CN113814551A - 用于以摩擦焊的密封销成形地制造闭合的空心轴的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于以摩擦焊的密封销成形地制造闭合的空心轴的方法，该空心轴(200)至少在一侧闭合，该方法带有如下步骤：提供金属管；使管径向地成形(U)成空心轴(200)，其具有带有不同直径的多个区段。根据本发明设置成，在径向成形(U)时在空心轴(200)的至少一端(210)处使金属材料(M)在径向上成型到被引入相关的端部(210)中的金属销(300)上，并且然后通过在空心轴(200)与金属销(300)之间的相对旋转运动来实现摩擦焊接过程，其中，将金属销(300)密封地固定在空心轴(200)的端部(210)中。本发明此外涉及一种根据该方法制造的空心轴(200)，其尤其是传动‑或转子轴。

Description

用于以摩擦焊的密封销成形地制造闭合的空心轴的方法
技术领域
本发明涉及一种用于成形地(umformend)制造至少在一侧闭合的空心轴的方法。本发明此外涉及一种根据方法制造的空心轴，其中，尤其涉及传动轴或转子轴。
背景技术
文件DE 197 25 453 C2说明了一种用于通过压轧(Drueckwalzen)由管(10)来制造带有闭合端部(31)的空心轴(20)的方法，对此使用布置在管或工件的内部中的挤压工具(51)。在移开挤压工具(51)之后，可使管的至少一端进一步拉入和闭合。也就是说，使工件在至少一个处于外部的区域中以这样的程度变形，使得产生闭合的端部从而没有异物可侵入。
对于现有技术此外参照在文件DE 10 2007 053 551 A1中所说明的用于在空心件(例如驱动轴、中间轴、凸轮轴等)处的横截面改变的方法，其中，还可局部地完全封闭空心件或空心轴。
对于现有技术此外还参照德国专利申请10 2020 200 853.1，其说明了一种用于成形地制造至少在一侧闭合的空心轴的方法，其中，在成形时产生的余留孔(Restoeffnung)利用浇铸料(Vergussmasse)来封闭。
发明内容
利用根据本发明的方法现在介绍一种另外的极其经济的用于成形地制造至少在一侧闭合的或在至少一个轴向的端部处封闭的空心轴的方法，其相对于之前已知的方法具有各种优点。本发明还延伸到利用根据本发明的方法制造的空心轴。本发明的附加的特征对于两个本发明对象类似地由接下来的说明书和附图得出。
根据本发明的方法包括以下步骤：
- 提供金属的、也就是说由金属材料形成的、优选地由钢材构成的管(钢管)，其中，尤其涉及从相应的管半成品(Rohrhalbzeug)分离的管件；
- 使管径向地成形成空心轴，其具有带有不同直径的多个区段(轴向的轴区段)(例如在文件DE 197 25 453 C2中所示)。
根据本发明设置成，在径向成形时使金属材料在空心轴的至少一个(轴向的)端部处在径向上成型到被引入(相关的)端部中的金属销(Metallstift)上，并且然后通过在空心轴与金属销之间的相对旋转运动来实现摩擦焊接过程，由于此，金属销(通过材料配合的连接)被固定在空心轴的(相关的)端部中并且使空心轴的端部密封。
本发明即设置成，空心轴的该至少一个待封闭的(轴向的)端部在径向成形时在直径中以这样的程度被减小或在径向上以这样的程度被成形，直到金属材料被按压或挤压到布置在空心轴的相关端部中的金属销上，其然后此外通过相对旋转与空心轴摩擦焊接或焊入空心轴端部中，从而以该方式来密封空心轴的相关的端部。在此优选地实现油密的且尤其气密的密封。金属销因此还可被称为密封销。以此考虑以下情况，即常常不能通过单纯径向成形以合理耗费来实现油密性或气密性，而是取而代之留有微小的余留孔。
在根据本发明的方法中，变形力比较小(因为在径向上仅被成形直至销直径)，从而还可运用特别经济的径向成形方法(见下)。此外，如还优选地设置的那样，在无芯轴(Dorn)的情况下实现径向成形并且/或者在不改变壁厚的情况下或以保持相同的壁厚实现径向成形(见下)。此外，根据本发明的方法是节省能源-和资源的(几乎没有材料损失)。
金属销或密封销优选地具有带有1mm至3mm的直径的圆形横截面(实心横截面(Vollquerschnitt))。优选地，由于产生的摩擦热而得到摩擦焊接，其中，但是原则上还可进行冷焊接。可使用液态的或固态的助剂(Hilfsstoff)，其有利于焊接并且对此优选地被涂覆或已涂覆到金属销上。备选地还可对于径向成形应于固态的或液态的润滑剂等，其同样有利于焊接。
金属销尤其由钢材或铝材形成。优选地，金属销的材料和管或空心轴的金属材料彼此相协调，以便实现最佳的摩擦焊接。尤其地，金属销材料和空心轴材料相同。
在空心轴与金属销之间的相对的转动-或旋转运动可通过空心轴的旋转和/或通过金属销的旋转实现，其中，还可设置有空心轴和金属销的不同的旋转速度或转数(Umdrehungszahl)或者特别有效的反向的旋转运动。优选地利用管或空心轴的反正在径向成形中所设置的旋转运动(见下)。优选地设置成，金属销在其从空心轴伸出的端部处在卡盘(Spannfutter)等中被张紧，以便使该金属销可根据情况借助于卡盘旋转或防止扭转(Verdrehung)。为了张紧到这样的卡盘中，金属销在其相关的轴向的端部处可构造有柄杆(Schaft)(张紧区段)。
焊入空心轴端部中的金属销可在接下来的方法步骤中被分离，使得其例如与空心轴的端侧面齐平地结束。然而优选地设置成，金属销在摩擦焊接过程之后通过继续的或由于继续的(空心轴和/或金属销的)旋转运动被剪断或由于扭转负载被撕开。金属销可构造有理论断裂部位、例如槽口(Kerbe)，在其处实现限定的剪断。
金属销可在径向成形之前或在径向的成形过程开始之前已被引入金属管的相关的端部中，尤其这样使得金属销以一端同心地处于管中并且以另一端(在轴向上)从管中伸出(见上)。以类似的方式，金属销但是也可在径向成形时或在径向的成形过程期间才被引入或导入空心轴的相关的端部中，如果空心轴端部减小到(例如8mm、10mm或12mm的)预设的内径上，那么尤其如此。
径向成形被理解成在使管成形成空心轴时力施加大致在径向上实现并且由此使金属材料大致在径向上、尤其径向向内成形。优选地，径向成形较冷地、也就是说以室温实现，其中，还可设置成，使管在加热的状态中成形。
优选地，径向的成形通过径向锻造实现。在径向锻造时待成形的工件(管或空心轴)相对于径向振荡的锻造锤旋转(此外参照相应的专业文献)。然后优选地设置成，金属销(例如借助于卡盘)被固定并且不一起旋转。径向成形还可通过旋转锻造(Rundkneten)实现。在旋转锻造时，径向振荡的锻钳(Knetbacke)围绕工件(管或空心轴)旋转(此外参照相应的专业文献)。然后优选地设置成，金属销(例如借助于卡盘)与径向锻钳一起、尤其以同步的旋转运动相对于不一起旋转的空心轴来旋转。通过径向锻造或旋转锻造也实现以保持相同的壁厚的成形(见上)。
径向成形、尤其径向锻造或旋转锻造尤其在无芯轴或内部工具的情况下、即无芯轴地或不用芯轴地实现。然而还可设置有芯轴的应用。优选地，空心轴的相关的或待封闭的端部在径向成形时在直径中被减小成使得产生坚实的栓式端部区段(见附图)。
利用根据本发明的方法制造的空心轴(其中，这尤其是(用于车辆传动机构的)传动轴或(用于电气的车辆马达或-发电机的)转子轴)特征在于，借助于径向成形所制造的该空心轴具有带有不同直径(外径)的多个区段并且至少在一端部处在直径中减小并且由摩擦焊的或焊入空心轴端部中的金属销来封闭(如前面所述)。换言之：该空心轴至少在一端处在直径中减小成使得(仅还)存在较细的余留孔，其中，该余留孔利用摩擦焊的金属销或金属的密封销来封闭。改进方案和设计方案类似于根据本发明的方法得出。
附图说明
接下来示例性地且以非限制性的方式参考附图来详细阐述本发明。在附图中示出的和/或接下来阐述的特征还独立于具体的特征组合可以是本发明的通用性特征并且相应地改进本发明。
图1以示意性的不按比例尺的剖示图示出了用于制造空心轴的管。
图2以示意性的不按比例尺的剖示图图解了图1中的管径向成形成空心轴和以金属销封闭空心轴端部。
图3以示意性的不按比例尺的剖示图示出了带有封闭的空心轴端部的由图1中的管制造的空心轴。
图4图解了用于制造根据图3的空心轴的可能的过程链。
具体实施方式
图1显示了仅部分示出的金属管100。由管100通过径向成形来制造具有带有不同直径(外径)的多个轴向区段的空心轴200，如在图2中所示，其中，空心轴200也仅部分地示出。在径向成形之前，在管100的所示的(右)端中布置金属销300，使得其同心地处于管端部中并且从管100伸出。金属销300的伸出的端部在卡盘400等中被张紧。金属销300构造有理论断裂部位310。
在径向成形U中空心轴200的所示出的(右边的)端部210在直径中被连续地(也就是说以许多小的单个步骤(Einzelschritt))减小，其中，形成坚实的栓式端部区段。在此使(管或空心轴的)金属材料M在径向上成型到金属销300上。也就是说使空心轴端部210的内部横截面连续变窄，直到最后金属材料M紧密地包围金属销300。
空心轴200在径向成形U(其中，尤其涉及径向锻造(或必要时还涉及旋转锻造；见上))中实施旋转运动或旋转R，其中，金属销300以卡盘400来固定并且不一起旋转(上面阐述了备选的方法可能性，例如金属销300的反向旋转)。由于在空心轴200与金属销300之间的接触和相对的旋转运动或相对旋转运动而发生摩擦。通过产生的摩擦热以及通过径向的压力(或通过面压力(Flaechenpressung))将金属材料M施加到金属销300上，其中，尤其实现进一步的径向成形U或变窄并且由此径向压力和摩擦提高，实现摩擦焊接过程，其中，金属销300近似被焊入空心轴端部210中并且由此空心轴端部210密封。径向成形U和空心轴200的端侧密封近似在一方法-或工作步骤中实现。在此优选地实现油密的且尤其气密的(还压缩空气密封的)密封。
在摩擦焊接过程之后通过继续的旋转运动R在理论断裂部位310处剪断金属销300。空心轴200的另一端可保持敞开或以相同的方式来闭合。在示出的实施例中，金属销300的长度尺寸测定成使得空心轴200的栓式端部区段210被完全伸过。
如在图4中所示，用于制造这样端侧封闭的空心轴200的整个过程链可包括以下步骤：
[10] 提供管(100)；
[20] 使管(100)径向成形(U)成空心轴(200)，尤其通过径向锻造或旋转锻造，其中，空心轴(200)的至少一个轴向端部(210)借助于摩擦焊的或焊入的金属销(300)来封闭(可选地在此还可通过成形、尤其通过径向成形来产生至少一个齿部(Verzahnung))；
[30] 必要时切削地再加工空心轴(200)-可选地在此也还可通过切削加工来产生至少一个齿部；
[40] 尤其在传动轴的情况下使空心轴(200)硬化；
[50] 尤其在传动轴的情况下切削地硬化加工硬化的空心轴(200)；
[60] 必要时清洁空心轴(200)。
附图标记清单
10 步骤
20 步骤
30 步骤
40 步骤
50 步骤
60 步骤
100 管
200 空心轴
210 端部(空心轴端部)
300 金属销
300' 废弃件
310 理论断裂部位
400 张紧部(卡盘)
M 金属材料(管)
R 旋转、旋转运动
U 径向成形。

Claims (10)

1.一种用于成形地制造至少在一侧闭合的空心轴(200)的方法，其带有如下步骤：
- 提供金属管(100)；
- 使所述管(100)径向成形(U)成空心轴(200)，其具有带有不同直径的多个区段；
其特征在于，在径向成形(U)时使金属材料(M)在所述空心轴(200)的至少一个端部(210)处在径向上成型到被引入所述端部(210)中的金属销(300)上，并且然后通过在所述空心轴(200)与所述金属销(300)之间的相对旋转运动来实现摩擦焊接过程，其中，将所述金属销(300)密封地固定在所述空心轴(200)的端部(210)中。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属销(300)在所述摩擦焊接过程之后通过继续的旋转运动被剪断。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述金属销(300)构造有理论断裂部位(310)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述金属销(300)在所述径向成形(U)之前已被引入所述金属管(100)的端部(210)中。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述金属销(300)在所述径向成形(U)期间被引入所述空心轴(200)的端部(210)中。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述金属销(300)在从所述管(100)或所述空心轴(200)伸出的端部处被张紧在卡盘(400)中。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述金属销(300)具有带有1mm至3mm的直径的圆形横截面。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述金属销(300)由钢材或铝材形成。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述径向成形(U)通过径向锻造或旋转锻造实现。
10.一种空心轴(200)、尤其传动轴或转子轴，其利用根据前述权利要求中任一项所述的方法来制造，其中，借助于径向成形(U)所制造的所述空心轴(200)具有带有不同直径的多个区段并且至少在一端部(210)处在直径中减小并且由摩擦焊的金属销(300)封闭。
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