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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung gehört zu dem technischen Gebiet der Herstellung der Automobilzubehöre und offenbart konkret ein Schweißverfahren für eine Differentialbaugruppe.
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STAND DER TECHNIK
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Eine Differentialbaugruppe stellt ein unentbehrliches Element eines Fahrzeugs zum Abbiegen und zur Kurvenfahrt dar und besteht hauptsächlich aus einem Differentialgehäuse und einem Differentialzahnrad. Bei Gegenwärtigen Fahrzeugen sind die Differentialgehäuse meistens aus Gusseisen mit Kugelgraphit (z.B. QT500, QT600) und die Differentialzahnräder in der Regel aus kohlenstoffarmem Stahl (wie z.B. 20CrMoH, 20MnCr5) hergestellt. Zum Verbinden eines Differentialzahnrads mit einem Differentialgehäuse wird das Differentialzahnrad mit einer Schraube oder einem Niet an das Differentialgehäuse angeschlossen. Bei einer herkömmlichen Differentialbaugruppe, bei der eine Verbindung mittels einer Schraube oder eines Niets hergestellt wird, liegen die folgendenNachteile vor:
- 1. Das Differentialgehäuse und das Differentialzahnrad müssen sich komplizierten Bearbeitungsvorgängen wie Bohren, Gewindeschneiden und Zusammenbauen unterziehen, was zu großer Bearbeitungsschwierigkeit und hohen Kosten führt.
- 2. Bei einer herkömmlichen Differentialbaugruppe ist eine kleine Dimensionierung der Differentialbaugruppe infolge des Vorhandenseins von Schrauben und Nieten nicht möglich, da ansonsten die Bearbeitung schwierig fällt. Dies führt zu einem schweren Gewicht und einer großen Abmessung der Differentialbaugruppe und eine Anpassung an die Anforderung an kleine und leichte Teile bei neuen Energie-Fahrzeugen und hochwertigen Fahrzeugen ist schwer zu erwarten.
- 3. Bei einer herkömmlichen Differentialbaugruppe wird ein Differentialzahnrad nach Feinbearbeitung (Verzahnungsschleifen) an ein Differentialgehäuse angebracht. Aufgrund eines Montagefehlers wird die Genauigkeit des Differentialzahnrads verringert, wodurch die Verwendung des Fahrzeugs beeinträchtigt wird.
- 4. Beim Betrieb eines Fahrzeugs mit einer herkömmlichen Differentialbaugruppe ist ein Bolzen einer großen Scherkraft ausgesetzt und dabei handelt es sich um ein Verschleißteil, dessen Auswechslung kraft-, zeit- und kostenaufwendig erfolgt.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schweißverfahren für eine Differentialbaugruppe bereitzustellen, um das Problem großer Bearbeitungsschwierigkeit, hoher Kosten, geringer Genauigkeit und schwieriger Verwirklichung von Leichtbau bei herkömmlichen Differentialbaugruppen zu lösen.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch ein Schweißverfahren für eine Differentialbaugruppe, das die folgenden Schritte umfasst:
- (1) Bereitstellen eines Differentialgehäuses und eines Differentialzahnrads, die aufeinander abgestimmt sein können, wobei die Außenseite des Differentialgehäuses als bgestufter Wellenabschnitt ausgebildet ist,
- (2) Entfernung der Ölverunreinigungs- und Kohlenstoffschicht an dem Differentialgehäuse und dem Differentialzahnrad und Durchführen einer Laserreinigung, bis die Kontaktfläche zwischen dem Differentialgehäuse und dem Differentialzahnrad keine Fremdkörper oder Verunreinigungen enthält,
- (3) Aufschieben des Differentialzahnrads mit seiner Wellenbohrung auf einen einen geringeren Durchmesser aufweisenden abgestuften Wellenabschnitt des Differentialgehäuses und Einpressen des Differentialzahnrads und der Stufen des abgestuften Wellenabschnitts,
- (4) Einfüllen eines Schweißdrahts aus Nickel-Eisen-Legierung mit einem Durchmesser von 0,6 bis 1,5 mm in einen Spalt der Kontaktfläche zwischen dem Differentialgehäuse und dem Differentialzahnrad mittels eines Schweißdraht-Füllmechanismus und Verschweißen der Kontaktfläche zwischen dem Differentialgehäuse und dem Differentialzahnrad durch Laser-Punktschweißen,
- (5) Verschweißen aller Kontaktflächen zwischen dem Differentialgehäuse und dem Differentialzahnrad durch Rundschweißen nach Abschluss des Punktschweißvorgangs,
- (6) Reinigen der Schweißnaht: Reinigen der Schweißnaht mit einer Bürste, um Schweißschlacke um die Schweißnaht herum zu entfernen,
- (7) Ultraschallprüfung: Bewegen eines Ultraschallerzeugers senkrecht zu der Schweißnaht und entlang aller Schweißnähte, um die Qualität der Schweißdraht des Differentialzahnrads und des Differentialgehäuses zu überprüfen,
- (8) Schleifen des Differentialzahnrads nach Abschluss des Rundschweißvorgangs, sodass das Differentialzahnrad die Genauigkeitskriterien Grad 3 bis 7 der Norm GB/T 10095.1-2008/ISO 1328-1:1995 erfüllt.
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Die vorliegende grundlegende Ausgestaltung zeichnet sich vorteilhafterweise dadurch aus, dass
- 1. Bei der Differentialbaugruppe werden ein Differentialzahnrad aus kohlenstoffarmem Stahl und ein Differentialgehäuse aus duktilem Eisen durch Verschweißen miteinander fest verbunden, womit eine Bearbeitung der Bohrung und des Gewindes des Differentialgehäuses und des Differentialzahnrads sowie die Montage des Differentialgehäuses und des Differentialzahnrads vereinfacht. Ferner wird eine Beeinträchtigung der Genauigkeit der Differentialbaugruppe durch Bearbeitung und Montage vermieden. Dies trägt ferner zu verringerten Kosten sowie erhöhter Produktionseffizienz und Bearbeitungsgenauigkeit bei.
- 2. Indem die Differentialbaugruppe durch Verschweißen hergestellt wird, wird die Anzahl verwendeter Bolzen verringert und ein kompakterer und leichterer Aufbau der somit hergestellten Differentialbaugruppe ermöglicht. Des Weiteren kann in Abhängigkeit von der strukturellen Anforderung eines Elektrofahrzeugs die Größe der ganzen Differentialbaugruppe verkleinert werden, was für einen breiteren Anwendungsbereich der Differentialbaugruppe sorgt.
- 3. Die Differentialbaugruppe, die durch Verschweißen hergestellt wird, zeichnet sich durch einfachen Aufbau und gute Produktionsfreundlichkeit aus und durch Verschweißen wird die Verbindungsfestigkeit des Gehäuses und des Zahnrads erhöht und somit die Dauerhaftigkeit der somit hergestellten Differentialbaugruppe verbessert.
- 4. Durch Schmelzen der Nickel-Eisen-Legierung können das Differentialgehäuse und das Differentialzahnrad, die aus verschiedenen Materialien gefertigt sind, miteinander verschweißt werden, sodass die Schweißfestigkeit des Differentialgehäuses und des Differentialzahnrads die entsprechende Anforderung erfüllen kann.
- 5. Zunächst erfolgt ein Punktschweißvorgang für die Kontaktfläche zwischen dem Differentialgehäuse und dem Differentialzahnrad und danach wird ein Rundschweißvorgang durchgeführt, womit eine Verschiebung des Differentialgehäuses und des Differentialzahnrads relativ zueinander während des Schweißprozesses vermieden werden kann, welche Verschiebung zu einer Verformung der Differentialbaugruppe nach Schweißen und einer Nichteinhaltung der Genauigkeitsanforderung führt. Gleichzeitig können somit das Differentialgehäuse und das Differentialzahnrad fester miteinander verschweißt werden.
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Verglichen mit dem Stand der Technik zeichnet sich das Verfahren durch einfache Bedienung und das Verwirklichen einer Differentialbaugruppe mit einfachem Aufbau, niedrigen Bearbeitungskosten, hoher Genauigkeit und leichteres Gewicht aus.
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Erste bevorzugte Ausgestaltung: In einer Weiterbildung der grundlegenden Ausgestaltung ist vorgesehen, dass im Schritt (4) nach Einfüllen des Schweißdrahts die Kontaktfläche zwischen dem Differentialgehäuse und dem Differentialzahnrad gleichmäßig in drei bis acht Punkte aufgeteilt wird, um einen Punktschweißvorgang durchzuführen. Mit Punktschweißen kann wirksamer eine Verschiebung des Differentialgehäuses und des Differentialzahnrads relativ zueinander beim Schweißen vermieden werden.
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Zweite bevorzugte Ausgestaltung: In einer Weiterbildung der ersten bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass im Schritt (5) mittels einer Klemmvorrichtung das Differentialgehäuse und das Differentialzahnrad festgeklemmt werden und die Schweißnaht mit einem Laserstrahl umlaufend einmal herum bestrahlt wird, um den Schweißdraht aus Eisen-Nickel-Legierung zu schmelzen und somit das Differentialzahnrad und das Differentialgehäuse miteinander zu verschweißen und befestigen. Auf diese Weise können ein schnellerer und stabilerer Schweißvorgang sowie somit eine höhere Schweißqualität des Differentialgehäuses und des Differentialzahnrads und ein höhere Verarbeitungseffizienz erzielt werden.
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Dritte bevorzugte Ausgestaltung: In einer Weiterbildung der zweiten bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass im Schritt (5) und Schritt (6) sich die Schweißstelle an einer axialen Kontaktfläche zwischen dem Differentialzahnrad und dem Differentialgehäuse befindet. Wenn das Differentialgehäuse und das Differentialzahnrad einer Wechselwirkungskraft unterliegen , dient die axiale Kontaktfläche der beiden Bauteile als Kraftangriffspunkt, weshalb durch Schweißen an dieser Stelle eine bessere Dauerhaftigkeit des Differentialgehäuses und des Differentialzahnrads erzielt werden kann.
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Vierte bevorzugte Ausgestaltung: In einer Weiterbildung der dritten bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass sich die Schweißstelle des Differentialzahnrads und des Differentialgehäuses an einem einen geringeren Durchmesser aufweisenden Ende einer abgestuften Wellenbohrung befindet. Dabei liegen das Differentialgehäuse und das Differentialzahnrad eng aneinander an, wodurch das Verschweißen erleichtert wird und somit eine festere Verbindung der beiden Bauteile hergestellt werden kann.
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Fünfte bevorzugte Ausgestaltung: In einer Weiterbildung der vierten bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Schweißnaht an der Schweißstelle des Differentialgehäuses und des Differentialzahnrads eine Tiefe von 5±0,5 mm aufweist. Somit wird die Anforderung an die Verbindungsfestigkeit des Differentialgehäuses und des Differentialzahnrads besser erfüllt.
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Sechste bevorzugte Ausgestaltung: In einer Weiterbildung der zweiten bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass im Schritt (5) und Schritt (6) sich die Schweißstelle an einer radialen Kontaktfläche zwischen dem Differentialzahnrad und dem Differentialgehäuse befindet. Somit kann die Schweißnaht nach außen gerichtet werden, um das Schweißen zu erleichtern. Da bei Verwendung der Differentialbaugruppe das Differentialgehäuses und das Differentialzahnrad einer Wechselwirkungskraft unterliegen, kann durch Schweißen an einer radialen Stelle der Kontaktfläche effektiv die Wechselwirkungskraft ausgeglichen werden, was für gute Dauerhaftigkeit der Differentialbaugruppe sorgt.
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Siebte bevorzugte Ausgestaltung: In einer Weiterbildung der sechsten bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Schweißnaht an der Schweißstelle des Gehäuses und des Zahnrads eine Tiefe von 6±0,5 mm aufweist. Somit wird eine feste Schweißverbindung des Gehäuses und des Zahnrads besser sichergestellt.
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Figurenliste
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- 1 eine Differentialbaugruppe, die mittels des Schweißverfahrens nach einem ersten Ausführungsbeispiel bearbeitet wird, in einer schematischen strukturellen Darstellung,
- 2 eine vergrößerte strukturelle Darstellung der Stelle A gemäß 1,
- 3 eine Differentialbaugruppe, die mittels des Schweißverfahrens nach einem fünften Ausführungsbeispiel bearbeitet wird, in einer schematischen strukturellen Darstellung, und
- 4 eine vergrößerte strukturelle Darstellung der Stelle B gemäß 1.
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AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
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Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand konkreter Ausführungsbeispiele näher beschrieben:
- Die Bezugszeichen in den beiliegenden Zeichnungen der vorliegenden Erfindung umfassen Differentialzahnrad 1, Differentialgehäuse 2 und Schweißnaht 3.
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Erstes Ausführungsbeispiel
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Ein Schweißverfahren für eine Differentialbaugruppe umfasst die folgenden Schritte:
- (1) Bereitstellen eines Differentialgehäuses 2 und eines Differentialzahnrads 1, die aufeinander abgestimmt sein können, wobei die Außenseite des Differentialgehäuses 2 als abgestufter Wellenabschnitt ausgebildet ist,
- (2) Entfernung der Ölverunreinigungs- und Kohlenstoffschicht an dem Differentialgehäuse 2 und dem Differentialzahnrad 1 und Durchführen einer Laserreinigung, bis die Kontaktfläche zwischen dem Differentialgehäuse 2 und dem Differentialzahnrad 1 keine Fremdkörper oder Verunreinigungen enthält,
- (3) Aufschieben des Differentialzahnrads 1 mit seiner Wellenbohrung auf einen einen geringeren Durchmesser aufweisenden abgestuften Wellenabschnitt des Differentialgehäuses 2 und Einpressen des Differentialzahnrads 1 und der Stufen des abgestuften Wellenabschnitts,
- (4) Befestigen des Differentialgehäuses 2 und des Differentialzahnrads 1 mittels einer Klemmvorrichtung, Einfüllen eines Schweißdrahts aus Nickel-Eisen-Legierung mit einem Durchmesser von 1 mm in einen Spalt der Kontaktfläche zwischen dem Differentialgehäuse 2 und dem Differentialzahnrad 1 mittels eines Schweißdraht-Füllmechanismus, Aufteilen der Kontaktfläche zwischen dem Differentialgehäuse 2 und dem Differentialzahnrad 1 gleichmäßig in vier Punkte, um einen Punktschweißvorgang durchzuführen, wobei sich die Schweißstelle des Differentialzahnrads 2 und des Differentialgehäuses 1 an einem einen geringeren Durchmesser aufweisenden Ende einer abgestuften Wellenbohrung befindet,
- (5) Bestrahlen einer Schweißnaht 3 umlaufend einmal herum mit einem Schweißlaserstrahl anhand eines Maschinenprogramms nach Abschluss des Punktschweißvorgangs, um sämtlichen Schweißdraht aus Nickel-Eisen-Legierung bei einer hohen Temperatur zu schmelzen und somit alle axialen Kontaktflächen zwischen dem Differentialgehäuse 2 und dem Differentialzahnrad 1 miteinander zu verbinden, wobei die Schweißnaht 3 an der Schweißstelle eine wirksame Tiefe von 5±0,5 mm aufweist,
- (6) Reinigen der Schweißnaht 3: Klemmen und Drehen der Differentialbaugruppe mittels einer Klemmvorrichtung, Berühren der Schweißnaht 3 mit einer Bürste und Reinigen der Schweißnaht 3 mit der Bürste beim Drehen der Differentialbaugruppe, um Schweißschlacke um die Schweißnaht 3 herum zu entfernen,
- (7) Ultraschallprüfung: Klemmen und Drehen der Differentialbaugruppe mittels einer Klemmvorrichtung, Halten eines Ultraschallerzeugers senkrecht zu der Schweißnaht 3, sodass beim Drehen der Differentialbaugruppe alle Schweißnähte 3 durch eine Ultraschallwelle abgetastet werden, um somit die Qualität der Schweißdraht 3 des Differentialzahnrads 1 und des Differentialgehäuses 2 zu überprüfen; Verschrotten und Recycling, wenn die Schweißnaht 3 Rissen und Poren aufweist oder die Anforderung an wirksame Tiefe nicht erfüllt, wobei eine Erfüllung der Anforderung an Schweißung bewiesen wird, wenn die Schweißnaht 3 keine Rissen und Poren aufweist oder die Anforderung an wirksame Tiefe erfüllt,
- (8) Schleifen des Differentialzahnrads 1 nach Abschluss des Rundschweißvorgangs und Kugelstrahlen der verschweißten Differentialbaugruppe, sodass das Differentialzahnrad 1 die Genauigkeitskriterien Grad 3 bis 7 der Norm GB/T 10095.1-2008/ISO 1328-1:1995 erfüllt.
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Zweites Ausführungsbeispiel
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Der Unterschied zwischen dieser Ausführungsform und dem ersten Ausführungsbeispiel besteht darin, dass im Schritt (4) ein Schweißdraht aus Nickel-Eisen-Legierung mit einem Durchmesser von 0,6 mm in einen Spalt der axialen Kontaktfläche zwischen dem Differentialgehäuse 2 und dem Differentialzahnrad 1 mittels eines Schweißdraht-Füllmechanismus und Aufteilen der Kontaktfläche zwischen dem Differentialgehäuse 2 und dem Differentialzahnrad 1 gleichmäßig in drei Punkte, um einen Punktschweißvorgang durchzuführen.
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Punktschweißen an der drei Punkte der Kontaktfläche zwischen dem Differentialgehäuse 2 und dem Differentialzahnrad 1 in Abhängigkeit von der gängigen Größe des Differentialgehäuses 2 und des Differentialzahnrads 1, womit die beiden Bauteile vorläufig ausreichend befestigt werden, wobei durch Verwenden eines Schweißdrahts aus Nickel-Eisen-Legierung mit einem Durchmesser von 0,6 mm ein schnellerer Schweißvorgang ermöglicht werden kann.
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Drittes Ausführungsbeispiel
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Das vorliegende Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel darin, dass im Schritt (4) ein Schweißdraht aus Nickel-Eisen-Legierung mit einem Durchmesser von 1,3mm in einen Spalt der axialen Kontaktfläche zwischen dem Differentialgehäuse 2 und dem Differentialzahnrad 1 mittels eines Schweißdraht-Füllmechanismus und Aufteilen der Kontaktfläche zwischen dem Differentialgehäuse 2 und dem Differentialzahnrad 1 gleichmäßig in sechs Punkte, um einen Punktschweißvorgang durchzuführen.
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Punktschweißen an der sechs Punkte der Kontaktfläche zwischen dem Differentialgehäuse 2 und dem Differentialzahnrad 1, was für viele Differentialbaugruppen gilt, wobei durch Verwenden eines Schweißdrahts aus Nickel-Eisen-Legierung mit einem Durchmesser von 1,3 mm eine festere Schweißverbindung ermöglicht werden kann.
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Viertes Ausführungsbeispiel
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Das vorliegende Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel darin, dass im Schritt (4) ein Schweißdraht aus Nickel-Eisen-Legierung mit einem Durchmesser von 1,5 mm in einen Spalt der axialen Kontaktfläche zwischen dem Differentialgehäuse 2 und dem Differentialzahnrad 1 mittels eines Schweißdraht-Füllmechanismus und Aufteilen der Kontaktfläche zwischen dem Differentialgehäuse 2 und dem Differentialzahnrad 1 gleichmäßig in acht Punkte, um einen Punktschweißvorgang durchzuführen.
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Punktschweißen an der acht Punkte der Kontaktfläche zwischen dem Differentialgehäuse 2 und dem Differentialzahnrad 1, was für eine große Differentialbaugruppe gilt, wobei durch Verwenden eines Schweißdrahts aus Nickel-Eisen-Legierung mit einem Durchmesser von 1,5 mm eine festere Verschweißung einer großen Differentialbaugruppe ermöglicht werden kann.
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Fünftes Ausführungsbeispiel
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Das vorliegende Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel darin, dass im Schritt (5) und Schritt (6) sich die Schweißstelle an einer radialen Kontaktfläche zwischen dem Differentialzahnrad 1 und dem Differentialgehäuse 2 befindet und die Schweißnaht 3 an der Schweißstelle des Gehäuses und des Zahnrads eine Tiefe von 6±0,5 mm aufweist.
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Eine Differentialbaugruppe, die mittels des Schweißverfahrens nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel bearbeitet wird, ist in 3 und 4 dargestellt.
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Bisher wurden lediglich Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung erläutert, wobei hierbei auf eine Beschreibung allgemein bekannter konkreter Strukturen und Merkmale in solchen Ausgestaltungen verzichtet wird. Es ist darauf hinzuweisen, dass für Durchschnittsfachleute auf diesem Gebiet verschiedene Varianten und Weiterbildungen ohne Verlassen der Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung möglich sind, die ebenfalls als Schutzumfang der Erfindung betrachtet werden sollen und keineswegs die Auswirkung und die praktische Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindung beeinträchtigen.
