本发明涉及转轴的加工工艺领域,特别涉及一种汽车电机转轴及其加工方法。
背景技术:
目前,应用于新能源汽车电机上的转轴,设计上采用内(外)花键齿,依靠花键联接传递扭矩,花键联接的优点接触面积大,受力均匀,定心好、适用于承载能力较大的场合。由于环保方面的要求,国家对新能源汽车领域的支持和发展,使其该产品发展空间较大,今年产量增幅较大,为适应大批量生产的需求,对该类产品加工工艺进行了优化,并对过程结果做了大量的试验验证工作,最终确认为目前的加工工艺为最适合的,能够满足客户的技术要求同时生产效率大幅提升。
目前,对于这种电机转轴,生产企业都采用传统普车和数控车来进行加工,因受设备的限制,图纸技术要求的几个重要的关键尺寸难以保证:
A、外圆两端与内花键基准同心度0.02mm;
B、内外圆与工艺顶尖孔同心度0.015mm;
C、因为提高后续加工效率,在热处理前各形位公差、外圆尺寸须加工到较高高精度,这也正是传统设备在精度及效率上难以达到的。
为了达到图纸要求,之前的工艺为:
锻打毛坯(正火、调质)—粗车—热处理—(去应力)—半精车—双顶粗磨外圆—拉齿—铣键槽—热处理(碳氮共渗)—精车—精磨—终检—清理包装—入库。
在上述工艺中,半精车步骤中,需要夹转轴一端,车另一端内外圆,然后掉头夹一端,顶一端,车外圆,最后修软爪夹工件2/2处车内孔,可以看出在半精车工序中有较复杂的掉头装夹等工序。在半精车这一工序必须掉头二次,重复装夹三次,并且在加工过程中,尤其是轴向尺寸因操作人员装夹失误导致一致性差的概率大幅增加,以及后续重要的工艺基准顶尖孔同心度难以保证,另外增加了工序现场就增加流转,降低了生产效率,升高了生产成本,也满足不了客户需求。
因此,我们针对这环节与设备厂家共同攻关及反复试验,研发了这一新的加工工艺。
技术实现要素:
本发明要解决的技术问题是提供一种汽车电机转轴及其加工方法,该加工方法中,避免拉齿工序中加工基准偏差大,顶尖孔同心度偏差大,不稳定,一致性不好等问题,同时减少了三步掉头半精车,半粗磨等工序,缩短了加工时间,大大提升了生产效率,降低了生产成本。
为解决上述技术问题,本发明所采取的技术方案是:一种汽车电机转轴,包括轴肩段和主轴段,在轴肩段和主轴段相邻,在轴肩段和主轴段的外侧设有两个轴承段,分别为轴承A段和轴承B段,其特征在于所述的轴承B段、主轴段和轴肩段的侧面设有两个长键槽,在主轴段设有一个短键槽,所述的轴承A段的端面开设有一个轴向的未通的输入孔,输入孔内设有内花键,所述的轴承B段的端面开设有一个轴向的未通孔。
对上述结构作进一步说明,所述的两个长键槽和一个短键槽分别处于转轴断面的0度、180度和90度位置。
对上述结构作进一步说明,所述的轴承A段和轴承B段与主轴段的同轴度为0.02毫米。
对上述结构作进一步说明,所述的输入孔和未通孔与主轴段的同轴度0.02毫米。
一种汽车电机转轴的加工方法,其特征在于包括如下步骤:
S1、对转轴毛坯料进行正火锻打处理,在井式炉中进行调质,淬火温度为850-950°,硬度HRC22~27;
S2、粗车转轴两个端面,加工中心孔,对转轴上轴承A段、轴承B段和主轴段的外圆粗车,在两个端面上沿着中心孔钻出输入孔和未通孔;
S3、将S2粗车后得到的坯料进行调质热处理,实现去除应力;
S4、半精车转轴的各轴段外圆、长度和两侧的顶尖孔;
S5、插齿刀装好后在插齿前需调试校正,插齿刀跳动≤0.02,对转轴的输入孔内进行拉齿,得到内花键齿;
S6、在转轴的轴承A段、轴承B段和主轴段上铣长键槽,在主轴段上铣短键槽,加工完成后各键槽涂防锈油;
S7、对转轴采用碳氮共渗方式进行热处理;
S8、精车转轴的输入孔和未通孔,以及整个转轴的长度;
S9、利用数控外圆磨床,对转轴的每个轴端外圆进行精磨;
S10、检查精磨后转轴每个轴端的尺寸,形位公差以及外观;
S11、将检查后得到工件进行清理防锈:去除污垢以及涂防锈油处理,即得电机转轴。
在上述的S2步骤中,其具体工艺为:
S21、对S1中得到的转轴坯料中间部分的主轴段外圆进行夹装,对转轴的两个端面进行粗车,在两个端面上打中心孔;
S22:夹顶粗车外圆,顶右端中心孔,夹主轴段外圆,以转轴左端面定位夹紧;
S23:顶左端中心孔,以主轴段外圆定位夹紧,定位套固定顶尖,利用深孔钻钻出未通孔;
S24:在摇臂钻或车床,钻出输入孔。
在上述的S3步骤中,在恒温炉中炉温520℃,保温时间3小时,竖直悬挂放置,将合格零件放入具备防磕碰、划伤、跌落、污染功能的专用工位器具中,将不合格品标记后放入规定的器具中。
在上述的S4步骤中,使用双头数控车床,装夹固定转轴的主轴段外圆中间位置,左右刀塔主轴对转轴内外圆顶尖孔位加工,即一次装夹,多刀一次性加工完成,半精车转轴的每个轴段外圆和两端面上的内孔。
在上述的S7步骤中,表面硬度HRC58~63,芯部硬度HRC28~35,碳氮共渗,渗层深度0.5~0.7mm,外圆跳动≤0.05mm,圆柱度≤0.03mm,转轴的所有外圆、内孔、齿部、键槽清洗干净,无油污杂质残留,各表面光洁无锈迹,无毛刺,无磕碰伤。
在上述的S9步骤中,其具体工艺为:
S91:喷砂机,转轴的外圆、内孔、齿部、键槽喷砂,所有外圆、内孔、齿部、键槽表面光洁无锈迹,无毛刺,无磕碰伤,各槽边缘及表面不允许有毛刺、磕碰伤;
S92:对输入孔和未通孔的出口处的倒角进行研磨,保证倒角为60°锥面,其粗糙度Ra=0.4;
S93:对转轴的各轴段外圈进行精磨,利用外圆磨床,双顶半精磨外圆,检查各轴段外圈直径,同时保证各轴段的圆柱度≤0.01毫米,跳动≤0.01毫米,表面粗糙度Ra=1.6;
S95:精车输入孔内壁,加工完成后吹净孔内铁屑;
S96:去毛刺, 各外圆端面、棱边、键槽内无尖角毛刺,孔内无铁屑、油污残留,所有外圆、端面无划伤和磕碰伤。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于:本发明中的发动机转轴在主轴段的两个端面上加工分别加工未通孔,其中一个输入孔内设置内花键,另一个未通孔为输出端,并采用三个键槽的方式进行扭矩传输,从而实现对发动机转轴在满足转矩输出条件下的小型化要求,采用内花键联接的优点接触面积大,受力均匀,定心好、适用于承载能力较大的场合。本发明的加工方式,是对发动机转轴中加工工艺进行调整,使用双头数控车床,装夹固定工件外圆中间位置,左右刀塔主轴对工件内外圆顶尖孔位加工,即一次装夹,多刀一次性加工完成,即保证了各形位公差0.02mm以内的要求,又节省了物料现场流转时间,关键是产品一致性及稳定性较好,经过批量生产得到验证,该工艺的实施,该工序效率提升了60%以上。
附图说明
图1是本发明的结构示意图;
图2是图1的全剖视图;
图3是图1中A向视图;
其中:1、轴承A段,2、轴肩段,3、主轴段,4、长键槽,5、轴承B段,6、输入孔,7、内花键,8、未通孔,9、短键槽。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如附图1所示,为一种电机转轴,其包括轴肩段2和主轴段3,在轴肩段2和主轴段3相邻,在轴肩段2和主轴段3的外侧设有两个轴承段,分别为轴承A段1和轴承B段5,轴承B段5、主轴段3和轴肩段2的侧面设有两个长键槽3,在主轴段3设有一个短键槽9,两个长键槽3和一个短键槽9分别处于转轴断面的0度、180度和90度位置,见附图3所示,3个键槽用于传递扭矩。电机转轴需要与电机连接,电机输出轴转轴采用内花键连接,即在轴承A段1的端面开设有一个轴向的未通的输入孔6,轴承B段5的端面开设有一个轴向的未通孔8,其中的输入孔6内靠近底部的一段侧面上设有内花键7,内花键7于电机输出轴的外花键配合,依靠花键联接传递扭矩,花键联接的优点接触面积大,受力均匀,定心好、适用于承载能力较大的场合。同时在输入孔6的前段为通孔,可以增加转轴于电机输出轴的接触长度,保证两者配合紧密,避免松动。
对于汽车电机转轴来说,渗碳钢经过碳氮共渗制成,其加工精度是有要求的,该内花键齿形的花键精度等级为6级,齿形公差为 0.03、齿向公差为0.014、齿距公差为0.042、齿部尺寸公差0.11,且键槽尺寸公差要求0.04,对称度要求0.035。另外,在轴承A段1和轴承B段5与主轴段3的同轴度为0.02毫米,输入孔6和未通孔8与主轴段3的同轴度0.02毫米,转轴内外圆与工艺顶尖孔同心度0.015mm;因为批量加工,需要提高后续加工效率,在热处理前各形位公差、外圆尺寸须加工到较高高精度,这也正是传统设备在精度及效率上难以达到的。
为了满足降低转账加工工序现场流转,提高生产效率,对转轴传统的加工工艺进行了优化,新工艺流程为:锻打毛坯(正火、调质)-粗车-热处理(去应力)-半精车(双头车)-拉齿-铣键槽-热处理(碳氮共渗)-精车-精磨-终检-清洗包装-入序。
经过多次结合设备特性的试验,对半精车这一工序进行了调整。使用双头数控车床,装夹固定工件外圆中间位置,左右刀塔主轴对工件内外圆顶尖孔位加工,即一次装夹,多刀一次性加工完成,即保证了各形位公差0.02mm以内的要求,又节省了物料现场流转时间,关键是产品一致性及稳定性较好,经过批量生产得到验证,该工艺的实施,该工序效率提升了60%以上。同时对粗车、精车和精磨步骤进行了改进,使其满足转轴加工工艺要求。
电机转轴再实际加工过程中,其加工工序如下:
S1、对转轴毛坯料进行正火锻打处理,在井式炉中进行调质,淬火温度为850-950°,硬度HRC22~27;
S2、粗车转轴两个端面,加工中心孔,对转轴上轴承A段1、轴承B段5和主轴段3的外圆粗车,在两个端面上沿着中心孔钻出输入孔6和未通孔8;
S3、对S1中得到的转轴坯料中间部分的主轴段外圆进行夹装,对转轴的两个端面进行粗车,在两个端面上打中心孔;
S4:夹顶粗车外圆,顶右端中心孔,夹主轴段3外圆,以转轴左端面定位夹紧;
S5:顶左端中心孔,以主轴段3外圆定位夹紧,定位套固定顶尖,利用深孔钻钻出未通孔8;
S6:在摇臂钻或车床,钻出输入孔6。
S7、将S2粗车后得到的坯料进行调质热处理,在恒温炉中炉温520℃,保温时间3小时,竖直悬挂放置,实现去除应力。将合格零件放入具备防磕碰、划伤、跌落、污染功能的专用工位器具中,将不合格品标记后放入规定的器具中;
S8、使用双头数控车床,装夹固定转轴的主轴段3外圆中间位置,左右刀塔主轴对转轴内外圆顶尖孔位加工,即一次装夹,多刀一次性加工完成,半精车转轴的每个轴段外圆和两端面上的内孔。
S9、插齿刀装好后在插齿前需调试校正,插齿刀跳动≤0.02,对转轴的输入孔6内进行拉齿,得到内花键齿;
S10、在转轴的轴承A段1、轴承B段5和主轴段3上铣长键槽4,在主轴段3上铣短键槽9,加工完成后各键槽涂防锈油;
S11、对转轴采用碳氮共渗方式进行热处理,表面硬度HRC58~63,芯部硬度HRC28~35,碳氮共渗,渗层深度0.5~0.7mm,外圆跳动≤0.05mm,圆柱度≤0.03mm,转轴的所有外圆、内孔、齿部、键槽清洗干净,无油污杂质残留,各表面光洁无锈迹,无毛刺,无磕碰伤;
S12、精车转轴的输入孔6和未通孔8,以及整个转轴的长度;
S13、利用数控外圆磨床,对转轴的每个轴端外圆进行精磨;
S14:喷砂机,转轴的外圆、内孔、齿部、键槽喷砂,所有外圆、内孔、齿部、键槽表面光洁无锈迹,无毛刺,无磕碰伤,各槽边缘及表面不允许有毛刺、磕碰伤;
S15:对输入孔6和未通孔8的出口处的倒角进行研磨,保证倒角为60°锥面,其粗糙度Ra=0.4;
S16:对转轴的各轴段外圈进行精磨,利用外圆磨床,双顶半精磨外圆,检查各轴段外圈直径,同时保证各轴段的圆柱度≤0.01毫米,跳动≤0.01毫米,表面粗糙度Ra=1.6;
S17:精车输入孔6内壁,加工完成后吹净孔内铁屑;
S18:去毛刺, 各外圆端面、棱边、键槽内无尖角毛刺,孔内无铁屑、油污残留,所有外圆、端面无划伤和磕碰伤;
S19、检查精磨后转轴每个轴端的尺寸,形位公差以及外观;
S20、将检查后得到工件进行清理防锈:去除污垢以及涂防锈油处理,即得电机转轴。
利用上述加工工艺,可以解决转轴内花键拉齿前各基准难以保证的问题:A、拉齿基准偏差导致齿部与轴承位不同心;B、全轴同心度偏差;C、多次掉装夹加工导致产品一致性差,从而影响生产效率。