一种半空心电机轴及其成型工艺与装置的制作方法

1.本发明涉及新能源汽车及新能源汽车驱动电机零部件生产领域，具体涉及一种半空心电机轴的旋压成型工艺。


背景技术：

2.各行业都积极推动降碳减排，交通领域占终端碳排放15%，汽车行业降碳减排，首当其冲；新能源汽车加速发展，2021年全国新能源汽车销量为352.1万辆，2022年新能源汽车销量为649.8万辆，预计国内电动车2025年销量可达1000万，随着传统动力汽车零部件产品需求日益衰减，行业发展趋势均向三电动力领域发展，而新能源汽车对零部件也有着更高的要求。
3.对于驱动电机的核心部件—驱动电机轴而言，不仅需要单件轻量化带来整车的高续航能力，还需要满足高速转下的电机冷却用的冷却油的流动空间准备，所以将电机轴做成口部小、腹部大、薄壁且空心的结构，为了避免冷却油和减速器润滑油混淆，还需要将花键部位封口、旋变端开口，而这种要求的实现，大大的增加了电机轴传统的加工工艺难度。传统的成型方式如图1所示，为上下两部分均采用棒料，下半部分锻造成具有浅盲孔的锻坯，再采用车削成型深盲孔和薄壁，上半部分车削成型再与下半部分进行焊接，完成要求的结构。由于锻造工艺的限制，锻出的盲孔深度有限，需要大量的机加工来达到最终的孔深。此工艺材料利用率低且加工节拍有限，对于大批量的生产来说，造成材料的浪费和成本的提高，且焊接部位的变形，对后续工件热处理或机加工也会造成影响。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种一体化锻坯成型半空心电机轴成型工艺，以解决现有技术所存在的上述问题。
5.本发明所提供的成型工艺为先采用锻造成型带盲孔毛坯，再采用旋压工艺对锻坯进行径向往复挤压，使其腹部部分区域变长，再采用旋压工艺对开口部位进行往复挤压，使其收口成型，这种旋压工艺属于塑性成型工艺，而多次往复挤压的原因是为了避免塑性变形过程中材料的减薄或堆积造成的缺陷，而采用塑性成型可以使材料的流线不被切断、材料的组织更加均匀，提高了材料的机械性能，具体包括以下步骤：s1、锻造锻坯：采用棒料，锻造出带盲孔一的锻坯体；盲孔一处壁厚为待成型半空心电机轴空心段壁厚的4倍。s2、减薄拉伸：将s1所得锻坯体经下模夹具、上模组件装夹固定在旋压设备上，采用减薄旋轮对盲孔一外壁旋压加工推动材料（沿y向）向上流动形成中部壁薄、上口部壁厚的深盲孔，得到粗坯体。深盲孔内径与盲孔一内径相等，深盲孔深度为盲孔一深度的2倍以上。s3、缩径增厚：上模组件退出，采用缩径旋轮沿粗坯体上口部下端旋压加工形成多段收口增厚段，得到细坯体。s4、精细加工：根据成型规格要求，利用车床对细坯体上下两端外形轮廓机械加工，得到符合成型尺寸要求的半空心电机轴；步骤s3中所成型的多段收口增厚段（收口增厚段一、收口增厚段二）使得经s4加工成型后的半空心电机轴上
口部最薄处壁厚不低于空心段壁厚。
6.优选地，步骤s2中旋压加工为两道次完成，每道次减薄量为锻坯体盲孔一处壁厚的1/4。
7.优选地，步骤s3中多段收口增厚段包括沿粗坯体上口部下端旋压加工形成的收口增厚段一、沿收口增厚段一上部旋压加工形成收口增厚段二。步骤s3中旋压加工收口增厚段一为一道次完成，该道次缩径旋轮x向进给量为粗坯体中部壁厚的0.9~1倍。步骤s3中旋压加工收口增厚段二为一道次完成，该道次缩径旋轮x向进给量为粗坯体中部壁厚的0.6~0.7倍。
8.优选地，步骤s2中减薄旋轮为两个，对称设置于待旋压坯体两侧。
9.减薄旋轮成型面由下部圆角减薄成型段、与减薄成型段相连的中部圆弧配合段、与中部圆弧配合段相连的上部大圆角段组成。
10.优选地，步骤s3中缩径旋轮为两个，对称设置于待旋压坯体两侧。步骤s3中缩径旋轮成型面由中部圆角缩径成型段、对称设于缩径成型段上下的上斜面配合段、下斜面配合段组成。第二方面，本发明提供了上述半空心电机轴的成型工艺所使用的装置，包括旋压设备，所述旋压设备上设有下模夹具、上模组件。所述下模夹具包括用于固定坯体的定位衬套、用于将定位衬套连接于旋压设备下连接座的液压卡盘；所述液压卡盘各卡爪上连接有与定位衬套外径适配以夹紧定位衬套的环爪；所述定位衬套内孔与坯体下端花键部相适配。所述上模组件包括下端插装于锻坯体与减薄旋轮配合完成旋压加工的上芯模、用于将上芯模固定于旋压设备上连接座的压板。
11.第三方面，本发明还提供了上述半空心电机轴的成型工艺所成型的半空心电机轴。
12.本发明采用旋压设备，其中旋轮为通用工装，可实现多个产品共用，降低工装成本。
13.本发明采用双旋轮旋压，保证在加工过程中零件的受力永远是均匀、一致的，避免造成局部减薄或增厚现象。
14.本发明减薄拉伸旋压中采用上芯模，保证在加工过程中零件壁厚的均匀性，因为后期加工的基准为减薄拉伸后成型的外圆，而其成型的内壁是无法加工的，采用上芯模的优势就是保证内外径的同心度在要求范围内。
15.本发明通过旋压出多个不同外径尺寸的不同台阶，最大程度的接近成品轮廓，减少后续机加工的余量，提高产品的生产效率，实现电机轴的轻量化的同时提高材料的利用率，降低产品的生产成本。
16.本发明通过多次旋压的塑性成型工艺，使得电机轴具有不间断的材料流线组织，且在压应力作用下使材料更加致密，可提高零件表面硬度，降低后工序加工的失效风险。本发明采用多道次旋压工艺，有效避免冷成型中电机轴由于较大的塑性变形量而产生折叠等缺陷，可以实现部分区域减薄、部分区域增厚，从而使得成型后的半空心电机轴上口部最薄处壁厚不低于空心段壁厚，半空心电机轴整体不会存在壁厚薄弱处，可靠保证电机力矩传输及使用，强度更高、使用寿命更长。
附图说明
17.下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明：图1是现有加工工艺工序图。
18.图2是本发明工艺的加工工序图。
19.图3是本发明步骤s2示意图。
20.图4是减薄旋轮的成型面示意图。
21.图5是本发明步骤s3示意图。
22.图6是缩径旋轮的成型面示意图。
实施方式
23.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有开展创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。
25.如图2所示，本发明所提供的半空心电机轴成型工艺主要分为四个工序，锻造一序锻坯、减薄拉伸旋压二序成型空心段、缩径增厚旋压三序成型收口段、机加工序完成最后尺寸精加工成型；具体为：一序锻造锻坯：采用棒料00，锻造出带盲孔一101的锻坯体01。盲孔一101处壁厚为待成型半空心电机轴空心段壁厚的4倍。
26.二序减薄拉伸：在旋压设备上设有下模夹具、上模组件，如图3所示。下模夹具包括定位衬套7、液压卡盘9，液压卡盘9各卡爪上连接有环爪8，定位衬套7内孔与坯体下端花键部相适配。上模组件包括下端插装于锻坯体与减薄旋轮配合完成旋压加工的上芯模4、用于将上芯模4固定于旋压设备上缸的压板41。旋压设备左边旋轮架、右边旋轮架上分别装有减薄旋轮5。如图4所示，减薄旋轮5成型面由下部圆角减薄成型段501、与减薄成型段501相连的中部圆弧配合段502、与中部圆弧配合段502相连的上部大圆角段503组成。左右旋轮架均可实现x、y方向的工进和快进功能，焊接卡爪8装在液压卡盘9上，定位衬套7放置在焊接卡爪8内部，液压卡盘9安装在设备下缸上，设备启动，液压卡盘9和焊接卡爪8向内收紧，带动定位衬套7夹紧锻坯体01的外圆，设备上缸带动上芯模4下移，伸入锻坯体01内部后压紧工件，设备的上下主轴开始旋转，带动锻坯体01旋转，两个减薄旋轮5快进至程序位置后开始工进，接触工件后在x方向以3mm/道次、y方向以10mm/s的速度，对工件进行2道次挤压，锻坯体01内有上芯模4、外有两个减薄旋轮5，产生塑性变形，工件材料在上芯模和旋轮的压力下，随着旋轮的运动轨迹开始沿着上芯模4沿y轴方向流动，中间部位由原来的短而厚状变成薄而长状，由原来的厚壁变成薄壁，可实现约50%的减薄率。长度方向增长约2倍左右，最终成型为图2左三所示的中部薄、口部厚的形状。旋轮每道次进给，材料发生流动，零件达到设计的状态，旋压完成后，设备主轴停止转动，上模组件随着上缸移出工件，两个减薄旋轮5随着设备侧缸快退至成型位置，工序加工完成，得到带深盲孔103的粗坯体02。深盲孔103内
径与盲孔一101内径相等，深盲孔103深度为盲孔一101深度的2倍以上。
27.三序缩径增厚：旋压设备上设有下模夹具，如图5所示，旋压设备左边旋轮架、右边旋轮架上装有缩径旋轮10。缩径旋轮10成型面由中部圆角缩径成型段1001、对称设于缩径成型段1001上下的上斜面配合段1002、下斜面配合段1003组成。左右旋轮架均可实现x、y方向的工进和快进功能。设备启动，液压卡盘9和焊接卡爪8向内收紧，带动定位衬套7夹紧粗坯体02的外圆，粗坯体02以外径和端面定位在定位衬套7上，设备的上下主轴开始旋转，带动粗坯体02旋转，对称设置的两个缩径旋轮快进至程序位置后开始工进，旋轮圆弧面接触工件后在x方向以1mm/s、y方向以1mm/s的速度，按照成型轨迹对工件进行多道次挤压，第一次挤压成型收口增厚段一201完成后，旋轮回到程序位置，旋轮圆弧面接触工件后在x方向以0.5mm/s、y方向以3mm/s的速度，按照成型轨迹完成第二次挤压，成型收口增厚段二202，共计对工件进行2次挤压。工件受到两个缩径旋轮的对称挤压，产生塑性变形，工件材料开始向内部流动，内部为中空，收口时厚度发生变化，可实现约1.5倍左右的厚度增加，外径变小，产生2个不同直径的台阶，完成了缩径和增厚工艺，最终成型为图2左四所示的收口且增厚的形状，设备主轴停止转动，两个缩径旋轮随着设备侧缸快退至成型位置，工序加工完成，得到细坯体03。旋压后的产品余量相对于棒料和锻坯都减少很多，且一体化的结构减少了很多机加工序。
28.四序精细加工：采用机加工方式，利用车床精加工产品外廓，完成后续工序，达到最终产品尺寸要求。三序所成型的收口增厚段一201、收口增厚段二202使得经四序加工成型后的半空心电机轴上口部2最薄处壁厚不低于空心段1壁厚。
29.本工艺所成型的半空心电机轴包括下部封口花键段、中部空心段1、上口部2收口台阶段。
30.以上所述仅为本发明的示例性实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种半空心电机轴的成型工艺，其特征在于：包括以下步骤：s1、锻造锻坯：采用棒料（00），锻造出带盲孔一（101）的锻坯体（01）；盲孔一（101）处壁厚为待成型半空心电机轴空心段壁厚的4倍；s2、减薄拉伸：将s1所得锻坯体（01）经下模夹具、上模组件装夹固定在旋压设备上，采用减薄旋轮（5）对盲孔一（101）外壁旋压加工推动材料向上流动形成中部（102）壁薄、上口部（2）壁厚的深盲孔（103），得到粗坯体（02）；深盲孔（103）内径与盲孔一（101）内径相等，深盲孔（103）深度为盲孔一（101）深度的2倍以上；s3、缩径增厚：上模组件退出，采用缩径旋轮（10）沿粗坯体（02）上口部（2）下端旋压加工形成多段收口增厚段，得到细坯体（03）；s4、精细加工：根据成型规格要求，对细坯体（03）上下两端外形轮廓机械加工，得到符合成型尺寸要求的半空心电机轴；步骤s3中所成型的多段收口增厚段使得经s4加工成型后的半空心电机轴上口部（2）最薄处壁厚不低于空心段（1）壁厚。2.根据权利要求1所述的半空心电机轴的成型工艺，其特征在于：所述步骤s2中旋压加工为两道次完成，每道次减薄量为锻坯体（01）盲孔一（101）处壁厚的1/4。3.根据权利要求1所述的半空心电机轴的成型工艺，其特征在于：所述步骤s3中多段收口增厚段包括沿粗坯体（02）上口部（2）下端旋压加工形成的收口增厚段一（201）、沿收口增厚段一（201）上部旋压加工形成的收口增厚段二（202）。4.根据权利要求3所述的半空心电机轴的成型工艺，其特征在于：所述步骤s3中旋压加工收口增厚段一（201）为一道次完成，该道次缩径旋轮x向进给量为粗坯体中部（102）壁厚的0.9~1倍；所述步骤s3中旋压加工收口增厚段二（202）为一道次完成，该道次缩径旋轮x向进给量为粗坯体中部（102）壁厚的0.6~0.7倍。5.根据权利要求1所述的半空心电机轴的成型工艺，其特征在于：所述步骤s2中减薄旋轮（5）为两个，对称设置于待旋压坯体两侧。6.根据权利要求1或5所述的半空心电机轴的成型工艺，其特征在于：所述步骤s2中减薄旋轮（5）成型面由下部圆角减薄成型段（501）、与减薄成型段（501）相连的中部圆弧配合段（502）、与中部圆弧配合段（502）相连的上部大圆角段（503）组成。7.根据权利要求1所述的半空心电机轴的成型工艺，其特征在于：所述步骤s3中缩径旋轮（10）为两个，对称设置于待旋压坯体两侧。8.根据权利要求1或7所述的半空心电机轴的成型工艺，其特征在于：所述步骤s3中缩径旋轮（10）成型面由中部圆角缩径成型段（1001）、对称设于缩径成型段（1001）上下的上斜面配合段（1002）、下斜面配合段（1003）组成。9.一种权利要求1所述半空心电机轴的成型工艺所使用的装置，包括旋压设备，其特征在于：所述旋压设备上设有下模夹具、上模组件；所述下模夹具包括用于固定坯体的定位衬套（7）、用于将定位衬套（7）连接于旋压设备下连接座的液压卡盘（9）；所述液压卡盘（9）各卡爪上连接有与定位衬套（7）外径适配以夹紧定位衬套的环爪（8）；所述定位衬套（7）内孔与坯体下端花键部相适配；所述上模组件包括下端插装于锻坯体与减薄旋轮配合完成旋压加工的上芯模（4）、用于将上芯模（4）固定于旋压设备上连接座的压板（41）。10.一种采用权利要求1-8任一项所述的半空心电机轴的成型工艺所成型的半空心电机轴。

技术总结
一种半空心电机轴成型工艺，包括以下步骤：S1、锻造锻坯：采用棒料，锻造出带盲孔一的锻坯体。S2、减薄拉伸：将锻坯体经下模夹具、上模组件装夹固定在旋压设备上，采用减薄旋轮对盲孔一外壁旋压加工推动材料向上流动形成中部壁薄、上口部壁厚的深盲孔，得到粗坯体。S3、缩径增厚：上模组件退出，采用缩径旋轮沿粗坯体上口部下端旋压加工形成多段收口增厚段，得到细坯体。S4、精细加工：根据成型规格要求，对细坯体上下两端外形轮廓机械加工，得到符合成型尺寸要求的半空心电机轴。本发明通过多次旋压的塑性成型工艺，使得电机轴具有不间断的材料流线组织，且在压应力作用下使材料更加致密，可提高零件表面硬度，降低后工序加工的失效风险。效风险。


技术研发人员：谷维波 刘军 潘从勇 王运锋
受保护的技术使用者：东风襄阳旋压技术有限公司
技术研发日：2023.07.21
技术公布日：2023/9/23