本發(fā)明涉及一種等速萬向聯(lián)軸器的外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件及其制造方法,更詳細(xì)而言,涉及一種將杯狀構(gòu)件與軸構(gòu)件接合而制造的接合類型的外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件及其制造方法。
背景技術(shù):
構(gòu)成機(jī)動車、各種工業(yè)機(jī)械的動力傳遞系統(tǒng)的等速萬向聯(lián)軸器將驅(qū)動側(cè)與從動側(cè)的兩軸能夠傳遞轉(zhuǎn)矩地連結(jié),并且,即使所述兩軸具有工作角也能夠等速地傳遞旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。等速萬向聯(lián)軸器大致分為僅允許角度位移的固定式等速萬向聯(lián)軸器、允許角度位移以及軸向位移雙方的滑動式等速萬向聯(lián)軸器。例如,在機(jī)動車的從發(fā)動機(jī)向驅(qū)動車輪傳遞動力的驅(qū)動軸中,在差速器側(cè)(內(nèi)盤側(cè))使用滑動式等速萬向聯(lián)軸器,在驅(qū)動車輪側(cè)(外盤側(cè))使用固定式等速萬向聯(lián)軸器。
無論固定式、滑動式,等速萬向聯(lián)軸器作為其主要的構(gòu)成要素而具備內(nèi)側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件、外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件和轉(zhuǎn)矩傳遞構(gòu)件。并且,外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件具有杯狀部和軸部,在杯狀部的內(nèi)周面形成有供轉(zhuǎn)矩傳遞構(gòu)件滾動的滾道槽,軸部從杯狀部的底部沿軸向延伸。就該外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件而言,多數(shù)情況下通過對實(shí)心的棒狀材料即圓棒實(shí)施鍛造加工、減薄拉伸加工等的塑性加工、切削加工、熱處理、磨削加工等而將杯狀部與軸部一體成形(參照專利文獻(xiàn)1的圖4、圖8)。
在專利文獻(xiàn)1中,記載有杯狀部與軸部成為一體的外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件的鍛造加工的制造工序。參照圖26a~26e說明其鍛造加工,首先,對棒狀材料即鋼坯170(圖26a)實(shí)施前方擠出成形而獲得具有軸部174和實(shí)心主體部176的成形體172(圖26b)。接著,對其實(shí)心主體部176進(jìn)行鐓鍛而獲得由軸部174和實(shí)心大徑部180構(gòu)成的中間成形體178(圖26c)。接著,通過后方擠出將其實(shí)心主體部178成形為在一端開口的那樣的杯狀部184而獲得前鍛成品件182(圖26d)。然后,對前鍛成品件182的杯狀部184進(jìn)行減薄拉伸加工,而獲得高精度地做成了的減薄拉伸成品186(圖26e)。需要說明的是,在杯狀部的內(nèi)側(cè),在后方擠出、減薄拉伸的過程中,在滾珠型的等速萬向聯(lián)軸器的情況下,形成有成為轉(zhuǎn)矩傳遞滾珠的滾動面的滾道槽188,在三球銷型的等速萬向聯(lián)軸器的情況下,形成有滾道槽(未圖示)。
通過前方擠出(圖26b)而成形的軸部174在之后的鐓鍛(圖26c)、后方擠出(圖26d)、減薄拉伸(圖26e)的所有的過程中由下部成形模(未圖示)來保持。另外,鐓鍛由單一的工序來進(jìn)行(圖26c)。
但是,存在使用軸部的長度比標(biāo)準(zhǔn)長的外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件(長桿型)的情況。例如,為了使左右的驅(qū)動軸的長度相等,在一側(cè)的驅(qū)動軸的內(nèi)盤側(cè)等速萬向聯(lián)軸器采用長桿型。在該情況下,利用支承軸承旋轉(zhuǎn)自如地支承軸部。長桿型的軸部的長度根據(jù)車型而有所不同,但大致為300~400mm左右。長桿型的外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件由于軸部為長條,因此,難以將杯狀部與軸部高精度地一體成形。因此,公知分別制作杯狀部和軸部后通過摩擦壓接進(jìn)行接合的技術(shù)(專利文獻(xiàn)2)。
專利文獻(xiàn)2記載的外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件的摩擦壓接技術(shù)的概要如下所述。首先,如圖27所示,通過摩擦壓接將杯狀構(gòu)件72與軸構(gòu)件73接合而制作中間產(chǎn)品71’,接著,去除接合部74的外徑側(cè)的毛刺75而獲得圖28所示那樣的外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件71。由于在中間產(chǎn)品71’的接合部74伴隨壓接而產(chǎn)生毛刺75,因此,通過車削等加工去掉接合部74的外徑側(cè)的毛刺75,從而能在外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件71的軸部安裝支承軸承(滾動軸承6:參照圖1)。
雖省略圖示,但中間產(chǎn)品71’通過機(jī)械加工出花鍵、擋圈槽等并經(jīng)由熱處理、磨削加工等而成為外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件71的成品件,因此,在外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件71和中間產(chǎn)品71’之間,存在細(xì)微部的形狀不同的地方。但是,在圖27及圖28中,為了簡化說明,省略細(xì)微部的形狀的不同點(diǎn),對于作為成品件的外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件71和中間產(chǎn)品71’的相同的部分標(biāo)注相同的附圖標(biāo)記。在以下的說明中也同樣。
在先技術(shù)文獻(xiàn)
專利文獻(xiàn)
專利文獻(xiàn)1:日本特開平11-179477號公報(bào)
專利文獻(xiàn)2:日本特開2012-057696號公報(bào)
專利文獻(xiàn)3:日本特開2013-100859號公報(bào)
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
發(fā)明要解決的課題
通過摩擦壓接而產(chǎn)生的接合部74的毛刺75不但由于摩擦熱和之后的冷卻而被淬火從而變硬,并且呈向軸向和徑向擴(kuò)展的歪曲的形狀。因此,在通過車削加工去除外徑側(cè)的毛刺75時(shí),由于高硬度導(dǎo)致車削刀片劇烈磨損,另外,容易因歪曲的形狀而導(dǎo)致車削刀片產(chǎn)生缺口。因此,難以提高車削速度,車削刀片的一個(gè)循環(huán)的切削量較少導(dǎo)致循環(huán)數(shù)增大,存在周期時(shí)間變長、制造成本上升這樣的問題。
另外,為了檢查外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件71的接合部74的接合狀態(tài),即使想要進(jìn)行能夠高速探傷的超聲波探傷,也會由于殘留于接合部74的內(nèi)徑側(cè)的毛刺75而使超聲波散射,因而無法確認(rèn)接合狀態(tài)。因此,還存在接合之后無法進(jìn)行基于超聲波探傷的全數(shù)檢查這樣的問題。
對于上述問題,可以考慮通過采用激光焊接或電子束焊接這樣的基于高能密度束流的焊接,來抑制摩擦壓接這樣的接合部表面的隆起(參照專利文獻(xiàn)3)。但是,在如圖29所示那樣的使杯狀構(gòu)件72和軸構(gòu)件73對接而進(jìn)行焊接的情況下,形成有容積比較大的空洞部76,由于焊接中的加工熱量,導(dǎo)致空洞部76內(nèi)的壓力上升,且在焊接結(jié)束后,壓力減小。由于這樣的空洞部76的內(nèi)壓的變化,產(chǎn)生熔融物的涌出,且產(chǎn)生焊接部的表面的凹陷、熔深不良、內(nèi)部產(chǎn)生氣泡這樣的不良情況,從而導(dǎo)致焊接狀態(tài)惡化。其結(jié)果是,焊接部的強(qiáng)度不穩(wěn)定,對品質(zhì)帶來負(fù)面影響。
另外,考慮對構(gòu)成等速萬向聯(lián)軸器的外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件的構(gòu)件(工件)進(jìn)行對接焊接的情況時(shí),這些工件為了確保強(qiáng)度而使用碳含量較多的中、高碳鋼,因此,若直接焊接,則會導(dǎo)致焊接部顯著硬化,容易產(chǎn)生裂紋。因此,出于降低硬度、確保韌性的目的進(jìn)行預(yù)熱,使焊接后的冷卻速度減慢,但若對實(shí)心軸狀的工件直接進(jìn)行對接焊接,則接合部周邊的體積較多而預(yù)熱需要較長時(shí)間,周期時(shí)間變長,導(dǎo)致制造成本上升。
并且,在通過焊接將杯狀構(gòu)件與軸構(gòu)件接合而制造的接合型的外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件的情況下,特別是成為杯狀構(gòu)件的材料的棒狀材料的中心部偏析進(jìn)入焊接部時(shí),由于雜質(zhì),接合部的強(qiáng)度降低,不良率惡化。在此,偏析是指合金元素、雜質(zhì)不均勻地偏置的現(xiàn)象或其狀態(tài)(JIS G 0201鋼鐵用語(熱處理))。另外,中心部偏析是指由于鋼的凝固過程中的成分的偏置而在鋼材中心部出現(xiàn)偏析的情況(參照J(rèn)IS G 0553鋼的宏觀組織試驗(yàn)方法)。
專利文獻(xiàn)1所記載的外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件由于為杯狀部與軸部成為一體的類型,因此關(guān)于在對杯狀部與軸部進(jìn)行焊接的情況下面對的問題,完全沒有考慮。但是,在如專利文獻(xiàn)1所記載的鍛造加工那樣通過單工序?qū)嵤╃呭憰r(shí),截面減少率、高度減少率會變大。在鋼坯端面,由于沖模、沖頭之間的摩擦,橫向延展存在限制,因此導(dǎo)致鋼坯的高度方向的中央部進(jìn)行橫向延展(擴(kuò)徑)。其結(jié)果是,中心部偏析也向外徑側(cè)移動。這樣,向外徑側(cè)移動了的中心部偏析在接合型的外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件的情況下可能對接合部產(chǎn)生干涉。若中心部偏析對接合部產(chǎn)生干涉,則會成為強(qiáng)度不足、焊接不良的原因,因此,為了使中心部偏析不與焊接部干涉,在鍛造加工的過程中,需要想辦法將中心部偏析阻止在內(nèi)徑側(cè)。截面減少率是指,在將材料的成形前的截面積設(shè)為A0、將成型后的截面積設(shè)為A時(shí),100×(A0-A)/A。另外,高度減少率是指,在將進(jìn)行鐓鍛等的材料部分的加工前的高度設(shè)為H0、將加工結(jié)束時(shí)的高度設(shè)為H時(shí),通過100×(H0-H)/H算出的百分率(JIS B 0112鍛造加工用語)。
需要說明的是,可以考慮使用純度較高的材料,但成本會變高。另外,若為了避免中心部偏析的干涉而采用不應(yīng)采用的小徑的桿,則成為研究接合型的外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件的桿形狀時(shí)的設(shè)計(jì)上的制約,因而不優(yōu)選。
本發(fā)明的目的在于消除上述那樣的現(xiàn)有的技術(shù)的問題點(diǎn),而謀求提高通過焊接將杯狀構(gòu)件與軸構(gòu)件接合而制造的等速萬向聯(lián)軸器的外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件的接合部的強(qiáng)度、品質(zhì)。
用于解決課題的手段
為了解決上述課題,本發(fā)明的通過將杯狀構(gòu)件與軸構(gòu)件接合而制造的外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件的特征在于,所述杯狀構(gòu)件呈在一端開口的有底筒狀,且包括筒狀部、底部以及從所述底部突出的短軸部,所述短軸部為實(shí)心軸狀且在端部具有接合用端面,所述軸構(gòu)件為實(shí)心軸狀且在一端具有接合用端面,通過使所述杯狀構(gòu)件的所述接合用端面與所述軸構(gòu)件的所述接合用端面對接并進(jìn)行焊接而形成環(huán)狀的焊接部,從而避免中心部偏析與所述焊接部干涉。
通過將焊接部形成為環(huán)狀,從而使焊接部位于比中心部偏析靠外徑側(cè)的位置,因此,消除了由中心部偏析與焊接部干涉引起的不良情況。中心部偏析的范圍并不是在幾何學(xué)上確定的,在此,中心部偏析的徑向的范圍遵照由JIS G 0416(鋼及構(gòu)成品-機(jī)械試驗(yàn)用供試驗(yàn)材及試驗(yàn)片的采取位置以及調(diào)制)規(guī)定的圓棒的沖擊試驗(yàn)片采集位置,且在預(yù)料安全的情況下假定為材料直徑的1/2直徑范圍。
焊接部是包含了焊接金屬及熱影響部的部分的總稱。并且,焊接金屬是焊接部的一部分,是指在焊接中溶融凝固了的金屬,熱影響部是指由于焊接熱量而組織、冶金性質(zhì)、機(jī)械性質(zhì)等發(fā)生了變化的、未溶融的母材的部分(JIS Z 3001-1焊接用語-第1部:一般)。
在此,所謂實(shí)心軸狀,旨在排除具有沿軸向貫通的空洞部的情況、具有從接合用端面沿軸向較長延伸了的空洞部(參照專利文獻(xiàn)2、3)的情況。杯狀構(gòu)件整體為有底筒狀,但在形成有接合用端面的短軸部沒有貫通孔也沒有從接合用端面沿軸向較長延伸了的空洞部,因此,至少短軸部為實(shí)心軸狀。
本發(fā)明的等速萬向聯(lián)軸器的外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件的制造方法的特征在于,在制造上述的等速萬向聯(lián)軸器的外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件時(shí),通過鍛造工序來成形所述杯狀構(gòu)件,使所述杯狀構(gòu)件的接合用端面與所述軸構(gòu)件的接合用端面對接并進(jìn)行焊接而形成環(huán)狀的焊接部,所述鍛造工序包括:連續(xù)且多級地對柱狀的鋼坯進(jìn)行鐓鍛的鐓鍛加工、成形所述筒狀部和所述短軸部的擠出加工以及對所述筒狀部進(jìn)行減薄拉伸的減薄拉伸加工。
發(fā)明效果
本發(fā)明的等速萬向聯(lián)軸器的外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件,由于焊接部為環(huán)狀,因此即使在材料中存在有中心部偏析,也能盡可能地避免中心部偏析與焊接部干涉。因此,能提高通過焊接將杯狀構(gòu)件與軸構(gòu)件接合的接合類型的外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件的焊接品質(zhì),能夠確保接合部的強(qiáng)度。
本發(fā)明的等速萬向聯(lián)軸器的外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件的制造方法,能夠?qū)⒈瓲顦?gòu)件的接合用端面附近的中心部偏析阻止在內(nèi)徑側(cè),從而盡可能地避免中心部偏析與焊接部干涉,能夠抑制接合部的強(qiáng)度降低,削減不良率。另外,由于能盡可能地避免中心部偏析與焊接部干涉,因此也能應(yīng)用于比較小徑的杯狀構(gòu)件的情況,因此外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件的設(shè)計(jì)具有自由度。
若為基于高能密度束流的焊接,則焊道寬度較窄,能在短時(shí)間內(nèi)獲得較深的熔深,因此,焊接部的強(qiáng)度提高,且熱應(yīng)變也較少。并且,由于不產(chǎn)生毛刺,因此能省略接合部的后加工,其結(jié)果是,不僅能夠削減制造成本,也不會產(chǎn)生在通過摩擦壓接接合的情況下成為問題的毛刺引起的超聲波的散射。因此,能夠?qū)嵤┗诔暡ㄌ絺娜珨?shù)檢查而穩(wěn)定地確保較高的焊接品質(zhì)。另外,一般來說,電子束焊接在真空中進(jìn)行。因此,消除了熔融物的涌出、氣泡的產(chǎn)生等問題。
根據(jù)上述說明明顯可知,根據(jù)本發(fā)明的對接焊接方法,能實(shí)現(xiàn)焊接部的強(qiáng)度、品質(zhì)的提高。另外,通過將本發(fā)明應(yīng)用于通過對接焊接將杯狀構(gòu)件與軸構(gòu)件接合的等速萬向聯(lián)軸器的外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件的制造,能夠提供實(shí)現(xiàn)了焊接部的強(qiáng)度、品質(zhì)的提高的外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件。
附圖說明
圖1是具備外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件為長桿型的滑動式等速萬向聯(lián)軸器的驅(qū)動軸的局部剖切主視圖。
圖2a是表示圖1中的外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件的第一實(shí)施例的放大圖。
圖2b是圖2a的b部的放大圖。
圖2c是表示焊接前的狀態(tài)的、與圖2b類似的放大圖。
圖3是表示圖1的外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件的制造工序的方框圖。
圖4a是減薄拉伸加工后的杯狀構(gòu)件的縱剖視圖。
圖4b是車削加工后的杯狀構(gòu)件的縱剖視圖。
圖5a是作為軸構(gòu)件的原料的棒材的主視圖。
圖5b是鍛造加工后的局部剖切主視圖。
圖5c是車削加工及花鍵加工后的軸構(gòu)件的局部剖切主視圖。
圖6是焊接前的焊接裝置的概略立視圖。
圖7是焊接過程的焊接裝置的概略立視圖。
圖8是超聲波探傷裝置的概略立視圖。
圖9是超聲波探傷裝置的概略俯視圖。
圖10是超聲波探傷裝置的概略立視圖。
圖11是超聲波探傷裝置的概略俯視圖。
圖12a是沿圖10的XII-XII線的、焊接合格件的情況下的局部放大剖視圖。
圖12b是沿圖10的XII-XII線的、焊接不合格件的情況下的局部放大剖視圖。
圖13是用于說明開發(fā)過程中的見解的與圖12a、12b類似的局部放大剖視圖。
圖14是表示編號不同的軸構(gòu)件的局部剖切主視圖。
圖15是使用圖14的軸構(gòu)件制造出的外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件的局部剖切主視圖。
圖16是用于說明杯狀構(gòu)件的品種統(tǒng)一的例子的方框圖。
圖17a是表示外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件的第二實(shí)施例的局部剖切主視圖。
圖17b是圖17a的b部的放大圖。
圖17c是表示焊接前的狀態(tài)的與圖17b類似的放大圖。
圖18是圖17a中的杯狀構(gòu)件的縱剖視圖。
圖19是用于說明外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件的制造方法的第二例的方框圖。
圖20是用于說明外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件的制造方法的第三例的方框圖。
圖21是表示外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件的第三實(shí)施例的等速萬向聯(lián)軸器的局部剖切主視圖。
圖22是圖21中的外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件的局部剖切主視圖。
圖23a是表示實(shí)施例的鍛造過程的工序圖。
圖23b是表示實(shí)施例的鍛造過程的工序圖。
圖23c是表示實(shí)施例的鍛造過程的工序圖。
圖23d是表示實(shí)施例的鍛造過程的工序圖。
圖23e是表示實(shí)施例的鍛造過程的工序圖。
圖23f是表示實(shí)施例的鍛造過程的工序圖。
圖23g是表示實(shí)施例的鍛造過程的工序圖。
圖24a是例示模具的截面形狀的局部剖視圖。
圖24b是例示模具的截面形狀的局部剖視圖。
圖24c是例示模具的截面形狀的局部剖視圖。
圖25a是表示比較例的鍛造過程的工序圖。
圖25b是表示比較例的鍛造過程的工序圖。
圖25c是表示比較例的鍛造過程的工序圖。
圖25d是表示比較例的鍛造過程的工序圖。
圖25e是表示比較例的鍛造過程的工序圖。
圖25f是表示比較例的鍛造過程的工序圖。
圖26a是表示現(xiàn)有技術(shù)的鍛造過程的工序圖。
圖26b是表示現(xiàn)有技術(shù)的鍛造過程的工序圖。
圖26c是表示現(xiàn)有技術(shù)的鍛造過程的工序圖。
圖26d是表示現(xiàn)有技術(shù)的鍛造過程的工序圖。
圖26e是表示現(xiàn)有技術(shù)的鍛造過程的工序圖。
圖27是用于說明現(xiàn)有技術(shù)的外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件的中間產(chǎn)品的縱剖視圖。
圖28是用于說明現(xiàn)有技術(shù)的外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件的縱剖視圖。
圖29是用于說明另一現(xiàn)有技術(shù)的外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件的縱剖視圖。
具體實(shí)施方式
以下,基于附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。
首先,參照圖1及圖2a~2c說明外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件的第一例,接著,參照圖3~16說明外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件的制造方法的第一例。
圖1表示驅(qū)動軸1的整體結(jié)構(gòu)。驅(qū)動軸1將滑動式等速萬向聯(lián)軸器10、固定式等速萬向聯(lián)軸器20以及連結(jié)兩聯(lián)軸器10、20的中間軸2作為主要的構(gòu)成要素?;瑒邮降人偃f向聯(lián)軸器10配置于差速器側(cè)(圖中右側(cè):也稱為內(nèi)盤側(cè)),固定式等速萬向聯(lián)軸器20配置于驅(qū)動車輪側(cè)(圖中左側(cè):也稱為外盤側(cè))。
滑動式等速萬向聯(lián)軸器10是所謂的雙圈型等速萬向聯(lián)軸器(DOJ),作為主要的構(gòu)成要素,具備外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件11、內(nèi)側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件16、作為轉(zhuǎn)矩傳遞元件的多個(gè)滾珠41以及保持滾珠41的保持器44。
外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件11具有杯狀部12和從杯狀部12的底部沿軸向延伸的長尺寸的軸部(以下也稱為長桿部)13。內(nèi)側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件16收容于外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件11的杯狀部12內(nèi)。在外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件11的杯狀部12的內(nèi)周形成的滾道槽30與在內(nèi)側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件16的外周形成的滾道槽40構(gòu)成對,在各對滾道槽30、40之間配置有滾珠41。保持器44位于外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件11與內(nèi)側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件16之間,且在球狀外周面45與外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件11的部分圓筒形的內(nèi)周面42接觸,在球狀內(nèi)周面46與內(nèi)側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件16的球狀外周面43接觸。保持器44的球狀外周面45的曲率中心O1與球狀內(nèi)周面46的曲率中心O2隔著聯(lián)軸器中心O向軸向上的相反側(cè)等距離偏移。
在長桿部13的外周面固定有支承軸承6的內(nèi)圈,該支承軸承6的外圈經(jīng)由未圖示的托架固定于變速器箱體。這樣,通過利用支承軸承6旋轉(zhuǎn)自如地支承外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件11,能夠盡可能地防止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)等的外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件11的振動。
固定式等速萬向聯(lián)軸器20是所謂的球籠型等速萬向聯(lián)軸器,作為主要的構(gòu)成要素,具備外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件21、內(nèi)側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件22、作為轉(zhuǎn)矩傳遞元件的多個(gè)滾珠23以及保持滾珠23的保持器24。外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件21具有有底筒狀的杯狀部21a和從杯狀部21a的底部沿軸向延伸的軸部21b。內(nèi)側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件22收容于外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件21的杯狀部21a內(nèi)。滾珠23配置于外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件21的杯狀部21a與內(nèi)側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件22之間。保持器位于外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件21的杯狀部21a的內(nèi)周面與內(nèi)側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件22的外周面之間。
需要說明的是,作為固定式等速萬向聯(lián)軸器,有時(shí)也使用免根切(undercut free)型等速萬向聯(lián)軸器。
中間軸2在其兩端部具有花鍵(包含鋸齒。以下相同)軸3。并且,通過將內(nèi)盤側(cè)的花鍵軸3插入滑動式等速萬向聯(lián)軸器10的內(nèi)側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件16的花鍵孔,從而將中間軸2與滑動式等速萬向聯(lián)軸器10的內(nèi)側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件16以能夠傳遞轉(zhuǎn)矩的方式連結(jié)。另外,通過將外盤側(cè)的花鍵軸3插入固定式等速萬向聯(lián)軸器20的內(nèi)側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件22的花鍵孔,從而將中間軸2與固定式等速萬向聯(lián)軸器20的內(nèi)側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件22以能夠傳遞轉(zhuǎn)矩的方式連結(jié)。雖然圖示了實(shí)心的中間軸2的例子,但也可以使用中空類型。
在兩等速萬向聯(lián)軸器10、20的內(nèi)部封入有作為潤滑劑的潤滑脂。在滑動式等速萬向聯(lián)軸器10的外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件11與中間軸2之間以及固定式等速萬向聯(lián)軸器20的外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件21與中間軸2之間分別安裝有蛇腹?fàn)畹姆雷o(hù)罩4、5,從而來防止?jié)櫥男孤?、異物的侵入?/p>
接著,參照圖2a~2c詳細(xì)說明外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件11。
外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件11由杯狀部12和長桿部13構(gòu)成。該外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件11通過利用對接焊接將杯狀構(gòu)件12a與軸構(gòu)件13a接合而制造,關(guān)于制造工序,之后進(jìn)行詳細(xì)說明。
杯狀部12呈一端開口的有底筒狀,內(nèi)周面42沿圓周方向等間隔地形成有多個(gè)滾道槽30,其結(jié)果是,內(nèi)周面42形成為部分圓筒形狀。滾珠41(參照圖1)在滾道槽30上滾動。
杯狀構(gòu)件12a由S53C等含有0.40~0.60重量%的碳的中碳鋼形成,是由筒狀部12a1和底部12a2構(gòu)成的一體成形件。在筒狀部12a1形成有上述的滾道槽30和內(nèi)周面42。在杯狀構(gòu)件12a的開口側(cè)的外周形成有防護(hù)罩安裝槽32,在內(nèi)周形成有擋圈槽33。底部12a2具有向軸構(gòu)件13a側(cè)突出的實(shí)心軸狀的軸部即短軸部12a3,在其短軸部12a3形成有接合用端面50(圖2c)。
接合用端面50通過車削來加工出。在此,在接合用端面50的內(nèi)徑側(cè)形成凹部50b,結(jié)果,在凹部50b的外徑側(cè)形成有環(huán)狀的接合用端面50。符號D表示接合用端面50的內(nèi)徑。凹部50b也可以在鍛造的過程中成形,或者通過切削加工來形成。通過在鍛造的過程中成形凹部50b,工時(shí)數(shù)較少即可,另外,由于接合用端面50成為環(huán)狀,因此能縮短其車削所需要的時(shí)間。
長桿部13是從杯狀部12的底部12a2沿軸向延伸的實(shí)心的軸。長桿部13在靠杯狀構(gòu)件12a的外周形成有軸承安裝面14和擋圈槽15,在與杯狀部12相反的一側(cè)的端部形成有作為轉(zhuǎn)矩傳遞用連結(jié)部的花鍵軸Sp。
軸構(gòu)件13a由S40C等含有0.30~0.55重量%的碳的中碳鋼形成,在杯狀構(gòu)件12a側(cè)的端部形成有接合用端面51(圖2c)。接合用端面51設(shè)有凹陷52,結(jié)果形成為環(huán)狀的面。符號E表示接合用端面51的內(nèi)徑。需要說明的是,圖2a~2c及圖5a~5c是表示在鍛造的過程中成形凹陷52、且通過切削加工在接合用端面51形成內(nèi)徑部53的例子的圖,因此,凹陷52和其內(nèi)徑部53看起來好像帶臺階的孔,內(nèi)徑部53是接合用端面51的內(nèi)徑部,或者也可以稱作凹陷52的內(nèi)徑部。凹陷52可以直接為鍛造表面,在該情況下,不會出現(xiàn)如圖示那樣的能與凹陷52明確地區(qū)分開的內(nèi)徑部53。
凹陷52為淺底、即與接合用端面51的外徑相比非常淺,若例示深度的話,下限為1mm左右。這是為了確保對焊接部49的徑向的尺寸(熔深)不良進(jìn)行超聲波探傷所需要的軸向長度的筆直部。上述下限是來自超聲波探傷的面的值,從減小接合部附近的體積而縮短預(yù)熱時(shí)間的方面出發(fā),期望上述那樣的凹陷52的深度。
在鍛造的過程中成形凹陷的情況下,凹陷52的深度的上限為能夠通過鍛造成形的極限值(目標(biāo))×1.5mm左右。若凹陷52過深,則鍛造負(fù)荷提高,模具壽命降低,加工成本增大。即使在通過切削加工形成的情況下,若凹陷52過深,則加工時(shí)間變長,材料成品率也變差。
接合用端面51的內(nèi)徑部53雖然也取決于軸構(gòu)件13a的外徑,但前提是要確保在凹陷52的外徑側(cè)形成的焊接部49的徑向?qū)挾?。需要說明的是,內(nèi)徑的“徑”這個(gè)詞通常會聯(lián)想到圓形,但在與軸構(gòu)件13a的軸線垂直的平面中看到的凹陷52的輪廓未必限于圓形,例如也可以為多邊形、不定形。
使杯狀構(gòu)件12a的接合用端面50與軸構(gòu)件13a的接合用端面51對接,并從杯狀構(gòu)件12a的外側(cè)沿徑向照射電子束,由此來進(jìn)行焊接(圖2a及圖2b)。眾所周知,焊接部49由在焊接中熔融凝固了的金屬、即熔融金屬及其周圍的熱影響部構(gòu)成。在圖2b中,虛線的平行斜線示意性地表示了中心部偏析的假定范圍S,如圖示那樣,將中心部偏析的假定范圍S阻止在內(nèi)徑側(cè)而不與焊接部49干涉。需要說明的是,關(guān)于軸構(gòu)件13a,省略了中心部偏析的假定范圍的圖示。其理由在于,即使在通過鐓鍛等鍛造加工來成形端部的凹陷52的情況下(參照圖5a~5c)下,凹陷52也如已經(jīng)說明的那樣為锪孔程度的較淺的凹陷,因此,截面減少率、高度減少率都較小,中心部偏析的假定范圍不會擴(kuò)徑至與焊接部干涉的程度。
詳細(xì)情況見后述,接合用端面50、51的外徑B(參照圖4b、圖5c)針對每個(gè)聯(lián)軸器尺寸而設(shè)定為相同尺寸。但是,杯狀構(gòu)件12a的接合用端面50的外徑B與軸構(gòu)件13a的接合用端面51的外徑B不一定為相同尺寸。例如,考慮焊道的狀態(tài)等,也可以附加使接合用端面51的外徑B比接合用端面50的外徑B稍小等的適當(dāng)?shù)某叽绮睢T摻雍嫌枚嗣?0的外徑B與接合用端面51的外徑B的尺寸關(guān)系在本說明書中相同。
焊接部49形成在軸構(gòu)件13a的比軸承安裝面14靠杯狀構(gòu)件12a側(cè),因此軸承安裝面14等能夠在焊接之前預(yù)先進(jìn)行加工,由此,能夠取消焊接后的后加工。另外,由于為電子束焊接而在焊接部不產(chǎn)生毛刺,因此在該方面也能省略焊接部的后加工,能夠削減制造成本,并且能夠?qū)崿F(xiàn)焊接部的基于超聲波探傷的全數(shù)檢查。
如圖2c所示,杯狀構(gòu)件12a的接合用端面50的內(nèi)徑D設(shè)定得比軸構(gòu)件13a的接合用端面51的內(nèi)徑E小。其結(jié)果是,與內(nèi)徑E的接合用端面51相比,杯狀構(gòu)件12a的接合用端面50向徑向內(nèi)側(cè)局部突出。將該突出的部分稱作突出面50a。使這樣的形狀的接合用端面50、51彼此對接,從而將杯狀構(gòu)件12a和軸構(gòu)件13a通過焊接而接合。突出面50a針對每個(gè)聯(lián)軸器尺寸而設(shè)定為相同。
接著,參照圖3~16說明上述的外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件的制造方法。在詳細(xì)說明各制造工序之前說明整體的制造工序。
如圖3所示,杯狀構(gòu)件12a通過包括棒材切斷工序S1c、鍛造工序S2c、減薄拉伸工序S3c以及車削工序S4c的制造工序而制造。需要說明的是,鍛造工序S2c和減薄拉伸工序S3c圖示為不同的工序,但一般情況下,鍛造作業(yè)被分類為很多種,也有時(shí)將包含鐓鍛、擠出、減薄拉伸在內(nèi)稱作鍛造(參照圖23及對應(yīng)的記述)。
另一方面,軸構(gòu)件13a通過包括棒材切斷工序S1s、車削工序S2s以及花鍵加工工序S3s的制造工序而制造。
這樣制造出的杯狀構(gòu)件12a和軸構(gòu)件13a分別被標(biāo)注編號進(jìn)行管理。然后,杯狀構(gòu)件12a和軸構(gòu)件13a經(jīng)由焊接工序S6、超聲波探傷工序S6k、熱處理工序S7以及磨削工序S8而完成外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件11。
各工序的概要如下所述。需要說明的是,在此說明的各工序是表示代表性的例子的工序,能夠根據(jù)需要適當(dāng)?shù)刈兏?、追加?/p>
首先,對杯狀構(gòu)件12a的制造工序進(jìn)行說明。
[棒材切斷工序S1c]
根據(jù)鍛造重量將棒材(圓棒)以規(guī)定長度切斷,制作柱狀的鋼坯。
[鍛造加工工序S2c]
通過對鋼坯實(shí)施鍛造加工,來一體成形作為杯狀構(gòu)件12a的毛坯的筒部、底部以及凸部。
[減薄拉伸加工工序S3c]
對上述毛坯的滾道槽30及筒狀圓筒面42進(jìn)行減薄拉伸加工,完成杯狀構(gòu)件12a的筒部的內(nèi)周。
[車削加工工序S4c]
在減薄拉伸加工后的毛坯上車削加工出外周面、防護(hù)罩安裝槽32、擋圈槽33等與接合用端面50。對經(jīng)由了車削工序S4c的作為中間部件的杯狀構(gòu)件12a標(biāo)注編號進(jìn)行管理。
接下來,對軸構(gòu)件13a的制造工序進(jìn)行說明。
[棒材切斷工序S1s]
根據(jù)軸部全長將棒材以規(guī)定長度切斷,制作柱狀的鋼坯。之后,有時(shí)根據(jù)軸構(gòu)件13a的形狀,通過鐓鍛將鋼坯鍛造加工為概略形狀。
[車削加工工序S2s]
對鋼坯的外周面(軸承安裝面14、擋圈槽15、花鍵下徑、端面等)與杯狀構(gòu)件12a側(cè)端部的接合用端面51進(jìn)行車削加工。
[花鍵加工工序S3s]
在車削加工后的軸構(gòu)件上滾軋加工出花鍵而形成花鍵軸。但是,花鍵的加工不限于滾軋加工,也可以適當(dāng)?shù)刂脫Q為沖壓加工等。對經(jīng)由了花鍵加工的作為中間部件的軸構(gòu)件13a標(biāo)注編號進(jìn)行管理。
接下來,對從如上述那樣得到的作為中間部件的杯狀構(gòu)件12a與軸構(gòu)件13a到完成外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件11的制造工序進(jìn)行說明。
[焊接工序S6]
使杯狀構(gòu)件12a的接合用端面50與軸構(gòu)件13a的接合用端面51對接而進(jìn)行焊接。關(guān)于該焊接工序,在后文進(jìn)行詳細(xì)說明。
[超聲波探傷工序S6k]
通過超聲波探傷對杯狀構(gòu)件12a與軸構(gòu)件13a的焊接部49進(jìn)行檢查。關(guān)于該超聲波探傷工序,也在后文進(jìn)行詳細(xì)說明。
[熱處理工序S7]
對焊接后的杯狀部12的至少滾道槽30、內(nèi)周面42以及軸構(gòu)件13的外周的所需范圍進(jìn)行高頻淬火回火的熱處理。焊接部49不實(shí)施熱處理。通過熱處理,杯狀部12的滾道槽30、內(nèi)周面42形成HRC58~62左右的硬化層。另外,在軸部13的外周的規(guī)定范圍形成HRC50~62左右的硬化層。
[磨削加工工序S8]
在熱處理后,對軸構(gòu)件13的軸承安裝面14等進(jìn)行磨削加工而進(jìn)行精加工。由此,外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件11完成。
這樣,在焊接工序之后加入熱處理工序,因此,適于杯狀構(gòu)件及軸構(gòu)件為因焊接時(shí)的熱量而使周邊部的溫度上升、對熱處理部的硬度造成影響那樣的形狀、規(guī)格的情況。
對上述的外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件的制造方法中的主要的結(jié)構(gòu)進(jìn)一步進(jìn)行詳細(xì)說明。
圖23a~23g表示杯狀構(gòu)件12a的鍛造工序。需要說明的是,這些圖是剖視圖,但省略鋼坯、鍛造工件的剖面顯示,并且如關(guān)聯(lián)圖2b已經(jīng)說明的那樣,用虛線的平行斜線示意性地表示中心部偏析的假定范圍S。另外,雙點(diǎn)劃線表示前階段的鋼坯、鍛造工件的輪廓。
首先,將圖23a所示的棒狀的材料(鋼坯)60插入鍛造模具(以下稱作沖模。)62A的模腔內(nèi)。然后,如圖23b所示,使沖頭66A下降而在沖模62A內(nèi)對鋼坯60進(jìn)行鐓鍛。此時(shí),鋼坯60的上部、即相當(dāng)于杯狀構(gòu)件12a的開口側(cè)的區(qū)域在沖模62A的內(nèi)周面的作用下向橫向延展(擴(kuò)徑),直至外徑被限制。
另一方面,鋼坯60的下部、即相當(dāng)于杯狀構(gòu)件12a的底側(cè)的區(qū)域在沖模62A內(nèi)被擠壓而縮徑。為了實(shí)現(xiàn)該擠壓,使沖模的內(nèi)徑隨著朝向杯狀構(gòu)件12a的底側(cè)(圖中下側(cè))而逐漸縮小。具體而言,如圖24a~24c所示,在縱剖面中看到的沖模62A~62C的內(nèi)周面形狀例如為圓弧形狀64A(圖24a)或錐形狀64B(圖24b)或者將圓弧形狀與錐形狀組合而成的復(fù)合形狀64C(圖24c)。該擠壓并不限于單工序,也存在根據(jù)工序的設(shè)計(jì)而經(jīng)由多次實(shí)施的情況。通過這樣進(jìn)行擠壓,在相當(dāng)于杯狀構(gòu)件12a的底側(cè)的區(qū)域,在整個(gè)鐓鍛的過程(圖23b~23d)中對材料作用有朝向中心方向的力,因此能抑制材料向外徑側(cè)的移動。
這樣,就在鐓鍛的過程中使用的沖模62(62A~62C)而言,在相當(dāng)于杯狀構(gòu)件12a的開口側(cè)的第一區(qū)域,內(nèi)徑比鋼坯60的外徑大,在相當(dāng)于杯狀構(gòu)件12a的底側(cè)的第二區(qū)域,內(nèi)徑逐漸縮小。并且,通過依次使用階段性地增大了第一區(qū)域的內(nèi)徑的多個(gè)沖模62A~62C,從而在鐓鍛的過程中使鋼坯60的、相當(dāng)于杯狀構(gòu)件12a的開口側(cè)的區(qū)域擴(kuò)徑,對鋼坯60的、相當(dāng)于杯狀構(gòu)件12a的底側(cè)的區(qū)域進(jìn)行擠壓。
圖23b~23d是經(jīng)由3工序?qū)嵤╃呭懙睦?。如圖示所示,沖模62A~62C的內(nèi)徑和沖模66A~66C的外徑依次成為大徑。通過經(jīng)由多個(gè)工序來實(shí)施鐓鍛,能夠避免由潤滑劑不足引起的摩擦阻力的增加,從而能促進(jìn)材料的橫向延展。因此,能使鋼坯邊緣盡可能地向外徑側(cè)移動。通過使鋼坯邊緣盡可能地向外徑側(cè)移動,能夠在對杯狀構(gòu)件的開口側(cè)的端面進(jìn)行精加工時(shí)將該鋼坯邊緣部分去除。
接著,如圖23e所示,實(shí)施組合擠出加工。即,通過前方擠出來成形杯狀構(gòu)件12a的短軸部12a3,通過后方擠出來成形杯狀構(gòu)件12a的筒狀部12a1。此時(shí),相當(dāng)于杯狀構(gòu)件12a的底側(cè)的被擠壓的區(qū)域保持為短軸部12a3的原型,盡量不發(fā)生橫向延展(擴(kuò)徑),而關(guān)于相當(dāng)于杯狀構(gòu)件12a的開口側(cè)的筒狀部12a1的區(qū)域?qū)嵤┖蠓綌D出加工。換言之,欲在短軸部12a3形成軸向的鍛件纖維流線。該工序也有時(shí)根據(jù)工序設(shè)計(jì)而通過多次來實(shí)施。
之后,如圖23f及圖23g所示,在對杯狀構(gòu)件12a的筒狀部12a1進(jìn)行冷減薄拉伸加工,獲得減薄拉伸成品。該減薄拉伸成品根據(jù)需要經(jīng)由車削加工而成為作為鍛造成品的杯狀構(gòu)件12a(參照圖4a)。
需要說明的是,圖25a~25f通過與圖23a~23g對比而示意性地示出不進(jìn)行關(guān)聯(lián)圖23b~23d已經(jīng)說明的擠壓加工而通過通常的鐓鍛加工、擠出加工、減薄拉伸加工進(jìn)行了鍛造成形的情況下假想的工件的形狀。
圖4a表示杯狀構(gòu)件12a的減薄拉伸加工后的狀態(tài),圖4b表示車削加工后的狀態(tài)。杯狀構(gòu)件12a的毛坯12a’在鍛造工序S2c(圖23b~23d的鐓鍛)中一體成形出筒狀部12a1’、底部12a2’及短軸部12a3’。之后,在減薄拉伸工序S3c(圖23f及圖23g)中,對滾道槽30及筒狀圓筒面42進(jìn)行減薄拉伸加工,如圖4a所示對筒狀部12a1’的內(nèi)周進(jìn)行精加工。然后,在車削工序S4c中,如圖4b所示,車削加工出杯狀構(gòu)件12a的外周面、防護(hù)罩安裝槽32、擋圈槽33等和短軸部12a3的接合用端面50、接合用端面50的外徑B及內(nèi)徑D。
圖5a、5b表示軸構(gòu)件13a的各加工工序中的狀態(tài)。即,圖5a表示將棒材切斷后的鋼坯13a”,圖5b表示通過鐓鍛將鋼坯13a”鍛造加工成概略形狀的毛坯13a’,圖5c表示車削加工及花鍵加工后的軸構(gòu)件13a。
在棒材切斷工序S1s中,制作圖5a所示的鋼坯13a”。并且,根據(jù)需要,如圖5b所示,對鋼坯13a”實(shí)施鐓鍛加工,從而制作成使規(guī)定范圍的軸徑擴(kuò)徑并且在接合側(cè)端部(杯狀構(gòu)件12a側(cè)端部)形成有凹陷52的毛坯13a’。需要說明的是,如已經(jīng)說明的那樣,圖5c示出了在鍛造的過程中成形凹陷52、通過車削加工在開口端部形成內(nèi)徑部53的例子,但也可以直接為鍛造表面,在該情況下,凹陷52和內(nèi)徑部53一體化而不會出現(xiàn)明顯的區(qū)別。
之后,在車削工序S2s中,如圖5c所示,對軸構(gòu)件13a的外徑、軸承安裝面14、擋圈槽15、內(nèi)徑部53(內(nèi)徑E)、接合用端面51及其外徑B進(jìn)行車削加工。另外,在花鍵加工工序S3s中,在凹陷52的相反側(cè)端部通過滾軋、沖壓而加工出花鍵軸Sp。
圖4b所示的杯狀構(gòu)件12a的接合用端面50的外徑B在一個(gè)聯(lián)軸器尺寸中設(shè)定為相同尺寸。另外,圖5c所示的軸構(gòu)件13a是長桿型用,但杯狀構(gòu)件12a側(cè)端部的接合用端面51的外徑B與軸徑、外周形狀無關(guān)地,設(shè)定為與杯狀構(gòu)件12a的接合用端面50的外徑B相同的尺寸。并且,軸構(gòu)件13a的接合用端面51設(shè)定在比軸承安裝面14靠杯狀構(gòu)件12a側(cè)的位置。
由于像這樣進(jìn)行尺寸設(shè)定,因此使杯狀構(gòu)件12a共用化,僅將軸構(gòu)件13a制作成與車型對應(yīng)的各種軸徑、長度、外周形狀,通過對兩構(gòu)件12a、13a進(jìn)行焊接,能夠制作出適合于各種車型的外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件11。關(guān)于杯狀構(gòu)件12a的共用化的詳細(xì)情況見后述。
接下來,參照圖6及圖7對杯狀構(gòu)件12a與軸構(gòu)件13a的焊接進(jìn)行說明。在此,圖6及圖7是表示焊接裝置的概略立視圖和概略俯視圖,圖6表示焊接前的狀態(tài),圖7表示焊接過程。
如圖6所示,焊接裝置100作為主要的構(gòu)成要素而具有電子槍101、旋轉(zhuǎn)裝置102、卡盤103、中心件104、尾座105、工件載置臺106、中心件107、殼體108、真空泵109。
作為工件的杯狀構(gòu)件12a及軸構(gòu)件13a載置于焊接裝置100內(nèi)的工件載置臺106上。位于焊接裝置100的一端的卡盤103及定心夾具107與旋轉(zhuǎn)裝置102連結(jié)。在通過中心件107對杯狀構(gòu)件12a進(jìn)行定心后的狀態(tài)下,通過卡盤103夾持杯狀構(gòu)件12a,并通過旋轉(zhuǎn)裝置102施加旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。在位于焊接裝置100的另一端的尾座105一體地安裝有中心件104,兩者構(gòu)成為能夠沿軸向(圖6的左右方向)進(jìn)退。
通過將軸構(gòu)件13a的中心孔安置于中心件104,而進(jìn)行定心。在焊接裝置100的殼體108上連接有真空泵109。在此,密閉空間是指由殼體108形成的空間111,杯狀構(gòu)件12a及軸構(gòu)件13a整體收容于密閉空間111。在與杯狀構(gòu)件12a及軸構(gòu)件13a的接合用端面50、51對應(yīng)的位置設(shè)置有電子槍101。電子槍101能夠相對于工件接近、離開。
關(guān)于上述結(jié)構(gòu)的焊接裝置100的工作和焊接方法如下所述。
作為工件的杯狀構(gòu)件12a及軸構(gòu)件13a存放在與焊接裝置100不同的部位。例如,通過機(jī)器人將各工件取出,搬運(yùn)至圖6所示的向大氣開放的焊接裝置100的殼體108內(nèi),放置在工件載置臺106的規(guī)定位置。在該時(shí)刻,中心件104及尾座105向圖的右側(cè)后退,在杯狀構(gòu)件12a及軸構(gòu)件13a的接合用端面50、51之間存在有間隙。
之后,殼體108的門(省略圖示)關(guān)閉,起動真空泵109而使在殼體108內(nèi)形成的密閉空間111減壓。由此,杯狀構(gòu)件12a的凹部50b及軸構(gòu)件13a的凹部52、53內(nèi)也被減壓。
當(dāng)密閉空間111減壓至規(guī)定的壓力,如圖7所示,中心件104及尾座105向左側(cè)行進(jìn),杯狀構(gòu)件12a與軸構(gòu)件13a的接合用端面50、51之間的間隙消失。由此,杯狀構(gòu)件12a通過中心件107被定心且通過卡盤103而被固定,軸構(gòu)件13a被中心件104定心而被支承。之后,工件載置臺106與工件(12a、13a)分離。此時(shí)的工件載置臺106與工件(12a、13a)之間的間隔可以是微小的間隔,因此,在圖7中省略上述間隔的圖示。當(dāng)然,也可以做成使工件載置臺106向下方較大退避的結(jié)構(gòu)。
之后,雖省略圖示,但使電子槍101移動至規(guī)定位置而與工件(12a、13a)接近,使工件(12a、13a)旋轉(zhuǎn)而開始預(yù)熱。預(yù)熱條件與焊接條件不同,使電子槍101接近工件(12a、13a)而在點(diǎn)徑較大的狀態(tài)下照射電子束等,從而成為比焊接溫度低的溫度。通過進(jìn)行預(yù)熱,延緩焊接后的冷卻速度從而能夠防止淬裂。在達(dá)到規(guī)定的預(yù)熱時(shí)間后,電子槍101后退至規(guī)定的位置,從工件(12a、13a)的外側(cè)沿徑向照射電子束而開始進(jìn)行焊接。當(dāng)焊接結(jié)束時(shí),電子槍101后退,工件(12a、13a)的旋轉(zhuǎn)停止。
之后,雖省略圖示,但將密閉空間111向大氣開放。并且,工件載置臺106上升,在支承工件的狀態(tài)下,中心件104及尾座105向圖的右側(cè)后退,使卡盤103開放。之后,例如,機(jī)器人握持工件(12a、13a),從焊接裝置100取出,排列在冷卻儲料器中。在本實(shí)施方式中,由于將杯狀構(gòu)件12a及軸構(gòu)件13a整體收容于密閉空間111,因此能夠簡化殼體108內(nèi)的密閉空間111的結(jié)構(gòu)。
如果例示焊接的具體的條件的話,如下所述。
使用碳量0.4~0.6%的杯狀構(gòu)件12a和碳量0.3~0.55%的軸構(gòu)件13a,在焊接裝置100將殼體108內(nèi)的密閉空間111的壓力設(shè)定為6.7Pa以下而進(jìn)行焊接。為了防止焊接后的驟冷而避免焊接部的硬度過高,包含杯狀構(gòu)件12a、軸構(gòu)件13a的接合用端面50、51的周邊在通過基于電子束的預(yù)熱而均熱化為300~650℃之后,進(jìn)行電子束焊接。其結(jié)果是,與在接合用端面未設(shè)置凹陷的情況相比,預(yù)熱時(shí)間能縮短至約1/2以下,能獲得滿足必要強(qiáng)度的良好的焊接部。
其結(jié)果是,能夠獲得對產(chǎn)品功能上沒有影響的焊接表面的隆起高度(0.5mm以下)的焊接部。另外,由于通過預(yù)熱進(jìn)行了均熱化,因此能將焊接結(jié)束后的焊接部硬度抑制在HV200~500的范圍內(nèi),焊接強(qiáng)度較高,且能夠獲得穩(wěn)定的焊接狀態(tài)、品質(zhì)。并且,通過以將焊接裝置100的密閉空間111設(shè)為大氣壓以下的方式進(jìn)行焊接,能夠抑制焊接中的空洞部內(nèi)的壓力變化,能夠防止熔融物的涌出、向內(nèi)徑側(cè)的導(dǎo)入。需要說明的是,例如也可以在杯狀構(gòu)件12a的內(nèi)部和凹陷52設(shè)置相通的通氣孔,在將杯狀構(gòu)件12a內(nèi)的空間抽真空至1.3Pa之后,使接合面對接而進(jìn)行焊接。
接著,參照圖8~13說明超聲波探傷工序。
在此,圖8及圖9是載置了焊接后的外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件的超聲波探傷裝置的主視圖及俯視圖,圖8相當(dāng)于圖9的VIII-VIII向視圖。圖10及圖11是超聲波探傷中的超聲波探傷裝置的主視圖及俯視圖,圖10相當(dāng)于圖11的X-X向視圖。
如圖8及圖9所示,超聲波探傷裝置120具有基臺121、貯水槽122、工件載置臺123、工件按壓構(gòu)件124、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置125、按壓裝置135、驅(qū)動定位裝置136(參照圖9)。貯水槽122設(shè)置于基臺121的中央。旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置125是用于使外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件11的中間產(chǎn)品11’(以下也稱為工件11’)旋轉(zhuǎn)的裝置。按壓裝置135是用于按壓工件11’的軸端部的裝置。驅(qū)動定位裝置136進(jìn)行探頭的驅(qū)動和定位。
工件載置臺123設(shè)有用于將工件11’載置為旋轉(zhuǎn)自如的支承輥126、127,支承輥126配置于接近焊接部的位置,支承輥127配置于軸部13的中央附近。根據(jù)圖9明確可知,各支承輥126、127為了能穩(wěn)定地支承工件11’的軸部13而由分開在軸部13的軸線的兩側(cè)的一對輥構(gòu)成。支承輥126、127能夠考慮工件11’的聯(lián)軸器尺寸、尺寸、重量平衡地適當(dāng)?shù)卣{(diào)整工件11’的軸向(圖8的左右方向)及徑向(圖8的上下方向)的設(shè)置位置。
另外,在圖9的俯視觀察中,在工件載置臺123的從工件11’的軸線偏離了的位置設(shè)有工件按壓構(gòu)件124。工件按壓構(gòu)件124具有控制桿128,在控制桿128的端部設(shè)有工件按壓輥129。控制桿128在圖9的平面內(nèi)能夠回旋,且能夠沿圖8的上下方向移動。
工件載置臺123借助由軌道131和直線引導(dǎo)件132構(gòu)成的直線運(yùn)動軸承130安裝于支承臺134,能夠沿軸向(圖8、9的左右方向)移動。支承臺134安裝于基臺121。工件載置臺123借助與端部(圖8、9的左側(cè)端部)連結(jié)的桿133,并利用在貯水槽122的外部配置的致動器(省略圖示)進(jìn)行移動,從而能被定位在期望的位置。
旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置125具有設(shè)置有旋轉(zhuǎn)板144的旋轉(zhuǎn)軸143,該旋轉(zhuǎn)軸143被在貯水槽122的外部配置的電動機(jī)(省略圖示)驅(qū)動而旋轉(zhuǎn)。
在超聲波探傷裝置120的上側(cè)設(shè)置有臺架137,按壓裝置135的基板145借助由軌道139和直線引導(dǎo)件140構(gòu)成的直線運(yùn)動軸承138以能夠沿軸向(圖8、9的左右方向)移動的方式安裝于該架臺137上。在基板145的端部連結(jié)有氣缸141的活塞桿142,利用氣缸141驅(qū)動基板145,即使基板145進(jìn)行軸向移動。按壓裝置135借助自由軸承146與工件11’的軸部13的軸端接觸。
在圖9的俯視觀察中,在從工件11’的軸線偏離了的位置配置有探頭的驅(qū)動裝置136。該驅(qū)動裝置136由X軸方向和Y軸方向的致動器構(gòu)成,進(jìn)行探頭147的X軸方向及Y軸方向上的移動和定位。X軸方向的致動器148及Y軸方向的致動器149為電動滾珠絲杠型的致動器(自動工作缸),能進(jìn)行高精度的定位。附圖標(biāo)記150表示直線運(yùn)動軸承的軌道。驅(qū)動裝置136配置于貯水槽122的外部,探頭147和其保持件151的部分配置于貯水槽122內(nèi)。
針對說明上述結(jié)構(gòu)的超聲波探傷裝置120的動作和超聲波探傷工序S6k的說明如下所述。
首先,將焊接后的工件11’通過裝載機(jī)(省略圖示)載置于工件載置臺123上(參照圖8及圖9)。此時(shí),工件載置臺123位于在工件11’的軸向上與旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置125隔開適當(dāng)?shù)拈g隔的位置,工件按壓構(gòu)件124使控制桿128在上升的同時(shí)旋轉(zhuǎn)至與工件11’的軸線大致平行的位置。另外,按壓裝置135及探頭的驅(qū)動裝置136在后退了的位置待機(jī)。
然后,工件按壓構(gòu)件124的控制桿128在以與工件11’的軸線大致成直角的方式回旋的同時(shí)下降,從上方按壓工件11’(參照圖10)。在此,向貯水槽122供水。這樣,超聲波探傷裝置120是在水中進(jìn)行探傷的結(jié)構(gòu),因此,超聲波的傳播良好且能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的檢查。
接著,如圖10及圖11所示,利用氣缸141的動作使按壓裝置135前進(jìn)來對工件11’的軸端進(jìn)行按壓,使工件11’的杯狀部12的開口端與旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置125的旋轉(zhuǎn)板144接觸。在按壓裝置135前進(jìn)的同時(shí),工件載置臺123也向旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置125移動。由此,工件11’被在軸向及徑向上定位。在該狀態(tài)下,旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置125的電動機(jī)(省略圖示)起動,使工件11’旋轉(zhuǎn)。
如圖11中的空心箭頭所示,驅(qū)動裝置136沿X軸方向移動,再沿Y軸方向移動,從而將探頭147定位于探傷位置。此時(shí)的探頭147在圖10中用虛線表示。然后,進(jìn)行超聲波探傷。當(dāng)超聲波探傷結(jié)束時(shí),對貯水槽122內(nèi)進(jìn)行排水,并利用裝載機(jī)(省略圖示)將工件11’從超聲波探傷裝置120搬出。這樣,依次反復(fù)進(jìn)行工件11’的超聲波探傷。
為了縮短超聲波探傷的周期時(shí)間,期望花費(fèi)時(shí)間的供水、排水在與各裝置、構(gòu)件的動作同時(shí)動作等連動的時(shí)刻進(jìn)行。另外,各裝置、構(gòu)件的動作也可以一部分同時(shí)動作、一部分改變順序等適當(dāng)實(shí)施。
參照圖12及圖13說明超聲波探傷的詳細(xì)內(nèi)容。這些圖均相當(dāng)于圖10的XII-XII向視圖,圖12a表示焊接合格件,圖12b表示焊接不合格件。圖13是用于說明在開發(fā)過程中獲得的見解的圖。
探頭147被定位于距焊接部49規(guī)定距離的探傷位置。探傷位置根據(jù)每個(gè)聯(lián)軸器尺寸而預(yù)先設(shè)定。使來自探頭147的送信脈沖G從工件11’的表面傾斜入射,并將接收到的反射回波以波形顯示,通過觀察其波形能夠判斷缺陷的有無(斜角探傷法)。符號θ1表示入射角,符號θ2表示折射角。在實(shí)施方式的情況下,入射角θ1約為20°,折射角θ2約為45°。
在此,通過檢測熔透焊道的位置,從而主要檢測熔深不良的有無。即,將熔深超過判定基準(zhǔn)Wmin而到達(dá)內(nèi)徑側(cè)的構(gòu)件設(shè)為焊接合格件,將熔深在判定基準(zhǔn)Wmin的外徑側(cè)結(jié)束的構(gòu)件設(shè)為焊接不合格件。在圖示的例子中,使在接合用端面51設(shè)置的凹陷52的內(nèi)徑部53與判定基準(zhǔn)Wmin一致。符號E表示凹陷52(的內(nèi)徑部53)的內(nèi)徑,但可以為接合用端面51的內(nèi)徑。符號Wa表示目標(biāo)的熔深。順便說一下,在焊接后,在凹陷52的外徑側(cè)形成有焊接部49,其結(jié)果是,在焊接部49的內(nèi)徑側(cè)形成有封閉了的空洞。因此,無法從外部目視確認(rèn)熔透焊道491。
在超聲波探傷期間,工件11’被旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置125驅(qū)動而進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。被定位于距離焊接部49規(guī)定距離的探傷位置的探頭147采集工件11’的整周的數(shù)據(jù)。由于焊接位置與公差量偏離相對應(yīng),因此,在上述探傷位置,首先,采集工件11’的旋轉(zhuǎn)一圈(360°)的數(shù)據(jù),然后,依次以微小間距(例如0.5mm)沿軸向掃描,采集旋轉(zhuǎn)多圈(例如5圈)的數(shù)據(jù)。根據(jù)該數(shù)據(jù)進(jìn)行合格與否的判定,合格與否判定的反射回波的閾值使用判定基準(zhǔn)Wmin的焊接標(biāo)準(zhǔn)來決定。
如已經(jīng)說明的那樣,在杯狀構(gòu)件12a的接合用端面50設(shè)有比軸構(gòu)件13a的接合用端面51的內(nèi)徑E向徑向內(nèi)側(cè)突出的突出面50a,根據(jù)該形狀,能獲得下述那樣的超聲波探傷的優(yōu)點(diǎn)。
為了容易理解該優(yōu)點(diǎn),首先說明在開發(fā)過程中得到的見解、即如圖13所示那樣將杯狀構(gòu)件12a的接合用端面50的內(nèi)徑D’與軸構(gòu)件13a的接合用端面51的內(nèi)徑E設(shè)為相同尺寸的情況。在該情況下,熔深超過判定基準(zhǔn)Wmin而到達(dá)內(nèi)徑側(cè),因此應(yīng)該能判定為焊接合格件。但是,當(dāng)從探頭147入射送信脈沖G時(shí),由于在熔透焊道491存在有與送信脈沖G成直角的方向的邊界面,因此,探頭147接收由該邊界面反射來的反射回波R。雖然熔透焊道491的反射回波散射,但由于反射回波R的回波高度較高,因此,導(dǎo)致超過合格與否判定的反射回波的閾值,從而被判定為焊接不合格件??芍?,在這樣的情況下,難以進(jìn)行焊接合格件、不合格件的判定。
因此,在實(shí)施方式中,通過在杯狀構(gòu)件12a的接合用端面50設(shè)置比軸構(gòu)件13a的接合用端面51的內(nèi)徑E向徑向內(nèi)側(cè)突出的突出面50a而采取了對策。
焊接合格件如圖12a所示那樣熔深足夠。在該情況下,來自探頭147的送信脈沖G從超過判定基準(zhǔn)Wmin而到達(dá)內(nèi)徑側(cè)的熔透焊道491進(jìn)入杯狀部12,直接直進(jìn)或被杯狀部12的內(nèi)徑D反射而向杯狀部12側(cè)前進(jìn)。因此,探頭147不接收反射回波。也就是說,即使送信脈沖G向熔透焊道491入射,由于存在有與送信脈沖G成直角的方向的熔透焊道491的邊界面,因此,雖然產(chǎn)生一點(diǎn)點(diǎn)的散射的反射回波,但不會產(chǎn)生成為誤檢測的原因的程度的反射回波。因此,探頭147接收到的反射回波的回波高度為閾值以下,判定為焊接合格件。
這樣,通過在杯狀構(gòu)件12a的接合用端面50設(shè)置突出面50a,從而反射回波的回波高度變低,能夠提高檢查的精度。
在焊接不合格件的情況下,如圖12b所示,因熔深不良而焊道491的前端未到達(dá)判定基準(zhǔn)Wmin,因此,送信脈沖G被接合用端面51、倒角部51a反射,探頭147接收散射了的反射回波R。該反射回波R超過合格與否判定的反射回波的閾值,判定為焊接不合格件。
這樣,通過在接合用端面50設(shè)置突出面50a,能夠明確地區(qū)分反射回波的回波高度,能夠高精度地進(jìn)行焊接合格件、不合格件的判定。
就突出面50a的尺寸而言,如圖12a所示,設(shè)突出面50a的徑向的寬度為S〔S=(E-D)/2〕,設(shè)熔透焊道491距接合用端面51的內(nèi)徑E的高度為Q時(shí),成為S≥Q的關(guān)系。若處于該關(guān)系,則能夠明確地區(qū)分反射回波的高度,能夠高精度地判定焊接合格件、不合格件。若維持該S≥Q的關(guān)系,則能夠適當(dāng)?shù)卦O(shè)定突出面50a的尺寸。需要說明的是,接合用端面51的內(nèi)徑E也可以為凹陷52(的內(nèi)徑部53)的內(nèi)徑。
超聲波探傷裝置120能夠使從工件11’的搬入到供水、排水、超聲波探傷、工件搬出的各動作連動,能夠使超聲波探傷自動化。因此,能夠提高檢查的精度、作業(yè)性及效率,適于作為批量產(chǎn)品的等速萬向聯(lián)軸器的外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件的焊接部的檢查。
另外,在超聲波探傷中,與將杯狀構(gòu)件12a的接合用端面50的外徑B針對每個(gè)聯(lián)軸器尺寸而設(shè)為相同尺寸的基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)相結(jié)合,還能減少對于編號不同的外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件11的換產(chǎn)調(diào)整作業(yè),能謀求檢測效率的進(jìn)一步提高。
而且,由于是在水中進(jìn)行探傷的結(jié)構(gòu),因此,超聲波的傳播良好,能實(shí)現(xiàn)更高精度的檢查。而且,由于采用在接合用端面50設(shè)置突出面50a的焊接部的形狀,因此,能明確地區(qū)分反射回波的回波高度,能夠高精度地判定焊接合格件、不合格件。
接下來,關(guān)于杯狀構(gòu)件的品種統(tǒng)一,例示與圖5c所示的長桿型的軸構(gòu)件13a不同編號的軸構(gòu)件進(jìn)行補(bǔ)充說明。
圖14及圖15所示的軸構(gòu)件13b為內(nèi)盤側(cè)的標(biāo)準(zhǔn)的桿用。在軸構(gòu)件13b形成有與杯狀構(gòu)件12a的底部12a2(短軸部12a3)的接合用端面50(參照圖4b)對接的接合用端面51。該接合用端面51的外徑B及內(nèi)徑E形成為與圖5c所示的長桿型的軸構(gòu)件13a的接合用端面51的外徑B及內(nèi)徑E相同的尺寸。
在此,也將杯狀構(gòu)件12a的接合用端面50的內(nèi)徑D設(shè)定得比軸構(gòu)件13b的接合用端面51的內(nèi)徑E小。其結(jié)果是,在杯狀構(gòu)件12a的接合用端面50形成有比軸構(gòu)件13b的接合用端面51的內(nèi)徑E向徑向內(nèi)側(cè)突出的突出面50a。通過使這樣的形狀的接合用端面50、51對接而進(jìn)行焊接,從而將杯狀構(gòu)件12a與軸構(gòu)件13b接合。
該軸構(gòu)件13b為內(nèi)盤側(cè)的標(biāo)準(zhǔn)的桿用,因此,軸部的長度短,在軸向中央部形成有滑動軸承面25,在該滑動軸承面25形成有多個(gè)油槽26。在與杯狀構(gòu)件12a側(cè)相反側(cè)的端部形成有花鍵軸Sp和擋圈槽48。這樣,即使標(biāo)準(zhǔn)長度的桿、長桿這樣的類型的不同、每種車型的各種軸徑、外周形狀不同,也能夠?qū)⑤S構(gòu)件13a、13b的接合用端面51的外徑B設(shè)定為相同尺寸。
杯狀構(gòu)件12a與軸構(gòu)件13a、13b的接合用端面50、51的外徑B針對每個(gè)聯(lián)軸器尺寸而設(shè)定為相同尺寸。因此,能夠在熱處理前的狀態(tài)下準(zhǔn)備針對每個(gè)聯(lián)軸器尺寸共用化的杯狀構(gòu)件和針對各種車型而具備各種軸部規(guī)格的軸構(gòu)件,能夠分別對杯狀構(gòu)件12a與軸構(gòu)件13a、13b的中間部件標(biāo)注編號進(jìn)行管理。并且,即使將杯狀構(gòu)件12a品種統(tǒng)一,通過與對于每種車型具備各種軸部規(guī)格的軸構(gòu)件13a、13b組合,能夠迅速地制作與要求相應(yīng)的各種外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件11。因此,能夠?qū)崿F(xiàn)由杯狀構(gòu)件12a的品種統(tǒng)一帶來的成本降低、生產(chǎn)管理的負(fù)荷減輕。
在上述中,為了易于理解,以標(biāo)準(zhǔn)長度的桿與長桿這種類型的不同為例,進(jìn)行杯狀構(gòu)件的品種統(tǒng)一的說明。但是,并不限于此,杯狀構(gòu)件相對于標(biāo)準(zhǔn)長度的桿之間的針對每種車型而具備各種軸部規(guī)格的軸構(gòu)件、長桿之間的針對每種車型而具備各種軸部規(guī)格的軸構(gòu)件的品種統(tǒng)一也是同樣的。
在圖16中示出杯狀構(gòu)件的品種統(tǒng)一的例子。
如圖示所示,杯狀構(gòu)件在一個(gè)聯(lián)軸器尺寸中共用化,例如,標(biāo)注編號C001而進(jìn)行管理。與此相對,軸構(gòu)件針對每種車型而具備各種軸部規(guī)格,例如,標(biāo)注編號S001、S002、~S(n)而進(jìn)行管理。并且,例如,當(dāng)組合編號C001的杯狀構(gòu)件和編號S001的軸構(gòu)件來進(jìn)行焊接時(shí),能夠制作編號A001的外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件。
這樣,通過杯狀構(gòu)件的品種統(tǒng)一,能夠?qū)崿F(xiàn)成本降低、生產(chǎn)管理的負(fù)荷減輕。在此,在稱作杯狀構(gòu)件的品種統(tǒng)一時(shí),并不限于在一個(gè)聯(lián)軸器尺寸中設(shè)定一個(gè)種類、即一個(gè)型號的杯狀構(gòu)件。例如,也包括根據(jù)最大工作角的不同規(guī)格而在一個(gè)聯(lián)軸器尺寸中設(shè)定多個(gè)種類(多個(gè)型號)的杯狀構(gòu)件,將這些杯狀構(gòu)件的上述接合用端面的外徑B設(shè)為相同尺寸。
接著,參照圖17a~17c及圖18說明外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件的第二例。
在此,圖17a表示外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件的局部剖切主視圖,圖17b表示圖17a的b部放大圖,圖17c表示圖17b的焊接前的狀態(tài)。圖18是焊接前的杯狀構(gòu)件的縱剖視圖。圖17a~17c與圖2a~2c相對應(yīng),若將這些圖進(jìn)行對比則明顯可知,在該第二例中,已經(jīng)說明的第一例中的杯狀構(gòu)件的接合用端面的內(nèi)徑側(cè)的形態(tài)不同。其他結(jié)構(gòu)與第一例相同,因此,對具有與第一例相同功能的部位標(biāo)注僅改變了帶下角標(biāo)數(shù)字的同一附圖標(biāo)記,省略重復(fù)的說明。當(dāng)然,如圖17b中的虛線的平行斜線所示,將中心部偏析的假定范圍S1阻止在內(nèi)徑側(cè)而不與焊接部49干涉這一點(diǎn)也與第一例相同。
如圖17c及圖18所示,在杯狀構(gòu)件12a1的短軸部12a31形成的接合用端面501為環(huán)狀,在內(nèi)徑側(cè)具有凸部50b1。并且,環(huán)狀的接合用端面501的內(nèi)徑側(cè)的直徑D1相當(dāng)于外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件的第一例中的杯狀構(gòu)件12a的接合用端面50的內(nèi)徑D,接合用端面501的內(nèi)徑側(cè)部分比軸構(gòu)件13a的接合用端面51的內(nèi)徑E向內(nèi)徑側(cè)突出。將該突出的部分與第一例同樣地稱為突出面50a1。軸構(gòu)件13a與第一例相同,在接合用端面51的內(nèi)徑側(cè)設(shè)有凹陷52。為了不妨礙接合用端面501、51的對接,使杯狀構(gòu)件12a1的凸部50b1的高度、即從接合用端面501到凸部50b1的端面的距離比凹陷52的深度小。
杯狀構(gòu)件12a1能夠通過僅對第一例中的減薄拉伸加工后的杯狀構(gòu)件的毛坯12a’(圖4a)的短軸部12a3’的端面中的、外徑側(cè)的接合用端面501的部分進(jìn)行車削加工而形成。因此,能夠縮短車削加工時(shí)間,材料成品率也較好。當(dāng)然,也可以對內(nèi)徑側(cè)的凸部50b1實(shí)施車削加工,但通過直接為鍛造表面能夠削減工時(shí)。
除此以外的結(jié)構(gòu)、作用、即關(guān)于外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件的第一例已經(jīng)說明的各工序的概要、杯狀構(gòu)件及軸構(gòu)件的主要的加工工序中的狀態(tài)、杯狀構(gòu)件的共用化、焊接方法、超聲波探傷、品種統(tǒng)一、外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件的結(jié)構(gòu)等在外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件的第二例中也適用。
圖19表示外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件的制造方法的第二例。
在該第二例中,將圖3的熱處理工序S7中的杯狀構(gòu)件的熱處理工序放入焊接工序S6之前而作為熱處理工序S5c,對于杯狀構(gòu)件,作為成品件而準(zhǔn)備。除此以外的內(nèi)容,即,關(guān)于制造方法的第一例已經(jīng)說明的事項(xiàng)、即各工序的概要、杯狀構(gòu)件及軸構(gòu)件的主要的加工工序中的狀態(tài)、杯狀構(gòu)件的共用化、焊接方法、超聲波探傷、品種統(tǒng)一、外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件的結(jié)構(gòu)等在制造方法的第二例中也適用。
如圖4b所示,杯狀構(gòu)件12a的外形呈從接合用端面50經(jīng)由底部12a2直至直徑較大的筒狀部12a1的形狀,筒狀部12a1的內(nèi)周的滾道槽30和內(nèi)周面42是實(shí)施淬火回火的熱處理的部位。因此,通常認(rèn)為對于熱處理部不存在焊接時(shí)的熱影響,因此對于杯狀構(gòu)件12a,在焊接前實(shí)施熱處理,作為成品件而準(zhǔn)備。這樣的制造工序在實(shí)用方面優(yōu)選。
對于杯狀構(gòu)件12a實(shí)施作為成品件的熱處理,因此標(biāo)注作為成品件的編號而進(jìn)行管理。因此,杯狀構(gòu)件12a的品種統(tǒng)一帶來的成本降低、生產(chǎn)管理的負(fù)荷減輕變得顯著。另外,對于杯狀構(gòu)件12a而言,直至經(jīng)由鍛造加工、車削加工、熱處理的成品件,能夠單獨(dú)地制造,也包括減少換產(chǎn)調(diào)整等而使生產(chǎn)率提高。
對于表示關(guān)聯(lián)制造方法的第一例已經(jīng)說明的杯狀構(gòu)件的品種統(tǒng)一的例子的圖16,圖中的杯狀構(gòu)件的編號僅為作為成品件的編號,對于軸構(gòu)件與外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件,與制造方法的第一例相同,因此省略說明。
圖20表示外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件的制造方法的第三例。
在該第三例中,將關(guān)聯(lián)第一例已經(jīng)說明的圖3的熱處理工序S7的杯狀部與軸部的熱處理工序以及軸部的磨削工序S8放入焊接工序S6之前,作為杯狀構(gòu)件的熱處理工序S5c、軸構(gòu)件的熱處理工序S4s、磨削工序S5s。因此,將杯狀構(gòu)件與軸構(gòu)件均作為成品件而準(zhǔn)備。除此以外的事項(xiàng)、即關(guān)聯(lián)制造方法的第一例已經(jīng)說明的各工序的概要、杯狀構(gòu)件以及軸構(gòu)件的主要的加工工序的狀態(tài)、杯狀構(gòu)件的共用化、焊接方法、超聲波探傷、品種統(tǒng)一、外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件的結(jié)構(gòu)等也適用于該第三例。
軸構(gòu)件在花鍵加工工序S3s之后,在熱處理工序S4s中,在外周面的規(guī)定范圍通過高頻淬火形成HRC50~62程度的硬化層。包括接合用端面51的規(guī)定的軸向部位不實(shí)施熱處理。對于杯狀構(gòu)件的熱處理、編號標(biāo)注等,與制造方法的第二例相同,因此省略重復(fù)說明。
在熱處理工序S4s之后,軸構(gòu)件移至磨削工序S5s,對軸承安裝面14等進(jìn)行精加工。由此,獲得作為成品件的軸構(gòu)件。然后,對軸構(gòu)件標(biāo)注作為成品件的編號進(jìn)行管理。該制造方法的第三例適于具有對熱處理部不產(chǎn)生焊接時(shí)的熱影響的形狀、規(guī)格的杯狀構(gòu)件以及軸構(gòu)件的情況。
在制造方法的第三例中,杯狀構(gòu)件與軸構(gòu)件雙方能夠標(biāo)注作為成品件的編號進(jìn)行管理。因此,杯狀構(gòu)件的品種統(tǒng)一帶來的成本降低、生產(chǎn)管理的負(fù)荷減輕更加顯著。另外,對于杯狀構(gòu)件以及軸構(gòu)件而言,直至經(jīng)由鍛造加工、車削加工、熱處理以及熱處理后的磨削加工等的成品件,能夠分別單獨(dú)地制造,包括減少換產(chǎn)調(diào)整等而使生產(chǎn)率進(jìn)一步提高。
在制造方法的第三例的情況下,對于表示關(guān)聯(lián)第一例已經(jīng)說明的杯狀構(gòu)件的品種統(tǒng)一的例子的圖16,圖中的杯狀構(gòu)件以及軸構(gòu)件的編號為成品件的編號。外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件與制造方法的第一例相同,因此省略說明。但是,所謂作為成品件的杯狀構(gòu)件、軸構(gòu)件,不限于實(shí)施了前述的熱處理后的磨削加工、淬火后切削加工等精加工的構(gòu)件,還包括未進(jìn)行該精加工的熱處理結(jié)束狀態(tài)的杯狀構(gòu)件、軸構(gòu)件。
如在品種統(tǒng)一中已經(jīng)說明的那樣,杯狀構(gòu)件不限定于在一個(gè)聯(lián)軸器中為一個(gè)種類、即一個(gè)編號。例如,也包括如下情況:根據(jù)最大工作角的不同規(guī)格而在一個(gè)聯(lián)軸器尺寸中設(shè)定多個(gè)種類(多個(gè)型號)的杯狀構(gòu)件,將這些杯狀構(gòu)件的上述接合用端面的外徑B設(shè)為相同尺寸。另外,例如,還包括如下情況:考慮聯(lián)軸器功能、制造現(xiàn)場的實(shí)際情況、生產(chǎn)率等,為了在熱處理前的中間部件與成品部件的多個(gè)形態(tài)下管理杯狀構(gòu)件,在一個(gè)聯(lián)軸器尺寸中設(shè)定多個(gè)種類(多個(gè)型號)的杯狀構(gòu)件,將這些杯狀構(gòu)件的上述接合用端面的外徑B設(shè)為相同尺寸。
接下來,參照圖21以及圖22說明外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件的第三例。
在此,對具有與外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件的第一例相同功能的部位標(biāo)注相同的附圖標(biāo)記,僅對要點(diǎn)進(jìn)行說明。
圖21所示的滑動式等速萬向聯(lián)軸器102是三球銷型等速萬向聯(lián)軸器(TJ),且具備外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件112、內(nèi)側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件162以及作為轉(zhuǎn)矩傳遞元件的滾子19。外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件112具有杯狀部122和從杯狀部122的底部沿軸向延伸的長桿部13。內(nèi)側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件162由三球銷構(gòu)件17構(gòu)成,且收容于外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件112的杯狀部122的內(nèi)周,該三球銷構(gòu)件17在圓周方向上等間隔地設(shè)有將滾子19支承為旋轉(zhuǎn)自如的三根腳軸18。滾子19介于外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件112與內(nèi)側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件162之間,在兩者之間傳遞轉(zhuǎn)矩。
與外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件的第一例相同,在長桿部13的外周面固定有支承軸承6的內(nèi)圈,該支承軸承6的外圈經(jīng)由未圖示的托架固定于變速器箱體。因此,外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件112通過支承軸承6被支承為旋轉(zhuǎn)自如,從而盡可能地防止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)等的外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件112的振動。
如圖22所示,外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件112包括杯狀部122和長桿部13。杯狀部122呈一端開口的有底筒狀,且在內(nèi)周面312的圓周方向三等分位置形成有供滾子19滾動的滾道槽302。長桿部13從杯狀部122的底部沿軸向延伸,且在與杯狀部122相反側(cè)的端部外周設(shè)置有作為轉(zhuǎn)矩傳遞用連結(jié)部的花鍵軸Sp。
外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件112通過對成為杯狀部122的杯狀構(gòu)件12a2與成為長桿部13的軸構(gòu)件13a進(jìn)行焊接而形成。
杯狀構(gòu)件12a2是由筒狀部12a12與底部12a22構(gòu)成的一體成形件,在筒狀部12a12的內(nèi)周形成有滾道槽130與內(nèi)周面131。在底部12a22形成有短軸部12a32。在杯狀構(gòu)件12a2的開口側(cè)的外周形成有防護(hù)罩安裝槽32。
軸構(gòu)件13a在杯狀構(gòu)件12a2側(cè)的外周形成有軸承安裝面14以及擋圈槽15,在與杯狀構(gòu)件12a2相反側(cè)的端部形成有花鍵軸Sp。
通過使在杯狀構(gòu)件12a2的短軸部12a32形成的接合用端面502與軸構(gòu)件13a的杯狀構(gòu)件12a2側(cè)端部的接合用端面51對接,并從徑向的外側(cè)照射電子束而進(jìn)行焊接。眾所周知,焊接部49由在焊接中溶融凝固了的金屬即溶融金屬及其周圍的熱影響部構(gòu)成。
與外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件的第一例相同,接合用端面502與接合用端面51的外徑B針對每個(gè)聯(lián)軸器尺寸而設(shè)定為相同尺寸。焊接部49形成在軸構(gòu)件13a的比軸承安裝面14靠杯狀構(gòu)件12a2側(cè),因此,軸承安裝面14等能夠預(yù)先進(jìn)行加工而取消焊接后的后加工。另外,若為電子束焊接,則在焊接部不存在毛刺,因此也能夠省略焊接部的后加工,能夠降低制造成本。
關(guān)聯(lián)外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件的第一例與第二例以及制造方法的第一~三例已經(jīng)說明的事項(xiàng)也適用于外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件的第三例。
在此,所謂關(guān)于杯狀構(gòu)件12a、12a1、12a2的接合用端面50、501、502的外徑B、突出面50a、50a1針對每個(gè)聯(lián)軸器尺寸而設(shè)為相同尺寸,并不限定于杯狀構(gòu)件12a、12a1、12a2在一個(gè)聯(lián)軸器尺寸中為一個(gè)種類、即一個(gè)編號。
例如,也包括根據(jù)最大工作角的不同規(guī)格而在一個(gè)聯(lián)軸器尺寸中設(shè)定多個(gè)種類(多個(gè)編號)的杯狀構(gòu)件,將這些杯狀構(gòu)件的上述接合用端面的外徑設(shè)定為相同尺寸、將上述突出面設(shè)定為相同的情況。
另外,除此之外,例如還包括如下情況:考慮聯(lián)軸器功能、制造現(xiàn)場的實(shí)際情況、生產(chǎn)率等,為了在熱處理前的中間部件與實(shí)施了熱處理的成品部件的多個(gè)形態(tài)下管理杯狀構(gòu)件,在一個(gè)聯(lián)軸器尺寸中設(shè)定多個(gè)種類(多個(gè)編號)的杯狀構(gòu)件,將這些杯狀構(gòu)件的上述接合用端面的外徑設(shè)為相同尺寸、將上述突出面設(shè)定為相同。
而且,在將杯狀構(gòu)件12a、12a1、12a2的接合用端面50、501、502的外徑B針對每個(gè)聯(lián)軸器尺寸而設(shè)為相同尺寸、或?qū)⑼怀雒?0a、50a1針對每個(gè)聯(lián)軸器尺寸而設(shè)為相同時(shí),關(guān)于不同形式的等速萬向聯(lián)軸器彼此也適用。
例如,還包括如下情況:在內(nèi)盤側(cè)將三球銷型等速萬向聯(lián)軸器與雙圈型等速萬向聯(lián)軸器的上述接合用端面的外徑設(shè)為相同尺寸、將上述突出面設(shè)定為相同。另外,還包括如下情況:在外盤側(cè)將球籠型等速萬向聯(lián)軸器與免根切型等速萬向聯(lián)軸器的上述接合用端面的外徑設(shè)為相同尺寸、將上述突出面設(shè)定為相同。而且,也能將內(nèi)盤側(cè)與外盤側(cè)的等速萬向聯(lián)軸器的上述接合用端面的外徑設(shè)為相同尺寸、將上述突出面設(shè)定為相同。
可以將上述的焊接前的杯狀構(gòu)件12a、12a1、12a2與軸構(gòu)件13a、13b的至少一方作為不實(shí)施熱處理的中間部件。在該情況下,在焊接后,實(shí)施熱處理和磨削加工、淬火鋼切削等精加工。適于杯狀構(gòu)件12a、12a1、12a2以及軸構(gòu)件13a、13b為在熱處理后進(jìn)行焊接時(shí)因焊接時(shí)的熱量而使周邊部的溫度上升且對熱處理部的硬度存在影響那樣的形狀、規(guī)格的情況。對上述的中間部件標(biāo)注編號進(jìn)行管理。
另外,可以將上述的焊接前的杯狀構(gòu)件12a、12a1、12a2與軸構(gòu)件13a、13b的至少一方作為實(shí)施了熱處理的成品部件。實(shí)施了熱處理的成品部件是指實(shí)施了熱處理及熱處理后的磨削加工、淬火鋼切削等精加工的成品部件。在該情況下,能夠得到針對每個(gè)聯(lián)軸器尺寸而共用化了的作為成品部件的杯狀構(gòu)件12a、12a1、12a2與針對每種車型而具備各種軸部規(guī)格的軸構(gòu)件,能夠分別標(biāo)注編號進(jìn)行管理。因此,杯狀構(gòu)件12a、12a1、12a2的品種統(tǒng)一帶來的成本降低、生產(chǎn)管理的負(fù)荷減輕變得顯著。
另外,對于共用化的杯狀構(gòu)件12a、12a1、12a2與具備各種軸部規(guī)格的軸構(gòu)件13a、13b而言,直至經(jīng)由鍛造加工、車削加工、熱處理以及磨削加工、淬火鋼切削等精加工的成品部件,能夠分別單獨(dú)地制造,也包括減少換產(chǎn)調(diào)整作業(yè)等而使生產(chǎn)率提高。其中,作為成品部件的杯狀構(gòu)件12a、12a1、12a2、軸構(gòu)件13a、13b不限于實(shí)施了前述的熱處理后的磨削加工、淬火鋼切削等精加工的構(gòu)件,包括未進(jìn)行該精加工的熱處理結(jié)束狀態(tài)的杯狀構(gòu)件12a、12a1、12a2、軸構(gòu)件13a、13b。
歸納上述的本發(fā)明的實(shí)施方式的效果而列記如下。
實(shí)施方式中的外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件11、111、112是一種等速萬向聯(lián)軸器的外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件,其是通過將杯狀構(gòu)件12a、12a1、12a2與軸構(gòu)件13a、13b接合而制造的外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件,
所述杯狀構(gòu)件12a、12a1、12a2呈在一端開口的有底筒狀,且包括筒狀部12a1、12a11、12a12、底部12a2、12a21、12a22以及從所述底部12a2、12a21、12a22突出的短軸部12a3、12a31、12a32,所述短軸部12a3、12a31、12a32為實(shí)心軸狀且在端部具有接合用端面50、501、502,所述軸構(gòu)件13a、13b為實(shí)心軸狀且在一端具有接合用端面51,通過使所述杯狀構(gòu)件12a、12a1、12a2的所述接合用端面50、501、502與所述軸構(gòu)件13a、13b的所述接合用端面51對接,并從外徑側(cè)照射高能密度束流而進(jìn)行焊接,從而形成環(huán)狀的焊接部49,由此避免中心部偏析與焊接部49干涉。通過做成為環(huán)狀的焊接部49,能在避開了中心部偏析的外徑側(cè)配置焊接部49,強(qiáng)度、焊接品質(zhì)有所提高。
實(shí)施方式的制造方法在制造上述等速萬向聯(lián)軸器的外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件11、111、112時(shí),通過鍛造工序來成形所述杯狀構(gòu)件12a、12a1、12a2,使所述杯狀構(gòu)件12a、12a1、12a2的接合用端面50、501、502與所述軸構(gòu)件13a、13b的接合用端面51對接并從外徑側(cè)照射高能密度束流來進(jìn)行焊接,從而形成環(huán)狀的焊接部49,所述鍛造工序包括:連續(xù)且多級地對柱狀的鋼坯60進(jìn)行鐓鍛的鐓鍛加工、成形所述筒狀部12a1、12a11、12a12和所述短軸部12a3、12a31、12a32的擠出加工以及對所述筒狀部12a1、12a11、12a12進(jìn)行減薄拉伸的減薄拉伸加工。通過以多級實(shí)施鐓鍛,能夠使鋼坯邊緣盡可能地向外徑側(cè)移動。
就在所述鐓鍛的過程中使用的模具62而言,在相當(dāng)于所述杯狀構(gòu)件12a、12a1、12a2的開口側(cè)的第一區(qū)域,所述模具的內(nèi)徑比所述鋼坯60的外徑大,在相當(dāng)于所述杯狀構(gòu)件12a、12a1、12a2的底側(cè)的第二區(qū)域,所述模具的內(nèi)徑逐漸縮小。并且,通過依次使用階段性地增大了第一區(qū)域的內(nèi)徑的多個(gè)模具,從而在所述鐓鍛的過程,使所述鋼坯60的、相當(dāng)于所述杯狀構(gòu)件12a、12a1、12a2的開口側(cè)的區(qū)域擴(kuò)徑,使相當(dāng)于所述杯狀構(gòu)件12a、12a1、12a2的底側(cè)的區(qū)域縮小。通過該縮小,能阻止朝向外徑側(cè)的材料的流動,因此能將鋼坯的中心部偏析阻止在內(nèi)徑側(cè)。
關(guān)于模具62的第二區(qū)域,作為逐漸縮小的內(nèi)徑,如舉具體例的話,為在縱剖面中看為凹圓弧形狀64A或錐形狀64B或者圓弧與錐形的復(fù)合形狀64C。
所述擠出加工包括成形所述短軸部12a3、12a31、12a32的前方擠出加工和成形所述筒狀部12a1、12a11、12a12的后方擠出加工。此時(shí),在對在鐓鍛的過程中縮小了的第二區(qū)域?qū)嵤┣胺綌D出加工而成形短軸部12a3、12a31、12a32時(shí),形成軸向上的鍛件纖維流線,從而能夠極力抑制擴(kuò)徑(橫向延展),能將縮小了的中心部偏析阻止在中央部。
通過上述的方法制造成的等速萬向聯(lián)軸器的外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件的焊接部的強(qiáng)度、焊接品質(zhì)提高。
以上,參照附圖說明了本發(fā)明的實(shí)施方式,但本發(fā)明并不限定于在此說明且在圖中例示的實(shí)施方式,能在不脫離權(quán)利請求的范圍的范圍內(nèi)施加各種改變來實(shí)施。
另外,例示了采用電子束焊接的情況,但本發(fā)明并不限于電子束焊接,能同樣地應(yīng)用于采用激光焊接以及其他的基于高能密度束流的焊接的情況。
并且,作為滑動式等速萬向聯(lián)軸器,例示了雙圈型等速萬向聯(lián)軸器、三球銷型等速萬向聯(lián)軸器,但本發(fā)明也能夠應(yīng)用于十字槽型等速萬向聯(lián)軸器等其他的滑動式等速萬向聯(lián)軸器的外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件、以及固定式等速萬向聯(lián)軸器的外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件。另外,以將本發(fā)明應(yīng)用于構(gòu)成驅(qū)動軸的等速萬向聯(lián)軸器的外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件的情況為例進(jìn)行了說明,但本發(fā)明也能夠應(yīng)用于構(gòu)成傳動軸的等速萬向聯(lián)軸器的外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件。
附圖標(biāo)記說明
10 滑動式等速萬向聯(lián)軸器
11、111、112 外側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件
12、121、122 杯狀部
12a、12a1、12a2 杯狀構(gòu)件
12a1、12a11、12a12 筒狀部
12a2、12a21、12a22 底部
12a3、12a31、12a32 短軸部
13 軸部(長桿部)
13a、13b 軸構(gòu)件
14 軸承安裝面
16 內(nèi)側(cè)聯(lián)軸器構(gòu)件
17 三球銷構(gòu)件
19 轉(zhuǎn)矩傳遞元件(滾子)
41 轉(zhuǎn)矩傳遞元件(滾珠)
49 焊接部
50、501、502 杯狀構(gòu)件的接合用端面
50a 突出面
50b 凹部
50b1 凸部
51 軸構(gòu)件的接合用端面
52 凹陷
53 (接合用端面51的)內(nèi)徑部
60 鋼坯
62A~62D 沖模
64A 圓弧形狀剖面
64B 錐形狀剖面
64C 圓弧與錐的復(fù)合形狀剖面
66A~66D 沖頭
68 減薄拉伸沖模
100 焊接裝置
120 超聲波探傷裝置
S、S1 中心部偏析的假定范圍