CN113770666B - 空心转轴制造方法和汽车驱动电机空心转轴 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种空心转轴制造方法和汽车驱动电机空心转轴，属于工程元件技术领域。它解决了现有的空心转轴制造成本高的问题。本空心转轴制造方法是依次按下述顺序步骤进行的，第一步，下料；第二步，成型实心段和成型定位沉孔；包括采用冷挤压工艺使段料塑性变形得到第一成型件；第三步，成型空心中段；包括采用冷挤压工艺使第一成型件的另一端部塑性变形得到第二成型件；第四步，成型空心尾段；第五步，机加工成型空心转轴。采用本空心转轴制造方法制造汽车驱动电机空心转轴，通过降低设备成本，延长模具使用寿命，以及无需清除轴孔内表面上的润滑剂或降低清除轴孔内表面上润滑剂的成本，实现降低空心转轴制造成本。

Description

空心转轴制造方法和汽车驱动电机空心转轴

技术领域

本发明属于工程元件技术领域，涉及一种空心转轴，特别是空心轴制造方法。

本发明属于工程元件技术领域，涉及一种空心转轴，特别是汽车驱动电机空心轴。

背景技术

根据材料力学分析，在转轴传递扭矩时，从径向截面看，越外的地方传递有效力矩的作用越大。在转轴需要传递较大力矩时，就需要较粗的轴径；采用空心转轴可以降低自重。

汽车驱动电机还可采用空心转轴内的通孔进行冷却，如一种电动汽车汽车驱动电机（申请号201710173769.7）。图1所示是一款用于汽车驱动电机中的空心转轴，空心转轴中段A2用于安装矽钢片，中段A2的一侧依次为供矽钢片抵靠的凸肩段A3和第一安装段A4，中段的另一侧为第二安装段A1。从空心转轴的外径来看，第一安装段A4的直径和第二安装段A1的直径均小于中段A2的直径，凸肩段A3的直径略大于中段A2的直径。从空心转轴的通孔直径来看，位于中段A2内的大径段B3直径最大，位于第一安装段A4内的第一小径段B5直径和位于第二安装段A1内的第二小径段B1直径均小于大径段B3直径，第一变径段B4使大径段B3到第一小径段B5直径逐渐缩小，第二变径段B2使大径段B3到第二小径段B1直径逐渐缩小。该结构能尽最大可能地降低空心转轴的自重。

目前，具有上述变径特征的空心转轴采用径向锻造方法制造。如中国专利文献记载的通过径向变形制造空心轴的方法和设备与制成的空心轴（申请号201410799338.8），相应的内轮廓通过芯轴段预先设定，并且相应的外轮廓通过径向的锤子位置的调整被预先设定。又如制造环境友好车辆用轻型转子轴的方法（申请号201510844110.0）可将芯轴的第一侧插入具有第一段的第一成形件内并旋转，同时第一成形件的第二侧的外表面可由锤锻造，以形成具有第二段的第二成形件；以及在形成第二成形件之后，将芯轴的另一侧定位在第二成形件的第二侧，第二成形件的第二侧的外表面可由锤加压锻造以形成第三段，由此形成转子轴。

径向锻造方法虽然能够制造出空心转轴，但也存在着诸多不足之外，1、高精度径向锻造设备采购成本通常超过500万元，甚至超过1000万元，即存在着投资成本高，设备分摊至加工成本高的问题。2、热锻之前需预涂石墨润滑剂，加工完成后，大量石墨润滑剂仍然粘附在空心转轴的内表面；当空心转轴应用在汽车驱动电机上时，冷却液冲刷会导致石墨润滑剂脱落，进而可能导致冷却水道堵塞；本领域技术人员能够想到在安装到汽车驱动电机上之前，先清除石墨润滑剂，但由于第一小径段B5和第二小径段B1的直径较小，通孔的轴向长度与径向直径比值大，通孔内表面死角较多，导致清洗成本较高以及难以将石墨润滑剂完全清除。3、即使采用高精度径向锻造设备加工，空心转轴的周向壁厚仍然存在着较大偏差，即在同一横向截面上，最薄处与最厚处差值通常大于1mm，由此增大调平衡难度。

发明内容

本发明提出了一种空心转轴制造方法，本发明要解决的技术问题是如何降低空心转轴制造成本。

本发明提出了一种汽车驱动电机空心转轴，本发明要解决的技术问题是如何既降低空心转轴制造成本，又避免石墨润滑剂堵塞冷却水道。

本发明的要解决的技术问题可通过下列技术方案来实现：一种空心转轴制造方法，其特征在于，空心转轴制造方法是依次按下述顺序步骤进行的，

第一步，下料；包括在实心钢棒上取段料；

第二步，成型实心段和成型定位沉孔；包括采用冷挤压工艺使段料塑性变形得到第一成型件；第一成型件一端部的形状与空心转轴坯件实心段的形状相同，第一成型件另一端面中心处具有定位沉孔；

第三步，成型空心中段；包括采用冷挤压工艺使第一成型件的另一端部塑性变形得到第二成型件；冷挤压塑性变形时冷挤压模的芯杆穿入定位沉孔内，第一成型件的另一端部和定位沉孔均轴向延伸，第二成型件的中段和另一端部呈管状，第二成型件中段与空心转轴坯件中段相同；

第四步，成型空心尾段；包括采用冷挤压工艺或热挤压工艺使第二成型件的另一端部塑性变形得到空心转轴坯件；

第五步，机加工成型空心转轴；包括在空心转轴坯件的实心段中心处钻出通孔和车空心转轴坯件的外侧面与两端面。

一种汽车驱动电机空心转轴采用上述空心转轴制造方法制造。

与现有技术相比，本空心转轴制造方法在成型空心中段时采用冷挤压工艺，冷挤压成型之前通常进行磷皂化处理，磷皂化润滑剂容易溶解，不会呈块状地剥落，进而空心转轴应用于汽车驱动电机上时不会导致冷却水道堵塞。

本空心转轴制造方法中成型实心段时同步成型出定位沉孔，在成型空心中段时冷挤压模的芯杆穿入定位沉孔内形成定位功能，提高芯杆与冷挤压模模腔同心度，进而提高第二成型件内孔与外侧面的同心度，实现提高壁厚均匀性，在同一横向截面上，最薄处与最厚处差值通常小于0.5mm，由此在钻设通水孔时通过合理地调整位置便能保证空心转轴的动平衡性。

本空心转轴制造方法中冷挤压工艺所采用的设备通常为液压机，液压机的采购和维护成本远远低于高精度径向锻造设备；同时冷挤压模具相对于热锻模具的使用寿命更长，即单套模具可加工更多的产品，进而显著地降低空心转轴制造成本。

概括来说，采用本空心转轴制造方法制造汽车驱动电机空心转轴，通过降低设备成本，延长模具使用寿命，以及无需清除轴孔内表面上的润滑剂或降低清除轴孔内表面上润滑剂的成本，实现降低空心转轴制造成本。通过避免润滑剂剥落，实现避免润滑剂堵塞汽车驱动电机冷却水道。通过采用冷挤压工艺成型空心中段以及在第一成型件上设置定位沉孔，实现提高壁厚均匀性，降低动平衡调整难度。

在上述的空心转轴制造方法中，在所述第二步的冷挤压工艺中段料轴向受压，径向和轴向均塑性变形。

在上述的空心转轴制造方法中，在所述第三步中，采用冷挤压工艺还精整第一成型件的实心段。

在上述的空心转轴制造方法中，在所述第三步中，先采用冷挤压工艺使第一成型件的另一端部塑性变形得到过渡成型件，再次采用冷挤压工艺使过渡成型件的另一端部塑性变形得到第二成型件；第二成型件中段分为直径不同的两段。

在上述的空心转轴制造方法中，在成型所述过渡成型件时，冷挤压模的芯杆穿入定位沉孔内，芯杆与定位沉孔之间形成定位结构。

在上述的空心转轴制造方法中，所述第一成型件上定位沉孔包括锥形段和直孔段；在成型所述过渡成型件时，冷挤压模的芯杆的侧面与直孔段的侧面相抵靠；芯杆的端面与锥形段的侧面相抵靠。

在上述的空心转轴制造方法中，在冷成型所述第二成型件时使过渡成型件的管状段拉伸，管状段的壁减薄。

在上述的空心转轴制造方法中，在冷成型所述第二成型件时，冷挤压模的芯杆穿入定位沉孔内，芯杆的端面与定位沉孔的底部侧面之间形成定位结构。

在上述的空心转轴制造方法中，成型所述过渡成型件时定位沉孔的直径大于空心转轴的最大内径，在冷成型所述第二成型件时使定位沉孔的直径缩小且精整定位沉孔。

附图说明

图1是汽车驱动电机空心转轴的立体结构示意图。

图2是空心转轴与坯件的结构对比示意图。

图3是段料的结构示意图。

图4是第一成型件的结构示意图。

图5是过渡成型件的结构示意图。

图6是第二成型件的结构示意图。

图7是坯件的结构结构示意图。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

实施例一：如图1所示，汽车驱动电机空心转轴包括用于安装矽钢片的中段A2，中段A2的一侧依次为供矽钢片抵靠的凸肩段A3和第一安装段A4，中段的另一侧为第二安装段A1。第一安装段A4的直径和第二安装段A1的直径均小于中段A2的直径，凸肩段A3的直径略大于中段A2的直径。空心转轴的通孔包括位于中段A2内的大径段B3、位于第一安装段A4内的第一小径段B5和位于第二安装段A1内的第二小径段B1。大径段B3直径最大，第一小径段B5直径和第二小径段B1直径均小于大径段B3直径，第一变径段B4使大径段B3到第一小径段B5直径逐渐缩小，第二变径段B2使大径段B3到第二小径段B1直径逐渐缩小。

根据汽车驱动电机空心转轴设定坯件，如图2所示，坯件包括实心段C4、空心中段和空心尾段C1；空心尾段C1与第一安装段A4相匹配，实心段C4与第二安装段A1相匹配；由于空心转轴的中段A2和凸肩段A3的直径大小不同，因此空心中段分为直径与中段A2相匹配的小中段C2和直径与凸肩段A3相匹配的大中段C3。坯件内具有变径沉孔，变径沉孔包括与空心转轴大径段B3相同的坯件大径段D3，与空心转轴第一变径段B4相同的坯件第一变径段D4，与空心转轴第二变径段B2相同的坯件第二变径段D2和与空心转轴第二小径段B1直径相匹配的坯件小径段D1。

空心转轴制造方法是先将实心圆柱状段料通过塑性变形为空心转轴坯件，再将空心转轴坯件机加工成型为空心转轴。具体来说，空心转轴制造方法是依次按下述顺序步骤进行的：

第一步，下料。坯件中大中段C3的直径为φX，选择直径略小于大中段C3直径且大于凸肩段A3直径的钢棒，如钢棒的直径为φX-2m，m通常小于0.4。采用锯床在实心钢棒上锯切长度为L的段料，段料的重量与空心转轴坯件的重量基本相同。

第二步，成型实心段C4和成型定位沉孔。先对段料进行退火、抛丸和磷皂化处理，再采用冷挤压工艺使段料塑性变形得到第一成型件。冷挤压工艺是将段料放入冷挤压模具内进行正挤，液压机对冷挤压模具施加440吨压力。第一成型件轴向延长，第一成型件一端部的形状与空心转轴坯件实心段C4的形状相同，如实心段C4包括圆锥台段和直径为φY的圆柱段，第一成型件一端部包括圆锥台段和直径为φY-n的圆柱段，n通常小于0.4。留较小余量是为了可在后续冷挤压步骤中进行整形处理，实现提高实心段C4的精度。

第一成型件其余部位直径略微增大，如直径为φX-m；该结构便于将段料放入冷挤压模具的模腔内。第一成型件另一端面中心处具有定位沉孔；定位沉孔包括锥形段和直孔段，锥形段的形状与第二变径段D2的形状相匹配；直孔段的直径为φZ。

第三步，成型空心中段，由于空心中段中小中段C2和大中段C3的直径不相同，空心中段分两次成型，即先对第一成型件进行退火、抛丸和磷皂化处理；再采用冷挤压工艺使第一成型件的另一端部塑性变形得到过渡成型件，该冷挤压工艺是将第一成型件放入冷挤压模具内进行反挤，液压机对冷挤压模具施加190吨压力；然后对过渡成型件进行抛丸和磷皂化处理，最后采用冷挤压工艺使过渡成型件的另一端部塑性变形得到第二成型件，该冷挤压工艺是将过渡成型件放入冷挤压模具内进行壁的减薄拉深处理，由于本次冷挤压变形率小于0.3，因此无需进行退火处理以及液压机对冷挤压模具仅需施加38吨压力。

冷挤压成型过渡成型件时，冷挤压模的芯杆穿入定位沉孔内。芯杆的直径略大于直孔段的直径，如芯杆的直径为φZ+m，m小于0.1，这样芯杆的侧面与直孔段的侧面相抵靠；芯杆的端部与第一变径段D4相吻合，这样芯杆的端面与锥形段的侧面相抵靠，由此芯杆与定位沉孔之间形成定位结构，显著提高芯杆运行稳定性，实现提高过渡成型件壁厚均匀性。冷挤压塑性变形时，第一成型件的另一端部和定位沉孔均轴向延伸；过渡成型件的中段和另一端部呈管状，即除实心段C4以外区域均呈管状，管状段的壁厚均匀，管状段的外径为φX，管状段的内径为φZ+m。在此步骤中还精整实心段C4。

冷挤压成型第二成型件时，冷挤压模的芯杆穿入定位沉孔内。芯杆的直径略小于直孔段的直径，芯杆的直径与空心转轴中通孔的大径段B3相同，如直径为φZ-n；芯杆的端部端部与第一变径段D4相吻合。冷挤压塑性变形时，芯杆穿设在定位沉孔内，芯杆的端面与定位沉孔的底部侧面之间形成定位结构，显著提高芯杆定位精度，实现提高第二成型件壁厚均匀性。过渡成型件的另一端部和定位沉孔均轴向延伸，由此管状段减薄拉深，第二成型件中段与空心转轴坯件中段相同。

分两次冷挤压成型空心中段不仅能成型出直径不同的两段，还提高壁厚均匀性以及同心度。

第四步，成型空心尾段C1；包括采用冷挤压工艺或热挤压工艺使第二成型件的另一端部塑性变形得到空心转轴坯件。

该冷挤压工艺或热挤压工艺是将第二成型件放入挤压模具内进行正挤，液压机对冷挤压模具施加70吨压力；第二成型件轴向受力，径向变形成型出空心尾段C1和小径段D1以及形成第二变径段D2。

第五步，机加工成型空心转轴；包括在空心转轴坯件的实心段C4中心处钻出通孔和车空心转轴坯件的外侧面与两端面，以及车小径段D1。

如图1所示汽车驱动电机空心转轴采用上述空心转轴制造方法制造。

实施例二：本实施例同实施例一的结构及原理基本相同，基本相同之处不再累赘描述，仅描述不一样的地方，不一样的地方在于：汽车驱动电机空心转轴上没有凸肩段A3，那么坯件的空心中段无需分为小中段C2和大中段C3。在第二步中采用一次冷挤压工艺使段料塑性变形直接得到第二成型件。

Claims (6)

1.一种空心转轴制造方法，空心转轴包括中段（A2），中段（A2）的一侧依次为凸肩段（A3）和第一安装段（A4），中段的另一侧为第二安装段（A1），第一安装段（A4）的直径和第二安装段（A1）的直径均小于中段（A2）的直径，凸肩段（A3）的直径大于中段（A2）的直径；空心转轴的通孔包括位于中段（A2）内的大径段（B3）、位于第一安装段（A4）内的第一小径段（B5）和位于第二安装段（A1）内的第二小径段（B1），第一小径段（B5）直径和第二小径段（B1）直径均小于大径段（B3）直径；

其特征在于，空心转轴制造方法是依次按下述顺序步骤进行的，

第一步，下料；包括在实心钢棒上取段料；

第二步，成型实心段（C4）和成型定位沉孔；包括采用冷挤压工艺使段料塑性变形得到第一成型件；第一成型件一端部的形状与空心转轴坯件实心段（C4）的形状相同，实心段（C4）与第二安装段（A1）相匹配，第一成型件另一端面中心处具有定位沉孔；

第三步，成型空心中段；空心中段分两次成型，先采用冷挤压工艺使第一成型件的另一端部塑性变形得到过渡成型件，再采用冷挤压工艺使过渡成型件的另一端部塑性变形得到第二成型件；

冷挤压成型过渡成型件时冷挤压模的芯杆穿入定位沉孔内，芯杆与定位沉孔之间形成定位结构；第一成型件的另一端部和定位沉孔均轴向延伸，过渡成型件的中段和另一端部呈管状；

冷挤压成型第二成型件时冷挤压模的芯杆穿入定位沉孔内，芯杆的直径与空心转轴中通孔的大径段（B3)直径相同；芯杆的端面与定位沉孔的底部侧面之间形成定位结构；过渡成型件的管状段拉伸且壁减薄，第二成型件的中段和另一端部呈管状，第二成型件中段与空心转轴坯件中段相同，空心中段分为直径与中段（A2）相匹配的小中段（C2）和直径与凸肩段（A3）相匹配的大中段（C3）；

第四步，成型空心尾段；包括采用冷挤压工艺或热挤压工艺使第二成型件的另一端部塑性变形得到空心转轴坯件；

第五步，机加工成型空心转轴；包括在空心转轴坯件的实心段中心处钻出通孔和车空心转轴坯件的外侧面与两端面。

2.根据权利要求1所述的空心转轴制造方法，其特征在于，在所述第二步的冷挤压工艺中段料轴向受压，径向和轴向均塑性变形，第一成型件轴向延长且直径增大。

3.根据权利要求1所述的空心转轴制造方法，其特征在于，在所述第三步中，采用冷挤压工艺成型过渡成型件时还精整第一成型件的实心段。

4.根据权利要求1所述的空心转轴制造方法，其特征在于，所述第一成型件上定位沉孔包括锥形段和直孔段；在成型所述过渡成型件时，芯杆的直径大于直孔段的直径，冷挤压模的芯杆的侧面与直孔段的侧面相抵靠；芯杆的端面与锥形段的侧面相抵靠。

5.根据权利要求1所述的空心转轴制造方法，其特征在于，成型所述过渡成型件时定位沉孔的直径大于空心转轴的最大内径，在冷挤压成型所述第二成型件时使定位沉孔的直径缩小且精整定位沉孔。

6.一种汽车驱动电机空心转轴，其特征在于，汽车驱动电机空心转轴内具有变径通孔，空心转轴中段内的通孔直径大于两端部内的通孔直径；汽车驱动电机空心转轴采用权利要求1至5中任意一项所述空心转轴制造方法制造。

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