磁脈沖成形的車輛驅(qū)動(dòng)軸及制造驅(qū)動(dòng)軸的方法
【專利摘要】一種使用磁脈沖成形技術(shù)來(lái)形成滑動(dòng)的花鍵型接頭的方法，該方法包括提供陰的驅(qū)動(dòng)軸構(gòu)件和具有向內(nèi)形成的花鍵的開(kāi)有花鍵的插入件。提供陽(yáng)的驅(qū)動(dòng)軸構(gòu)件，其具有向外形成的與插入件嚙合的花鍵。提供具有外肋的心軸，外肋具有與陽(yáng)驅(qū)動(dòng)軸構(gòu)件的外花鍵外形相同的外形。提供電感器，該電感器能夠被通電而形成脈沖磁場(chǎng)。插入件放置在心軸上。陰的驅(qū)動(dòng)軸構(gòu)件設(shè)置在插入件上，兩者放置在電感器內(nèi)。電感器通電而使插入件上的陰的驅(qū)動(dòng)軸構(gòu)件的一部分變形，以形成陣列的卷邊，以便永久地連接陰的驅(qū)動(dòng)軸構(gòu)件與插入件。陽(yáng)的驅(qū)動(dòng)軸構(gòu)件嚙合到插入件，以提供滑動(dòng)花鍵型的滑動(dòng)接頭。
【專利說(shuō)明】磁脈沖成形的車輛驅(qū)動(dòng)軸及制造驅(qū)動(dòng)軸的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及車輛驅(qū)動(dòng)軸組件，具體來(lái)說(shuō)，涉及使用磁脈沖成形技術(shù)來(lái)形成滑動(dòng)的花鍵型接頭的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]本發(fā)明涉及驅(qū)動(dòng)軸設(shè)計(jì)和制造驅(qū)動(dòng)軸的方法，該方法能夠利用磁脈沖成形技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)來(lái)簡(jiǎn)化驅(qū)動(dòng)軸滑動(dòng)花鍵型接頭，并消除作用的工作心軸表面的電腐蝕。
[0003]扭矩傳遞軸(驅(qū)動(dòng)軸)被廣泛地用于將來(lái)自轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)力源的轉(zhuǎn)動(dòng)功率傳遞到可轉(zhuǎn)動(dòng)的從動(dòng)機(jī)構(gòu)。例如，在當(dāng)今使用的大部分陸上車輛中，設(shè)置傳動(dòng)系統(tǒng)，將來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)/傳動(dòng)組件的輸出軸的轉(zhuǎn)動(dòng)功率傳遞到軸組件的輸出軸上，以轉(zhuǎn)動(dòng)地驅(qū)動(dòng)車輛的輪子。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，典型的車輛傳動(dòng)系統(tǒng)包括中空的圓柱形驅(qū)動(dòng)軸管。第一萬(wàn)向接頭連接在發(fā)動(dòng)機(jī)/傳動(dòng)組件的輸出軸和驅(qū)動(dòng)軸管的第一端之間，而第二萬(wàn)向接頭連接在驅(qū)動(dòng)軸管的第二端和軸組件的輸入軸之間。萬(wàn)向接頭提供轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)連接，該驅(qū)動(dòng)連接通過(guò)驅(qū)動(dòng)軸管從發(fā)動(dòng)機(jī)/傳動(dòng)組件的輸出軸連接到軸組件的輸入軸，同時(shí)，調(diào)節(jié)諸軸的旋轉(zhuǎn)軸線之間有限的未對(duì)齊量。
[0004]如果驅(qū)動(dòng)軸管具有兩段或多段，則第一驅(qū)動(dòng)軸段和第二驅(qū)動(dòng)軸段的連接通常使用滑動(dòng)的花鍵型滑動(dòng)接頭來(lái)實(shí)現(xiàn)，該花鍵型滑動(dòng)接頭具有合作的陽(yáng)和陰構(gòu)件，其帶有形成在其上的相應(yīng)的多個(gè)花鍵。陽(yáng)構(gòu)件形狀通常是圓柱形的，并具有多個(gè)形成在其外表面上的向外延伸的花鍵。陰構(gòu)件形狀通常是真空的圓柱形，并具有多個(gè)形成在其內(nèi)表面上的向內(nèi)延伸的花鍵。陽(yáng)構(gòu)件插入在陰構(gòu)件內(nèi)，使陽(yáng)構(gòu)件的向外延伸花鍵與陰構(gòu)件的向內(nèi)延伸花鍵合作。其結(jié)果，陽(yáng)和陰構(gòu)件連接在一起，用于同時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)和相對(duì)的軸向運(yùn)動(dòng)。
[0005]理論上講，如果驅(qū)動(dòng)軸的陽(yáng)和陰構(gòu)件是由鋁管制成的話，那么，花鍵可使用磁脈沖成形技術(shù)來(lái)形成。磁脈沖成形已被開(kāi)發(fā)成為成形和組裝金屬零件的手段。該技術(shù)使用圓柱形電感器來(lái)處理管形零件特別方便，但也能夠借助于平電感器來(lái)形成金屬板。如果必要的話，則在單一步驟中就可執(zhí)行成形和組裝操作。最容易通過(guò)脈沖磁場(chǎng)成形的材料是諸如銅、黃銅和鋁之類的具有高導(dǎo)電率的材料。如果采用非常高頻率脈沖或用鋁或銅制成的驅(qū)動(dòng)環(huán)，則也可成形低導(dǎo)電率的材料。
[0006]與其它金屬成形方法相比，磁脈沖成形具有以下若干個(gè)優(yōu)點(diǎn):過(guò)程容易控制，成形工具(電感器)與待要成形的構(gòu)件不是機(jī)械連接(遵循無(wú)工具的刻痕)；同樣的電感器可用于形成不同形狀的零件；成形可通過(guò)絕緣壁和真空來(lái)進(jìn)行；僅需使用單件的工具(心軸或模具)；存在非常高的特殊成形壓力；非常高的成形速度提高金屬的塑性，且生產(chǎn)率很高。磁脈沖成形的根本缺點(diǎn)是:難于執(zhí)行深度拉長(zhǎng)；在實(shí)踐中不使用驅(qū)動(dòng)器成形大多數(shù)類型的鋼是不可能的，且在電流自由通路受限時(shí)成形零件也是不可能的。
[0007]磁脈沖成形技術(shù)使用高壓電容器組、大電流開(kāi)關(guān)、成形電感器、高壓電源，以及導(dǎo)電工件。通過(guò)電容器組放電到成形電感器內(nèi)，形成磁場(chǎng)。工件通常放置得非常靠近電感線圈，這樣，渦流感應(yīng)到工件內(nèi)。從磁場(chǎng)產(chǎn)生的時(shí)刻起，渦流以電磁方式沿線圈電流相反方向感應(yīng)到工件內(nèi)。電感器線圈和工件內(nèi)的相反方向流動(dòng)的電流的交互作用造成互相排斥。該互相排斥在電感器線圈和工件表面上造成壓力脈沖。電感器必須在力學(xué)上強(qiáng)度非常大以承受住該壓力而無(wú)變形。于是，電磁壓力的脈沖致使僅位于電感器線圈下方的工件部分發(fā)生高速變形。該工件快速地移離線圈，直到所有起始的動(dòng)能全都消耗在變形上，或直到該待要成形的部分與成形表面碰撞，例如，與心軸碰撞。磁場(chǎng)的脈沖通常保持很短以避免由于磁場(chǎng)穿透工件壁造成的磁壓力降低。如果電感器圍繞工件外部設(shè)置，那么，工件可向內(nèi)變形而與心軸的支承表面嚙合以形成陰花鍵。另一方面，如果電感器設(shè)置在工件內(nèi)部，那么，工件可向外變形而與支承表面嚙合以形成陽(yáng)花鍵。
[0008]然而，在實(shí)踐中難于實(shí)現(xiàn)該所描述的技術(shù)，尤其是在通常制造驅(qū)動(dòng)軸的大體積生產(chǎn)條件下。確實(shí)，從效率、可靠性和安全性的觀點(diǎn)來(lái)看，為了形成鋁管的花鍵，最合適的磁脈沖成形機(jī)器是這樣的機(jī)器:其電容器電池的電壓低于10kv，磁脈沖頻率約為10kHz。但因?yàn)橥ǔ５匿X驅(qū)動(dòng)軸管的壁厚是2.0-2.5_，所以，不可避免地是，該頻率的磁場(chǎng)將部分地穿過(guò)內(nèi)管表面和心軸支承表面之間的空間中的管壁。在高速管變形的過(guò)程中，穿透的磁通量(平均磁場(chǎng)乘上磁場(chǎng)穿透的垂直面積的乘積)將被捕捉和快速地在間隙內(nèi)受壓縮。其結(jié)果，沿著這些表面的周界誘發(fā)出非常高的相反電流，且在管子在心軸周圍碰撞的時(shí)刻，發(fā)生了接觸表面的電腐蝕。該腐蝕在心軸槽的底部特別強(qiáng)，心軸槽的底部是花鍵頂部首先接觸到的地方。該電腐蝕非常快地毀壞心軸工作表面。這些表面的電腐蝕是磁脈沖成形技術(shù)廣泛擴(kuò)大到必須使用心軸/模具的應(yīng)用中的主要局限性。理論上講，例如，使用絕緣涂層或定位器，可保護(hù)心軸表面免遭腐蝕。還有，較高頻率和隨之的較高電壓磁脈沖機(jī)器可降低腐蝕的強(qiáng)度。但要在實(shí)踐中實(shí)現(xiàn)解決該問(wèn)題的機(jī)會(huì)，在技術(shù)上是困難的和費(fèi)錢的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明涉及使用磁脈沖成形技術(shù)形成滑動(dòng)的花鍵型結(jié)構(gòu)的方法。根據(jù)本發(fā)明，提供形成滑動(dòng)的花鍵型接頭的方法，該方法包括提供陰的管形驅(qū)動(dòng)軸構(gòu)件和管形開(kāi)花鍵的插入件，其具有至少一個(gè)陣列的向內(nèi)形成的花鍵。提供陽(yáng)的驅(qū)動(dòng)軸構(gòu)件，其具有向外形成的與開(kāi)花鍵的插入件嚙合的花鍵，以及具有外肋的心軸，外肋具有基本上與陽(yáng)驅(qū)動(dòng)軸構(gòu)件的外花鍵外形相同的外形。還提供電感器，該電感器能夠被通電而形成脈沖磁場(chǎng)。管形開(kāi)花鍵的插入件放置在心軸上。陰的管形驅(qū)動(dòng)軸構(gòu)件設(shè)置在開(kāi)花鍵的插入件上，然后，兩者同軸地放置在電感器內(nèi)。電感器通電而使插入件上的陰的管形驅(qū)動(dòng)軸構(gòu)件的至少一部分變形，以形成至少一個(gè)環(huán)形陣列的卷邊，以便永久地連接陰的管形驅(qū)動(dòng)軸構(gòu)件與插入件。陰的驅(qū)動(dòng)軸構(gòu)件與插入件一起從電感器中移去，陽(yáng)的驅(qū)動(dòng)軸構(gòu)件與開(kāi)有花鍵的插入件相嚙合，并嚙合到與陰的管形驅(qū)動(dòng)軸構(gòu)件連接的開(kāi)有花鍵的插入件內(nèi)，以提供滑動(dòng)花鍵型的滑動(dòng)接頭。
[0010]根據(jù)本發(fā)明，高度要求開(kāi)發(fā)驅(qū)動(dòng)軸的設(shè)計(jì)和制造工藝過(guò)程，該工藝過(guò)程能夠利用磁脈沖成形技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，以簡(jiǎn)化驅(qū)動(dòng)軸滑動(dòng)的花鍵型滑動(dòng)接頭，并消除工作心軸表面的電腐蝕。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]本【技術(shù)領(lǐng)域】?jī)?nèi)技術(shù)人員借助于附圖考慮時(shí)，從以下的詳細(xì)描述中將會(huì)容易地明白本發(fā)明上述的以及其它的優(yōu)點(diǎn)，附圖中:
[0012]圖1是根據(jù)本發(fā)明的車輛驅(qū)動(dòng)軸的軸向剖視圖；
[0013]圖2是沿著線2-2截取的圖1所示插入件的剖視圖；
[0014]圖3是圖1所示插入件的軸向剖視圖；
[0015]圖4是施加磁脈沖之前和之后的心軸、插入件和陰的管組件的部分剖視圖；
[0016]圖5是圖1所示驅(qū)動(dòng)軸的剖視圖；
[0017]圖6是圖8所示的插入件20b的另一實(shí)施例的軸向剖視圖；
[0018]圖7是圖8所示的插入件20c的另一實(shí)施例的軸向剖視圖；
[0019]圖8示出圖1所示滑動(dòng)的花鍵型滑動(dòng)接頭的不同實(shí)施例；
[0020]圖9是裝置和工藝過(guò)程的圖示；
[0021]圖10是根據(jù)本發(fā)明的裝置和工藝過(guò)程的圖示。

【具體實(shí)施方式】
[0022]應(yīng)該理解到，本發(fā)明可呈各種替代的定向和步驟順序，除非明確地作相反規(guī)定之夕卜。還應(yīng)理解到，附圖中所示的具體的裝置和過(guò)程，以及以下說(shuō)明書(shū)中所描述的，均是附后權(quán)利要求書(shū)中定義的本發(fā)明概念的簡(jiǎn)單的示范實(shí)施例。因此，涉及所披露實(shí)施例的具體地尺寸、方向或其它物理特征不被認(rèn)為是限制的，除非權(quán)利要求書(shū)另有明確陳述。
[0023]現(xiàn)參照附圖，尤其是圖1，圖中示出了具有滑動(dòng)的花鍵型滑動(dòng)接頭的驅(qū)動(dòng)軸組件
10。該驅(qū)動(dòng)軸組件10包括陰的驅(qū)動(dòng)軸管11和陽(yáng)的驅(qū)動(dòng)軸管12。陽(yáng)的驅(qū)動(dòng)軸管12的第一端部13以可伸縮方式被接納在陰的驅(qū)動(dòng)軸管11的第一端部14內(nèi)。陽(yáng)的驅(qū)動(dòng)軸管12的第二端部15連接到第一軛16。陰的驅(qū)動(dòng)軸管11的第二端部17連接到第二軛18，例如，借助于磁脈沖焊接工藝進(jìn)行連接。陽(yáng)的驅(qū)動(dòng)軸管12的第一端部13具有環(huán)形陣列的徑向向外延伸的花鍵或嚙合的段19。嚙合的段19連續(xù)地從陽(yáng)的驅(qū)動(dòng)軸管12的第一端部13延伸到第二端部15。
[0024]在陽(yáng)的驅(qū)動(dòng)軸管12的第一端部13和陰的驅(qū)動(dòng)軸管11的第一端部14之間，定位了插入件20，其具有第一和第二環(huán)形陣列的初步形成的軸向花鍵21、22。插入件20的橫截面示出了兩個(gè)環(huán)形陣列的花鍵21、22，該截面圖顯示在圖2中，還顯示了花鍵21、22的插入件20的軸向剖視圖顯示在圖3中。
[0025]如圖2所示，花鍵21、22彼此對(duì)齊，在每一組內(nèi)有相等數(shù)量的花鍵21、22。在每組內(nèi)，花鍵21、22的寬度、長(zhǎng)度和深度相等?；ㄦI21、22沿軸向彼此間距開(kāi)，如圖3所示，環(huán)形囊袋23形成在花鍵21、22之間。囊袋23圍繞插入件20保持基本上相等的長(zhǎng)度、深度和寬度，圍繞插入件20還保持相同的軸向距離?；ㄦI21、22可以是向外展開(kāi)的，以在插入件20的各端處形成半個(gè)珠緣。
[0026]現(xiàn)參照?qǐng)D4，圖中示出磁脈沖卷邊操作之前(底部視圖)和卷邊操作之后(上部視圖)，卷邊一組件的區(qū)域內(nèi)的一部分橫截面，該組件包括心軸28、插入件20和陰的驅(qū)動(dòng)軸管11的第一端部14。心軸28的表面應(yīng)在將插入件20放到其上之前進(jìn)行潤(rùn)滑，以在磁脈沖卷邊之后便于從插入件20中拔出心軸28。
[0027]插入件20可用任何合適材料或材料的組合制成，并可具有任何合適的長(zhǎng)度。插入件20內(nèi)的花鍵21、22也可具有任何合適的長(zhǎng)度。一般地，插入件20應(yīng)由金屬材料或金屬合金材料形成?？刹捎蒙a(chǎn)插入件20內(nèi)花鍵21、22的不同技術(shù)，這視需要的插入件20的材料和長(zhǎng)度而定。例如，如果插入件20相當(dāng)長(zhǎng)并由鋼或其它金屬管制成，則粗加工技術(shù)是非常有效的。
[0028]然而，如果插入件20做得較短，則金屬粉末或擠壓技術(shù)可以是更加有效。為了強(qiáng)有力地抵抗車輛中驅(qū)動(dòng)軸運(yùn)行過(guò)程中影響軸的徑向力，并不強(qiáng)制要求插入件20圓周向是閉合的。實(shí)際上，在磁脈沖卷邊之后，陰的驅(qū)動(dòng)軸管11的第一端部14將發(fā)揮作用來(lái)抵抗滑動(dòng)接頭區(qū)域內(nèi)的該徑向力。正因?yàn)榇耍迦爰?0可具有如圖7所示的切口 29。因此，通過(guò)分開(kāi)地或聯(lián)合地使用切割、沖切和彎曲操作，來(lái)對(duì)花鍵21、22切割工件并將插入件20彎曲成最后的圓形形狀，便可容易地從金屬帶或金屬板生產(chǎn)出插入件。
[0029]在將插入件彎曲成圓形之后，如果有必要更精確地保持插入件20的圓形形狀，則切口 29的邊緣可完全地焊接，或就只是點(diǎn)焊以加強(qiáng)要求的圓形形狀。應(yīng)該理解到，為了生產(chǎn)插入件20而不改變本發(fā)明的范圍，可使用不同的實(shí)施例、材料和技術(shù)。因?yàn)椴迦爰?0的花鍵區(qū)域21、22的最后形狀由于磁脈沖卷邊操作(其可使操作非常精確)而由心軸28的形狀限定，所以，對(duì)插入件20的尺寸要求相當(dāng)?shù)?，該事?shí)便于技術(shù)的選定。
[0030]現(xiàn)參照?qǐng)D8，圖中示出根據(jù)插入件20不同實(shí)施例的滑動(dòng)的花鍵型滑動(dòng)接頭軸向截面的幾個(gè)形式。替代的實(shí)施例顯示為20a、20b、20c和20d。替代的實(shí)施例提供不同的保持和分配油脂的能力。眾所周知，充分的潤(rùn)滑對(duì)于滑動(dòng)的花鍵型滑動(dòng)接頭的合適運(yùn)行是特別地重要。一般地，油脂被用作為潤(rùn)滑劑。然而，應(yīng)該理解到，也可使用其它的潤(rùn)滑劑，諸如油或干潤(rùn)滑劑。提供的潤(rùn)滑劑便于驅(qū)動(dòng)軸組件10的合適運(yùn)行，并防護(hù)避免發(fā)生腐蝕和磨損。
[0031]在圖8中，實(shí)施例20a是生產(chǎn)相對(duì)長(zhǎng)的花鍵21a、22a的粗加工過(guò)程的實(shí)例。然而，在實(shí)踐中，該技術(shù)可提供僅一個(gè)囊袋23a來(lái)保持油脂，如果驅(qū)動(dòng)軸滑動(dòng)距離較短，則這潛在地可造成沿滑動(dòng)表面軸向非均勻的油脂分布。
[0032]插入件20d的形狀提供了更加均勻的軸向油脂分布，該插入件20d的形狀可具有兩個(gè)油脂囊袋23d，就如圖8的右底部所示。在該實(shí)施例中，花鍵2Id、22d是短的。粗加工過(guò)程對(duì)該類型的插入件是不合適的(由于可形成的花鍵的最小長(zhǎng)度，它具有固有的局限性)。插入件20d最好使用金屬板材來(lái)生產(chǎn)。
[0033]同樣的技術(shù)看來(lái)，生產(chǎn)20d最好也用于插入件20c的實(shí)施例，顯示在圖8的右上部。在該情形中，因?yàn)椴迦爰?0c較短，所以，當(dāng)驅(qū)動(dòng)軸組件10組裝時(shí)，非常大的囊袋23c自動(dòng)地形成在陰的驅(qū)動(dòng)軸管11的第一端部14和陽(yáng)的驅(qū)動(dòng)軸管12的第一端部13之間的空間內(nèi)(用虛線顯示)。該囊袋23c提供給油脂，但如果油脂圓形地非均勻分布，則大量油脂可使驅(qū)動(dòng)軸失去平衡。這是不可接受的，因?yàn)檫@在驅(qū)動(dòng)軸組件運(yùn)行和轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中可造成車輛振動(dòng)。為了避免不平衡，由可滲透油脂的材料(例如，氈呢)制成的套筒31可在組裝驅(qū)動(dòng)軸組件10過(guò)程中插入。
[0034]生產(chǎn)圖8左上部所示的插入件20b的實(shí)施例，擠壓成形方法或金屬粉末技術(shù)是最佳的方法。因?yàn)榉勰┎牧瞎逃械奶匦?，由金屬粉末制造的插入?0b自身可潤(rùn)滑。在保持油脂的該實(shí)施例中，如果插入件20b通過(guò)擠壓方法制成，則在擠壓之后凸出部分32可通過(guò)任何合適方法形成在擠壓形成的插入件20b內(nèi)。在磁脈沖卷邊操作過(guò)程中，如果有必要相對(duì)于陰的驅(qū)動(dòng)軸管11的第一端部14精確地且同軸地定位插入件20b，則可使用由塑料或金屬制成的環(huán)33、34。
[0035]現(xiàn)參照?qǐng)D9，圖中示出一部分的控制回路40，其用于執(zhí)行磁脈沖成形過(guò)程或磁脈沖焊接過(guò)程。為了簡(jiǎn)化附圖，驅(qū)動(dòng)軸組件10的某些部分的位置顯示為陰的驅(qū)動(dòng)軸管11的第二端部17已經(jīng)通過(guò)磁脈沖焊接方法與第二軛18焊接時(shí)的那個(gè)時(shí)刻。
[0036]陰的驅(qū)動(dòng)軸管11的第一端部14具有第一和第二環(huán)形陣列的磁脈沖成形卷邊24、25(如圖5所示)，它們沿軸向彼此間距開(kāi)，并提供陰的驅(qū)動(dòng)軸管11的第一端部14的內(nèi)表面與插入件20外表面之間的可靠連接。陽(yáng)的驅(qū)動(dòng)軸管12的第一端部13的嚙合段19的外表面可滑動(dòng)地與形成在插入件20內(nèi)的花鍵21、22內(nèi)表面連接。應(yīng)該理解到，花鍵的附加的環(huán)形陣列可按照需要形成在陰的驅(qū)動(dòng)軸管11的第一端部14和插入件20上。在后一種情形中，更多的囊袋23將自動(dòng)地形成在插入件20內(nèi)，如圖8上所示的不同實(shí)施例中清楚地圖示的那樣。在組裝驅(qū)動(dòng)軸組件10之后，油脂將積聚和保持在滑動(dòng)的花鍵型滑動(dòng)接頭的囊袋23內(nèi)。在滑動(dòng)過(guò)程中，該油脂將沿著陽(yáng)的驅(qū)動(dòng)軸管12的第一端部13的嚙合段19以及插入件20的花鍵21、22的接觸表面分布，這對(duì)于滑動(dòng)接頭的功能和壽命都是高度有利的。橡膠或塑料靴27可用來(lái)保護(hù)滑動(dòng)的花鍵型滑動(dòng)接頭的所有零件免遭污染，如圖8所示。
[0037]控制回路40本身在行內(nèi)是傳統(tǒng)的，所示的控制回路40意欲代表執(zhí)行磁脈沖成形過(guò)程或磁脈沖焊接過(guò)程的任何結(jié)構(gòu)。因此，本發(fā)明的范圍不欲被局限于如圖9所示的控制回路40。
[0038]所示的控制回路40包括電感器線圈41，其適于圍繞陰的驅(qū)動(dòng)軸管11的待要焊接的第二端部17設(shè)置。電感器線圈41可形成為具有任何要求的結(jié)構(gòu)，諸如授予Yablochnikov的美國(guó)專利N0.4，129，846中所示和所描述的那樣，本文以參見(jiàn)方式引入該專利。
[0039]電感器線圈41連接到示意地示出的控制回路40，以有選擇地運(yùn)行該電感器線圈。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，電感器線圈41的一端連接到第一電導(dǎo)體42，而電感器線圈41的另一端通過(guò)放電開(kāi)關(guān)43連接到第二電導(dǎo)體44。多個(gè)高電壓電容器45或其它能量?jī)?chǔ)存裝置連接在第一和第二電導(dǎo)體42、44之間。第一電導(dǎo)體42還連接到電源46，而第二電導(dǎo)體44通過(guò)充電開(kāi)關(guān)47連接到電源46?？刂苹芈返慕Y(jié)構(gòu)和運(yùn)行在授予Yablochnikov的美國(guó)專利N0.5，981，921中有詳細(xì)描述，本文以參見(jiàn)方式引入該專利。
[0040]執(zhí)行磁脈沖焊接過(guò)程或磁脈沖成形過(guò)程的電感器線圈41的操作在行內(nèi)是眾所周知的，可再次參照以上參考的專利以求詳細(xì)的解釋。然而，簡(jiǎn)要地說(shuō)，如圖9所示，先斷開(kāi)放電開(kāi)關(guān)43并閉合充電開(kāi)關(guān)47，由此操作電感器線圈41。這允許電能從電源46轉(zhuǎn)換到各個(gè)電容器45。當(dāng)電容器45被充電到預(yù)定電壓時(shí)，充電開(kāi)關(guān)47斷開(kāi)，如圖9所示。此后，當(dāng)希望對(duì)電感器線圈41通電時(shí)，放電開(kāi)關(guān)43閉合。其結(jié)果，電流的高能脈沖從電容器45流過(guò)電感器線圈41，由此，圍繞工件或在工件內(nèi)產(chǎn)生巨大的和瞬時(shí)的電磁場(chǎng)。
[0041]在所示的實(shí)施例中，電感器線圈41的尺寸和形狀做成同心地圍繞陰的驅(qū)動(dòng)軸管11設(shè)置。因此，當(dāng)電感器線圈41通電且產(chǎn)生電磁場(chǎng)時(shí)，很大的力作用在陰的驅(qū)動(dòng)軸管11的外表面上，致使它遠(yuǎn)離電感器線圈41向內(nèi)坍癟。根據(jù)所產(chǎn)生的電磁場(chǎng)的強(qiáng)度和其它因素，電感器線圈41既可用來(lái)執(zhí)行磁脈沖成形過(guò)程也可執(zhí)行磁脈沖焊接過(guò)程，在磁脈沖成形過(guò)程中，陰的驅(qū)動(dòng)軸管11變形到要求的形狀，在磁脈沖焊接過(guò)程中，兩個(gè)金屬工件永久地固定在一起，就如以上詳細(xì)描述的。
[0042]眾所周知，提高待要焊接或待要成形的管子的塑性，會(huì)顯著降低控制回路40所有元件的磨損，因?yàn)榇琶}沖焊接或卷邊提供了良好質(zhì)量的接頭，磁脈沖需要用的能量較小。如今，降低磁脈沖需要能量的最普遍方法是基于:借助于稱作倒退的熱處理(RHT)的技術(shù)降低材料的屈服強(qiáng)度。
[0043]該方法在本發(fā)明中可用于對(duì)陰的驅(qū)動(dòng)軸管11第二端部17的磁脈沖焊接，以及對(duì)陰的驅(qū)動(dòng)軸管11第一端部14上的第一和第二環(huán)形陣列的磁脈沖成形的卷邊24、25實(shí)施磁脈沖成形過(guò)程。典型的RHT，6061T6鋁合金的屈服強(qiáng)度從40ksi下降到約lOksi，這允許顯著地降低磁脈沖成形過(guò)程或磁脈沖焊接過(guò)程所需的能量(授予Alcoa的美國(guó)專利N0.4，766，664，本文以參見(jiàn)方式引入該專利)。
[0044]磁脈沖焊接應(yīng)用中的RHT技術(shù)的根本缺點(diǎn)是存在著冷卻步驟，在冷卻步驟過(guò)程中，加熱能(約為磁脈沖能量的20倍)不僅浪費(fèi)掉，而且不能像焊接過(guò)程的理論上有益的優(yōu)點(diǎn)那樣提供。的確，為了焊接金屬塊，通過(guò)接納任何類型的能量來(lái)激活表面的原子。加熱是對(duì)原子提供激活必需能量的最方便和有效的方法。于是，理論上講，只是預(yù)熱管端對(duì)于磁脈沖焊接驅(qū)動(dòng)軸應(yīng)比使用RHT技術(shù)更佳。當(dāng)然，如果使用預(yù)熱來(lái)促進(jìn)磁脈沖焊接，那么，就如本發(fā)明選擇的使用預(yù)熱來(lái)促進(jìn)磁脈沖成形操作是有意義的。
[0045]在40多年前授予Brower和Fortescue的美國(guó)專利N0.3, 126, 937中已經(jīng)提出了涉及磁脈沖技術(shù)中的感應(yīng)預(yù)熱的大部分真正重要的創(chuàng)新，本文以參見(jiàn)方式引入該專利。有關(guān)在不同的磁脈沖過(guò)程中進(jìn)行感應(yīng)預(yù)熱的專利獲得成績(jī)，且該預(yù)熱方法用于本發(fā)明中。為此，如圖9所示，使用高頻電源50和預(yù)熱電感器51。
[0046]磁脈沖焊接過(guò)程，起始于將對(duì)陰的驅(qū)動(dòng)軸管11的第二端部17插入到預(yù)熱電感器51內(nèi)，并將第二軛18的頸部插入電感器線圈41內(nèi)。插入件20定位在陰的驅(qū)動(dòng)軸管11的第一端部14內(nèi)，將插入件20放到心軸28上。應(yīng)該理解到，使用自動(dòng)化工具(未示出)，在磁脈沖連接過(guò)程中軸向地移動(dòng)驅(qū)動(dòng)軸部分。該預(yù)熱電感器51用高頻電源50通電，將控制回路40的電容器45充電到預(yù)定電壓。在將陰的驅(qū)動(dòng)軸管11的第二端部17預(yù)熱到預(yù)定溫度之后，關(guān)斷高頻電源50，在電感器線圈41內(nèi)立即沿軸向方向移動(dòng)陰的驅(qū)動(dòng)軸管11，并在陰的驅(qū)動(dòng)軸管11的第二端部17正確定位的時(shí)刻立即停止。借助于對(duì)控制回路40的電容器45放電來(lái)對(duì)電感器線圈41通電，這實(shí)現(xiàn)了用第二軛18對(duì)陰的驅(qū)動(dòng)軸管11的第二端部17的磁脈沖循環(huán)焊接。在分開(kāi)的步驟中，將第二軛18附連到陰的驅(qū)動(dòng)軸管11的第二端部17也納入在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
[0047]此后，陰的驅(qū)動(dòng)軸管11連同插入件20和心軸28 —起軸向地向左移動(dòng)，直到陰的驅(qū)動(dòng)軸管11的第一端部14合適地定位在預(yù)熱電感器51內(nèi)，以在陰的驅(qū)動(dòng)軸管11的第一端部14上形成第一和第二環(huán)形陣列的磁脈沖成形的卷邊24、25。加熱和卷邊操作順序與以上對(duì)焊接描述的順序相同，然而，預(yù)熱的通常時(shí)間或功率不同，且磁脈沖的能量低。在形成一排卷邊之后，所有的組件返回到預(yù)熱電感器51，并在指明某個(gè)距離的新的軸向位置中停止，該距離等于陰的驅(qū)動(dòng)軸管11的第一端部14上第一和第二環(huán)形陣列的磁脈沖成形卷邊
24、25之間的空間。
[0048]接下來(lái)，重復(fù)加熱和卷邊操作的順序，但如果必要的話，則可再次糾正加熱和磁脈沖的參數(shù)。如果需要的話，可以相同方式作出第三排和/或更多排的卷邊。最后，從插入件20中撤回心軸28，于是制成驅(qū)動(dòng)軸組件10。
[0049]從以上描述中可知，本【技術(shù)領(lǐng)域】?jī)?nèi)技術(shù)人員可容易地確定本發(fā)明的基本特征，并在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下，可對(duì)本發(fā)明作出各種改變和修改，以將其改適到各種用途和條件。例如，所描述的磁脈沖操作的三個(gè)狀態(tài)順序?qū)τ诖篌w積驅(qū)動(dòng)軸的生產(chǎn)不是最佳的。可容易地看到，如果使用三對(duì)預(yù)熱電感器和電感器線圈，則可同時(shí)進(jìn)行這三個(gè)階段。當(dāng)然，使電感器通電的電源必須合適地充電，這使得生產(chǎn)設(shè)備顯著地更加昂貴。
[0050]作為折衷的便宜得多的選擇方案，可使用兩級(jí)的磁脈沖過(guò)程。為此，有必要(見(jiàn)圖10)順序地連接兩對(duì)預(yù)熱電感器51和電感器線圈41，根據(jù)所執(zhí)行操作的類型一焊接還是成形，可通過(guò)開(kāi)關(guān)48、52來(lái)閉合或斷開(kāi)。如果執(zhí)行磁脈沖焊接操作，則開(kāi)關(guān)48、52必須閉合。為了執(zhí)行磁脈沖卷邊成形操作，開(kāi)關(guān)48、52必須斷開(kāi)。對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】?jī)?nèi)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，使用并聯(lián)的電感器連接就可非常容易地轉(zhuǎn)換該布局。
[0051]還有顯然的是，在使用任何其它焊接方法來(lái)代替磁脈沖焊接，以將陰的驅(qū)動(dòng)軸管11的第二端部17連接到第二軛18的情形中，如果必要的話，可將預(yù)熱電感器51和電感器線圈41長(zhǎng)度做得足夠長(zhǎng)，以提供剛好一排相當(dāng)長(zhǎng)的卷邊。例如，在某些情形中，如果插入件20是自潤(rùn)滑的(由粉末金屬制成)，則在實(shí)踐中證明該選項(xiàng)是正當(dāng)?shù)摹?br> [0052]實(shí)例:陰的驅(qū)動(dòng)軸管11的第二端部17的外直徑為114_，壁厚為2.5mm,并用鋁合金6061T6制造，根據(jù)本發(fā)明，將陰的驅(qū)動(dòng)軸管11的第二端部17焊接到用鋁合金6061T6制造的第二軛18。借助于軸向彼此間距90mm的兩排磁脈沖成形的卷邊24、25，使陰的驅(qū)動(dòng)軸管11的第一端部14與粗加工的插入件20b連接(見(jiàn)圖8)。借助于半自動(dòng)化氣動(dòng)致動(dòng)的工具以及合適的脈沖功率和感應(yīng)加熱設(shè)備，可在準(zhǔn)確地如上所述和如圖9所示的三個(gè)階段中執(zhí)行焊接和卷邊操作。
[0053]根據(jù)美國(guó)專利N0.4，129，846制造單匝的脈沖電感器線圈41和控制回路40 (見(jiàn)圖9)。電容器45具有8.4mF的電容量，最高電壓U = 5kV，最大充電能為105kJ。放電回路具有1kHz頻率,在磁脈沖焊接過(guò)程中(U = 2.8kV),電流幅值1 = 1.12MA,在磁脈沖卷邊成形過(guò)程中(U = 2.5IkV)，電流幅值I = 1.0ΜΑ。高頻電源50提供25kW功率和約為20kHz的頻率，其設(shè)有水冷的二向預(yù)熱電感器51。對(duì)焊接來(lái)說(shuō)，預(yù)熱時(shí)間為6秒，對(duì)卷邊來(lái)說(shuō)則為8秒。由這些操作得到了高質(zhì)量的陰的驅(qū)動(dòng)軸管11。尤其是，該組件與粗加工的陽(yáng)的驅(qū)動(dòng)軸管12有非常良好的匹配，并得到非常低的偏轉(zhuǎn)。所有卷邊連接尺寸非常一致。
[0054]根據(jù)提供的專利狀態(tài)，本發(fā)明在那些被認(rèn)為代表本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的實(shí)施例中進(jìn)行了描述。然而，應(yīng)該指出，本發(fā)明還可以不同于這里具體圖示和描述的方式實(shí)踐，而不會(huì)脫離本發(fā)明的精神或范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種形成用于車輛驅(qū)動(dòng)軸中的滑動(dòng)的花鍵型接頭的方法，該方法包括如下步驟: a)提供陰的管形驅(qū)動(dòng)軸構(gòu)件，提供管形開(kāi)花鍵的插入件，所述插入件具有至少一個(gè)陣列的向內(nèi)形成的花鍵，提供陽(yáng)的驅(qū)動(dòng)軸構(gòu)件，所述陽(yáng)的驅(qū)動(dòng)軸構(gòu)件具有向外形成的與所述開(kāi)花鍵的插入件嚙合的花鍵；提供具有外肋的心軸，所述外肋具有基本上與所述陽(yáng)驅(qū)動(dòng)軸構(gòu)件的外花鍵外形相同的外形，以及提供電感器，該電感器能夠被通電而形成脈沖磁場(chǎng)； b)將所述管形開(kāi)花鍵的插入件放置在所述心軸上； c)將所述陰的管形驅(qū)動(dòng)軸構(gòu)件設(shè)置在所述開(kāi)花鍵的插入件上，且同軸地放置在所述電感器內(nèi)； d)對(duì)所述電感器通電而使所述插入件上的所述陰的管形驅(qū)動(dòng)軸構(gòu)件的至少一部分變形，以形成至少一個(gè)環(huán)形陣列的卷邊，以便永久地連接所述陰的管形驅(qū)動(dòng)軸構(gòu)件與所述插入件； e)將所述陰的驅(qū)動(dòng)軸構(gòu)件與所述插入件一起從所述心軸和所述電感器中移去；以及 f)將所述陽(yáng)的驅(qū)動(dòng)軸構(gòu)件插入所述開(kāi)有花鍵的插入件內(nèi)，所述開(kāi)有花鍵的插入件與所述陰的管形驅(qū)動(dòng)軸構(gòu)件連接，以提供滑動(dòng)花鍵型的滑動(dòng)接頭。
2.如權(quán)利要求1所述的形成用于車輛驅(qū)動(dòng)軸中的滑動(dòng)的花鍵型接頭的方法，其特征在于，所述陰的管形驅(qū)動(dòng)軸構(gòu)件進(jìn)行感應(yīng)加熱，以增加管子材料的塑性。
3.如權(quán)利要求1所述的形成用于車輛驅(qū)動(dòng)軸中的滑動(dòng)的花鍵型接頭的方法，其特征在于，所述陰的管形驅(qū)動(dòng)軸構(gòu)件包括用于嚙合所述插入件的向內(nèi)的卷邊，所述卷邊通過(guò)脈沖感應(yīng)而形成。
4.如權(quán)利要求1所述的形成用于車輛驅(qū)動(dòng)軸中的滑動(dòng)的花鍵型接頭的方法，其特征在于，在所述插入件上有兩個(gè)環(huán)形陣列的向內(nèi)形成的花鍵。
5.如權(quán)利要求1所述的形成用于車輛驅(qū)動(dòng)軸中的滑動(dòng)的花鍵型接頭的方法，其特征在于，在所述插入件上兩個(gè)環(huán)形陣列的向內(nèi)形成的花鍵彼此對(duì)齊，且在各個(gè)陣列內(nèi)有相等數(shù)量的花鍵。
6.如權(quán)利要求1所述的形成用于車輛驅(qū)動(dòng)軸中的滑動(dòng)的花鍵型接頭的方法，其特征在于，在所述插入件上的所述向內(nèi)形成的花鍵沿軸向彼此間距開(kāi)。
7.如權(quán)利要求1所述的形成用于車輛驅(qū)動(dòng)軸中的滑動(dòng)的花鍵型接頭的方法，其特征在于，至少一個(gè)囊袋形成在至少兩個(gè)環(huán)形陣列的軸向花鍵之間。
8.一種用于車輛驅(qū)動(dòng)軸中的滑動(dòng)的花鍵型接頭，包括: 管形插入件，所述管形插入件帶有至少一個(gè)環(huán)形陣列的向內(nèi)形成的花鍵； 陰的管形驅(qū)動(dòng)軸構(gòu)件，所述陰的管形驅(qū)動(dòng)軸構(gòu)件包括與在所述管形插入件上的所述至少一個(gè)環(huán)形陣列的花鍵互補(bǔ)的向內(nèi)卷邊，所述管形插入件通過(guò)磁脈沖焊接或磁成形過(guò)程固定在所述陰的管形驅(qū)動(dòng)軸構(gòu)件內(nèi)；以及 陽(yáng)的驅(qū)動(dòng)軸構(gòu)件，所述陽(yáng)的驅(qū)動(dòng)軸構(gòu)件具有一組可滑動(dòng)地與所述管形插入件嚙合的花鍵，其中，所述陽(yáng)的驅(qū)動(dòng)軸構(gòu)件位于所述管形插入件內(nèi)。
9.如權(quán)利要求8所述的形成用于車輛驅(qū)動(dòng)軸中的滑動(dòng)的花鍵型接頭，其特征在于，兩個(gè)環(huán)形陣列的向內(nèi)形成的花鍵在所述管形插入件上軸向地彼此間距開(kāi)。
10.如權(quán)利要求8所述的形成用于車輛驅(qū)動(dòng)軸中的滑動(dòng)的花鍵型接頭，其特征在于，所述插入件被分為至少兩個(gè)軸向間距開(kāi)的塊體。
11.如權(quán)利要求8所述的形成用于車輛驅(qū)動(dòng)軸中的滑動(dòng)的花鍵型接頭，其特征在于，所述插入件由金屬材料或金屬合金材料形成。
12.如權(quán)利要求8所述的形成用于車輛驅(qū)動(dòng)軸中的滑動(dòng)的花鍵型接頭，其特征在于，囊袋形成在向內(nèi)形成的花鍵的所述環(huán)形陣列之間。
13.如權(quán)利要求8所述的形成用于車輛驅(qū)動(dòng)軸中的滑動(dòng)的花鍵型接頭，其特征在于，所述陰的驅(qū)動(dòng)軸管包括第一和第二環(huán)形陣列的磁脈沖形成的卷邊，其中，所述卷邊彼此沿軸向間距開(kāi)。
14.如權(quán)利要求8所述的形成用于車輛驅(qū)動(dòng)軸中的滑動(dòng)的花鍵型接頭，其特征在于，所述陽(yáng)的驅(qū)動(dòng)軸構(gòu)件的所述花鍵的外表面緊鄰于所述插入件的所述花鍵的內(nèi)表面。
15.如權(quán)利要求8所述的形成用于車輛驅(qū)動(dòng)軸中的滑動(dòng)的花鍵型接頭，其特征在于，所述插入件的所述花鍵緊鄰于所述陰的驅(qū)動(dòng)軸管的所述磁脈沖形成的卷邊。
【文檔編號(hào)】F16D3/06GK104246259SQ201380016509
【公開(kāi)日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2013年2月13日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月8日
【發(fā)明者】B·A·亞布洛奇尼科夫, J·N·史密斯 申請(qǐng)人:德納汽車系統(tǒng)集團(tuán)有限責(zé)任公司