專利名稱：一種內(nèi)花鍵軸及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種傳動(dòng)軸及其加工方法，特別是涉及傳動(dòng)軸中的一種即內(nèi)花鍵軸及其制備方法。
背景技術(shù)：
內(nèi)花鍵軸作為傳動(dòng)軸中的一種類型，由于其傳動(dòng)力大，扭矩分布均勻，已在工業(yè)領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用，尤其是應(yīng)用于伺服電機(jī)上的傳動(dòng)軸，內(nèi)花鍵已成為首選的傳動(dòng)方式， 但內(nèi)花鍵軸在加工過程中需要解決的技術(shù)問題很多?，F(xiàn)有的內(nèi)花鍵軸如圖I和圖2，圖I中的內(nèi)花鍵軸為整體加工。圖2中的內(nèi)花鍵軸則包括頭部I’和尾部2’，中間錐銷3’將頭部I’和尾部2’通過動(dòng)配合加膠水進(jìn)行連接，頭部I’腔內(nèi)具有花鍵齒。內(nèi)花鍵軸的加工需要注意三個(gè)關(guān)鍵性能花鍵精度；花鍵與軸承擋的同心度和齒部硬度?；ㄦI精度了決定內(nèi)外花鍵的傳動(dòng)間隙，間隙過大，會(huì)產(chǎn)生噪音；間隙過小，會(huì)產(chǎn)生干涉，而花鍵精度是保證傳動(dòng)間隙合理的關(guān)鍵因素?；ㄦI與軸承擋的同心度則決定了傳動(dòng)過程中的平穩(wěn)性，如果同心度超差，易造成震動(dòng)，并加劇齒面的磨損。齒部硬度決定花鍵的耐磨性，齒部硬度不足，易造成磨損，降低軸的使用壽命；齒部硬度過高易產(chǎn)生裂紋或斷裂現(xiàn)象。為此，合理的硬度是確保花鍵軸壽命的關(guān)鍵因素。而傳統(tǒng)的內(nèi)花鍵軸加工工藝存在機(jī)床、刀具、工裝、測(cè)量、生產(chǎn)效率、成本、熱處理等諸多問題，圖I結(jié)構(gòu)的內(nèi)花鍵軸存在以下問題I、由于花鍵在盲孔中制作，所以花鍵的加工只能采用插齒的方法來完成即單齒加工完成后，通過分度機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)，加工下一個(gè)齒，依次加工完所有齒。加工后的花鍵會(huì)受到插床的精度，分度機(jī)構(gòu)精度以及工裝夾具精度影響，花鍵精度無法達(dá)到要求，花鍵與軸承擋的同心度只能控制在0. 04以內(nèi)，而且效率低，成本高。2、為了提高花鍵的耐磨性，傳統(tǒng)工藝是用40Cr整體金加工后，齒面高頻淬火，齒面全部淬透。同時(shí)為了避免傳動(dòng)中花鍵產(chǎn)生裂紋或拆斷現(xiàn)象，只能把硬度控制在HRC40左右。而從耐磨性角度考慮，這個(gè)硬度顯然是不夠的。為了對(duì)現(xiàn)有圖I結(jié)構(gòu)內(nèi)花鍵軸進(jìn)行改進(jìn)，則采用了圖2的鑲嵌結(jié)構(gòu)，將頭部I’和尾部2’及中間錐銷3’全部精加工后，采用動(dòng)配合加膠水和錐銷3’將頭部I’和尾部2’聯(lián)接起來。這樣做，花鍵可用拉床加工，提高了花鍵加工的生產(chǎn)效率，提高花鍵精度，在熱處理方面，可采取表面滲炭或氮化等手段來解決花鍵表面硬度和芯部強(qiáng)度的矛盾。3、但鑲嵌結(jié)構(gòu)同樣會(huì)產(chǎn)生其他的問題，比如配合精度、聯(lián)接強(qiáng)度等等，而且為了滿足軸的整體剛性和強(qiáng)度，必須把軸做得更大，所以鑲嵌結(jié)構(gòu)同樣會(huì)碰到諸多問題。綜上所述，國內(nèi)目前的生產(chǎn)工藝水平，普遍存在精度低，生產(chǎn)效率低的瓶頸，在線使用的花鍵軸在精度和壽命方面也只能降級(jí)使用，導(dǎo)致電機(jī)的整體性能無法達(dá)到國際水平
發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有內(nèi)花鍵軸制備方法加工精度不高，制備出的內(nèi)花鍵軸壽命短的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種新的內(nèi)花鍵軸和內(nèi)花鍵軸的制備方法，經(jīng)由該方法制備出的內(nèi)花鍵軸精度高、壽命長。本發(fā)明的技術(shù)方案為ー種內(nèi)花鍵軸包括頭部和尾部,頭部和尾部通過摩擦焊接連接。所述頭部包括柱狀部位和導(dǎo)柱部位，導(dǎo)柱部位的外直徑大于柱狀部位，柱狀部位的內(nèi)腔具有花鍵齒，導(dǎo)柱部位具有內(nèi)腔。所述尾部包括依次連接的連接部、桿部和銷部，連接部的直徑大于桿部，桿部的直徑大于銷部，連接部靠頭部一端具有內(nèi)腔，銷部末端開有中心孔。本發(fā)明還提供ー種內(nèi)花鍵軸的制備方法，包括如下步驟I、米用合金鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)后制備內(nèi)花鍵軸的頭部毛還;2、對(duì)頭部毛坯進(jìn)行氮化或滲碳處理；該步驟使頭部毛坯的表面硬度得到保證；3、將芯軸壓入頭部毛坯的內(nèi)花鍵中進(jìn)行粗磨；4、采用合金鋼制備內(nèi)花鍵軸的尾部毛坯；5、將頭部毛坯與尾部毛坯摩擦焊接為一體；6、將芯軸壓入形成一體的頭部內(nèi)花鍵中，用雙頂尖方法，經(jīng)過外圓磨加工獲得成
品O所述頭部毛坯的制備方法為A、將經(jīng)調(diào)質(zhì)后的合金鋼用數(shù)控機(jī)床(CNC設(shè)備)加工為具有柱狀部位和導(dǎo)柱部位，導(dǎo)柱部位的外直徑大于柱狀部位，導(dǎo)柱部位的末端具有內(nèi)孔；B、在內(nèi)孔部位用拉床加工出內(nèi)花鍵齒。所述對(duì)頭部毛坯進(jìn)行氮化或滲碳處理前先對(duì)導(dǎo)柱部位表面進(jìn)行防滲處理，目的只是局限于提高頭部內(nèi)花鍵表面的硬度，防止導(dǎo)柱部位獲得硬度而使金加工變得困難。所述尾部毛坯的制備方法為A、將合金鋼用車床加工為具有桿部和銷部的結(jié)構(gòu)，銷部的外直徑小于桿部；然后進(jìn)行調(diào)質(zhì)；B、采用鍛打的方式將桿部末端加工為連接部；C、在連接部末端加工出內(nèi)腔；D、對(duì)C步驟加工出的結(jié)構(gòu)進(jìn)行金加工獲得尾部毛坯。在將頭部毛坯和尾部毛坯焊接為一體后，以頭部內(nèi)花鍵作為定位在尾部的銷部末端加工出中心孔，并將銷部末端車平；并對(duì)焊接為一體后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行ー頂ー夾ー車削。所述頭部毛還的合金鋼為42CrMo鋼；尾部毛還的合金鋼為42Cr鋼。
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42CrMo鋼屬于超高強(qiáng)度鋼，具有高強(qiáng)度和韌性，淬透性也較好，無明顯的回火脆性，調(diào)質(zhì)處理后有較高的疲勞極限和抗多次沖擊能力，低溫沖擊韌性良好。本發(fā)明的內(nèi)花鍵軸直接采用兩段摩擦焊接的方式獲得，焊接后始終以內(nèi)花鍵作為直接和間接基準(zhǔn)，以ー頂ー夾的方式車削，以ニ頂?shù)姆绞侥ハ鞫罱K獲得成品。エ藝更簡單，精度高，使用壽命長。其制備方法生產(chǎn)效率高，采用拉床加工花鍵齒，有效保證了花鍵精度。內(nèi)花鍵軸的熱理采用滲碳或者氮化，解決了花鍵齒面硬度和芯部強(qiáng)度的矛盾。采用芯軸壓入的方法保證了花鍵軸整體的位置度公差。提升花鍵軸整體的使用性能。


圖I是現(xiàn)有技術(shù)的一種內(nèi)花鍵軸的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是現(xiàn)有技術(shù)的另一種內(nèi)花鍵軸的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明的內(nèi)花鍵軸的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明內(nèi)花鍵軸頭部的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是本發(fā)明內(nèi)花鍵軸尾部的結(jié)構(gòu)示意6是本發(fā)明的內(nèi)花鍵軸頭部毛坯的加工流程示意圖。圖7是本發(fā)明的內(nèi)花鍵軸尾部毛坯的加工流程示意圖。圖8是本發(fā)明的內(nèi)花鍵軸頭部毛坯和尾部毛坯加工為一體后的加工流程示意。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的內(nèi)花鍵軸如圖3所示，包括頭部I和尾部2，頭部I和尾部2通過摩擦焊接連接為一體。如圖4所示，頭部I包括柱狀部位11和導(dǎo)柱部位12，導(dǎo)柱部位12的外直徑大于柱狀部位11，柱狀部位11的內(nèi)腔111具有花鍵齒13，導(dǎo)柱部位12也具有內(nèi)腔121。如圖5所示，尾部2包括依次連接的連接部21、桿部22和銷部23，連接部21的直徑大于桿部22，桿部22的直徑大于銷部23，連接部21靠頭部I 一端具有內(nèi)腔211，銷部23末端開有中心孔。從圖5可以看到，銷部23也可以包括直徑縮小的兩部分。本發(fā)明還提供上述內(nèi)花鍵軸的制備方法I、米用合金鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)后制備內(nèi)花鍵軸的頭部毛還;如圖6所示，首先是用42CrMo鋼下料(參見圖6a)；其次，將合金鋼按標(biāo)準(zhǔn)HB260-290進(jìn)行調(diào)質(zhì)；然后，用數(shù)控機(jī)床(CNC設(shè)備)加工出如圖6b的結(jié)構(gòu)，具有柱狀部位11和導(dǎo)柱部位12 ；再對(duì)柱狀部位11的內(nèi)腔111用拉床進(jìn)行拉齒，加工出花鍵齒13，參見圖6c ；對(duì)頭部毛坯進(jìn)行氮化或滲碳處理；在進(jìn)行處理前先在圖6d顯示的虛線區(qū)域涂防滲層，該虛線區(qū)域應(yīng)該包括導(dǎo)柱部位12的外表面和導(dǎo)柱部位12末端的內(nèi)腔內(nèi)側(cè)面。使花鍵齒13的硬度HV5公斤大于600，深度大于O. 4。在虛線區(qū)域涂防滲層目的是只局限于提高頭部內(nèi)花鍵表面的硬度，防止虛線區(qū)域獲得硬度而使金加工變的很困難。最后將芯軸3壓入頭部毛坯的內(nèi)腔中進(jìn)行外圓磨加工(參見圖6e);并確保ΦΒ和端面C的跳動(dòng)彡O. 006，芯軸的要求為錐度O. 025/100 ;用300kg的力壓入，芯軸跳動(dòng)(O. 004，圓度彡 O. 002。2、采用合金鋼調(diào)質(zhì)后制備內(nèi)花鍵軸的尾部毛坯；如圖7所示，尾部毛坯的制備如下A、首先是用42Cr鋼下料(參見圖7a)；B、將合金鋼用車床加工為具有桿部和銷部的結(jié)構(gòu)，銷部的外直徑小于桿部(參見圖 7b)；C、然后按標(biāo)準(zhǔn)HRC260-290進(jìn)行調(diào)質(zhì)；D、采用鍛打的方式將桿部末端加工為連接部(圖7c);
E、在連接 部末端加工出內(nèi)腔(圖7d);F、對(duì)經(jīng)A、B、C、D和E步驟加工出的機(jī)構(gòu)進(jìn)行金加工(圖7d)。3、將頭部毛坯與尾部毛坯摩擦焊接為一體(參見圖8a)；4、以端面C和外徑為基準(zhǔn)，將銷部末端車平，并在尾部的銷部末端加工出中心孔。(參見圖8b)；5、并對(duì)焊接為一體后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行一頂一夾一車削；6、將芯軸壓入形成一體的結(jié)構(gòu)中的頭部內(nèi)花鍵中，以二頂?shù)姆绞侥ハ鞫罱K獲得成品。(參見圖8c)。芯軸的要求為錐度0.025/100 ;用300kg的力壓入，芯軸跳動(dòng)彡0.004，圓度彡0. 002。
權(quán)利要求
1.ー種內(nèi)花鍵軸，其特征在于，包括頭部和尾部，頭部和尾部通過摩擦焊接連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的內(nèi)花鍵軸，其特征在于，所述頭部包括柱狀部位和導(dǎo)柱部位，導(dǎo)柱部位的外直徑大于柱狀部位，柱狀部位的內(nèi)腔具有花鍵齒，導(dǎo)柱部位具有內(nèi)腔。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的內(nèi)花鍵軸，其特征在于，所述尾部包括依次連接的連接部、桿部和銷部，連接部的直徑大于桿部，桿部的直徑大于銷部，連接部靠頭部一端具有內(nèi)腔，銷部末端開有中心孔。
4.ー種內(nèi)花鍵軸的制備方法，包括如下步驟 1)采用合金鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)后制備內(nèi)花鍵軸的頭部毛坯； 2)對(duì)頭部毛坯進(jìn)行氮化或滲碳處理； 3)將芯軸壓入頭部毛坯的內(nèi)花鍵中進(jìn)行粗磨； 4)采用合金鋼制備內(nèi)花鍵軸的尾部毛坯； 5)將頭部毛坯與尾部毛坯摩擦焊接為一體結(jié)構(gòu)； 6)將芯軸壓入一體結(jié)構(gòu)的頭部內(nèi)花鍵中，用雙頂尖方法，經(jīng)過外圓磨加工獲得成品。
5.根據(jù)權(quán)利要求5所述的內(nèi)花鍵軸的制備方法，其特征在于，所述頭部毛坯的制備方法為 A、將經(jīng)調(diào)質(zhì)后的合金鋼用數(shù)控機(jī)床加工為具有柱狀部位和導(dǎo)柱部位的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)柱部位的外直徑大于柱狀部位，導(dǎo)柱部位的末端具有內(nèi)孔； B、在內(nèi)孔部位用拉床加工出內(nèi)花鍵齒。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的內(nèi)花鍵軸的制備方法，其特征在于，所述對(duì)頭部毛坯進(jìn)行氮化或滲碳處理前先對(duì)導(dǎo)柱部位表面進(jìn)行防滲處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的內(nèi)花鍵軸的制備方法，其特征在于，所述尾部毛坯的制備方法為 A、將合金鋼用車床加工為具有桿部和銷部的結(jié)構(gòu)，銷部的外直徑小于桿部；然后進(jìn)行調(diào)質(zhì)； B、采用鍛打的方式將桿部末端加工為連接部； C、在連接部末端加工出內(nèi)腔； D、對(duì)C步驟加工出的結(jié)構(gòu)進(jìn)行金加工獲得尾部毛坯。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的內(nèi)花鍵軸的制備方法，其特征在于，在將頭部毛坯和尾部毛坯焊接為一體后，在尾部的銷部末端加工出中心孔，并將銷部末端車平；并對(duì)焊接為一體的結(jié)構(gòu)進(jìn)行一頂ー夾ー車削。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的內(nèi)花鍵軸的制備方法，其特征在于，所述頭部毛坯的合金鋼為42CrMo鋼；尾部毛還的合金鋼為42Cr鋼。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種內(nèi)花鍵軸及其制備方法，內(nèi)花鍵軸包括頭部和尾部，頭部和尾部通過摩擦焊接連接。制備方法為采用合金鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)后制備內(nèi)花鍵軸的頭部毛坯；對(duì)頭部毛坯進(jìn)行氮化或滲碳處理；將芯軸壓入頭部毛坯的內(nèi)花鍵中進(jìn)行粗磨；采用合金鋼制備內(nèi)花鍵軸的尾部毛坯；將頭部毛坯與尾部毛坯摩擦焊接為一體結(jié)構(gòu)；將芯軸壓入一體結(jié)構(gòu)的頭部內(nèi)花鍵中，用雙頂尖方法，經(jīng)過外圓磨加工獲得成品。本發(fā)明的內(nèi)花鍵軸直接采用兩段摩擦焊接的方式獲得。工藝更簡單，精度高，使用壽命長。其制備方法生產(chǎn)效率高，采用拉床加工花鍵齒，有效保證了花鍵精度。內(nèi)花鍵軸的熱理采用滲碳或者氮化，解決了花鍵齒面硬度和芯部強(qiáng)度的矛盾。
文檔編號(hào)B23P15/00GK102635624SQ20121011381
公開日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2012年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月18日
發(fā)明者董國柱 申請(qǐng)人:寧波捷成軸業(yè)有限公司