一种空心轴毛坯摩擦焊接口及设计方法与流程

本发明涉及固相焊，具体是一种空心轴毛坯摩擦焊接口及设计方法。

背景技术：

1、阶梯空心轴能很好地适配所在的机械运转系统中沿着轴线方向不同的应力水平，提高电机长时间工作的性能，在新能源汽车中的运用越来越多。

2、摩擦焊作为一种固相焊接技术手段，利用摩擦表面产热，热量集中在结合面，热影响区窄，焊接强度较高，并且可以焊接异种金属，实现不同阶梯段的材料定制。

3、现有的焊接接头结构存在以下不足，在空心轴的摩擦焊焊接过程中，会不可避免产生卷边，焊接完成后的内腔卷边不易去除，影响空心轴的冷却液流阻。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对上述存在的问题和不足，提供一种空心轴毛坯摩擦焊接口及设计方法，提升了整体的工作效率。

2、本发明所解决的技术问题为：

3、在空心轴的摩擦焊焊接过程中，会不可避免产生卷边，焊接完成后的内腔卷边不易去除，影响空心轴的冷却液流阻。

4、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种空心轴毛坯摩擦焊接口，包括第一空心轴和第二空心轴，第一空心轴的端面设为第一焊接面，第二空心轴的端面设为第二焊接面，第一焊接面和第二焊接面相互对应，第一焊接面的内周开设有第一预制凹槽，第二焊接面的内周开设有第二预制凹槽，第一预制凹槽和第二预制凹槽相互对应。

5、作为发明进一步的方案，第一空心轴和第二空心轴的内径和外径均一致，且第一空心轴和第二空心轴的厚度均为五毫米至十毫米之间。

6、作为发明进一步的方案，所述第一预制凹槽的竖截面呈弧形。

7、作为发明进一步的方案，所述第二预制凹槽与第一预制凹槽呈非对称结构。

8、作为发明进一步的方案，所述第二预制凹槽由靠近第二焊接面的一端向远离的一端依次设有第一斜面、第二斜面、导流弧面和导流底面。

9、作为发明进一步的方案，所述第一预制凹槽的竖截面为圆弧结构，第一预制凹槽的弧度在3π/7至4π/7之间，第一焊接面的宽度和第一预制凹槽的圆弧半径的比例在13:20至16:20之间。

10、作为发明进一步的方案，所述第二预制凹槽的宽度d与第二空心轴的厚度比例在1:6至3:8之间，所述第一斜面在竖截面上与竖直侧面的夹角为锐角，且第一斜面在竖截面上与竖直侧面的夹角的范围在四十度至五十度之间，第一斜面在竖截面上位于水平方向的投影长度的范围在半毫米至一毫米之间。

11、作为发明进一步的方案，所述第二斜面在竖截面上与竖直侧面的夹角为钝角，且第二斜面在竖截面上与竖直侧面的夹角的范围在一百度至一百二十度之间，第二斜面在竖截面上位于水平方向的投影长度的范围在2.5毫米至3.5毫米之间。

12、作为发明进一步的方案，导流弧面的弧度在4π/7至5π/7之间，导流弧面的半径在1.5毫米至2毫米之间，所述第二预制凹槽在竖截面上位于水平方向的投影长度在四毫米至六毫米之间，所述导流底面与第二空心轴内周侧面相互垂直，导流底面的宽度在2.5毫米至3.5毫米之间，且导流底面和第二斜面在竖截面上均与第二空心轴相切。

13、一种空心轴毛坯摩擦焊接口的设计方法，该方法包括以下步骤：

14、步骤一：用平口对接毛坯试验得出能够可靠焊接的设备参数，焊接后进行检测分析，并得出必须有足够的压缩量的结论；

15、步骤二：设计毛坯靠近内壁的接口结构，采用以下三种倒角形式：外凸倒角、四十五度倒角和内凹倒角，倒角的特征尺寸半径与单边压缩量相当；

16、步骤三：根据步骤二的测试结果，选择在内凹倒角的基础形状上，采用非对称的接口结构，并对其中一侧的内凹倒角进行再设计，控制塑性金属的导流量和导流速度，依次加工并试验出第一斜面、第二斜面、导流弧面和导流底面，随后调整出最佳结构。

17、本发明的有益效果：

18、(1)工作时，通过钳口夹具和顶棍将第一空心轴装夹，通过主轴夹具将第二空心轴装夹，并使第一空心轴和第二空心轴保持共轴，先通过主轴夹具将第二空心轴绕轴心线旋转，随后通过钳口夹具和顶棍将第一空心轴向第二空心轴靠拢，使得第一空心轴的第一焊接面和第二空心轴的第二焊接面对接摩擦，摩擦界面发热，焊接区金属发生径向的塑性流动，当焊接区温度值达到预期温度值，开始顶锻制动，并持续一段时间的顶锻压力，工件停止旋转后焊接完成，完成时，通过塑性金属移动至第一预制凹槽和第二预制凹槽内，从而既能通过摩擦焊充分地将不同材料的第一空心轴和第二空心轴紧密连接在一起，且连接部位的厚度与二者保持一致，同时又能大幅降低内卷边的产生，减少摩擦焊内卷边凸起；

19、(2)工作时，通过第一预制凹槽的圆弧结构，使得第一预制凹槽导引塑性金属的流动，并形成容量较大的容积区容纳塑性金属，降低塑性金属凸出第一空心轴内周侧壁的高度，方便对其容纳塑性金属的容积以及塑性金属的流动速度进行准确估算，从而方便对内飞边进行准确控制，防止内飞边过度凸起，通过第一预制凹槽和第二预制凹槽的非对称结构，有效降低摩擦产热阶段两侧塑性金属由于对压转化为较高的圆周周向扩展的速度，改善塑型金属的填充率；

20、(3)工作时，通过第一斜面在竖截面上与竖直侧面的夹角为锐角以及第二斜面在竖截面上与竖直侧面的夹角为钝角，使得第一斜面和第二斜面形成的凸起部对塑性金属的流动速度和流动范围进行控制，通过对第二斜面的夹角的调节，从而调节导流弧面的弧度和半径，从而调节第二预制凹槽对塑性金属的容积，进而调节塑性金属产生的内飞边的凸起高度，针对性的对不同的第一空心轴和第二空心轴进行对应调整，避免内飞边的出现，形成最佳的连接结构，进一步地促使塑性金属内周直径与第二空心轴的内周直径保持一致，避免塑性金属凸起形成较大的飞边，从而有效降低内飞边的厚度。

技术特征：

1.一种空心轴毛坯摩擦焊接口，其特征在于，包括第一空心轴(1)和第二空心轴(2)，所述第一空心轴(1)的端面设为第一焊接面(11)，所述第二空心轴(2)的端面设为第二焊接面(21)，第一焊接面(11)和第二焊接面(21)相互对应，所述第一焊接面(11)的内周开设有第一预制凹槽(12)，所述第二焊接面(21)的内周开设有第二预制凹槽(22)，第一预制凹槽(12)和第二预制凹槽(22)相互对应。

2.根据权利要求1所述的一种空心轴毛坯摩擦焊接口，其特征在于，所述第一空心轴(1)和第二空心轴(2)的内径和外径均一致，且第一空心轴(1)和第二空心轴(2)的厚度均为五毫米至十毫米之间。

3.根据权利要求1所述的一种空心轴毛坯摩擦焊接口，其特征在于，所述第一预制凹槽(12)的竖截面呈弧形。

4.根据权利要求1所述的一种空心轴毛坯摩擦焊接口，其特征在于，所述第二预制凹槽(22)与第一预制凹槽(12)呈非对称结构。

5.根据权利要求1所述的一种空心轴毛坯摩擦焊接口，其特征在于，所述第二预制凹槽(22)由靠近第二焊接面(21)的一端向远离的一端依次设有第一斜面(221)、第二斜面(222)、导流弧面(223)和导流底面(224)。

6.根据权利要求1所述的一种空心轴毛坯摩擦焊接口，其特征在于，所述第一预制凹槽(12)的竖截面为圆弧结构，第一预制凹槽(12)的弧度在3π/7至4π/7之间，第一焊接面(11)的宽度和第一预制凹槽(12)的圆弧半径的比例在13:20至16:20之间。

7.根据权利要求5所述的一种空心轴毛坯摩擦焊接口，其特征在于，所述第二预制凹槽(22)的宽度与第二空心轴(2)的厚度比例在1:6至3:8之间，所述第一斜面(221)在竖截面上与竖直侧面的夹角为锐角，且第一斜面(221)在竖截面上与竖直侧面的夹角的范围在四十度至五十度之间，第一斜面(221)在竖截面上位于水平方向的投影长度的范围在半毫米至一毫米之间。

8.根据权利要求5所述的一种空心轴毛坯摩擦焊接口，其特征在于，所述第二斜面(222)在竖截面上与竖直侧面的夹角为钝角，且第二斜面(222)在竖截面上与竖直侧面的夹角的范围在一百度至一百二十度之间，第二斜面(222)在竖截面上位于水平方向的投影长度的范围在2.5毫米至3.5毫米之间。

9.根据权利要求5所述的一种空心轴毛坯摩擦焊接口，其特征在于，所述导流弧面(223)的弧度在4π/7至5π/7之间，导流弧面(223)的半径在1.5毫米至2毫米之间，所述第二预制凹槽(22)在竖截面上位于水平方向的投影长度在四毫米至六毫米之间，所述导流底面(224)与第二空心轴(2)内周侧面相互垂直，导流底面(224)的宽度在2.5毫米至3.5毫米之间，且导流底面(224)和第二斜面(222)在竖截面上均与第二空心轴(2)相切。

10.根据权利要求1-9任一所述的一种空心轴毛坯摩擦焊接口的设计方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

技术总结本发明公开了一种空心轴毛坯摩擦焊接口及设计方法，包括第一空心轴和第二空心轴，第一空心轴的端面设为第一焊接面，第二空心轴的端面设为第二焊接面，第一焊接面和第二焊接面相互对应，第一焊接面的内周开设有第一预制凹槽，第二焊接面的内周开设有第二预制凹槽，第一预制凹槽和第二预制凹槽相互对应，通过第一预制凹槽和第二预制凹槽的非对称结构，针对性的对不同的第一空心轴和第二空心轴进行对应调整，促使塑性金属内周直径与第二空心轴的内周直径保持一致，避免塑性金属凸起形成较大的飞边，有效降低摩擦产热阶段两侧塑性金属由于对压转化为较高的圆周周向扩展的速度，改善塑型金属的填充率。技术研发人员：余昳,程炜,胡秋实,王星,江崇阳受保护的技术使用者：安庆帝伯格茨活塞环有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/13