专利名称：驱动轴制造装置及制造方法
专利说明驱动轴制造装置及制造方法 发明领域 本发明涉及一种具有一个延长轴及二个联轴端的车辆驱动轴制造装置及制造方法。根据本发明，通过脉冲磁力(PMF)工艺来实现这一目的。
发明背景及传统技术 一般具有上述结构的车辆驱动轴在制造中，一般将圆柱轴的末端焊接到联轴端上。传统的焊接过程耗费时间，而且成本较高。此外，在这一过程中需要加热工件，因而需要安装冷却装置。
使工件互相迅速“冷却”连接或焊接的一种已知方法是采用PMF工艺。通过利用这一技术，通过线圈来释放极短的强电脉冲，该放电将在工件内产生涡电流，该涡电流将在电力线圈与工件之间产生磁脉冲。该脉冲将使邻近成形线圈的工件产生变形，从而使其表面迅速移动，进而贴合到另一个工件上，由此而产生压缩连接，或者在高能量表面上与另一工件相焊接。该工艺的特殊用途是，通过使管形工件向内产生径向变形，将管形工件连接或表面焊接到其内的圆柱形工件上。PMF工艺及其某些特定用途在下列美国专利中有披露3,654,787(Browner)，3,961,639(Leftheris)，4,170,887(Baranov)，4,531,393(Weir)，4,807,351(Berget al)，5,353,617(Cherian et al)，5,442,846(Snaper)及5,824,998(Livshitz et al)。
PMF工艺在车辆驱动轴连接方面的特定用途在美国专利5,981,921中有披露。
PMF工艺在驱动轴制造方面的某些特殊问题在于，端部径向超过轴的外周。为了实现PMF工艺，应使成形线圈紧靠已变形的工件，这意味着成形线圈需要紧贴在轴的周围。在传统技术中，在轴及联接端连接或表面焊接之后，便不可能使线圈转动，也不能释放驱动轴。因而PMF工艺未能真正用于驱动轴制造中。
发明内容
本发明提供一种驱动轴制造装置及制造方法。根据本发明，通过提供一种装置，并采用一种将由二个以上互相紧密连接的线圈体来组成的成形线圈装配到轴的周围的方法，来解决上述问题。该成形线圈配有电流生成单元，从而通过上述单元的电流放电来产生PMF，进而使二个驱动轴部件产生压缩结合或表面焊接。
在下文中，采用“连接”这一术语，来统一表示二个工件的连接，这意味着使它们的并置表面非常接近，从而可互相压接，该术语还表示表面焊接，这意味着在二个工件的并置表面之间产生分子交联。事实上，不论是PMF工艺连接还是焊接，均在很大程度上取决于PMF能量的大小以及确切的工作参数。业内人士可决定是否需要进行连接或表面焊接，也可决定该连接或焊接所需的确切参数。对焊接所需的参数而言，请参见美国专利No.5,824,998，该专利在此作为参照文献。如上所述，“连接”这一术语系指连接与焊接之一或全部。
根据本发明，提供一种具有轴及径向尺寸大于轴尺寸的二个联轴端的驱动轴的新型制造装置及方法。
该装置包括一个或二个成形组件，其用于分别形成驱动轴的一端或两端；该一个或二个成形组件各包括一个保持架及一个成形单元。保持架用于承载驱动轴端部预装配体，该预装配体在连接之后将形成驱动轴的端部。该预装配体包括二个部件，其中之一是延长轴的端部，另一个是联接端部，不论是轴端部还是部分端部件一般均具有轴向中空的柱状形状，从而与另一个紧配件的轴向圆柱部相配合，端部及上述部件共同构成二个部件的圆柱连接部。成形单元包括一个成形线圈装置，其形成用于与上述连接部相配的成形空间，还包括一个与成型线圈装置相配的电流生成单元，用于在成形线圈单元内产生电流脉冲，从而形成足以连接二个连接部的PMF。成形线圈装置由二个或多个线圈部件来构成，这些线圈部件依靠其连接力来互相紧密相接，它们可以拆开，从而使所形成的驱动轴端部脱离。
本发明的驱动轴形成方法包括 (a)提供一种规定轴线的轴，以及一种联轴端部；不论是轴端部还是部分端部一般均具有轴向中空的柱状形状，而另一个则具有轴向圆柱部，该圆柱部可在上述中空部内与上述圆柱部相配合，从而共同形成连接部，其中，外圆柱状中空体可与其内的紧配件相配合，从而共同形成二个部件的圆柱状连接部； 将成形线圈装置配置到上述连接部的周围，成形线圈装置由二个或多个线圈部件来构成，这些线圈部件依靠其连接力来互相紧密相接，并与电流生成单元相接； (b)在上述成形线圈装置内产生强电流脉冲，从而生成足以连接二个连接部分的脉冲磁力(PMF)； (c)分离成形线圈装置，从而释放所形成的驱动轴端部； 可对轴的二端同时实施步骤(a)及(d)，从而将二个联接端部同时连接到轴的各端上。也可以首先实施步骤(a)至(d)，从而将一个联接端部连接到轴的一端上，然后重复这些步骤，从而将另一个联接端部连接到轴的另一端上。
用于同时形成驱动轴的二端部的一种装置包括二个成形组件。其中该装置包括一个成形组件，首先形成一端，然后使轴反转，从而形成另一端。
根据本发明的一种实施方式，成形线圈直接与放电电路连接。根据本实施方式，线圈装置包括二个或多个线圈部件，典型场合为三个或更多，其中，二个是端部，各与放电电路的一极相连。在三个线圈部件的场合下，其中二个是这种端部，一个是中间连接件。根据一种实施方式，这种线圈采用介电材料即非导电性材料来形成，其内层采用导电材料。介电材料用作结构件。这种材料之一是环氧树脂玻璃。导电层可采用铜及任何其它合适的材料。在典型场合下，导电层还延伸到附加面上，从而在不同部件之间进行电连接。
可利用加强结构来将各部分连接到一起，也可以利用螺钉及螺栓来互相连接，一般采用任何其它合适的方法。
根据另一种实施方式，成形线圈装置进一种独立的线圈装置，与一次线圈进行感应性连接，一次线圈与放电电路相接，由此，通过一次线圈来释放的电流脉冲便在成形线圈内感应成形电流脉冲。根据一种优先实施方式，成形单元包括一个与放电电路相接的一次线圈，从而产生强电流脉冲，还包括二个或多个插件，各插件在一次线圈所形成的开口内形成成形线圈装置，开口直径足以使联接端部从中通过，从而形成与上述连接部相配的成形空间；插件至少具有一个外层、内层及径向面，其由导电层来构成，并在附加面上与它们之间的绝缘层互相连接。根据本实施方式，典型的插件为梯形截面，其长底部向外，短底部向内，连接部并置。
上述优先实施方式的方法包括 使成形线圈装置靠近上述连接部，成形线圈装置包括一个与放电电路相接的一次线圈，从而产生强电流脉冲，还包括二个或多个插件，各插件在一次线圈所形成的开口内形成成形线圈装置，开口直径足以使联接端部从中通过，从而形成与上述连接部相配的成形空间；插件的外层为导电层，并在附加面上与它们之间的绝缘层互相连接； 在上述一次线圈内产生强电流脉冲，从而在成形线圈装置的内表面中产生成形电流，进而生成足以连接二个连接部分的脉冲磁力(PMF)； 分离上述插件，轴向移动一次线圈或所形成的驱动轴端，从而取出一次线圈。
根据一种优先实施方式，利用与端件一起临时装配从而产生轴向对称性的辅助装置，可实现良好的连接。在轴与端件之间形成连接之后，便可拆除辅助装置。
为便于理解本发明及其实施方式，以下参照非限制性示例及附图，来介绍优先实施方式，其中 图1A是传统的车辆驱动轴的纵向立体剖视图。
图1B是本发明的车辆驱动轴的纵向剖视图。
图1C表示轴的终端剖面，其在形成图1B的驱动轴之前封闭端部的端槽。
图2A是欲形成驱动轴的本发明装置的部分纵向剖视图。
图2B是图2A中箭头II所示的方向的视图。
图3A是本发明另一种实施方式的欲形成驱动轴的装置的纵向剖视图。
图3B是图3A中III-III线的剖视图。
图4表示典型的叉形驱动轴端件。
图5是与图4端件相连接的本发明装置的部分视图。
图6表示本发明另一种实施方式的线圈装置结构。
具体实施例方式 参见图1A，该图表示传统技术的驱动轴。驱动轴1包括一个管形轴2及二个联接端3与4，各处于轴端2的一端上。轴2的二个终端2A及2B被密封于端件3与4的凹槽3A与3B内，并利用传统的焊接点3B及4B对其进行焊接。
与传统技术的驱动轴不同，本发明制造的驱动轴6如图1B所示(同一部件附加同一参照号)，其形成方法为，利用PMF工艺，将轴2’焊接到联轴端3’及4’上。终端2A’及2B’密封在凹槽3A’及4A’内，通过PMF工艺来实现这一结构，如下所述。通过PMF工艺，终端2A’及2B’还被焊接到凹槽3A’及4A’内。
此处所示的轴是一种管子，在本发明的其它实施方式中，它可能是实心的延长型圆柱体。
图1C表示轴2’的终端2A’，在应用PMF之前，密封端部3’的凹槽3A’。在这二个工件之间有间隙，h与密封部长度I之比符合下列公式 h/I＝0.1-0.5 图2A及2B表示成形线圈装置，8表示驱动轴预装配体，包括一个具有法兰12的端部10及管轴端部11。线圈装置8由三个线圈部14A、14B及14C来构成，各由介电体15A、15B及15C来构成，并配有导电层16A、16B及16C。
层面16A、16B及16C可采用铜或其它结构材料。介电体15A、15B及15C可采用环氧树脂玻璃或任何其它合适的能承受强力(PMF工艺会在成形线圈中引起强大的径向力)的介电材料。各层面16A、16B及16C延长到附加面17上，各线圈部由此而互相连接。这样可在各线圈部的导电层之间进行可靠的电接触，各导电层形成绕组线圈。在另一端，导电层16A、16B的端部是二个外延导体18A及18B，它们连接到放电电路19上，该电路由电容电池20及开关21来构成。介电体15A、15B及15C可包括具有进出口的冷却通道21A、21B及21C，即进口22及出口23，从而从中传送冷却流体(气体或液体)。各线圈部可通过各种方法来连接，比如外支撑架或其它已知的合适固定装置。
在将部10连接到轴端部11上之后，线圈装置便可拆除，从而取下已成形的驱动轴端部。
参见图3A及3B，装置30配有驱动轴预装配体31，包括轴32及二个端部33，轴32的各端有一个。在本实施方式中，驱动轴的二个端部同时形成。
预装配体31安装于二个支架35之间，其具有阶状延长部36及处于轴32内的内体37，还具有一个中间部38及一个外部法兰39。预装配体固定于预装配体体系中。
装置包括二个成形体40及41，各具有一个多线圈式一次线圈44及45，由引线46在端部47来连接到放电电路48上，该电路由电容电池49及开关50来构成。一次线圈44及45与轴32共轴。二个月形成形装置42及43处于一次线圈44、45所形成的空间之内，共同构成一个成形线圈装置51，其也与轴32共轴。二个成形装置42及43形成成形空间52，围绕在预装配体的周围，并互相连接。支架55可处于形成形装置42、43之间，用于冷却及电流收集。端部56及57被绝缘，从而避免在二个插件之间发生电接触。
在工作中，由放电电路48来产生极短的强电脉冲，它穿过一次线圈44、45，从而在成形装置42及43内感应反向电流，该电流在各成形装置内流动，在成形装置与其内的预装配体之间引发磁脉冲，由此而使二者压缩连接，并互相发生高能量表面焊接。在本实施方式中，二种连接方式均同时发生。根据另一种实施方式，最好分离一次线圈44与45，从而对其分别提供独立的且具有单独的触发系统的放电电路。此外，线圈44及45也可以是并联的电导体(即均具有相同的放电电路)。
在图3A及3B所示的特定实施方式中，成形装置43固定到极柱60上，而成形装置42则连接到开口机构61上。操作结束后，一次线圈44及45可轴向移动，从而可取下成形装置42。在移动后，取下所形成的驱动轴。
如果联接端件与欲连接或焊接的工件有显著的轴不对称，比如驱动轴叉形端，则PMF所产生的电磁场便可能在非对称端不规则，这样会造成连接不均匀。为解决这一问题，可采用一个辅助装置，用于暂时恢复联接端的轴向对称。插件最好采用与联接件类似的电磁特性材料。
图4表示典型的驱动轴联接端件，其包括一个圆柱联接部71及一个叉形连接件72。
图5中，利用辅助装置75来对叉件70的轴向对称进行补偿，其包括一个一体式支架31。当预装配体固定到支架31上后，叉件72便与辅助装置75相结合，从而形成一体，且轴向对称。从装置中取下驱动轴后，辅助装置仍然与支架31连接。
本发明另一种实施方式的线圈组件如图6所示。二个成形线圈81及82形成结构体83及84的一部分，图中所示的是放大图，但在实用中它们互相靠近，之间的距离为2mm或更小。
结构体83是一种闭合的环路导体，由平面导体条来构成，用于线圈件81。结构体84采用类似的平面导体条，但其末端处于与放电电路(未图示)连接的开口端85及86处。
在使用中，当通过导体84来放电时，电流便沿着箭头90来流动，在导体83中则流动箭头91所示的反向电流。这样，便围绕由二个线圈部81及82形成的成形空间95产生循环电流。在该成形空间95内，安置欲连接的驱动轴预装配体及联接端，其朝向导电体83及84的内部。
权利要求
1.一种装置，用于形成具有轴及径向尺寸大于轴尺寸的联轴端的驱动轴，该装置包括
一个或二个成形组件，其用于分别形成驱动轴的一端或两端；该一个或二个成形组件各包括一个保持架及一个成形单元；
保持架用于承载驱动轴端部预装配体；该预装配体包括二个部件，其中之一是延长轴的端部，另一个是联接端部，不论是轴端部还是部分端部件一般均具有轴向中空的柱状形状，从而与另一个紧配件的轴向圆柱部相配合，端部及上述部件共同构成二个部件的圆柱连接部；
成形单元包括一个成形线圈装置，其形成用于与上述连接部相配的成形空间，还包括一个电流生成单元，用于在成形线圈内产生电流脉冲，从而产生脉冲磁力(PMF)，从而足以连接二个连接部；成形线圈装置由二个或多个线圈部件来构成，这些线圈部件依靠其连接力来互相紧密相接，它们可以拆开，从而使所形成的驱动轴端部脱离。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，包括二个同步形成驱动轴二端的成形组件。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，二个或多个线圈部件包括二个线圈端部，各与放电电路的一极相连。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，成形线圈装置包括三个线圈部件，其中二个是固定的线圈端部，一个是可移动的中间连接件。
5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，成形线圈装置的各部件的内层采用导电材料，外加固体采用介电材料。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，导电层延伸到附加面上。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，成形线圈装置与一次线圈进行感应性连接，一次线圈与放电电路相接，由此，通过一次线圈来释放的电流脉冲便在成形线圈内感应成形电流脉冲。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，包括二个成形组件，各具有独立的电流生成单元。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，包括二个成形组件，其具有互相相接的电流生成单元，从而在成形组件内同步放电。
10.一种装置，用于形成具有轴及径向尺寸大于轴尺寸的联轴端的驱动轴，该装置包括
一个或二个成形组件，其用于分别形成驱动轴的一端或两端；该一个或二个成形组件各包括一个保持架及一个成形单元；
保持架用于承载驱动轴端部预装配体；该预装配体包括二个部件，其中之一是延长轴的端部，另一个是联接端部，不论是轴端部还是部分端部件一般均具有轴向中空的柱状形状，从而与另一个紧配件的轴向圆柱部相配合，端部及上述部件共同构成二个部件的圆柱连接部；
成形单元包括一个与放电电路相接的一次线圈，从而产生强电流脉冲，还包括二个或多个插件，各插件在一次线圈所形成的开口内形成成形线圈装置，开口直径足以使联接端部从中通过，从而形成与上述连接部相配的成形空间；插件的外层为导电层，并在附加面上与它们之间的绝缘层互相连接。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，插件为梯形截面，其长底部向外，短底部向内，连接部并置。
12.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，插件具有多个轴向孔。
13.一种装置，用于形成具有轴及联轴端的驱动轴，该装置包括
一个或二个成形组件，其用于分别形成驱动轴的一端或两端；该一个或二个成形组件各包括一个保持架、一个成形单元及一个辅助装置；
保持架用于承载驱动轴端部预装配体；该预装配体包括二个部件，其中之一是延长轴的端部，另一个是联接端部，不论是轴端部还是部分端部件一般均具有轴向中空的柱状形状，从而与另一个紧配件的轴向圆柱部相配合，端部及上述部件共同构成二个部件的圆柱连接部；
成形单元包括一个成形线圈装置，其形成用于与上述连接部相配的成形空间，还包括一个电流生成单元，用于在成形线圈单元内产生强电流脉冲，从而产生PMF，从而足以连接二个连接部；成形线圈装置由二个或多个线圈部件来构成，这些线圈部件依靠其连接力来互相紧密相接，它们可以拆开，从而使所形成的驱动轴端部脱离；
辅助装置与联接端件一起临时装配，从而共同形成具有轴向对称性的结构体。
14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，上述辅助装置的材料的电磁特性与上述端部基本相同。
15.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，包括二个成形组件，用于同步形成驱动轴的二端。
16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，二个成形组件各具有独立的电流生成单元。
17.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，二个成形组件具有互相连接的电流生成单元，用于在二个成形组件内同步放电。
18.一种方法，用于形成具有轴及径向尺寸大于轴尺寸的联轴端的驱动轴，该方法包括
(a)提供一种规定轴线的轴，以及一种联轴端部；不论是轴端部还是部分端部一般均具有轴向中空的柱状形状，而另一个则具有轴向圆柱部，该圆柱部可在上述中空部内与上述圆柱部相配合，从而共同形成连接部，其中，外圆柱状中空体可与其内的紧配件相配合，从而共同形成二个部件的圆柱状连接部；
(b)将成形线圈装置配置到上述连接部的周围，成形线圈装置由二个或多个线圈部件来构成，这些线圈部件依靠其连接力来互相紧密相接，并与电流生成单元相接；
(c)在上述成形线圈装置内产生强电流脉冲，从而生成足以连接二个连接部分的脉冲磁力(PMF)；
(d)分离成形线圈装置，从而释放所形成的驱动轴端部；
可对轴的二端同时实施步骤(a)及(d)，从而将二个联接端部同时连接到轴的各端上，也可以首先实施步骤(a)至(d)，从而将一个联接端部连接到轴的一端上，然后重复这些步骤，从而将另一个联接端部连接到轴的另一端上。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，步骤(b)包括配置成形线圈，该线圈由三个线圈件来组成，其中二个是线圈端部，各与放电电路的一极相连，另一个是围绕上述连接件的中间连接件；步骤(c)包括使放电电路所产生的强电流脉冲从成形线圈中通过。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，成形线圈装置的各部配有一个内导电层及一个采用介电材料的外加强体。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，导电层延伸到附加面上。
22.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，成形线圈装置与一次线圈进行感应性连接，一次线圈与放电电路相接，步骤(c)包括通过一次线圈来释放强电流脉冲，由此在上述成形线圈内感应成形电流脉冲，从而产生PMF。
23.一种方法，用于形成具有轴及径向尺寸大于轴尺寸的联轴端的驱动轴，该方法包括
(a)提供一种规定轴线的轴，以及一种联轴端部；不论是轴端部还是部分端部一般均具有轴向中空的柱状形状，而另一个则具有轴向圆柱部，该圆柱部可在上述中空部内与上述圆柱部相配合，从而共同形成连接部，其中，外圆柱状中空体可与其内的紧配件相配合，从而共同形成二个部件的圆柱状连接部；
(b)将成形线圈装置配置到上述连接部附近，成形线圈装置包括一个与放电电路相接的一次线圈，从而产生强电流脉冲，还包括二个或多个插件，各插件在一次线圈所形成的开口内形成成形线圈装置，开口直径足以使联接端部从中通过，从而形成与上述连接部相配的成形空间；插件的外层为导电层，并在附加面上与它们之间的绝缘层互相连接；
(c)在上述一次线圈内产生强电流脉冲，从而在成形线圈装置的内表面感应成形电流，从而生成足以连接二个连接部分的脉冲磁力(PMF)；
(d)分离上述插件，并轴向取下一次线圈或所形成的驱动轴端部，从而取下一次线圈；
可对轴的二端同时实施步骤(a)及(d)，从而将二个联接端部同时连接到轴的各端上，也可以首先实施步骤(a)至(d)，从而将一个联接端部连接到轴的一端上，然后重复这些步骤，从而将另一个联接端部连接到轴的另一端上。
24.一种方法，用于形成具有轴及径向尺寸大于轴尺寸的联轴端的驱动轴，该方法包括
(a)提供一种规定轴线的轴，以及一种联轴端部；不论是轴端部还是部分端部一般均具有轴向中空的柱状形状，而另一个则具有轴向圆柱部，该圆柱部可在上述中空部内与上述圆柱部相配合，从而共同形成连接部，其中，外圆柱状中空体可与其内的紧配件相配合，从而共同形成二个部件的圆柱状连接部；
(b)将成形线圈装置配置到上述连接部附近，成形线圈装置包括一个与放电电路相接的一次线圈，从而产生强电流脉冲，还包括二个或多个插件，各插件在一次线圈所形成的开口内形成成形线圈装置，开口直径足以使联接端部从中通过，从而形成与上述连接部相配的成形空间；插件的外层为导电层，并在附加面上与它们之间的绝缘层互相连接；
(c)在上述联轴端件上临时装配一个辅助装置，从而一体形成具有轴向对称性的基体；
(d)在上述成形线圈装置内产生强电流脉冲，从而生成足以连接二个连接部分的脉冲磁力(PMF)
(e)从联轴端上取下辅助装置，分离成形线圈装置，从而释放如此形成的驱动轴端部；
可对轴的二端同时实施步骤(a)-(e)，从而将二个联接端部同时连接到轴的各端上，也可以依次实施步骤(a)至(e)，从而将一个联接端部连接到轴的一端上，然后重复这些步骤，从而将另一个联接端部连接到轴的另一端上。
25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，辅助装置的材料的电磁特性与上述部件相同。
全文摘要
一种用于制造车辆驱动轴(32)的装置(30)及方法，其采用PMF工艺。PMF装置所用的线圈装置围绕在轴的周围，它包括二个或多个线圈部件(40，41，43，42，44，45)，它们互相牢固地连接，可互相分离，从而取下所形成的驱动轴(32)。
文档编号B23K20/06GK1917972SQ200580003179
公开日2007年2月21日 申请日期2005年1月25日 优先权日2004年1月26日
发明者奥伦·加福里, 尤里·利夫希茨 申请人:普尔萨焊接有限公司