CN112658627A - 转向轴的生产工艺 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种转向轴的生产工艺，其包括工序取料、旋锻内花键成型以及挤花键。本申请具有利用旋锻缩小的管料的内外径，并使得管料的内周贴合芯棒，进而加工出内花键；同时，本工件的内花键的表面配合其他工件的外花键，并依靠相互之间的挤压力完成力矩传递，在旋锻过程中，管料冷塑性变形，材料发生加工硬化，提高材料的硬度和强度，实现增强内花键的强度，以实现传递更大的力矩的效果。

Description

转向轴的生产工艺

技术领域

本申请涉及汽车零配件的领域，尤其是涉及一种转向轴的生产工艺。

背景技术

汽车转向系统(steering system)是按照驾驶员的意愿控制汽车的行驶方向，以用来改变或保持汽车行驶或倒退方向的一系列装置。

就轮式汽车而言，实现汽车转向的方法是：驾驶员对转向盘（方向盘）施加一个转向力矩，该力矩通过转向轴输入转向器，转向器放大力矩并输出，以驱动汽车转向桥（一般是前桥）上的车轮（转向轮）相对于汽车纵轴线偏转一定角度。

转向轴的功用是将驾驶员作用于转向盘的转向力矩传递给转向器，转向轴的上部与转向盘固定连接，下部与转向器相连。且转向轴从转向柱管中穿过，支承在柱管内的轴承和衬套上。

参照图1、2，转向轴整体呈中空的管状，且转向轴的一端外周设有外花键，转向轴的一端内周设有内花键，以实现转向盘与转向器之间的连接，并传递力矩。

针对上述中的相关技术，发明人认为转向轴依靠外花键、内花键实现传递力矩，而内花键延伸至转向轴内的深处，利用铣床加工时，需要利用细长的刀具深入转向轴内部的深处，刀具变形而导致内花键处的加工精度低。

发明内容

为了提高内花键处的加工精度，本申请提供一种转向轴的生产工艺。

本申请提供的一种转向轴的生产工艺采用如下的技术方案：

一种转向轴的生产工艺，包括以下工序：

取料，取一定长度的管料，管料的外径大于内花键段的外径，且管料的内径大于内花键段的内径；

旋锻内花键成型，旋锻机上安装适配的外模、芯棒，利用夹具夹紧管料的一端外周，并使得管料套接至芯棒上，利用外模缩小管料另一端的外径，并使得管料的另一端内周贴合芯棒的外周；以及

挤花键，在管料远离内花键的一端外周加工外花键。

通过采用上述技术方案，利用旋锻缩小的管料的内外径，并使得管料的内周贴合芯棒，进而加工出内花键；同时，本工件的内花键的表面配合其他工件的外花键，并依靠相互之间的挤压力完成力矩传递，在旋锻过程中，管料冷塑性变形，材料发生加工硬化，提高材料的硬度和强度，实现增强内花键的强度，以实现传递更大的力矩。

可选的，工序挤花键之后，还包括以下工序：

磨轴承档，工件安装至数控磨床上，磨削外花键朝向内花键的一侧外周，磨削后的外周用于配合轴承。

通过采用上述技术方案，精加工轴承档的外周，以在装配时用于配合轴承的内圈。

可选的，工序旋锻内花键成型之后，工序磨轴承档之前，还包括以下工序：

旋锻轴承位，工件安装至旋锻机上，夹具夹紧内花键段的外周，缩小工件远离内花键段的一端外径。

通过采用上述技术方案，利用旋锻实现工件的冷塑性变形，材料发生加工硬化，提高材料的硬度和强度，以便用于配合轴承的内圈。

可选的，工序旋锻内花键成型之后，工序挤花键之前，还包括以下工序：

旋锻花键外圆，工件安装至旋锻机上，夹具夹紧内花键段的外周，缩小工件远离内花键段的一端外径；以及

退火，对花键外圆区域进行退火处理。

通过采用上述技术方案，旋锻花键外圆之后，工件冷塑性变形，材料产生残余应力；此时，通过退火处理，实现去内应力、恢复材料性能，便于完成后续的挤花键。

可选的，工序退火之后，工序挤花键之前，还包括以下工序：

车退刀槽、精车外圆，工件安装至数控车床上，利用刀具车削工件远离内花键段的一端外周，且车削区域位于外花键段轴向的两侧。

通过采用上述技术方案，使得外花键段的外周凸出，便于加工外花键。

可选的，工序退火之后，工序车退刀槽、精车外圆之前，还包括以下工序：

割料、平端面倒角、钻中心孔，工件安装至数控车床上，切断工件，平整工件远离内花键段的端面，并在该端面的中心加工出中心孔。

通过采用上述技术方案，先加工出中心孔，再利用中心孔完成定位，实现精车外圆。

可选的，工序车退刀槽、精车外圆之后，还包括以下工序：

滚螺纹，工件放置于滚丝机上，在精车外圆的外周加工外螺纹。

可选的，工序旋锻内花键成型之后，还包括以下工序：

打批次号，利用激光打标机，在内花键段的外周打码，打码内容包括日期、班次、外模编号、芯棒编号以及项目号。

通过采用上述技术方案，每个产品上均有批次号，若后期发现某个产品存在质量问题，可实现追溯，并相应排查同批次的产品。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.利用旋锻缩小的管料的内外径，并使得管料的内周贴合芯棒，进而加工出内花键；

2.同时，本工件的内花键的表面配合其他工件的外花键，并依靠相互之间的挤压力完成力矩传递，在旋锻过程中，管料冷塑性变形，材料发生加工硬化，提高材料的硬度和强度，实现增强内花键的强度，以实现传递更大的力矩。

附图说明

图1是产品的整体结构示意图。

图2是产品的半剖视图。

图3是管料的结构示意图。

图4是工序S10旋锻内花键成型后，工件的结构示意图。

图5是工序S10打批次号后，工件的结构示意图。

图6是工序S20加工后，工件的结构示意图。

图7是工序S30、S40加工后，工件的结构示意图。

图8是工序S50、S60加工后，工件的结构示意图。

附图标记说明：1、外螺纹段；2、外花键段；3、定位段；4、过渡段；5、轴承档；6、连接段；7、内花键段。

具体实施方式

以下结合附图1-7对本申请作进一步详细说明。

参照图1、2，转向轴整体中空设置，转向轴包括沿自身轴向依次设有的外螺纹段1、外花键段2、定位段3、过渡段4、轴承档5、连接段6以及内花键段7。

外螺纹段1的外周加工有螺纹；外花键段2的外周加工有外花键；定位段3的外周呈锥形，且直径较小的一端朝向外花键段2；过渡段4以及轴承档5均呈圆柱形，且过渡段4的外径小于轴承档5的外径；内花键段7的内周加工有内花键。

本申请实施例公开一种转向轴的生产工艺。

实施例1

一种转向轴的生产工艺包括以下工序：

S01取料、检验，参照图3，选取牌号为Q345B+LC的钢管，且钢管的长度220±0.2、粗糙度Ra1.2、外倒角C0.5±0.2（两端）、内倒角2.4(+0.5~0)X35°(+5°~0°)（两端）、内径Φ20.6(+0.1~0)、外径Φ27(0~-0.1)、壁厚差≤0.1，并目测外观无磕碰伤、锈迹、麻点、划痕、毛刺等不良缺陷。

S10旋锻内花键成型、打批次号，首先采用X40J旋锻机进行加工，Φ27旋锻夹头夹持于管料的外周，并将管料套接于16齿变截面芯棒上，随后利用外模锻打管料的外周，参照图4，缩小管料的内外径，并使得管料的内周贴合至芯棒的外周，完成内花键的成型，并完成内花键段7外周的成型，此时，内花键段7的外径Φ24(0~-0.2)、长度174.7±1.5，且工件整体的长度增加至278MIN；同时，因采用的16齿变截面芯棒，内花键段7的内周沿轴向依次形成A花键、过渡区域以及B花键，且A花键位于管料轴向的一端，B花键位于管料轴向的中部，A花键的齿数16、分度圆直径Φ19、压力角37.5°、小径Φ18.2(+0.1~0)、大径Φ20.25(+0.1~0)、量棒Φ2.5、跨棒距Φ15.002(+0.09~0)；B花键的小径Φ18.65±0.1、大径Φ20.45±0.05、跨棒距Φ15.45±0.1；沿管料的轴向上，A花键的长度120±2，过渡区域的长度≤10。

随后采用激光打标机进行加工，机械手夹持工件，参照图5，在内花键段7的外周打码，如：180812010506TX1，其代表2018年08月12日生产的零件，01代表白班生产，02代表夜班生产，05代表05号外模加工的零件，06代表06号芯棒加工的零件，TX1表示项目号。

S20预旋锻Φ24外圆，采用X40J旋锻机进行加工，Φ24旋锻夹头夹持于内花键段7的外周，利用外模锻打管料远离内花键段7的一端外周，参照图6，管料远离内花键段7的一端的外径缩小至Φ24±0.2，工件的整体长度增加至284MIN，且此时该段与内花键段7之间自然成形出连接段6。

S30预旋锻轴承位、R槽及花键外圆，采用X40J旋锻机进行加工，Φ24旋锻夹头夹持于内花键段7的外周，利用外模锻打管料远离内花键段7的一端外周，参照图7，完成轴承位、R槽、过渡段4、定位段3及花键外圆的成型，轴承位的外径Φ22(+0.15~+0.05)；R槽为工件的外周形成环槽；过渡段4的外径Φ21.5±0.08、壁厚2.7MIN；定位段3的外周呈锥形，直径较小的一端朝向外花键段2，锥角11.42°±0.25°；花键外圆的外径Φ15.7±0.08；此时，工件的整体长度增加至295MIN；且在定位段3上取Φ18的基准圆，内花键段7端部至该基准圆的距离为249.4(+0.5~+0.1)。

S40退火，采用中频炉进行加工，加热前清理工件的表面，参照图7，将工件花键外圆及部分定位段3放于感应圈内加热6-8分钟，加热后的工件放入铁箱中加盖保温3-4H。

S50割料、平端面倒角、钻中心孔，采用数控车床进行加工，Φ15.7哈弗夹头夹持于花键外圆，弹簧抵接内花键段7的端部，并靠住Φ18基准圆夹紧工件，车削工件远离内花键段7的端面，并保证工件整体的长度289.5(+0.6~-0.2)，车外倒角2.3(+0.3~0)X45°±2°，车内倒角1(+0.4~0)X30°±2°。

S60车退刀槽、精车外圆，采用CNC300数控车床进行加工, Φ24数控夹头夹持于内花键段7的外周，参照图8，精车外圆刀切削花键外圆，完成退刀槽以及螺纹段外圆的加工成型，退刀槽处工件的外径Φ14.5(-0.10~-0.15)；螺纹段外圆的外径Φ12.93(0~-0.03)。

S70挤花键，采用LYF-100SA液压机进行加工，利用挤压模具，参照图1、8，在Φ15.7花键外圆的外周挤压成型外花键；外花键齿型为三角、齿数35/36（缺一齿）、齿顶角80°、齿根角90°、小径Φ14.69(0~-0.05)、大径Φ15.8(0~-0.15)、量棒Φ1.0227、跨棒距Φ17.07 0-0.08；同时，通过36齿外花键缺齿中心的径向线与通过16齿内花键齿根中心的径向线之间的夹角3°±1°；且通过36齿外花键缺齿中心的径向线与通过转向轴标记中心的径向线之间的夹角5°±1。同时，挤压前用气枪吹模腔，端面不允许铁屑压伤。内外花键极限扭矩≥300Nm。

S80滚螺纹，采用ZA2B-12.5B滚丝机进行加工，利用M14X1.5-6g滚丝轮，参照图1、8，在Φ12.93螺纹段外圆的外周滚螺纹M14X1.5-6g，有效长度17.5(+1~0)，并目测螺纹无裂纹。螺纹扭矩100Nm MIN。

S90粗磨轴承档5，采用MK1040B数控磨床进行加工，参照图1、8，在Φ22(+0.15~+0.05)轴承位的外周磨削外圆，至轴承档5外径Φ22(+0.04~0)。

S100精磨轴承档5，采用MK1040B数控磨床进行加工，参照图1、8，在Φ22(+0.04~0)轴承档5的外周磨削外圆，至轴承档5外径Φ22(0~-0.03)。

S110抛光，采用抛光机进行加工，利用砂轮抛光工件的外周，主要用于去除退火时产生的延伸，并使得工件的外观无铁屑、斑点、锈蚀、退火残留等缺陷。

S120探伤、退磁，采用探伤机进行加工，产品充磁、探查螺纹段无裂纹、产品退磁。

S130清洗、防锈，产品浸没于防锈油里；用长毛刷将内花键和内孔刷洗干净；刷洗过的产品在干净的防锈油里重新刷洗，并放至滤油框内，沥油时间5-8分钟。

S140最终检验，按《最终检验指导书》和成品图纸对产品进行最终检验。

实施例2

本实施例与实施例1的不同之处在于，工序S40退火包括高温退火以及低温退火。

高温退火，工件花键外圆及部分定位段3放于感应圈内加热6-8分钟，进而将该感应区域处加热至高温，且加热后的工件放入铁箱中加盖保温3-4H；实现降低工件该感应区域处的硬度至75-85HRB，并改善切削性能，以便完成后续的工序S50割料、平端面倒角、钻中心孔、工序S60车退刀槽、精车外圆。

低温退火，加热后的工件放入铁箱中加盖保温3-4H，此过程中，感应区域处的热量传递至内花键段7，进而将内花键段7加热至低温，并在铁箱中加盖保温3-4H；实现消除内花键段7的内应力，提高内花键的承载能力。

同时，在工件放于感应圈内之前，务必擦干净工件表面的挤压油等杂物。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种转向轴的生产工艺，其特征在于，包括以下工序：

取料，取一定长度的管料，管料的外径大于内花键段的外径，且管料的内径大于内花键段的内径；

旋锻内花键成型，旋锻机上安装适配的外模、芯棒，利用夹具夹紧管料的一端外周，并使得管料套接至芯棒上，利用外模缩小管料另一端的外径，并使得管料的另一端内周贴合芯棒的外周；以及

挤花键，在管料远离内花键的一端外周加工外花键。

2.根据权利要求1所述的转向轴的生产工艺，其特征在于，工序挤花键之后，还包括以下工序：

磨轴承档，工件安装至数控磨床上，磨削外花键朝向内花键的一侧外周，磨削后的外周用于配合轴承。

3.根据权利要求2所述的转向轴的生产工艺，其特征在于，工序旋锻内花键成型之后，工序磨轴承档之前，还包括以下工序：

旋锻轴承位，工件安装至旋锻机上，夹具夹紧内花键段的外周，缩小工件远离内花键段的一端外径。

4.根据权利要求1所述的转向轴的生产工艺，其特征在于，工序旋锻内花键成型之后，工序挤花键之前，还包括以下工序：

旋锻花键外圆，工件安装至旋锻机上，夹具夹紧内花键段的外周，缩小工件远离内花键段的一端外径；以及

退火，对花键外圆区域进行退火处理。

5.根据权利要求4所述的转向轴的生产工艺，其特征在于，工序退火之后，工序挤花键之前，还包括以下工序：

车退刀槽、精车外圆，工件安装至数控车床上，利用刀具车削工件远离内花键段的一端外周，且车削区域位于外花键段轴向的两侧。

6.根据权利要求5所述的转向轴的生产工艺，其特征在于，工序退火之后，工序车退刀槽、精车外圆之前，还包括以下工序：

割料、平端面倒角、钻中心孔，工件安装至数控车床上，切断工件，平整工件远离内花键段的端面，并在该端面的中心加工出中心孔。

7.根据权利要求5所述的转向轴的生产工艺，其特征在于，工序车退刀槽、精车外圆之后，还包括以下工序：

滚螺纹，工件放置于滚丝机上，在精车外圆的外周加工外螺纹。

8.根据权利要求1所述的转向轴的生产工艺，其特征在于，工序旋锻内花键成型之后，还包括以下工序：

打批次号，利用激光打标机，在内花键段的外周打码，打码内容包括日期、班次、外模编号、芯棒编号以及项目号。

Images