一种汽车等速万向节滑套结构及其加工方法与流程

本发明涉及等速万向节技术领域，尤其涉及一种汽车等速万向节滑套结构及其加工方法。

背景技术：

等速节驱动轴总成是汽车传动系中的重要部件，也是保障车辆安全运行的重要因素。在目前市场上，由于结构设计不尽合理，很多车企生产的等速节驱动轴总成都存在重量超标、布置间隙小及易共振的nvh等问题，从而影响车辆的油耗、安全性能及乘坐的舒适型。

目前等速万向节滑套端部与变速箱及减速器配合部分国内自主车企及部分合资车企均使用实心结构，由于变速箱及减速器配合间隙及布置角度问题，有的车型不得不将传统的万向节端部的实心柄部进行加长处理来规避与变速箱及减速器配合间隙小的问题，但是等速万向节柄部的加长使等速万向节驱动轴总成重量增加，进而使整车重量增加，最终导致油耗上升，而且会产生一系列的nvh问题，而且有悖于国家提倡的节能减排的号召。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种汽车等速万向节滑套结构及其加工方法，通过在等速万向节滑套端部通过摩擦焊的方式增加空心轴来加长万向节，使变速箱及减速器之间的布置间隙符合设计要求，可有效减弱nvh共振峰值并提高用户的乘坐舒适性，而且等速万向节的整体重量降低，达到了轻量化的目的。

为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：所述汽车等速万向节滑套结构，包括外套接头、空心轴和花键连接轴，所述外套接头与驱动轴的端部相连，所述空心轴的一端与所述外套接头摩擦焊接相连，所述空心轴的另一端与所述花键连接轴摩擦焊接相连，所述花键连接轴与变速箱输出轴或轮边减速器输入轴相连。

进一步地，所述外套接头和所述花键连接轴靠近空心轴的一端分别设置有盲孔，所述盲孔的一端设置有工艺倒角。

进一步地，所述工艺倒角的角度设置为110°～130°。

进一步地，所述外套接头、空心轴和花键连接轴之间的连接处的外径相等，所述盲孔的孔径与空心轴的孔径相等，所述空心轴的两端分别设置有便于焊接液析出的倒角结构。

进一步地，所述倒角结构的角度设置为30°～60°。

一种所述的汽车等速万向节滑套结构的加工方法，包括以下步骤：

1)将现有的万向节滑套结构从中部切割开形成两段实心轴，对两段实心轴加工后形成所述外套接头和花键连接轴，根据安装需要加工相应尺寸的空心轴；

2)将空心轴定位夹紧在摩擦焊机的工作台上，将花键连接轴定位夹紧在摩擦焊机的卡盘上，使摩擦焊机的主轴转动并带动花键连接轴向着空心轴的方向做进给运动，使花键连接轴高速旋转的同时与空心轴的端部以一定的轴向压力接触并摩擦加热一段时间，达到设定的摩擦变形量；

3)使摩擦焊机的主轴瞬时停止转动，同时向花键连接轴施加更大的轴向的顶锻压力，使花键连接轴与空心轴挤压，顶锻延时一段时间，达到设定的摩擦加热的时间，同时达到设定的顶锻变形量后停机；

4)取出花键连接轴和空心轴之间的焊接分总成后，再将该焊接分总成定位夹紧在摩擦焊机的工作台上，将外套接头定位夹紧在摩擦焊机的卡盘上，使摩擦焊机的主轴转动并带动外套接头向着焊接分总成的方向做进给运动，使摩擦焊机按照步骤2)和步骤3)的方法，旋转摩擦焊后再进行顶锻；

5)将焊接成型后的滑套结构从摩擦焊机上取出后，对摩擦对接处形成的飞边进行切割、修正，磨削成型。

进一步地，在所述步骤2)和步骤4)中，摩擦焊机主轴的转速为1700～1900rpm/min，施加的轴向压力为25kn～70kn，摩擦加热时间为3000ms～6000ms，摩擦加热温度为800℃～900℃，摩擦变形量为9mm～11mm。

进一步地，在所述步骤3)和步骤4)中，瞬时停车时间为90ms～110ms，顶锻压力为150～200n/mm²，顶锻延时1000ms～2500ms，顶锻变形量为3mm～5mm。

本发明的有益效果是：

1、本发明通过将现有的等速万向节滑套切割开后，通过摩擦焊的方式在之间增加空心轴来使万向节加长，通过改变空心轴的长度可使变速箱及减速器之间的布置间隙符合不同的设计要求，而且增加的空心轴使等速万向节的整体重量降低，达到了轻量化的目的，通过摩擦焊的方式将空心轴连接在外套接头和花键连接轴之间，整体结构的刚度和模态提高，有效减弱了nvh共振峰值并提高了用户的乘坐舒适性。

2、其中的空心轴两端设置便于焊接液析出的倒角结构，当将空心轴与外套接头、花键连接轴之间进行摩擦焊时，热塑性变形金属会将倒角结构填充而构成焊缝金属，使焊缝更均匀，可形成良好的焊接接头；其中的外套接头和花键连接轴的端部设置盲孔，盲孔一端有工艺倒角，在空心轴的两端与外套接头、花键连接轴进行摩擦焊接时，在空心轴的内壁形成的飞边和热塑性变形金属可以均匀分布在焊缝处，使焊缝处的组织结构更稳定，焊缝更均匀，盲孔的结构同时也起到了减重的作用。

3、本发明将空心轴的两端与外套接头、花键连接轴进行摩擦焊接时，依次使用了旋转摩擦焊和顶锻的工艺，同时通过调整两个阶段的工艺参数可迅速破坏空心轴的两端与外套接头、花键连接轴之间的结合面上的氧化膜和其他污染层，使金属暴露出来，而且结合面很快形成热塑性层，在随后的摩擦扭矩和轴向压力作用下使这些破碎的氧化物和部分塑性层被挤出结合面外形成飞边，剩余的热塑性变形金属就构成焊缝金属，最后的顶锻使焊缝金属获得进一步的锻造形成良好的焊接接头，通过上述工艺加工而成的滑套结构强度和刚度较高，能有效减弱nvh共振峰值，弱化共振大波峰分为小波峰规避与发变共振峰值问题及提高用户的乘坐舒适度。

综上，本发明通过在等速万向节滑套端部通过摩擦焊的方式连接空心轴来加长万向节，使变速箱及减速器之间的布置间隙符合设计要求，可有效减弱nvh共振峰值并提高用户的乘坐舒适性，而且等速万向节的整体重量降低，达到了轻量化的目的。

附图说明

下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为本发明中等速万向节滑套结构的结构示意图；

上述图中的标记均为：1.外套接头，2.空心轴，21.倒角结构，3.花键连接轴，4.盲孔，41.工艺倒角。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明具体的实施方案为：如图1所示，一种汽车等速万向节滑套结构，包括外套接头1、空心轴2和花键连接轴3，外套接头1与驱动轴的端部相连，空心轴2的一端与外套接头1摩擦焊接相连，空心轴2的另一端与花键连接轴3摩擦焊接相连，花键连接轴3与变速箱输出轴或轮边减速器输入轴相连，通过摩擦焊的方式在外套接头1和花键连接轴3之间增加空心轴2来使万向节加长，通过改变空心轴2的长度可使变速箱及减速器之间的布置间隙符合不同的设计要求，而且增加的空心轴2使等速万向节的整体重量降低，达到了轻量化的目的，通过摩擦焊的方式将空心轴2连接在外套接头1和花键连接轴3之间，整体结构的刚度和模态提高，有效减弱了nvh共振峰值，并提高了用户的乘坐舒适性,。

具体地，其中的外套接头1和花键连接轴3靠近空心轴2的一端分别设置有盲孔4，盲孔4的一端设置有工艺倒角41，工艺倒角41的角度设置为110°～130°，优化地，工艺倒角41的角度设置为120°，在空心轴2的两端与外套接头1、花键连接轴3进行摩擦焊接时，在空心轴2的内壁形成的飞边和热塑性变形金属可以均匀分布在焊缝处，使焊缝处的组织结构更稳定，焊缝更均匀，其中的工艺倒角41对摩擦焊接产生的飞边提供了储存空间，盲孔4的结构同时也起到了减重的作用。

具体地，外套接头1、空心轴2和花键连接轴3之间的连接处的外径相等，盲孔4的孔径与空心轴2的孔径相等，空心轴2的两端分别设置有便于焊接液析出的倒角结构21，倒角结构21的角度设置为30°～60°，优化地为45°，当将空心轴2与外套接头1、花键连接轴3之间进行摩擦焊时，热塑性变形金属会将倒角结构21填充而构成焊缝金属，使焊缝更均匀，同时外套接头1、空心轴2和花键连接轴3结合面内壁上的热塑性变形金属也会均匀分布在焊缝处，可形成良好的焊接接头。

实施例1

当外套接头1、空心轴2和花键连接轴3的材质均为55#时，上述汽车等速万向节滑套结构的加工方法，包括以下步骤：

1)将现有的万向节滑套结构从中部切割开形成两段实心轴，并在两段实心轴的对接面处分别加工盲孔4从而形成外套接头1和花键连接轴3，根据安装需要加工相应长度的空心轴2，且使空心轴2与外套接头1和花键连接轴3之间的连接处的外径相等，使空心轴2的孔径与盲孔4的孔径相等；

2)使用摩擦焊机将将空心轴2与外套接头1和花键连接轴3进行摩擦焊接，其中的摩擦焊机的结构为现有技术，包括工作台及工作台上相对设置的定位夹具和机床主轴，该定位夹具可将轴类零件进行卡紧定位，机床主轴的端部安装有用于夹持轴类零件的卡盘。将空心轴2定位夹紧在摩擦焊机的工作台的定位夹具上，使空心轴2的中心轴线与摩擦焊机的主轴相对，将花键连接轴3定位夹紧在摩擦焊机的卡盘上，摩擦焊机的主轴转动并带动花键连接轴3向着空心轴2的方向做进给运动，使花键连接轴3以1900rpm/min的速度高速旋转的同时，给花键连接轴3施加的轴向压力为35kn～70kn的轴向压力接触，使花键连接轴3与空心轴2旋转摩擦加热5500ms～6000ms，摩擦加热温度为900℃，直到达到10mm的摩擦变形量；

2)摩擦焊机的主轴瞬时停止转动，瞬时停车时间为100ms，同时向花键连接轴3施加更大的轴向的顶锻压力，顶锻压力为200n/mm²，使花键连接轴3与空心轴2挤压，顶锻延时2000ms～2500ms，当顶锻变形量达到4mm后停机；

3)取出花键连接轴3和空心轴2之间的焊接分总成后，再将该焊接分总成定位夹紧在摩擦焊机的工作台的定位夹具上，使焊接分总成的中心轴线与摩擦焊机的主轴相对，将外套接头1定位夹紧在摩擦焊机的卡盘上，使摩擦焊机的主轴转动并带动外套接头1向着焊接分总成的方向做进给运动，使摩擦焊机按照步骤1)和步骤2)的方法，旋转摩擦焊后再进行顶锻；

4)将焊接成型后的滑套结构从摩擦焊机上取出后，对摩擦对接处形成的飞边进行切割、修正，磨削成型。

对上述成型的万向节滑套结构通过压断试验机进行压断试验，上述滑套结构在焊缝处出现变形但是未出现断裂时承受的压断力为总成静扭的50％～60％；通过超声波探伤发现焊缝处未出现微裂纹等焊接缺陷；在焊缝附近的±20mm的区域进行切片，在金相显微镜下观察切片后的组织形态，未发现焊接缺陷，而且焊缝附近的硬度为hrc36min～hrc39max，跳动量为0.2～0.5mm；在滑套结构两端的焊缝附近的±20mm处进行切割形成管状结构，在切割断口处的管壁外周切割成14至16片的“花瓣”，切割深度最大为过焊缝2mm，最小为在焊缝中央，然后使用工具将切开的管壁扩张成90°的开口，使“花瓣”与管状结构的中心线垂直，然后使用圆柱体工具压弯切开的管壁(花瓣)，未出现材料断裂现象。

实施例2

当外套接头1和花键连接轴3的材质为55#，空心轴2的材质为40cr时，上述汽车等速万向节滑套结构的加工方法，与实施例1不同的是，步骤2)、步骤3)和步骤4)，具体地：

2)将空心轴2定位夹紧在摩擦焊机工作台的定位夹具上，且使空心轴2的中心轴线与摩擦焊机的主轴相对，将花键连接轴3定位夹紧在摩擦焊机的卡盘上，摩擦焊机的主轴转动并带动花键连接轴3向着空心轴2的方向做进给运动，使花键连接轴3以1800rpm/min的速度高速旋转的同时，给花键连接轴3施加的轴向压力为35kn～50kn的轴向压力接触，使花键连接轴3与空心轴2旋转摩擦加热4500ms～5000ms，摩擦加热温度为850℃，直到达到10mm的摩擦变形量；

3)摩擦焊机的主轴瞬时停止转动，瞬时停车时间为100ms，同时向花键连接轴3施加更大的轴向的顶锻压力，顶锻压力为180n/mm²，使花键连接轴3与空心轴2挤压，顶锻延时1500ms～2000ms，当顶锻变形量达到4mm后停机；

4)取出花键连接轴3和空心轴2之间的焊接分总成后，再将该焊接分总成定位夹紧在摩擦焊机的工作台上且使焊接分总成的中心轴线与摩擦焊机的主轴相对，将外套接头1定位夹紧在摩擦焊机的卡盘上，使摩擦焊机的主轴转动并带动外套接头1向着焊接分总成的方向做进给运动，使摩擦焊机按照步骤2)和步骤3)的方法，旋转摩擦焊后再进行顶锻。

对上述成型的万向节滑套结构通过压断试验机进行压断试验，上述滑套结构在焊缝处出现变形但是未出现断裂时承受的压断力为总成静扭的50％～60％；通过超声波探伤发现焊缝处未出现微裂纹等焊接缺陷；在焊缝附近的±20mm的区域进行切片，在金相显微镜下观察切片后的组织形态，未发现焊接缺陷，而且焊缝附近的硬度为hrc35min～hrc38max，跳动量为0.2～0.5mm；在滑套结构两端的焊缝附近的±20mm处进行切割形成管状结构，在切割断口处的管壁外周切割成14至16片的“花瓣”，切割深度最大为过焊缝2mm，最小为在焊缝中央，然后使用工具将切开的管壁扩张成90°的开口，使“花瓣”与管状结构的中心线垂直，然后使用圆柱体工具压弯切开的管壁(花瓣)，未出现材料断裂现象。

实施例3

当外套接头1、空心轴2和花键连接轴3的材质均为40cr时，上述汽车等速万向节滑套结构的加工方法，与实施例1不同的是，步骤2)、步骤3)和步骤4)，具体地：

2)将空心轴2定位夹紧在摩擦焊机的工作台的定位夹具上，使空心轴2的中心轴线与摩擦焊机的主轴相对，将花键连接轴3定位夹紧在摩擦焊机的卡盘上，摩擦焊机的主轴转动并带动花键连接轴3向着空心轴2的方向做进给运动，使花键连接轴3以1700rpm/min的速度高速旋转的同时，给花键连接轴3施加的轴向压力为25kn～35kn的轴向压力接触，使花键连接轴3与空心轴2旋转摩擦加热4000ms～4500ms，摩擦加热温度为800℃，直到达到10mm的摩擦变形量；

3)摩擦焊机的主轴瞬时停止转动，瞬时停车时间为100ms，同时向花键连接轴3施加更大的轴向的顶锻压力，顶锻压力为150n/mm²，使花键连接轴3与空心轴2挤压，顶锻延时1000ms～1500ms，当顶锻变形量达到4mm后停机；

4)取出花键连接轴3和空心轴2之间的焊接分总成后，再将该焊接分总成定位夹紧在摩擦焊机的工作台上且使焊接分总成的中心轴线与摩擦焊机的主轴相对，将外套接头1定位夹紧在摩擦焊机的卡盘上，使摩擦焊机的主轴转动并带动外套接头1向着焊接分总成的方向做进给运动，使摩擦焊机按照步骤2)和步骤3)的方法，旋转摩擦焊后再进行顶锻。

对上述成型的万向节滑套结构通过压断试验机进行压断试验，上述滑套结构在焊缝处出现变形但是未出现断裂时承受的压断力为总成静扭的50％～60％；通过超声波探伤发现焊缝处未出现微裂纹等焊接缺陷；在焊缝附近的±20mm的区域进行切片，在金相显微镜下观察切片后的组织形态，未发现焊接缺陷，而且焊缝附近的硬度为hrc35min～hrc38max，跳动量为0.2～0.5mm；在滑套结构两端的焊缝附近的±20mm处进行切割形成管状结构，在切割断口处的管壁外周切割成14至16片的“花瓣”，切割深度最大为过焊缝2mm，最小为在焊缝中央，然后使用工具将切开的管壁扩张成90°的开口，使“花瓣”与管状结构的中心线垂直，然后使用圆柱体工具压弯切开的管壁(花瓣)，未出现材料断裂现象。

综上，本发明通过在等速万向节滑套端部通过摩擦焊的方式连接空心轴来加长万向节，使变速箱及减速器之间的布置间隙符合设计要求，可有效减弱nvh共振峰值并提高用户的乘坐舒适性，而且等速万向节的整体重量降低，达到了轻量化的目的。

以上所述，只是用图解说明本发明的一些原理，本说明书并非是要将本发明局限在所示所述的具体结构和适用范围内，故凡是所有可能被利用的相应修改以及等同物，均属于本发明所申请的专利范围。