CN114523272A - 一种铝合金传动轴制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铝合金传动轴制备方法。该传动轴包括万向节叉、轴管、花键套管、花键轴叉等。其中轴管与万向节叉和花键套管采用相位摩擦焊工艺连接；花键轴叉为空心结构，其花键进行尼龙涂覆；轴管为铝合金无缝管，焊接前轴管两端墩粗；万向节叉、轴管、花键套管、花键轴叉均进行固溶+预时效处理，焊接后万向节叉、轴管、花键套管整体进行人工时效处理。本发明制造的铝合金传动轴，较同级别钢制传动轴减重40％以上，轴管两端进行了预墩粗，轴管两端与万向节叉、轴管与花键套管采用相位摩擦焊工艺，且采用了特殊的热处理工艺，有效地弥补了焊接工艺引起的接头强度损失，同时在额定扭矩不变的前提下，可减小轴管尺寸，进一步实现轻量化。

Description

一种铝合金传动轴制备方法

技术领域

本发明涉及一种铝合金传动轴及其制备方法，属于汽车传动轴制备技术领域。

背景技术

全球范围内，乘用车轻量化技术已经全面展开，但商用车由于自重较大，轻量化方面的研究一般都集中在客车的车身和货车的车架上，其关键零部件的轻量化研究较少，整车轻量化的发展空间还很大。作为汽车传动系统的重要部件，由于转动工况，传动轴轻量化对整车轻量化和节能降耗起着事半功倍的作用。

目前行业内绝大部分采用钢制传动轴，一般采用二氧化碳气体保护焊或摩擦焊将各个零件焊接到一起，由于焊接工艺的接头及热影响区性能损失的特征，为了保证抗扭转和抗疲劳强度，传动轴整体性能的设计冗余度往往过高，这就形成了材料、性能浪费，同时还增加了整车重量。

相比钢铁、复合材料，实现传动轴轻量化、降低碳排放、改善整车NVH性能的材料中，铝合金材料以其密度低、比强度高、价格适中、耐腐蚀、易回收等优势，已成为汽车行业轻量化材料的重要方向之一，铝合金传动轴也成为各大主机厂积极开发的部件之一。

铝合金传动轴一般由T6状态的铝锻件和挤出产品组成，并由焊接方式装配连接。T6状态的铝合金零部件焊接时都会存在焊接接头及其热影响区性能损失及焊后变形等问题。据有关资料及实际实验结果显示，MIG焊接头强度约为母材的60-65％，搅拌摩擦焊约为75-85％，摩擦焊约为65-75％，其中摩擦焊变形量最小、同轴度最高，对于轴类零部件，考虑效率、成本、稳定性，往往选择 (相位)摩擦焊工艺，通过增加厚度或零部件尺寸来弥补焊接过程的性能损失，继而提高了整体性能冗余度。已公开的技术中，申请公布号为CN105436698A的发明专利《一种铝合金摩擦焊焊接工艺》公开了一种铝合金摩擦焊焊接工艺流程，但未提及焊接性能损失和焊后变形问题；申请公布号为 CN110541892A的发明专利《一种摩擦焊铝合金传动轴及其加工方法》提供了一种摩擦焊铝合金传动轴及其加工方法，通过保留内壁中摩擦焊过程产生的翻边来增强接头强度，然而这种方式无法准确控制接头有效接触面积，稳定性较差，而且未从根本上解决焊接接头强度损失。

发明内容

针对上述现有的钢制传动轴的劣势和铝合金传动轴结构与生产工艺存在的焊接接头性能损失、连接可靠性不足、焊后变形等问题，本发明公开了一种铝合金传动轴制备方法。通过轴管接头结构、改进热处理工艺等手段，实现轻量化、高性能、低成本、高可靠性的铝合金传动轴的制备。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种铝合金传动轴制备方法，传动轴包括万向节叉、轴管、花键套管、空心花键轴叉，其特征在于：轴管与万向节叉和花键套管采用相位摩擦焊工艺连接，轴管与万向节叉和花键套管焊接前，轴管两端进行墩粗，墩粗长度与万向节叉、花键套管接头长度相同，镦粗后轴管端部厚度为轴管本体的1.2-5倍；轴管为采用反向双动挤压机制备的无缝铝管，万向节叉、轴管、花键套管、花键轴叉均进行固溶+预时效处理。固溶温度480-550℃，固溶时间60-480min后淬火，预时效温度90-160℃，预时效时间5-30min；轴管与万向节叉和花键套管焊接后，万向节叉、轴管、花键套管整体进行人工时效，时效温度160-200℃，时效时间6-18h

上述方案中，所述花键轴叉采用空心结构，一体锻造成型，内腔深度约为其外花键长度的60-90％，并对其花键进行尼龙涂覆处理。

上述方案中，所述万向节叉、轴管、花键套管、花键轴叉采用 AlMgSiCuMnCr高强韧铝合金，抗拉强度400MPa，屈服强度320MPa，延伸率 10％。

上述方案中，轴管与万向节叉、花键套管的连接采用相位摩擦焊工艺，且保证内翻边厚度大于接头厚度的50％。

:与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明生产的铝合金传动轴较同级别钢制传动轴减重40％以上，轴管两端焊前进行预墩粗，这样即保证了焊接接头性能，又避免了其他部位过高的设计冗余度；花键轴叉采用一体锻造成型空心结构，并对其外花键进行尼龙涂覆处理，既保证足够强度，又实现了进一步的轻量化，有助于万向节叉、轴管、花键套管的焊后热处理；本发明的铝合金传动轴制备过程中的热处理工艺：不但弥补了焊接接头性能损失，而且避免了焊后热处理变形的问题。

具体实施方式

下面将借助于示例并通过实施例对本发明进一步详细描述。应该理解的是，本发明的实施例是用于说明本发明而不是对本发明的限制。根据本发明的实质对本发明进行的简单改进都属于本发明要求保护的范围。

实施例1：某款重卡铝合金传动轴：额定扭矩20000N·m，总长度 1200mm，其中耳孔直径65mm，轴管外径160mm，轴管壁厚6mm，花键参数 (齿数40，模数2，压力角30°)。连接工艺为相位摩擦焊。

该铝合金传动轴主要包括万向节叉、轴管、花键套管、花键轴叉等，其中万向节叉、花键轴管、花键轴叉为铝合金锻件，轴管为无缝铝管。进一步地，轴管与万向节叉和花键套管采用相位摩擦焊工艺连接；花键轴叉为空心结构，其花键进行尼龙涂覆；轴管为铝合金无缝管，焊接前轴管两端墩粗；万向节叉、轴管、花键套管、花键轴叉均进行固溶+预时效处理，焊前固溶温度 490-510℃，固溶时间300-420min后淬火，预时效温度90-100℃，预时效时间20-30min，

焊接后万向节叉、轴管、花键套管整体进行人工时效处理，焊后人工时效时温度160-180℃人工时效时间12-15h。

其中，所述轴管，焊接前轴管两端进行墩粗，墩粗长度50mm，镦粗后轴管端部厚度9mm。

其中，所述花键轴叉采用空心结构，一体锻造成型，内腔深度约为其外花键长度的85％，并对其花键进行尼龙涂覆处理。

其中，所述万向节叉、轴管、花键套管、花键轴叉采用AlMgSiCuMnCr高强韧铝合金，抗拉强度400MPa，屈服强度320MPa，延伸率10％。

其中，轴管与万向节叉、花键套管的连接采用相位摩擦焊工艺，且保证内翻边厚度为5mm。

实施例2：某款轻卡铝合金传动轴：额定扭矩3150N·m，总长度 1410mm，其中耳孔直径35mm，轴管外径90mm，轴管壁厚5mm，花键参数 (齿数20，模数1.5，压力角30°)。连接工艺为相位摩擦焊。

该铝合金传动轴主要包括万向节叉、轴管、花键套管、花键轴叉等，其中万向节叉、花键轴管、花键轴叉为铝合金锻件，轴管为无缝铝管。进一步地，轴管与万向节叉和花键套管采用相位摩擦焊工艺连接；花键轴叉为空心结构，其花键进行尼龙涂覆；轴管为铝合金无缝管，焊接前轴管两端墩粗；万向节叉、轴管、花键套管、花键轴叉均进行固溶+预时效处理，焊前固溶温度 500-530℃，固溶时间360-420min后淬火，预时效温度100-120℃，预时效时间 10-15min，

焊接后万向节叉、轴管、花键套管整体进行人工时效处理，焊后人工时效时温度180-200℃人工时效时间10-12h。

其中，所述轴管，焊接前轴管两端进行墩粗，墩粗长度30mm，镦粗后轴管端部厚度8mm。

其中，所述花键轴叉采用空心结构，一体锻造成型，内腔深度约为其外花键长度的80％，并对其花键进行尼龙涂覆处理。

其中，所述万向节叉、轴管、花键套管、花键轴叉采用AlMgSiCuMnCr高强韧铝合金，抗拉强度380MPa，屈服强度300MPa，延伸率12％。

其中，轴管与万向节叉、花键套管的连接采用相位摩擦焊工艺，且保证内翻边厚度为3mm。

Claims (3)

1.一种铝合金传动轴制备方法，其特征在于：轴管与万向节叉和花键套管采用相位摩擦焊工艺连接，轴管与万向节叉和花键套管焊接前，轴管两端进行墩粗，墩粗长度与万向节叉、花键套管接头长度相同，镦粗后轴管端部厚度为轴管本体的1.2-5倍；轴管为采用反向双动挤压机制备的无缝铝管，万向节叉、轴管、花键套管、花键轴叉均进行固溶+预时效处理，固溶温度480-550℃，保温时间60-480min后淬火，预时效温度90-160℃，保温时间5-30min；轴管与万向节叉和花键套管焊接后，万向节叉、轴管、花键套管整体进行人工时效，时效温度160-200℃，时效时间6-18h。

2.根据权利要求1所述的铝合金传动轴制备方法，其特征在于，花键轴叉采用空心结构，内腔深度约为其外花键长度的60-90％，花键轴叉表面进行尼龙涂覆处理。

3.根据权利要求1所述的铝合金传动轴制备方法，其特征在于，相位摩擦焊工艺，内翻边厚度大于接头厚度的50％。