CN102635624A - 一种内花键轴及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内花键轴及其制备方法，内花键轴包括头部和尾部，头部和尾部通过摩擦焊接连接。制备方法为：采用合金钢经调质后制备内花键轴的头部毛坯；对头部毛坯进行氮化或渗碳处理；将芯轴压入头部毛坯的内花键中进行粗磨；采用合金钢制备内花键轴的尾部毛坯；将头部毛坯与尾部毛坯摩擦焊接为一体结构；将芯轴压入一体结构的头部内花键中，用双顶尖方法，经过外圆磨加工获得成品。本发明的内花键轴直接采用两段摩擦焊接的方式获得。工艺更简单，精度高，使用寿命长。其制备方法生产效率高，采用拉床加工花键齿，有效保证了花键精度。内花键轴的热理采用渗碳或者氮化，解决了花键齿面硬度和芯部强度的矛盾。

Description

一种内花键轴及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种传动轴及其加工方法，特别是涉及传动轴中的一种即内花键轴及其制备方法。

背景技术

内花键轴作为传动轴中的一种类型，由于其传动力大，扭矩分布均匀，已在工业领域中得到广泛的应用，尤其是应用于伺服电机上的传动轴，内花键已成为首选的传动方式，但内花键轴在加工过程中需要解决的技术问题很多。现有的内花键轴如图1和图2，图1中的内花键轴为整体加工。图2中的内花键轴则包括头部1’和尾部2’，中间锥销3’将头部1’和尾部2’通过动配合加胶水进行连接，头部1’腔内具有花键齿。

内花键轴的加工需要注意三个关键性能：花键精度；花键与轴承挡的同心度和齿部硬度。花键精度了决定内外花键的传动间隙，间隙过大，会产生噪音；间隙过小，会产生干涉，而花键精度是保证传动间隙合理的关键因素。花键与轴承挡的同心度则决定了传动过程中的平稳性，如果同心度超差，易造成震动，并加剧齿面的磨损。齿部硬度决定花键的耐磨性，齿部硬度不足，易造成磨损，降低轴的使用寿命；齿部硬度过高易产生裂纹或断裂现象。为此，合理的硬度是确保花键轴寿命的关键因素。

而传统的内花键轴加工工艺存在机床、刀具、工装、测量、生产效率、成本、热处理等诸多问题，图1结构的内花键轴存在以下问题：

1、由于花键在盲孔中制作，所以花键的加工只能采用插齿的方法来完成：即单齿加工完成后，通过分度机构的旋转，加工下一个齿，依次加工完所有齿。加工后的花键会受到插床的精度，分度机构精度以及工装夹具精度影响，花键精度无法达到要求，花键与轴承挡的同心度只能控制在0.04以内，而且效率低，成本高。

2、为了提高花键的耐磨性，传统工艺是用40Cr整体金加工后，齿面高频淬火，齿面全部淬透。同时为了避免传动中花键产生裂纹或拆断现象，只能把硬度控制在HRC40左右。而从耐磨性角度考虑，这个硬度显然是不够的。

为了对现有图1结构内花键轴进行改进，则采用了图2的镶嵌结构，将头部1’和尾部2’及中间锥销3’全部精加工后，采用动配合加胶水和锥销3’将头部1’和尾部2’联接起来。这样做，花键可用拉床加工，提高了花键加工的生产效率，提高花键精度，在热处理方面，可采取表面渗炭或氮化等手段来解决花键表面硬度和芯部强度的矛盾。

3、但镶嵌结构同样会产生其他的问题，比如配合精度、联接强度等等，而且为了满足轴的整体刚性和强度，必须把轴做得更大，所以镶嵌结构同样会碰到诸多问题。

综上所述，国内目前的生产工艺水平，普遍存在精度低，生产效率低的瓶颈，在线使用的花键轴在精度和寿命方面也只能降级使用，导致电机的整体性能无法达到国际水平。

发明内容

为了克服现有内花键轴制备方法加工精度不高，制备出的内花键轴寿命短的缺点，本发明提供一种新的内花键轴和内花键轴的制备方法，经由该方法制备出的内花键轴精度高、寿命长。

本发明的技术方案为：一种内花键轴包括头部和尾部，头部和尾部通过摩擦焊接连接。

所述头部包括柱状部位和导柱部位，导柱部位的外直径大于柱状部位，柱状部位的内腔具有花键齿，导柱部位具有内腔。

所述尾部包括依次连接的连接部、杆部和销部，连接部的直径大于杆部，杆部的直径大于销部，连接部靠头部一端具有内腔，销部末端开有中心孔。

本发明还提供一种内花键轴的制备方法，包括如下步骤：

1、采用合金钢经调质后制备内花键轴的头部毛坯；

2、对头部毛坯进行氮化或渗碳处理；该步骤使头部毛坯的表面硬度得到保证；

3、将芯轴压入头部毛坯的内花键中进行粗磨；

4、采用合金钢制备内花键轴的尾部毛坯；

5、将头部毛坯与尾部毛坯摩擦焊接为一体；

6、将芯轴压入形成一体的头部内花键中，用双顶尖方法，经过外圆磨加工获得成品。

所述头部毛坯的制备方法为：

A、将经调质后的合金钢用数控机床(CNC设备)加工为具有柱状部位和导柱部位，导柱部位的外直径大于柱状部位，导柱部位的末端具有内孔；

B、在内孔部位用拉床加工出内花键齿。

所述对头部毛坯进行氮化或渗碳处理前先对导柱部位表面进行防渗处理，目的只是局限于提高头部内花键表面的硬度，防止导柱部位获得硬度而使金加工变得困难。

所述尾部毛坯的制备方法为：

A、将合金钢用车床加工为具有杆部和销部的结构，销部的外直径小于杆部；然后进行调质；

B、采用锻打的方式将杆部末端加工为连接部；

C、在连接部末端加工出内腔；

D、对C步骤加工出的结构进行金加工获得尾部毛坯。

在将头部毛坯和尾部毛坯焊接为一体后，以头部内花键作为定位在尾部的销部末端加工出中心孔，并将销部末端车平；并对焊接为一体后的结构进行一顶一夹一车削。

所述头部毛坯的合金钢为42CrMo钢；尾部毛坯的合金钢为42Cr钢。

42CrMo钢属于超高强度钢，具有高强度和韧性，淬透性也较好，无明显的回火脆性，调质处理后有较高的疲劳极限和抗多次冲击能力，低温冲击韧性良好。

本发明的内花键轴直接采用两段摩擦焊接的方式获得，焊接后始终以内花键作为直接和间接基准，以一顶一夹的方式车削，以二顶的方式磨削而最终获得成品。工艺更简单，精度高，使用寿命长。其制备方法生产效率高，采用拉床加工花键齿，有效保证了花键精度。内花键轴的热理采用渗碳或者氮化，解决了花键齿面硬度和芯部强度的矛盾。采用芯轴压入的方法保证了花键轴整体的位置度公差。提升花键轴整体的使用性能。

附图说明

图1是现有技术的一种内花键轴的结构示意图。

图2是现有技术的另一种内花键轴的结构示意图。

图3是本发明的内花键轴的结构示意图。

图4是本发明内花键轴头部的结构示意图。

图5是本发明内花键轴尾部的结构示意图

图6是本发明的内花键轴头部毛坯的加工流程示意图。

图7是本发明的内花键轴尾部毛坯的加工流程示意图。

图8是本发明的内花键轴头部毛坯和尾部毛坯加工为一体后的加工流程示意。

具体实施方式

本发明的内花键轴如图3所示，包括头部1和尾部2，头部1和尾部2通过摩擦焊接连接为一体。如图4所示，头部1包括柱状部位11和导柱部位12，导柱部位12的外直径大于柱状部位11，柱状部位11的内腔111具有花键齿13，导柱部位12也具有内腔121。如图5所示，尾部2包括依次连接的连接部21、杆部22和销部23，连接部21的直径大于杆部22，杆部22的直径大于销部23，连接部21靠头部1一端具有内腔211，销部23末端开有中心孔。从图5可以看到，销部23也可以包括直径缩小的两部分。

本发明还提供上述内花键轴的制备方法：

1、采用合金钢经调质后制备内花键轴的头部毛坯；

如图6所示，首先是用42CrMo钢下料(参见图6a)；

其次，将合金钢按标准HB260-290进行调质；

然后，用数控机床(CNC设备)加工出如图6b的结构，具有柱状部位11和导柱部位12；

再对柱状部位11的内腔111用拉床进行拉齿，加工出花键齿13，参见图6c；

对头部毛坯进行氮化或渗碳处理；在进行处理前先在图6d显示的虚线区域涂防渗层，该虚线区域应该包括导柱部位12的外表面和导柱部位12末端的内腔内侧面。使花键齿13的硬度HV5公斤大于600，深度大于0.4。在虚线区域涂防渗层目的是：只局限于提高头部内花键表面的硬度，防止虚线区域获得硬度而使金加工变的很困难。

最后将芯轴3压入头部毛坯的内腔中进行外圆磨加工(参见图6e)；并确保ΦB和端面C的跳动≤0.006，芯轴的要求为锥度0.025/100；用300kg的力压入，芯轴跳动≤0.004，圆度≤0.002。

2、采用合金钢调质后制备内花键轴的尾部毛坯；

如图7所示，尾部毛坯的制备如下：

A、首先是用42Cr钢下料(参见图7a)；

B、将合金钢用车床加工为具有杆部和销部的结构，销部的外直径小于杆部(参见图7b)；

C、然后按标准HRC260-290进行调质；

D、采用锻打的方式将杆部末端加工为连接部(图7c)；

E、在连接部末端加工出内腔(图7d)；

F、对经A、B、C、D和E步骤加工出的机构进行金加工(图7d)。

3、将头部毛坯与尾部毛坯摩擦焊接为一体(参见图8a)；

4、以端面C和外径ΦB为基准，将销部末端车平，并在尾部的销部末端加工出中心孔。(参见图8b)；

5、并对焊接为一体后的结构进行一顶一夹一车削；

6、将芯轴压入形成一体的结构中的头部内花键中，以二顶的方式磨削而最终获得成品。(参见图8c)。芯轴的要求为锥度0.025/100；用300kg的力压入，芯轴跳动≤0.004，圆度≤0.002。

Claims (9)

1.一种内花键轴，其特征在于，包括头部和尾部，头部和尾部通过摩擦焊接连接。

2.根据权利要求1所述的内花键轴，其特征在于，所述头部包括柱状部位和导柱部位，导柱部位的外直径大于柱状部位，柱状部位的内腔具有花键齿，导柱部位具有内腔。

3.根据权利要求2所述的内花键轴，其特征在于，所述尾部包括依次连接的连接部、杆部和销部，连接部的直径大于杆部，杆部的直径大于销部，连接部靠头部一端具有内腔，销部末端开有中心孔。

4.一种内花键轴的制备方法，包括如下步骤：

1)采用合金钢经调质后制备内花键轴的头部毛坯；

2)对头部毛坯进行氮化或渗碳处理；

3)将芯轴压入头部毛坯的内花键中进行粗磨；

4)采用合金钢制备内花键轴的尾部毛坯；

5)将头部毛坯与尾部毛坯摩擦焊接为一体结构；

6)将芯轴压入一体结构的头部内花键中，用双顶尖方法，经过外圆磨加工获得成品。

5.根据权利要求5所述的内花键轴的制备方法，其特征在于，所述头部毛坯的制备方法为：

A、将经调质后的合金钢用数控机床加工为具有柱状部位和导柱部位的结构，导柱部位的外直径大于柱状部位，导柱部位的末端具有内孔；

B、在内孔部位用拉床加工出内花键齿。

6.根据权利要求4所述的内花键轴的制备方法，其特征在于，所述对头部毛坯进行氮化或渗碳处理前先对导柱部位表面进行防渗处理。

7.根据权利要求4所述的内花键轴的制备方法，其特征在于，所述尾部毛坯的制备方法为：

A、将合金钢用车床加工为具有杆部和销部的结构，销部的外直径小于杆部；然后进行调质；

B、采用锻打的方式将杆部末端加工为连接部；

C、在连接部末端加工出内腔；

D、对C步骤加工出的结构进行金加工获得尾部毛坯。

8.根据权利要求7所述的内花键轴的制备方法，其特征在于，在将头部毛坯和尾部毛坯焊接为一体后，在尾部的销部末端加工出中心孔，并将销部末端车平；并对焊接为一体的结构进行一顶一夹一车削。

9.根据权利要求4所述的内花键轴的制备方法，其特征在于，所述头部毛坯的合金钢为42CrMo钢；尾部毛坯的合金钢为42Cr钢。

Images