本發(fā)明涉及一種用于制造車輛傳動裝置的傳動軸的方法。

背景技術：

在車輛傳動裝置中，其中它優(yōu)選是變速器(齒輪變速箱)和尤其是自動變速器，所述類型的傳動軸用來傳遞扭矩，為此傳動軸具有至少一個齒部(工作齒部、插接齒部)和必要時還具有用于所謂的固定齒輪的至少一個支承面。所述類型的傳動軸還能夠用于支承至少一個所謂的浮動齒輪。

這種傳動軸的制造是昂貴的并且按次序執(zhí)行很多方法步驟或過程步驟，為了避免傳動裝置損壞，這些方法步驟或過程步驟必須被非常仔細地執(zhí)行。

最接近的現(xiàn)有技術de102008036226a1闡述了一種用于制造一體式空心傳動軸的方法，具有步驟：通過鍛造制造型坯，清潔型坯以去除氧化皮(zunderbildung)，對型坯進行熱處理(優(yōu)選進行所謂的bf退火或者bg退火)，通過孔擠壓將型坯變形為至少局部空心的中間形態(tài)，必要時對中間形態(tài)再次進行熱處理，并且將中間形態(tài)整圓為空心軸，該空心軸在其延展上具有基本上相同的壁厚。

為此，作為現(xiàn)有技術還會引用de102008023696a1，它另外闡述了一種用于制造空心軸基體的方法。在第一步驟中，通過將圓柱形的原始材料變形，尤其通過鍛造過程，產(chǎn)生帶孔的型坯。在另外的步驟中，通過變形外表面和/或內表面將型坯逐漸地變形為空心軸基體。

在de102012005106a1中也闡述了一種用于制造空心軸的方法，其中，設有空心-向前-擠壓過程。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題是，優(yōu)化傳動軸的制造。

所述技術問題被具有根據(jù)本發(fā)明的第一方法和第二方法所解決。本發(fā)明的設計方案和改進方案在下面的闡述中和在附圖中給出。

根據(jù)本發(fā)明的用于制造傳動軸的第一方法包括下面的方法或過程步驟：

-制備由鋼構成的、具有鐵素體-珠光體-組織結構(ferrit-perlit-gefüge)的坯件；

-將坯件加熱到處于ac1溫度以下的溫度；

-通過對被加熱坯件的漸增的徑向變形制成軸基體；

-在軸基體上制造至少一個齒部。

傳動軸優(yōu)選一體式地由整體的鋼坯件制成。

用于制造的坯件具有純的鐵素體-珠光體-組織結構，即只具有鐵素體的和珠光體的組織成分(黑白組織結構)。在材料上能夠使用由相應的材料構成的半成品，尤其以桿件形式。因此型坯能夠例如作為單獨件被購入或者通過分割已購入的桿件來制造。原則上，由鐵素體-珠光體-組織結構構成的坯件通過相應的熱處理(對桿材料或坯件)，例如通過所謂的bg退火(加工退火bearbeitungsglühen)來被制造，但是這需要相應的設備(equipment)和生產(chǎn)能力。

坯件優(yōu)選具有圓柱形的結構。但是，坯件還能夠具有另外的、對于隨后的漸增的徑向變形有利的結構或形狀。

對于隨后的變形，坯件首先被加熱到直至幾百度的高溫(優(yōu)選至少400℃，特別優(yōu)選至少500℃，并且尤其至少600℃，并且尤其優(yōu)選至少700℃)，而不需在此超過ac1溫度(大約723℃)。即，加熱溫度優(yōu)選在≥400℃直至＜700℃的范圍內(或≥500℃，或者≥600℃，或者≥700℃)。在處于ac1溫度(大約723℃)時，會開始相變?yōu)閵W氏體(構建奧氏體)，這并不被希望發(fā)生。

加熱的坯件隨后通過漸增的徑向變形被變形為具有基本上軸形的軸基體。在漸增的徑向變形時，以多個簡單的單獨步驟借助在徑向上作用在坯件或工件上的變形力進行變形。全部的變形過程有時持續(xù)幾分鐘到幾十分鐘。通過分步驟的、局部的變形最后實現(xiàn)非常均勻的材料變形，由此能夠結合被升高的材料溫度實現(xiàn)較高的變形程度。漸增的徑向變形尤其通過所謂的徑向鍛造實現(xiàn)，其中，多個繞著坯件或工件環(huán)繞分布布置的并且同步的在徑向方向上往復運動的鍛造錘從外側周期性反復地擊打被旋轉的坯件。在此，在坯件和鍛造錘之間還能夠實現(xiàn)軸向的相對運動。在此，金屬材料如此經(jīng)濟地借助較少的力變形，使得固有應力和硬化被最小化。因此不再需要應力消除退火、組織退火或者類似處理方法和通常隨后進行的清理步驟(射束清潔putzstrahlen)。

在變形之后和尤其在冷卻之后才在已變形制造的軸基體上制造至少一個齒部，其中齒部不僅涉及工作齒部還涉及插接齒部。該齒部能夠被變形地制造，例如通過所謂的齒輪軋制。但是，該齒部還能夠被切削地制造，例如通過所謂的齒輪銑削。

本發(fā)明基本上以前面詳細闡述的前三個方法步驟的新式組合為基礎。坯件的鐵素體-珠光體-組織結構對于漸增的徑向變形帶來良好的變形屬性。通過對加熱的坯件的平緩的或經(jīng)濟的漸增徑向變形，由此能夠實現(xiàn)較高的形狀變形度，其中，熱變形還可抑制變形能力的耗盡(例如通過冷硬化)。因為坯件不被加熱超過ac1溫度，所以在變形時還能夠不構成較硬的馬氏體的組織結構(通過從奧氏體到馬氏體的相變)。因此，軸基體能夠基本上以最終的幾何結構在一個變形過程中由坯件制成，其中，固有應力和變形硬化被盡量避免。在冷卻時，不存在值得注意的畸變。進行的冶金學實驗已經(jīng)證實，在漸增的徑向變形之后借助在被制成的軸基體中的特殊的變形溫度形成由鐵素體、珠光體和在珠光體中凝聚的滲碳體構成的混合組織結構(該混合組織結構因此不具有馬氏體和貝氏體)，它在沒有其它熱處理的情況下適合于繼續(xù)加工(例如適用于齒部的變形或切削制造)。此外，不存在或者只存在較少的氧化皮，因而不需要對軸基體的清潔(例如通過利用磨蝕材料的清洗射束或射束清潔)或者至少較大地降低清潔成本。

本發(fā)明能夠以較短的過程鏈制造高質量的傳動軸。不同于在de102008036226a1中所闡述的過程鏈，本發(fā)明尤其既不需要在變形前進行的熱處理(通常在保護氣體環(huán)境下為了避免產(chǎn)生氧化皮而進行的熱處理)也不需要在變形后進行清理或射束清潔(由此也不存在發(fā)生過程錯誤、例如射束折返)。設備和由此與之相關的空間要求被降低。處理和運輸成本也被降低。此外，顯著地降低了成本和能量需求(成本和能量節(jié)省)。根據(jù)本發(fā)明的方法還是適合批量生產(chǎn)和尤其大批量生產(chǎn)。

根據(jù)本發(fā)明的用于制造傳動軸的第二方法包括下面的方法步驟或過程步驟：

-制備由鋼構成的坯件；

-通過鍛造(熱鍛造)、尤其沖壓鍛造坯件制造型坯，其中，在鍛造之后這樣地冷卻型坯，使得形成鐵素體-珠光體-組織結構；

-加熱型坯到處于ac1溫度以下的溫度；

-通過對加熱的型坯進行漸增的徑向變形、尤其徑向鍛造制成軸基體；

-在軸基體上制成至少一個齒部。

根據(jù)本發(fā)明的第二方法與根據(jù)本發(fā)明的第一方法的區(qū)別基本上在于，鐵素體-珠光體組織結構首先在鍛造過程中產(chǎn)生。其余的部分類似于前面對根據(jù)本發(fā)明的第一方法的闡述。

為了制造型坯，坯件首先被加熱到大約在1000℃至1200℃的溫度上，并且隨后通過鍛造變形。一方面，坯件形成對于隨后的漸增的徑向變形有利的預形狀，并且例如還被鉆孔(見下)。另一方面，在鍛造之后仍具有鍛造熱的型坯被可控地冷卻，從而構成純的鐵素體-珠光體-組織結構。因此，在鍛造過程中一定程度上還集成所謂的鐵素體-珠光體-退火(bg退火)，其中，將冷卻曲線一直保持在珠光體范圍內，直至構成鐵素體-珠光體-組織結構。

在鍛造之后，必要時對型坯進行清理、尤其射束清潔，之后將其變形為軸基體。

待制造的傳動軸優(yōu)選是空心軸或空心傳動軸，例如由de102008036226a1已知。通過傳動軸的空心的結構設計，能夠很大程度上節(jié)省重量，因此這種軸可被視為輕質軸。因為在根據(jù)本發(fā)明的制造方式中不僅在漸增的徑向變形時不產(chǎn)生氧化皮、而且在隨后的熱處理中也不產(chǎn)生氧化皮，所以本發(fā)明尤其在制造空心傳動軸方面是有利的，因為不需要清理(例如射束清潔)和尤其不需要昂貴的內部清理(例如用噴射槍的射束清潔)。

在本發(fā)明的范圍內，能夠優(yōu)選一體式地、由具有鐵素體-珠光體-組織結構的被預鉆孔的坯件制成或者由具有鐵素體-珠光體-組織結構的被預鉆孔的型坯制成。被預鉆孔的坯件或型坯具有同軸的孔，它尤其一般或全部設計為軸向的。預鉆孔的坯件能夠例如(通過分割)由厚壁的管半成品制成，該管半成品尤其已經(jīng)具有鐵素體-珠光體組織結構。但是，該孔還能夠例如通過切削的鉆孔或者變形的孔擠壓來產(chǎn)生。只要原始材料不具有鐵素體-珠光體組織結構，則能夠之前或之后通過相應的熱處理(鐵素體-珠光體退火)產(chǎn)生這種組織結構。被預鉆孔的型坯能夠例如通過對型坯的切削的鉆孔而被制成。但是優(yōu)選設定，在坯件被鍛造為型坯時制造孔。

漸增的徑向變形、尤其徑向鍛造，為了制造空心的軸基體優(yōu)選借助導入內部的芯軸進行，即在被預鉆孔的坯件或型坯的孔中導入的芯軸。因此，能夠同時制成軸基體的外部輪廓和內部輪廓。

優(yōu)選的是，制造具有內部側凹、即具有帶側凹的孔或沿著內表面?zhèn)劝嫉目招牡妮S基體，如由de102008036226a1已知。為此，在漸增的徑向變形或徑向鍛造時能夠應用相應設計的芯軸。軸基體能夠被制成具有基本上均勻的壁厚，但是原則上具有分段不同的壁厚。通過側凹的內部輪廓能夠實現(xiàn)優(yōu)化的重量降低。

如上面所述，用于隨后的漸增的徑向變形的坯件或型坯被加熱至幾百度的溫度。優(yōu)選設置，坯件或型坯被加熱到略微低于ac1溫度(723℃)。這種加熱優(yōu)選電感地、例如借助電感線圈進行，將坯件或型坯裝入該電感線圈中。以有利的方式能夠快速(在幾秒的范圍內)進行電感式加熱，因而避免或至少最小化組織結構變化或者形成氧化皮。尤其設定，用于電感加熱的加熱時間不會太短，并且例如大于60秒至幾分鐘或幾十分鐘(優(yōu)選小于10分鐘)，以便避免加熱畸變。所需的加熱時間能夠通過調節(jié)電功率而被調整。

附圖說明

下面示例性地和以不限制的方式根據(jù)結合附圖的兩個優(yōu)選實施例來詳細地闡述本發(fā)明。在附圖中所示和/或在下面所述的特征能夠被具體的特征組合、本發(fā)明的一般特征所解決并且改進本發(fā)明。

圖1示出坯件和由該坯件制成的軸基體，

圖2示出在制造由圖1所示的軸基體時主要的步驟，

圖3示出另外的軸基體和用于制造它的坯件，

圖4示出在制造由圖3所示的軸基體時主要的步驟。

具體實施方式

圖1b示出用于空心傳動軸(在此是變速器的主軸)的軸基體100的剖視圖。軸基體100具有外部輪廓110和側凹的內部輪廓120，該外部輪廓具有多個不同直徑的部段。軸基體100是由在圖1a中所示的坯件20所制成。圓柱形的坯件20被預先鉆孔，并且具有同軸的、圓柱形的孔25。

圖2圖示了在制造軸基體100時主要的步驟。在切割裝置40或分離裝置40中，從管狀的半成品桿10分割出坯件20。管狀的半成品桿10由具有鐵素體-珠光體-組織結構的鋼制成。坯件20借助加熱設備70被加熱到稍微低于ac1溫度(723℃)。加熱設備70例如是熔爐。這種加熱還能夠以有利的方式借助電感加熱設備(例如電感線圈)來進行。被加熱的坯件20隨后在徑向鍛造機器80中通過借助鍛造錘85實現(xiàn)的漸增的徑向變形和在借助導入孔25中的芯軸(未示出)的情況下變形為軸基體100，其中，同時產(chǎn)生外部輪廓110和內部輪廓120。很明顯，所述的過程鏈是簡短的并且經(jīng)濟的。

漸增的徑向鍛造的特征在于，鍛造錘85設為面狀地(取代線形地)向工件20或100傳遞作用力，并且以一級的過程在坯件20的原始形狀較簡單的情況下能夠實現(xiàn)較高的變形度，并且由此還能夠形成較大的直徑跳躍。此外，對于如軸基體100這樣的空心件，即使在配件20中可能發(fā)生孔偏心也不會出現(xiàn)圓跳問題。在圖2中所示的三個鍛造錘85的數(shù)量只是示例性的。優(yōu)選還可設置四個鍛造錘85。

軸基體100能夠在變形后在自由的冷卻裝置中(即沒有特殊要求)進行冷卻。軸基體100在待制造的空心傳動軸方面具有基本上最終幾何形態(tài)。不進行退火處理和清理(射束清潔)。為了完成空心傳動軸的制造，隨后在軸基體100上通過切削和/或變形加工產(chǎn)生至少一個齒部，其中，不僅可以是工作齒部而且可以是插接齒部。此外，支承面或者滑動面通過切削加工(旋轉切削加工)進行再加工。最后，還能夠進行硬化或調質，并且設定硬化加工或硬化精加工?；旌辖M織結構(如上)能夠實現(xiàn)無畸變的硬化或調質。

圖3b示出用于空心傳動軸(在此是用于雙離合變速器的驅動軸)的另外的軸基體100a。軸基體100a一體式地由在圖3a中所示的型坯30制成。型坯30被預先鉆孔，并且具有同軸的、非圓柱形的孔35。

圖4圖示了在制造軸基體100a時主要的步驟。在切割裝置中，坯件20被桿材料10分離。桿材料10能夠是空心的或管狀的或實心的鋼半成品。坯件20在熔爐50或者類似裝置中被加熱并且隨后在鍛造擠壓裝置60中通過鍛造變形為型坯30，并且由此形成對于隨后的漸增徑向變形有利的型坯(具有非圓柱形的外部形狀和非圓柱形的孔35)，必要時還被鉆孔。還具有鍛造熱的型坯30在鍛造后備這樣地冷卻，使得形成鐵素體-珠光體-組織結構。與圖2類似的方法，被鍛造的型坯30被加熱到略微低于ac1溫度(723℃)，并且隨后在徑向鍛造機80中通過漸增的徑向變形在借助導入孔35中的芯軸的情況下被變形為軸基體100a，其中，同時形成外部輪廓和內部輪廓。其它的用于制造傳動軸的制造步驟如上面所述。

附圖標記列表

10半成品桿

20坯件

25孔

30型坯

35孔

40分離裝置

50熔爐

60鍛造擠壓裝置

70加熱設備

80徑向鍛造機

85鍛造錘

100軸基體

100a軸基體

110外部輪廓

120內部輪廓