削后花键冷挤压件上两个外圆表面的同轴度误差在0-0.10mm范围内。

6.根据权利要求1所述的一种传动轴的制造方法，其特征在于：将S108的所述数控加工件进行渗碳、淬火和回火处理。

7.根据权利要求6所述的一种传动轴的制造方法，其特征在于：将渗碳淬火处理后的所述数控加工件的两个外圆表面进行磨削加工，使得所述数控加工件的两个外圆表面与内花键、外花键的同轴度误差在0-0.10mm范围内。

8.根据权利要求1-7中任意一项所述的一种传动轴的制造方法，其特征在于：所述粗车坯件在冷挤压挤齿成形方法加工过程中采用冷挤模具，所述冷挤模具包括上模板和下模板，所述上模板上螺栓连接有环形的上模套，所述上模套的环形区域内设有上模外套，所述上模外套上对称开有第一通孔，所述上模外套的中部嵌合有上模芯，所述上模芯的中心穿设有渐开线齿形的内花键冲头，所述上模外套与上模板之间还抵触有上模垫板，所述上模垫板上对称开有与第一通孔相对应的凹槽，所述凹槽和第一通孔内插接有导柱；所述上模外套外还包覆有用于抵压上模外套的上模压板，所述上模压板与上模套螺栓连接；

所述下模板的中心穿设有顶料杆，所述下模板上螺栓连接有下模座，所述下模座的顶部螺栓连接有下环形的下模压板，所述下模压板内抵压有下模外套，所述下模外套上对称开有供导柱滑动的第二通孔，所述下模外套的中心嵌合有下模芯，所述下模芯的中心开有与内花键冲头相配合的第一阶梯孔，所述下模外套与下模板之间抵触有花键外套，所述花键外套上对称开有供导柱滑动的第三通孔，所述花键外套的中部嵌合有花键模芯，所述花键模芯的中部设有与第一阶梯孔连通的第二阶梯孔，所述第二阶梯孔内设有渐开线齿形花键槽。

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