轴的制造方法与流程

1.本发明涉及轴的制造方法。


背景技术：

2.作为马达等的轴，有时使用在现成的管部件的两端通过摩擦压接而接合有设置有齿轮或花键的连结部件的中空轴(参照专利文献1)。例如像电动汽车(ev)用马达的轴等那样，在轻量化的要求较强的情况下，大多采用该中空轴。
3.现有技术文献
4.专利文献
5.专利文献1：日本特开2006-258236号公报


技术实现要素：

6.发明要解决的课题
7.然而，在使用现成的管部件的情况下，必须从制造商预先准备的现成品中选择，对可选择的材料存在限制。
8.本发明是鉴于上述那样的现状而完成的，其目的在于提供迄今为止不存在的轴的制造方法，能够扩大管部件的材料的选择的范围，并且还能够提高量产性。
9.用于解决课题的手段
10.参照附图对本发明的主旨进行说明。
11.本发明的第一方式是一种轴的制造方法，制造在圆筒部件2的端部设置有连结部件3的轴1，其特征在于，该轴的制造方法包含如下的工序：研磨工序，对金属板材的端面进行研磨；弯曲工序，将所述金属板材弯曲成圆筒状或者圆弧状；扩散接合工序，使在弯曲成圆筒状的状态下相对的所述金属板材的研磨完毕的端面彼此对接，或者将弯曲成圆弧状的多个所述金属板材配置成圆筒状而使多个所述金属板材的研磨完毕的端面彼此对接，将该对接部加热而进行扩散接合，从而形成所述圆筒部件2；冷却工序，对所述扩散接合工序后的所述圆筒部件2进行冷却；以及连结部件接合工序，将所述连结部件3接合于所述圆筒部件2的端部。
12.另外，本发明的第二方式是根据所述第一方式所述的轴的制造方法，其特征在于，在所述研磨工序中，按照使所述金属板材的端面的表面粗糙度ra为2μm以下的方式进行研磨。
13.另外，本发明的第三方式是根据所述第一、第二方式中的任意方式所述的轴的制造方法，其特征在于，该轴的制造方法包含对所述圆筒部件2与所述连结部件3的连结部的外表面进行精加工的外精加工工序。
14.另外，本发明的第四方式是根据所述第一至第三方式中的任意方式所述的轴的制造方法，其特征在于，该轴的制造方法包含对所述圆筒部件2的所述对接部的内表面进行精加工的内精加工工序。
15.另外，本发明的第五方式是根据所述第一至第四方式中的任意方式所述的轴的制造方法，其特征在于，所述连结部件接合工序通过摩擦压接或者热压配合来进行。
16.另外，本发明的第六方式是根据所述第五方式所述的轴的制造方法，其特征在于，所述连结部件接合工序在所述冷却工序中进行。
17.另外，本发明的第七方式是根据所述第一至第六方式中的任意方式所述的轴的制造方法，其特征在于，在所述弯曲工序中，将所述金属板材弯曲成半圆筒状，在所述扩散接合工序中，使一对所述半圆筒状的金属板材的研磨完毕的端面彼此对接而进行扩散接合。
18.另外，本发明的第八方式是一种轴的制造方法，制造在圆筒部件2的端部设置有连结部件3的轴1，其特征在于，该轴的制造方法包含如下的工序：弯曲工序，将金属板材弯曲成圆筒状或者圆弧状；扩散接合工序，使在弯曲成圆筒状的状态下相对的所述金属板材的端面彼此对接，或者将弯曲成圆弧状的多个所述金属板材配置成圆筒状而使多个所述金属板材的端面彼此对接，将该对接部加热而进行扩散接合，从而形成所述圆筒部件2；冷却工序，对所述扩散接合工序后的所述圆筒部件2进行冷却；以及连结部件接合工序，通过摩擦压接或者热压配合将所述连结部件3接合于所述圆筒部件2的端部，所述连结部件接合工序在所述冷却工序中进行。
19.另外，本发明的第九方式是根据所述第一至第八方式中的任意方式所述的轴的制造方法，其特征在于，所述轴1是电动汽车用马达的轴1。
20.发明效果
21.本发明如上述那样，因此成为迄今为止不存在的轴的制造方法，能够扩大管部件的材料的选择的范围，进而还能够提高量产性。
附图说明
22.图1是将轴的一部分切出后的概略说明立体图。
23.图2是ev用马达的概略说明图。
24.图3是实施例1的工序说明图。
25.图4是实施例2的工序说明图。
具体实施方式
26.根据附图示出本发明的作用并简单地对优选的本发明的实施方式进行说明。
27.将金属板材弯曲成圆筒状，使相对的端部彼此对接并扩散接合，从而制作成为轴1的主体部的圆筒部件2。而且，通过摩擦压接或热压配合等将形成有齿轮或花键等的连结部件3接合在该圆筒部件2的端部，从而得到例如ev用马达等旋转体的轴1。
28.此时，通过将金属板材弯曲成圆筒状并进行扩散接合而制造圆筒部件2，因此材料选择的范围较大，能够形成适于各种用途的材料的中空轴。即，通过扩散接合，即使是碳量较多的钢材(高碳钢)或合金成分含量较多的合金钢(高合金钢)，也能够在不产生淬火裂缝的情况下形成圆筒部件。关于这一点，例如在对弯曲成圆筒状的金属板材进行焊接接合的情况下，在焊接时容易产生淬火裂缝，能够选择的材料仅限于低碳钢或低合金钢。
29.另外，通过将金属板材弯曲成圆弧状，将弯曲成该圆弧状的金属板材配置成多个圆筒状并使相对的端部彼此对接而进行扩散接合，也能够与上述同样地制作圆筒部件。
30.此外，扩散焊接也不需要大型的设备(锻造机等)，能够利用具有加热装置的真空炉等通用性比较高的设备来实现。
31.另外，本发明在扩散接合之前通过研磨工序对成为接合面的金属板材的端部进行研磨，由此能够在更短的时间内高效地进行扩散接合，从而能够相应地提高量产性。
32.因此，根据本发明，通过对金属板材采用例如在现成的管部件中无法选择的高强度的合金钢，能够以最适于ev用马达用途的高强度制造轻量的轴1等。
33.另外，例如，在对扩散接合后的圆筒部件2进行冷却时，也能够通过摩擦压接或热压配合来接合连结部件3，在该情况下，能够利用扩散接合时的热，并且能够在扩散接合设备(真空室)内扩散接合后省略连结部件接合前的加热工序而进行连结部件3的接合，从而能够进行极其高效的中空轴的制造。
34.实施例1
35.根据附图对本发明的具体的实施例1进行说明。
36.本实施例是制造在圆筒部件2的端部设置有连结部件3的中空轴1的方法。
37.具体而言，包含如下的工序：截断工序，从母材切出金属板材；研磨工序，对金属板材的端面进行研磨；弯曲工序，将上述金属板材弯曲成圆筒状；扩散接合工序，使在弯曲成圆筒状的状态下相对的上述金属板材的研磨完毕的端面彼此对接，对该对接部进行加热而进行扩散接合，从而形成上述圆筒部件2；冷却工序，对上述扩散接合工序后的上述圆筒部件2进行冷却；连结部件接合工序，将上述连结部件3接合于上述圆筒部件2的端部；以及外精加工工序。
38.如图1所示，本实施例的轴1在金属制的圆筒部件2的两端部接合有设置有齿轮或花键等卡合部的金属制的连结部件3，例如被用作图2所示那样的ev用马达的轴1。在图2中，标号4是转子，标号5是定子，标号6是壳体，标号7是轴承。
39.圆筒部件2是通过将金属板材弯曲成圆筒状并将对置端部扩散接合而形成的。作为金属板材，能够采用截断为规定的大小的钢板或非铁金属板(例如高张力钢板、不锈钢板或钛合金板等)。
40.对各工序进行具体说明。
41.在截断工序中，从母材a截断规定的大小的金属板材b(图3的(a))。
42.在研磨工序中，对在金属板材b的弯曲工序时弯曲成圆筒状时相对的端部进行研磨。具体而言，将两端部分别研磨成表面粗糙度ra为2μm以下。通过该研磨而使接合面中的原子的扩散良好地进行，从而扩散接合在短时间内牢固地进行。
43.接着，在弯曲工序中，使用锻造成型或弯曲辊机等将端部被研磨后的金属板材b卷成圆筒状(图3的(b))。在由高强度材料构成的板材或板厚较大的板材的情况下，一边加热至温态(300℃～800℃左右)或热态(1000℃～1300℃左右)一边进行卷起。另外，研磨工序和弯曲工序的顺序也可以相反。
44.接着，在扩散接合工序中，将金属板材放入真空炉(扩散接合炉c)中，使卷成圆筒状的金属板材的研磨完毕的端面彼此对接，在内侧配置具有沿着金属板材的内表面的外周面的棒状的治具，在外侧配置具有沿着金属板材的外表面的内周面的筒状的治具，在从内外夹住对接部并以规定的压力(5mpa～10mpa左右)按压的状态下加热至900℃～1000℃左右，保持规定的时间(几十分钟～几小时)(图3的(c))。另外，在加热保持时，在真空炉内维
持10-6
pa～10-3
pa左右的真空气氛。
45.通过使用扩散接合，与使用焊接的接合相比，能够在整周范围内得到均质的强度和性状。
46.接着，在冷却工序中，停止上述加热，在真空炉内将上述扩散接合工序后的上述圆筒部件2自然冷却。
47.接着，在连结部件接合工序中，通过摩擦压接或者热压配合将形成有齿轮部或花键部的连结部件3接合(图3的(d))。
48.摩擦压接使用通常的摩擦压接机来进行。另外，热压配合例如在150℃～180℃的温度下进行。
49.接着，在外精加工工序中，为了去除圆筒部件2与连结部件3的连结部的外表面侧的凹凸等而进行切削、研磨等精加工(图3的(e))。
50.另外，连结部件3采用如下的结构：在通过冷锻或者热锻以越向外侧直径越阶段性地变小的方式对材料进行中空加工之后，在外表面通过机械加工(切削加工、齿轮加工、花键滚轧等)而形成齿轮部或花键部。另外，与圆筒部件2的摩擦压接面是通过切削加工而形成的。
51.通过以上的工序能够形成轴1，但也可以根据需要包含内精加工工序。内精加工工序是在扩散接合工序之后且连结部件接合工序之前进行的工序，是用于去除圆筒部件2的对接部的内表面侧的凹凸等的切削、研磨等精加工。
52.另外，根据需要，连结部件接合工序也可以在冷却工序中进行。
53.具体而言，也可以为，在扩散接合后的圆筒部件2的冷却过程中，在达到规定的温度之后进行摩擦压接或热压配合而将连结部件3接合于圆筒部件2的端部。例如，为了防止氧化，将圆筒部件2置留在真空炉内直至200℃左右，在达到200℃左右之后从真空炉中取出而进行热压配合等。在该情况下，能够利用扩散接合时的热来接合连结部件3。然后，自然冷却至室温。
54.另外，也可以在同一真空炉内进行扩散接合工序、冷却工序以及连结部件接合工序。即，也可以在扩散接合后不从真空炉中取出圆筒部件2，在达到规定的温度之后接合连结部件3，并在冷却完成后取出接合后的圆筒部件2和连结部件3。
55.本实施例如上述那样，因此材料选择的范围较大，能够利用适于各种用途的材料形成轴1。即，通过扩散接合，即使是高碳钢或高合金钢，也能够在不产生淬火裂缝的情况下形成圆筒部件。
56.此外，扩散焊接也不需要大型的设备，能够利用具有加热装置的真空炉等通用性比较高的设备来实现。
57.另外，在扩散接合之前通过研磨工序对成为接合面的金属板材的端部进行研磨，由此能够在更短的时间内高效地进行扩散接合，从而能够相应地提高量产性。
58.因此，通过对金属板材采用在现成的管部件中无法选择的高强度的合金钢，能够以最适于ev用马达用途的高强度制造轻量的轴1等。
59.因此，本实施例成为能够扩大管部件的材料的选择的范围，进而还能够提高量产性的轴的制造方法。
60.实施例2
61.在实施例1中，通过将一张金属板材卷成圆筒状并进行扩散接合而得到圆筒部件2，与此相对，在本实施例中，将多个金属板材(以分别构成圆筒部件的一部分的方式)弯曲成圆弧状，通过将它们配置成圆筒状并进行扩散接合而得到圆筒部件2。
62.具体而言，在本实施例中，在弯曲工序中，利用上模d(凸模)和下模e(凹模)夹持金属板材b，通过使图4的(a)所示的从母材a截断的两张金属板材b仿照上下模的凹凸而分别弯曲为半圆筒状(图4的(b))。因此，弯曲工时减少，所需的模具也减少。
63.然后，使半圆筒状的一对金属板材b的端面彼此相向地对接，并对该对接端部进行扩散接合，从而得到圆筒部件2(图4的(c))。
64.之后，与实施例1同样地，通过摩擦压接或者热压配合将形成有齿轮部或花键部的连结部件3接合于圆筒部件2的两端部(图4的(d))。接着，为了去除圆筒部件2与连结部件3的连结部的外表面侧的凹凸等而进行切削、研磨等精加工(图4的(e))。
65.在本实施例的扩散接合工序中，通过利用治具从上下夹持按压以成为圆筒状的方式相对配置的2个半圆筒状的金属板材，将对接端面彼此加压加热保持规定的时间。作为从上下夹持按压的治具，使用设置为上下一对且具有沿着各个半圆筒状的金属板材的外周面(凸弯曲面)的凹弯曲面的治具。
66.另外，也可以为，在利用治具从上下进行夹持按压时，在半圆筒状的金属板材的内侧事先配置从内侧支承该金属板材的圆筒状(或圆柱状)的治具。
67.另外，通过使用2个半圆筒状的金属板材，在对对接端面进行精加工时，仅通过设水平面而使平行的端面彼此对接(不需要计算端面的角度)，从而使研磨加工等容易且成本低廉。另外，用于扩散接合时的加压的矢量可以是铅垂方向(与对接端面垂直的方向)，相应地能够容易地进行加压(及其保持)(能够简化治具的构造)。
68.另外，在本实施例中，由弯曲成半圆筒状的两张(大致相同形状的)金属板材形成圆筒部件2，但也可以由弯曲成圆弧状的3个以上(大致相同形状的)金属板材形成圆筒部件2。
69.其余与实施例1相同。