本发明涉及旋转轴领域，具体涉及一种深盲孔内花键轴及其加工方法。
背景技术：
轴作为旋转机械的一个重要零件，支撑其他转动件回转并传递扭矩，同时又通过轴承与壳体连接，轴上所有零件围绕轴心线作回转运动，形成了一个以轴为基准的组合体——轴系部件；此外，轴是旋转机械的承力结构件，工作时高速旋转，需承受巨大的交变载荷，因此轴的结构合理性影响着旋转机械的性能和工作可靠性。
内花键轴作为传动轴中的一种，由于其结构紧凑，传动力大，扭矩分布均匀等优点，在工业领域中得到广泛应用。但是目前花键加工工艺水平有限，内花键轴普遍存在花键加工精度不高、加工难度大等问题，特别是花键位于盲孔深处时，现有加工工艺则无法实现花键的加工。
技术实现要素：
本发明的目的是解决现有盲孔内花键轴普遍存在内花键加工精度不高以及加工难度大等问题，提供了一种加工容易实现、可靠性高的深盲孔内花键轴及其加工方法。
本发明解决上述问题的技术方案是，
一种深盲孔内花键轴，包括轴左段和轴右段，所述轴左段为空心轴，且设有内花键，所述轴右段轴向设有盲孔；所述轴左段内孔设置有内螺纹，内螺纹一侧设置有向内凹的第一圆柱定位面，所述第一圆柱定位面与轴左段端面的拐角设置有倒角；所述轴右段设有与轴左段内螺纹相配合的外螺纹，所述外螺纹一侧设置有向外凸的第二圆柱定位面，所述第一圆柱定位面与第二圆柱定位面配合安装，所述第二圆柱定位面与轴右段端面的拐角设置有凹槽；所述轴左段和轴右段螺纹连接，并通过电子束焊接为一体，所述轴左段与轴右段的电子束焊缝圆柱面上设置有组合槽。
进一步地，所述倒角长度和宽度c为0.3mm～0.5mm，所述凹槽为弧形凹槽，凹槽下底面至第二圆柱定位面的最大距离a为0.3mm～0.5mm，凹槽右底面至电子束焊缝的最大距离b为0.3mm～0.5mm。以上尺寸可以保证两段轴在装配后焊接前焊缝接头紧密贴合，同时避免了由于倒角结构单边无开槽产生的电子束偏斜问题，提高了电子束焊缝质量。
进一步地，所述组合槽由轴左段半槽和轴右段半槽组成，半槽深和宽均为0.5mm～0.7mm，可保证焊接时电子束精确定位，且不影响焊缝结构及质量
进一步地，所述第一圆柱定位面、第二圆柱定位面与焊缝面的垂直度小于0.02mm，保证两段轴装配后焊接接头贴合缝隙不大于0.03mm。
同时，本发明还提供一种上述深盲孔内花键轴的加工方法，包括以下步骤：
1)轴左段为空心轴，内孔加工内花键，轴右段为实心轴，轴向加工盲孔；
2)轴左段内孔加工内螺纹，轴右段加工与内螺纹配合的外螺纹；
3)在轴左段内螺纹一侧加工第一圆柱定位面，在轴右段外螺纹一侧加工第二圆柱定位面；
4)在第一圆柱定位面与轴左段端面的拐角加工倒角，在第二圆柱定位面与轴右段端面的拐角加工凹槽；
5)在轴左段和轴右段连接处圆柱面上加工组合槽；
6)焊接前通过螺纹预紧方式为电子束焊缝7部位施加轴向压紧力；
7)采用电子束将轴左段与轴右段焊接为一体。
本发明的有益效果为：
1.本发明采用分段式轴结构，解决了深盲孔内花键的加工问题，使得内花键能够设置在主要消耗扭矩的转动件下方，缩短了轴的传扭长度，内花键在焊接前在轴左段加工完成，降低了花键的加工难度，确保花键的加工精度。
2.本发明轴左段与轴右段设置螺纹连接副，通过螺纹预紧的方式为电子束焊缝部位施加轴向预紧力，解决了电子束焊接时可能出现的孔穴问题，保证了连接的可靠性，施加的轴向预紧力应保证焊缝接头紧密贴合，确保焊缝有效承载面积，提高焊缝承载能力，施加的轴向预紧力应保证焊缝接头紧密贴合，在两段轴强度、刚度允许的条件下越大越好。电子束焊的能量密度高，熔化的金属范围小，焊接变形小，能够保证提前加工好的内花键基本不受焊接变形的影响。
3.本发明电子束焊缝根部开槽和倒角结构可保证焊接接头紧密贴合，同时避免由于倒角结构单边无开槽结构产生的电子束偏斜问题，提高了电子束焊缝质量，电子束焊缝顶部设置组合槽，可保证焊接时电子束精确定位。
附图说明
图1为本发明实施例深盲孔内花键轴结构图；
图2为图1的a处轴左段与轴右段连接结构局部放大图；
图3为图2的b处电子束焊缝局部放大图；
图4为图3的c处组合槽局部放大图；
图5为图3的d处开槽及倒角局部放大图。
附图标记：1-轴左段，2-内花键，3-螺纹连接副，4-第一圆柱定位面，5-倒角，6-组合槽，7-电子束焊缝，8-凹槽，9-轴右段，10-第二圆柱定位面。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明的内容作进一步详细描述：
如图1至图5所示的一种深盲孔内花键轴，包括两段轴：轴左段1和轴右段9，其中轴左段1为空心轴，其内孔设置内花键2，轴右段9为实心轴，轴向设置盲孔；轴左段1内孔设置有内螺纹，内螺纹靠近连接部位一侧且设置有向内凹的第一圆柱定位面4，第一圆柱定位面4与轴左段端面的拐角处设置有倒角5；轴右段9设置有与轴左段1内螺纹相配合的外螺纹，外螺纹一侧设置有向外凸的第二圆柱定位面10，第一圆柱定位面4与第二圆柱定位面10配合安装，第二圆柱定位面10与轴右段端面的拐角处设置有凹槽8；轴左段1和轴右段9连接部位设置螺纹连接副3，在焊接前完成内花键2和螺纹连接副3的加工，两段轴通过电子束焊接的方式连接为一体，同时轴左段1和轴右段9电子束焊接的外径处圆柱面上设置有组合槽6。
轴左段1与轴右段9连接部位设置螺纹连接副3，螺纹连接副3在轴左段1、轴右段9零件状态加工好，焊接前通过螺纹预紧的方式对焊接部位施加轴向预紧力，提高电子束焊接的连接质量并简化焊接工艺，实现两段轴高可靠连接，解决电子束焊接时可能出现的气泡、空洞等问题(即孔穴问题)，确保焊缝有效承载面积，提高焊缝承载能力；施加的轴向预紧力应保证焊缝接头紧密贴合，在两段轴强度、刚度允许的条件下预紧力越大越好；在螺纹旁边设置圆柱定位面，限定圆柱定位面与焊缝面的垂直度小于0.02mm，保证两段轴装配后焊接接头贴合缝隙不大于0.03mm。
由于内花键2在焊接前加工好，为了尽可能降低焊接变形对内花键2的影响，采用能量密度高，焊接变形小的电子束焊接方式，电子束焊的能量密度高，熔化的金属范围小，焊接变形小，能够保证提前加工好的内花键2基本不受焊接变形的影响。为了提高电子束焊缝7定位精度，轴左段1与轴右段9连接部位设置了圆柱定位面，保证焊接质量。
轴从电子束焊缝7处分为轴左段1和轴右段9，轴组件的分段位置一般设置在花键所在的轴段为空心轴结构的位置，为了进一步降低内花键2的加工难度，提高加工精度，一般分段位置设置在靠近内花键2右侧的位置，减小花键深度，且分段位置使得花键所在轴段为空心轴结构，将深盲孔内花键2转变为深度较小的通孔内花键2，解决了深盲孔内花键2较难加工的问题，从而提高其加工精度。
为了保证电子束焊缝7焊接部位在焊接前紧密贴合、避免由于倒角结构单边无开槽产生的电子束偏斜问题，在电子束焊缝根部轴右段设有凹槽8，但随着凹槽8和倒角5尺寸的增大焊缝深度需要相应增大，焊接引起的变形相应增大，根据工艺试验，倒角5的长度和宽度c为0.3mm～0.5mm，在本实施例中，c具体可为0.5mm，凹槽8为弧形凹槽，凹槽下底面至第二圆柱定位面10的最大距离a为0.3mm～0.5mm，凹槽右底面至电子束焊缝7的最大距离b为0.3mm～0.5mm，r为0.5mm，可以保证两段轴在装配后焊接前焊缝接头紧密贴合，同时避免了由于倒角5结构单边无开槽产生的电子束偏斜问题，提高了电子束焊缝7质量。在电子束焊缝7外径处圆柱面上设置组合槽6，组合槽6由轴左段1和轴右段9上半槽结构组成，半槽深h和宽l在0.5mm～0.7mm范围内时，可保证焊接时电子束精确定位，且不影响焊缝结构及质量。控制电子束焊工艺参数，保证焊接时将凹槽8和倒角5完全熔融。
本发明轴结构不仅适用于深盲孔有内花键的情况，也可用于没有内花键但对深盲孔结构尺寸要求比较高的情况。
同时，本发明还提供一种深盲孔内花键轴的加工方法，包括以下步骤：
1)轴左段为空心轴，内孔加工内花键，轴右段为实心轴，轴向加工盲孔；
2)轴左段内孔加工内螺纹，轴右段加工与内螺纹配合的外螺纹；
3)在轴左段内螺纹一侧加工第一圆柱定位面，在轴右段外螺纹一侧加工第二圆柱定位面；
4)在第一圆柱定位面与轴左段端面的拐角加工倒角，在第二圆柱定位面与轴右段端面的拐角加工凹槽；
5)在轴左段和轴右段电子束焊接的外径处圆柱面上加工有组合槽；
6)焊接前通过螺纹预紧方式为电子束焊缝部位施加轴向压紧力；
7)采用电子束将轴左段与轴右段焊接为一体。
本发明的原理：将轴设计为分段式结构，两段轴最后通过电子束焊连成一体，内花键在焊接前轴左段零件状态加工好，降低内花键加工难度并提高加工精度。为提高电子束焊缝连接强度，消除焊缝可能出现的孔穴问题，焊接前通过螺纹预紧的方式对电子束焊缝部位施加轴向压紧力；本发明的实质在于通过螺纹预紧的方式得到了性能可靠、工艺更易实现的连接结构；本发明的轴组件已经在产品上进行过验证试验，收到了很好的效果，提高了高速重载涡轮泵传扭可靠性，可在类似的大载荷、高转速旋转轴中对深盲孔尺寸精度有较高要求的情况推广应用。