CN112218732B - 使用镦粗法的中空驱动轴及其制造方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种使用镦粗法的中空驱动轴及其制造方法，其中，工件的两端采用热锻和镦粗工艺，使得工件两端的外径大于工件中部的外径，从而减轻驱动轴的重量，并使驱动轴能够传递更高的驱动力。根据本发明，在热锻工艺过程中采用镦粗工艺以制造中空驱动轴，将待进行实质性加工的部分限制在工件两端的部分，并且镦粗工序的数量限制在最小数量(2次等)，使得初始投资成本和制造成本由于工序数量少而较低。进一步地，中空驱动轴通过镦粗工艺而不是型锻工艺制造，从而可降低制造成本并提高驱动轴的性能。

Description

使用镦粗法的中空驱动轴及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种用于车辆的中空驱动轴的制造方法，并且更特别地，本发明涉及一种使用镦粗法的中空驱动轴及其制造方法，在该方法中，工件的两端采用热锻和镦粗工艺，使得工件两端的外径大于工件中部的外径，从而减轻驱动轴的重量，并且使驱动轴能够传递更高的驱动力。

背景技术

通常，驱动轴安装在车辆中，以便将动力从由变速装置的动力驱动的变速驱动桥传递到车辆的左右两个车轮，该变速装置对发动机的动力实施换挡操作。

由于实心驱动轴导致车身重量增加以及噪音高，因此存在的缺点是需要在驱动轴上安装单独的减震器。

车辆制造商一直用中空驱动轴代替实心驱动轴，以减轻车辆的重量并降低噪音。

与实心驱动轴相比，中空驱动轴的重量减少了30％至40％，并且刚性增加了约30％，这样就可解决共振的问题。

用于车辆的中空驱动轴的类型包括其中短轴通过摩擦焊接连接至在其中心处具有中空部分的中空轴的左右两侧的三件式焊接类型，以及其中通过型锻工艺将管状工件整体制造的一件式型锻类型。

通过摩擦法制造的中空驱动轴造成了制造成本增加的问题，因为制造一个部件总共需要三个子部件，包括一个管和两个短轴，短轴需要通过摩擦焊接联接至管的两端，然后需要在中空驱动轴的外表面上另外进行焊道切割工艺以及附加的抛光工艺。

另外，摩擦焊接不能获得均匀的金属流，并且由于焊接的部分而难以满足驱动轴所需的耐久性。

提供了一种通过型锻工艺制造的中空驱动轴来解决上述问题，然而，由于需要进行包括最多八个步骤的型锻工艺，则该中空驱动轴具有初始投资成本高且制造成本增加的问题。

由于型锻工艺是在冷态下进行的，在进行工件快速塑性加工时，工件的内部和外部形成裂纹的风险很高，因此，存在缺陷率显著增加或耐久性迅速降低的问题。

另外，由于型锻工艺是冷锻工艺，所以存在产生非常严重的噪声的缺点，导致工作环境恶化。

近来，中空驱动轴在其两端增大外径，因此固定在中空驱动轴的两端的等速万向节和滚珠隔离圈的直径增大，这样就有可能增加滚珠的数量，因此传递更高的驱动力。

然而，由于型锻工艺不能单独地增加中空驱动轴两端的外径，因此存在无法制造仅其两端的外径可增大的中空驱动轴的结构的问题。

发明内容

[技术问题]

为了解决上述问题而提出了本发明，本发明的目的是提供一种使用镦粗法的中空驱动轴及其制造方法，在该方法中，工件的两端采用热锻和镦粗工艺，使得工件两端的外径大于工件中部的外径，从而减轻驱动轴的重量，并且使驱动轴能够传递更高的驱动力。

[技术方案]

为了实现上述目的，一种根据本发明的使用镦粗法制造中空驱动轴的方法包括：将切割成预定长度的工件的两端插入加热单元中，并将工件的两端加热到预定的温度；并且将加热后的工件的两端插入成型模具中，然后利用芯轴压紧加热后的工件的两端，以执行镦粗工艺，使工件两端的外径大于工件中部的外径，并且进一步包括：在执行镦粗工艺完成之后，通过使用计算机数控(CNC)车床执行对经过了镦粗工艺的工件的两端进行车削加工以达到预定的尺寸和形状的计算机数控(CNC)加工工艺；通过使用成型滚压机对经过了CNC加工工艺的工件的两端执行滚压工艺以形成花键；通过使用高频热处理装置执行高频热处理工艺，该高频热处理工艺将经过了滚压工艺的工件加热至预定温度，对工件进行冷却和淬火，通过使用高频热处理装置将淬火后的工件再次加热至预定温度，然后对工件进行冷却和回火；在执行高频热处理工艺之后，通过使用压力机执行对变化后的尺寸进行校正的校正工艺；并且进行形成涂膜的涂装工艺以确保美观和耐腐蚀性。

一种根据本发明的使用镦粗法的用于车辆的中空驱动轴包括：中部，其是驱动轴的中间部分，并且在其中形成有中空部分；以及驱动轴的两端，该驱动轴的两端各自在其中具有与中部连通的中空部分，并且通过采用镦粗工艺具有比中部更大的外径和更大的厚度。

一种根据本发明的使用镦粗法的用于车辆的中空驱动轴包括：中部，其是驱动轴的中间部分，并且在其中形成有中空部分；以及驱动轴的两端，该驱动轴的两端各自在其中具有与中部连通的中空部分，并且通过采用镦粗工艺具有比中部更大的外径和更大的厚度以及比中部更小的内径。

一种根据本发明的使用镦粗法的用于车辆的中空驱动轴包括：中部，其是驱动轴的中间部分，并且在其中形成有中空部分；以及驱动轴的两端，该驱动轴的两端各自在其中具有与中部连通的中空部分，并且通过采用镦粗工艺具有比中部更小的内径以及与中部相等的外径。

[有益效果]

通过本发明的上述构造，在热锻工艺过程中采用镦粗工艺制造中空驱动轴，将待进行实质性加工的部分限制在工件两端的部分，并且将镦粗工序的数量限制在最小数量(2次等)，以使得初始投资成本和制造成本可由于工序数量少而较低。

根据本发明，中空驱动轴是通过镦粗工艺而不是型锻工艺制造的，从而可以降低制造成本并且可以提高驱动轴的性能。

根据本发明，中空驱动轴的两端可具有增大的外径，这不能通过型锻工艺实现，因此，固定在驱动轴两端的等速万向节和滚珠隔离圈可具有增大的直径，这样就可以增加滚珠的数量，从而传递更高的驱动力。

附图说明

图1和图2是示出根据本发明的示例性实施例的中空驱动轴的制造方法的示图。

图3是示出根据本发明的示例性实施例的通过镦粗工艺改变工件的形状的状态的示图。

图4是示出根据本发明的示例性实施例的初次镦粗成型工艺的示图。

图5是示出根据本发明的示例性实施例的二次镦粗成型工艺的示图。

图6和图7是示出根据本发明的示例性实施例的中空驱动轴的成品结构的示图。

图8是示出根据本发明的另一示例性实施例的镦粗成型工艺的示图。

图9至图11是示出根据本发明的通过镦粗成型工艺制造的中空驱动轴的结构的示图。

图12是示出根据本发明的另一示例性实施例的镦粗成型工艺的示图。

图13是示出根据本发明的通过镦粗成型工艺制造的中空驱动轴的结构的示图。

具体实施例

在整个说明书中，除非有相反的明确描述，否则词语“包括/包含和诸如“包括/包含”或“包括有/包含有”等的变型将被理解为隐含包括所述元件，而不排除任何其他元件。

根据本发明，在热锻工艺过程中执行镦粗工艺，将待进行实质性加工的部分限制在工件两端处的部分，并且镦粗工序的数量限制在最小数量(2次等)，因此，由于工序数量少，初始投资成本和制造成本可能较低。

本发明提供一种制造中空驱动轴的方法，该中空驱动轴的两端可具有增大的外径，这不能通过现有技术中的型锻工艺来实现。

图1和图2是示出根据本发明的示例性实施例的中空驱动轴的制造方法的示图。

根据本发明的示例性实施例的镦粗加工设备可以针对每个工艺而分开，或者配置在连续的生产线上。

镦粗加工设备利用热锻工艺和压锻成型工艺，在送入工件时，在加热工件的同时根据工件的类型或特性将工件加热到室温或更高的温度。

根据本发明的示例性实施例的中空驱动轴的制造方法包括镦粗工艺S100和后处理工艺S200。

镦粗工艺S100包括切割工艺S102、初次加热工艺S104、初次镦粗工艺S106、二次加热工艺S108、二次镦粗工艺S110和空冷工艺S112。为了在工件两端获得所需的厚度，可以执行一次镦粗工序，也可以执行两次、三次、四次等镦粗工序。

在下文中，将参照其中进行了两次镦粗工序的示例性实施例来描述本发明。

图3是示出根据本发明的示例性实施例的通过镦粗工艺改变工件形状的状态的示图，图4是示出根据本发明的示例性实施例的初次镦粗成型工艺的示图，图5是示出根据本发明的示例性实施例的二次镦粗成型工艺的示图，并且图6和图7是示出根据本发明的示例性实施例的中空驱动轴的成品结构的示图。

如图3A所示，切割工艺S102将钢管切割成预定长度，从而制造待加工的工件。

工件10是由钢制成的钢管，其具有预定长度和圆形截面，并且包括中部11以及两端12和13。

接下来，当工件被送入到镦粗加工设备中时，对工件10的两端的预定部分进行加热，并且将工件想预定位置对准，以便可以执行镦粗工艺。

如图3B所示，初次加热工艺S104通过使用正交传送系统或机器人系统将对准的工件的两端的预定部分插入第一加热单元中。第一加热单元可以使用各种加热方法，诸如高频加热法、电阻法或气体燃烧法。特别地，采用高频加热法，在短时间内将温度升高到1100℃至1300℃的所需的温度。

如上所述，初次加热后的工件10被传送至第一镦粗单元100，并且在将工件的温度降低到预定温度之前进行初次镦粗工艺。

如图3C所示，初次镦粗工艺S106是通过压下工件的两端12和13的预定部分来增大外径的工艺。

第一镦粗单元100包括：第一插入孔112，具有杆状的工件10插入第一插入孔112中；第一成型模具110，其具有用于固定工件的第一固定单元(未示出)；以及第一冲压模具120的第一芯轴122。

第一成型模具110具有在工件10的插入方向上在空腔内形成的第一插入孔114，以及在第一芯轴122的插入方向上的第一延伸孔114。

将工件10插入第一成型模具110的第一插入孔112中，并固定工件10的一端。第一冲压模具120的第一芯轴122在与工件10的移动方向相反的方向上移动，并且被插入并压入到第一延伸孔114中。

执行初次镦粗工艺，使得随着工件10被第一芯轴122压紧，对应于第一延伸孔114的形状的工件10的两端12和13处的体积增大，从而使外径增大。随着经过了初次镦粗工艺的工件10的两端的预定部分12和13的横截面积的增加，工件的总长度减小。

如图3D所示，二次加热工艺S108通过使用正交传送系统或机器人系统，将在第一镦粗单元100中经过了初次镦粗工艺的工件两端的预定部分12和13插入到第二加热单元中。

第二加热单元使用高频加热法，以便在短时间内将温度升高到1100℃至1300℃的所需的温度。

如上所述的二次加热后的工件10被传送到第二镦粗单元200，并且在工件的温度降低至预定温度之前执行二次镦粗工艺。

如图3E所示，二次镦粗工艺S110是通过压紧工件的两端的预定部分12和13来增大外径的过程。

第二镦粗单元200包括：第二插入孔212，具有杆状的工件10插入第二插入孔212中；第二成型模具210，其具有用于固定工件10的第二固定单元(未示出)；以及第二冲压模具220的第二芯轴222。

第二成型模具210具有在工件10的插入方向上在空腔内形成的第二插入孔212，以及在第二芯轴222的插入方向上的第二延伸孔214。在这种情况下，第二成型模具210的第二延伸孔214形成为具有比第一成型模具110的第二延伸孔114更大的直径。

将工件10插入第二成型模具210的第二插入孔212中，并固定工件10的一端。第二冲压模具220的第二芯轴222在与工件10的移动方向相反的方向上移动，并且被插入并压入到第二延伸孔214中。

执行二次镦粗工艺，使得随着工件10被第二芯轴220压下，对应于第二延伸孔214的形状的工件10的两端12和13处的体积增大，从而使外径增大。

经过了二次镦粗工艺的工件10的两端12和13具有比经过了初次镦粗工艺的工件10的两端12和13更大的厚度和外径。随着经过了二次镦粗工艺的工件10的两端12和13处的横截面积增大，工件的总长度减小。

如图3F所示，由于经过了二次镦粗工艺的工件10的温度过高，因此空冷工艺S112将工件转移到输送机式冷却台并将工件移动到卸载台，从而将工件自然冷却至室温。

后处理工艺S200包括计算机数控(CNC)加工工艺S202、滚压工艺S204、高频热处理工艺S206、校正工艺S208和涂装工艺S210。

CNC加工工艺S202通过使用CNC车床对经过了镦粗工艺的工件10的两端12、13执行车削加工，使其达到预定的尺寸和形状。

滚压工艺S204使用成型滚压机在经过了CNC加工工艺的工件10的两端12和13形成花键。

高频热处理工艺S206是对工件10的表面进行硬化以确保耐久性的过程，包括淬火和回火。

经过了滚压工艺的工件10通过高频热处理装置被加热到约950℃，然后冷却(淬火)。淬火后的工件硬度增加，但由于残余应力仍然存在于工件表面，所以该工件是不稳定的。因此，进行回火以使工件的组织变为稳定组织并减少残余应力。

回火是通过使用高频热处理装置将淬火后的工件加热至400℃至650℃，然后冷却工件。

在执行高频热处理工艺之后，工件的尺寸发生改变。因此，为了确保代表直线度的直线特性，校正工艺S208是通过使用自动压力机来执行的。涂装工艺S210采用电涂装，通过向水溶性涂料施加电流来形成涂膜，以确保美观和耐腐蚀性。

如上所述制造的根据本发明的中空驱动轴20由单个工件制造，并且在其中形成有中空部分。镦粗工艺使得中空驱动轴20具有工件的两端22和23的外径大于工件的中部21的外径的结构(参见图6和图7)。

换句话说，中空驱动轴20的两端22和23都具有比中部21更大的外径和更大的厚度，并且具有与中部21相等的内径。中部21的外径或厚度不变。

根据本发明，中空驱动轴20是通过在热锻工艺过程中使用镦粗工艺来制造的。

根据本发明，中空驱动轴在其两端可以具有增大的外径，这无法通过型锻工艺实现，因此，固定在驱动轴的两端的等速万向节和滚珠隔离圈可以具有增大的直径，这样就有可能增加滚珠的数量，从而传递更高的驱动力。

为了便于描述，如图4和图5所示，本发明提供了在中空驱动轴20的两端22和23中的一端执行镦粗工艺的构造。但实际上，在中空驱动轴20的两端22和23上同时执行镦粗工艺。

图8是示出根据本发明的另一示例性实施例的镦粗成型工艺的示图，图9至图11是示出根据本发明的通过镦粗成型工艺制造的中空驱动轴的结构的示图，图12是示出根据本发明的又一示例性实施例的镦粗成型工艺的示图，并且图13是示出根据本发明的通过镦粗成型工艺制造的中空驱动轴的结构的示图。

如图8A所示，将工件10插入第一成型模具110的第一插入孔112中，并固定工件10的一端。第一冲压模具120的芯轴122在与工件10的移动方向相反的方向上移动，并且在水平方向上压紧工件。芯轴122的直径小于中部的内径。

执行镦粗工艺，使得随着工件被芯轴122压紧，对应于第一延伸孔114的形状的工件的两端12和13处的体积增大，从而使外径增大。

如图8B所示，第一成型模具110形成如下结构：当芯轴122在工件10的移动方向上分离时，工件的两端22和23各自的内径小于工件10的中部11的内径。

如图9至图11所示，中空驱动轴20由单个工件制造而成并且在其中形成有中空部分。镦粗工艺使得中空驱动轴20具有工件的两端22和23的外径增大而内径减小的结构。换句话说，中空驱动轴20的两端22和23都具有比中部21更大的外径和更大的厚度，并且具有小于中部21的内径。

如图12A所示，将工件10插入第一成型模具110的第一插入孔112中，并且固定工件10的一端。第一冲压模具120的芯轴122在与工件10的移动方向相反的方向上移动，并且在水平方向上压紧工件。

工件10的内部通过被芯轴122压紧而进入到工件10的两端12和13。

如图12B所示，第一成型模具110形成这样的结构：当芯轴122在工件10的移动方向上分离时，工件10的中部11的外径等于工件10的两端22和23中的每一端的外径，并且工件10的两端22和23的内径都小于中部11的内径。

如图13所示，中空驱动轴20由单个工件制造而成并且在其中形成有中空部分。镦粗工艺使得中空驱动轴20具有工件的两端22和23的内径减小的结构。

换句话说，中空驱动轴20的两端22和23都具有小于中部21的内径，并且具有等于中部21的外径。

本发明的上述示例性实施例并不仅仅通过一种设备和一种方法来实现。基于上述示例性实施例的描述，本发明所属领域的技术人员可以通过与用于实现与本发明的示例性实施例的配置对应的功能的程序或在其上记录了程序的记录介质来容易地实现这些示例性实施例。

尽管上文已经详细描述了本发明的示例性实施例，但本发明的范围并不限于此，并且应当清楚地理解的是，本领域技术人员利用由所附权利要求限定的本发明的基本概念作出的许多变型和修改也将属于本发明的权利范围。

本发明旨在通过在热锻工艺过程中采用镦粗工艺来制造中空驱动轴，并通过使用镦粗工艺而不是型锻工艺来制造中空驱动轴，同时将待进行实质性加工的部分限制在工件两端的部分，从而提高驱动轴的性能。

Claims (4)

1.一种使用镦粗法制造中空驱动轴的方法，所述方法包括：

将切割成预定长度的工件的两端插入加热单元中，并将所述工件的两端加热至预定温度；

将加热后的工件的两端插入成型模具中，然后利用芯轴压紧加热后的工件的两端，以执行镦粗工艺，使得所述工件的两端的外径大于所述工件的中部的外径，

在执行所述镦粗工艺完成之后，通过使用计算机数控车床即CNC车床执行对经过了所述镦粗工艺的所述工件的两端进行车削加工以达到预定的尺寸和形状的CNC加工工艺；

通过使用成型滚压机对经过了所述CNC加工工艺的所述工件的两端执行滚压工艺以形成花键；以及

通过使用高频热处理装置执行如下的高频热处理工艺：将经过了所述滚压工艺的所述工件加热至预定温度，对所述工件进行冷却和淬火，通过使用所述高频热处理装置将淬火后的工件再次加热至预定温度，然后对所述工件进行冷却和回火；

其中执行所述镦粗工艺包括：

将加热后的工件的两端插入成型模具中，所述成型模具在所述工件的插入方向上具有插入孔和延伸孔；

通过沿着与所述工件的移动方向相反的方向移动所述芯轴并将所述芯轴插入所述延伸孔中来压紧所述工件；以及

执行所述镦粗工艺，使得随着所述工件被所述芯轴压紧，对应于所述延伸孔的形状的所述工件的两端处的体积增大，从而使外径增大；并且

其中所述工件的两端各自具有比所述工件的所述中部更大的外径和更大的厚度，并且具有与所述工件的所述中部相等的内径，

其中所述镦粗工艺是用于制造车辆的中空驱动轴，并在热锻工艺过程中应用于加热后的工件，而不是在冷态下执行型锻工艺。

2.根据权利要求1所述的方法，其中在执行所述镦粗工艺之后，重复以下的一组步骤两次或更多次：将经过了所述镦粗工艺的所述工件的两端插入所述加热单元中并将所述工件的温度加热到预定温度的步骤，以及利用所述芯轴压紧所述工件的两端以增大所述工件的两端的外径的镦粗步骤。

3.根据权利要求1或2所述的方法，进一步包括：

在执行所述高频热处理工艺之后，通过使用压力机执行对变化后的尺寸进行校正的校正工艺；并且

执行形成涂膜的涂装工艺以确保美观和耐腐蚀性。

4.一种使用镦粗法制造中空驱动轴的方法，所述方法包括：

将切割成预定长度的工件的两端插入加热单元中，并将所述工件的两端加热至预定温度；并且

将加热后的工件的两端插入成型模具中，然后利用芯轴压紧加热后的工件的两端，以执行镦粗工艺，使得所述工件的两端的外径大于所述工件的中部的外径，

在执行所述镦粗工艺完成之后，通过使用计算机数控车床即CNC车床执行对经过了所述镦粗工艺的所述工件的两端进行车削加工以达到预定的尺寸和形状的CNC加工工艺；

通过使用成型滚压机对经过了所述CNC加工工艺的所述工件的两端执行滚压工艺以形成花键；以及

通过使用高频热处理装置执行如下的高频热处理工艺：将经过了所述滚压工艺的所述工件加热至预定温度，对所述工件进行冷却和淬火，通过使用所述高频热处理装置将淬火后的工件再次加热至预定温度，然后对所述工件进行冷却和回火；

其中执行所述镦粗工艺包括：

将加热后的工件的两端插入成型模具中，所述成型模具在所述工件的插入方向上具有插入孔和延伸孔；

通过沿着与所述工件的移动方向相反的方向移动所述芯轴并将所述芯轴插入所述延伸孔中来压紧所述工件；以及

执行所述镦粗工艺，使得随着所述工件被所述芯轴压紧，对应于所述延伸孔的形状的所述工件的两端处的体积增大，从而使外径增大；

其中所述芯轴的直径小于所述中部的内径，并且

其中所述工件的两端各自具有比所述中部更大的外径，并且具有比所述中部更小的内径，

其中所述镦粗工艺是用于制造车辆的中空驱动轴，并在热锻工艺过程中应用于加热后的工件，而不是在冷态下执行型锻工艺。

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