CN100513809C - 中空状传动轴的制造方法 - Google Patents

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Abstract

以提供一种提高管加工时的强度、加工时很难发生裂纹的中空状传动轴为目的。对由钢材形成的管(P)施行正火处理，从而能够提高原材料的加工性、获得均匀的强度，因此，在型锻加工和辊轧成形加工等时很难发生裂纹。

Description

中空状传动轴的制造方法
技术领域
本发明涉及一种与等速万向接头等连结的中空状传动轴的制造方法。本发明的中空状传动轴，例如能够适用于构成汽车传动***的驱动轴(drive shaft)和推进轴(propeller shaft)等。
背景技术
例如，在汽车的传动***中，从减速装置(差速器)向驱动轮传递动力的传动轴，往往被称为驱动轴(drive shaft)。特别是在FF车使用的驱动轴中，前轮转向时要求大的工作角和等速性，另外，在与悬架装置的关系中要求吸收轴向位移的功能，因此，大多采用将其一端部介由双效补偿型等速万向接头和三球销型等速万向接头等滑动型等速万向接头与减速装置侧连结、将其另一端介由球笼式等速万向接头(有时也称为球笼式等速万向节)等固定侧等速万向接头与驱动轮侧连结的机构。
作为如上所述的驱动轴，以前多使用实心轴，不过，从汽车的轻量化、由驱动轴刚性增大而带来的功能提升、由弯曲一次固有振动频率的调节作业最适宜化而提高车厢内安静性等观点出发，使驱动轴中空轴化的要求日益增加。
另外，在这种中空轴中，利用型锻(swaging)加工使管收缩，中间形成大径部、两端形成小径部，在该小径部的端部外周利用辊轧成形加工形成花键(专利文献1)。
专利文献1：特开平11—101259号公报
作为现有中空状传动轴的原材料使用的管，由钢材形成管后，为了去除应力和软化等采用退火进行热处理，其后，进行型锻加工和辊轧成形加工等。
可是，采用退火进行了热处理的管具有强度比较弱，存在型锻加工时强度不足的问题。
发明内容
为此，本发明的目的在于提供一种提高管加工时的强度的中空状传动轴的制造方法。
为了实现所述目的，本发明的中空传动轴的制造方法包括：对由钢材形成的管实施正火处理的工序，所述钢材含有0.30wt％以上0.45wt％以下的C、0.05wt％以上0.35wt％以下的Si、1.0wt％以上2.0wt％以下的Mn、0.05wt％以下的Al、0.01wt％以下的S，且余量含有Fe及不可避免的杂质；通过型锻加工将实施了所述正火处理的管成形为所需要的形状的工序；通过辊轧成形加工而在所述成形为所需要的形状的管的两端形成花键的工序；以及对所述管实施高频淬火的工序。
根据本发明，由于对原材的管采用正火处理进行热处理后使用，因此，能够防止塑性加工、辊轧成形加工时管强度不足，能够排除浪费材料这样的作业。另外，与利用退火进行热处理的材料相比较，扁平强度增加，从而，可以用更高碳钢成形，能够实现轴强度的提高。由此，能够实现使中空状传动轴薄壁化或小径化、轻量、小型化，同时能够实现成本降低。
附图说明
图1是表示汽车的传动机构的图。
图2是表示中空状传动轴的局部剖视图。
图3是管的剖视图。
图中，1—传动轴，1d—连结部，1d1—花键，P—管。
实施发明的最佳方式
以下，参照附图说明本发明的实施方式。
图1表示汽车的传动机构，该传动机构包括：中空状传动轴1、与传动轴1一端部连结的滑动型等速万向接头2、与传动轴1另一端部连结的固定型等速万向接头3。
在该实施方式的动力传递机构中，滑动型等速万向接头2与减速装置(差速器)连结，固定型等速万向接头3与驱动轮侧连结。传动轴1一端部与滑动型等速万向接头2的三球销构件2a花键连结，在滑动型等速万向接头2的外圈2b的端部外周和传动轴1的外周分别固定有橡皮套(boot)2c。
另外，传动轴1的另一端部与固定型等速万向接头3内圈3a花键连结，在固定型等速万向接头3外圈3b的端部外周和传动轴1的外周分别固定有橡皮套3c。
还有，该图中，作为滑动型等速万向接头2例示了三球销型等速万向接头，作为固定型等速万向接头3例示了球笼式等速万向接头，不过，有时也采用其他型号的等速万向接头。
图2中，示出了传动轴(驱动轴)1。该传动轴1，在轴向全域形成中空状，在轴向中间部具有大径部1a，在比大径部1a靠轴向两侧部别具有小径部1b。大径部1a和小径部1b，介由向轴端侧逐渐缩径的锥形部1c而连接。小径部1b具有在用于与等速万向接头(2、3)连结的端部侧外周形成的连结部1d(本发明的连结单元)和固定橡皮套(2d、3c)的轴向中间部侧的橡皮套固定部1e。另外，当固定型等速万向接头3选取高工作角时，为了使之不与传动轴1干涉还具有最小径部1f。
在连结部1d上形成与等速万向接头(2、3)连结的花键1d1和止动圈槽1d2，该止动圈槽1d2用以安装相对于等速万向接头(2、3)轴向止脱用的止动圈。在橡皮套固定部1e上形成用以配合橡皮套(2c、3c)的小径端部内周的配合槽1e1。
另外，该传动轴1，除了从止动圈槽1d2附近到轴端的局部区域以外，几乎在轴向的全域具有利用淬火处理产生的硬化层。该硬化层从外周表面形成到规定深度的区域或整个深度的区域。
所述传动轴1，对由钢材形成的中空管P(图3的直管)采用正火进行热处理，用以使管P产生钢所具有的很强粘性的性质。
作为形成管P的钢材，主要使用结构用碳钢钢管(STKM)等。该钢材能够使用含有C为0.30wt％以上0.45wt％以下、Si为0.05wt％以上0.35wt％以下、Mn为1.0wt％以上2.0wt％以下、Al为0.05wt％以下、S为0.01wt％以下且余量为Fe及不可避免的杂质的材料。
在此，一般已知的是对于中空传动轴1上的扭转疲劳强度而言，硬度成为很大的主因，硬度很大程度上取决于钢材成分。也就是说，决定淬火硬度的元素是C，而要决定深度方向的淬火后的硬度，就其他元素(例如，Si、Mn等)有效作用而言，有必要调整这些成分。
C是用来确保中空传动轴1的扭转疲劳强度所必需的元素，为了获得规定的热处理后的硬度，在0.30wt％以上是必要的。另外，超过0.45wt％时，就钢材的硬度过于增加而使加工性降低而言，以此为上限。
Si作为钢材的脱氧剂需要一些量，同时也是用来确保钢材的高频淬火性所必需的元素，其含量低于0.05wt％，该效果小。另外，若添加超过0.35wt％，则加工性显著下降，因此，以此为上限。
Mn为了确保高的钢材的高频淬火性必需1.0wt％以上的添加量。不过，若添加超过2.0wt％，则加工性显著下降，因此，以此为上限。
A1是作为钢材的脱氧剂而添加的，为了不损害钢材的纯净度而优选是降低含量，以0.05wt％为上限。
另外，S可使低温加工时的变形能力下降，若超过0.01wt％则变形能力显著下降，因而以0.01wt％为上限。
还有，为了补偿钢材的高频淬火性，可以含有0.1wt％以上0.35wt％以下的Cr、0.0005wt％以上0.005wt％以下的B。也可以含有Cr和B两者至少任意一方。Cr若其含量低于0.1wt％，则补偿钢材的高频淬火性的效果小，另外，若添加超过0.35wt％，则导致钢材的成本上升。另外，B若其含量低于0.0005wt％，则补偿钢材的高频淬火性的效果小，另外，即使添加超过0.005wt％高频淬火性的效果也不会变化。
另外，还可以在高频淬火、回火处理后，对中空状传动轴1的整个外周上施行喷丸硬化处理。增大传动轴1表面部的残余压缩应力，从而能够更进一步提高扭转疲劳强度。在此，所述所谓喷丸硬化处理，一般是在压缩空气或离心力作用下把小钢粒敲在金属表面，使表面应力均匀化。
并且，对所述正火处理过的管P施行型锻加工作为塑性加工，在轴方向中间部成形大径部1a，在轴方向两侧部成形小径部1b，在小径部1b的两端外周，施行辊轧成形加工，成形加工为花键1d1。施行了正火处理的管P，由于形成钢所具有的很强粘性的性质，因此，在型锻加工时和辊轧成形或型锻加工后的辊轧成形时等很难发生管强度的不足。
这种型锻加工时的裂纹、辊轧成形时的扁平强度，如以下所示。
·进行断面收缩率40％的型锻加工时有无裂纹发生
[表1]
 
有无裂纹
退火件 有
正火件 无
2〕变形为外形＝25mm，内径＝8.6mm，长度＝20mm时发生初始龟裂的转矩
[表2]
 
发生龟裂的负载
退火件 100
正火件 210
*以退火件发生龟裂的负载为100。
如表1、表2所示，施行了正火处理的管P与施行了退火处理的管相比具有很强粘性的性质，因此，加工时获得均匀的加工强度，很难在管上发生强度不足。因此，不会浪费材料而实现资源的有效利用。
另外，施行了正火处理的管P，因为很强粘性的性质而使扁平强度增大，所以可用高碳钢成形，从而实现轴强度的提高。若该强度提高，则能够使轴薄壁化或小外径化，以致轻量化还有成本降低。

Claims (1)

1.一种中空状传动轴的制造方法，包括：
对由钢材形成的管实施正火处理的工序，所述钢材含有0.30wt％以上0.45wt％以下的C、0.05wt％以上0.35wt％以下的Si、1.0wt％以上2.0wt％以下的Mn、0.05wt％以下的Al、0.01wt％以下的S，且余量含有Fe及不可避免的杂质；
通过型锻加工将实施了所述正火处理的管成形为所需要的形状的工序；
通过辊轧成形加工而在所述成形为所需要的形状的管的两端形成花键的工序；以及
对所述管实施高频淬火的工序。
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