从动锥齿轮内花键磨损的无损修复结构及方法

技术领域

本发明涉及修复技术领域，具体涉及一种从动锥齿轮内花键磨损的无损修复结构及方法。

背景技术

惯性摩擦焊（Inertial friction welding）为固相连接方法，焊接过程中，其中一个工件夹持在飞轮端，加速旋转到设定转速后，飞轮与主动电机脱开，同时另一固定在移动夹具上的工件随滑台快速向前移动，两工件在摩擦压力作用下相互摩擦并产生摩擦热，界面温度快速升高，界面近域两侧基体金属软化并发生塑性流动，在摩擦压力作用下被挤出界面形成飞边，在摩擦焊接过程中，飞轮受到摩擦扭矩的制动作用转速逐渐降低，当转速为零时焊接过程结束。惯性摩擦焊接头组织为锻造组织，接头缺陷少，性能稳定可靠，对于钢、钛合金、高温合金、铝、铜等金属具有良好的焊接适应性，在大气环境下可实现焊接，生产成本低。

请参阅图1及图2，图1及图2为从动锥齿轮利用惯性摩擦焊接在平坡焊接修复时的结构示意图，但采用平坡焊接修复从动锥齿轮以后，由于原从动锥齿轮保留部分及新焊接部分均为管型结构，再加上齿轮轴壁厚较薄，焊接过程中的束缚作用将导致原基体界面近域受热部分变形往圆心方向收缩，从而在从动锥齿轮焊接处的外侧出现内凹的缩口，导致修复后从动锥齿轮存在台阶差，进而导致产品报废。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了第一方面提供了一种从动锥齿轮内花键磨损的无损修复结构，包括：

待修复从动锥齿轮，所述待修复从动锥齿轮为从动锥齿轮切割掉磨损部分后剩余的部分；

其中，所述从动锥齿轮包括设有内花键的第一空心段，以及与所述第一空心段相连的第二空心段；

所述从动锥齿轮切割处位于第二空心段中；

还包括：

补段结构，所述补段结构与所述待修复从动锥齿轮相配合，通过惯性摩擦焊相连；

其中，所述补段结构与待修复从动锥齿轮的连接面为第一焊接面，所述待修复从动锥齿轮与补段结构的连接面为第二焊接面；

所述第一焊接面为向外凸出的外锥面，所述第二焊接面为与所述第一焊接面相适配的向内凹陷的内锥面；

所述第一焊接面与所述从动锥齿轮轴向上的夹角为60-75°。

可选地，所述补段结构的轴向长度比从动锥齿轮需切割掉的磨损部分的轴向长度大3-8mm。

可选地，所述补段结构的内径比第二空心段的内径小1-2mm，所述补段结构的外径比第二空心段的外径大1-2mm。

可选地，所述第一焊接面与所述从动锥齿轮轴向上的夹角为75°。

可选地，所述从动锥齿轮切割处与第三空心段之间具有距离。

可选地，所述从动锥齿轮切割处与从动锥齿轮设有内花键一端的端部之间的间距为41±2mm。

本发明第二方面提供了一种从动锥齿轮内花键磨损的无损修复方法，采用上述方案中任一项所述的从动锥齿轮内花键磨损的无损修复结构进行修复，包括以下步骤：

首先，切割磨损部分；然后，加工焊接面，制作补段结构；然后，惯性摩擦焊接；最后，机加工恢复。

可选地，所述惯性摩擦焊接步骤中，所述待修复从动锥齿轮及补段结构外侧上的外卷边为渐变形卷边；

所述外卷边自与待修复从动锥齿轮的连接处向与补段结构的连接处逐渐增大。

通过采用上述技术方案，本发明主要具有以下技术效果：

通过将第一焊接面设置为向外凸出的外锥面，将第二焊接面设置为与所述第一焊接面相适配的向内凹陷的内锥面，通过惯性摩擦焊接将补段结构与待修复从动锥齿轮相连，以及通过机加工在补段结构中恢复内花键，解决了从动锥齿轮焊接处外侧出现缩口导致修复后的从动锥齿轮存在台阶差的技术问题，实现了对从动锥齿轮的无损修复以及降低修复过程中的劳动强度的技术效果。

附图说明

图1为从动锥齿轮平坡焊接修复时的结构示意图；

图2为图1中B部分的放大图；

图3为本发明从动锥齿轮的结构示意图；

图4为本发明从动锥齿轮（另一视角）的结构示意图；

图5为本发明从动锥齿轮内花键磨损的无损修复结构（修复前）的结构示意图；

图6为本发明从动锥齿轮内花键磨损的无损修复结构（关系摩擦焊接后）的结构示意图；

图7为图6中C部分的放大图；

图8为本发明从动锥齿轮内花键磨损的无损修复结构（机加工修复）的结构示意图；

图9为图8中D部分的放大图。

其中，附图标记的含义如下：

1、待修复从动锥齿轮；11、切割面；12、第二焊接面；

2、补段结构；21、第一焊接面；

3、从动锥齿轮；31、内花键；32、第一空心段；33、第二空心段；34、第三空心段；

4、卷边；41、外卷边；42、内卷边；

A、切割线。

实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明中的说明书附图，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出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。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

实施例一：请参阅图3-图9，本发明第一方面提供了一种从动锥齿轮内花键磨损的无损修复结构，所述无损修复结构在实际应用时，为将从动锥齿轮内花键磨损的部分切段后补段的方式进行修复，其包括待修复从动锥齿轮1，以及与所述待修复从动锥齿轮1相适配的补段结构2。在此需要说明的是，本实施例，所述轴向指的是从动锥齿轮旋转中心轴所在的方向，即与中心轴共同的方向，所述径向垂直于轴向。

请进一步参阅图3及图4，图3及图4分别为从动锥齿轮3的结构示意图，所述从动锥齿轮3为中空结构，其一端设有锥齿轮，另一端的中空处设有内花键31，具体地，所述从动锥齿轮3的中空处包括多个依次相连通的空心部分，所述多个空心部分的内径自设有内花键31的一端向锥齿轮端呈阶梯式增加。其中，设有内花键的空心部分为第一空心段32，与所述第一空心段32相连的空心部分为第二空心段33，与第二空心段33相连的空心部分为第三空心段34。

请进一步参阅图3及图5，所述待修复从动锥齿轮1为从动锥齿轮3切割掉磨损部分后剩余的部分，所述从动锥齿轮3的切割处为切割面11。具体地，所述从动锥齿轮3切割磨损部分处位于第二空心段33中，且与第三空心段34之间具有一定的距离，通过将从动锥齿轮切割磨损部分处设置在第二空心段33中，一方面将磨损的内花键切割掉，另一方面还可以利用第二空心段33与补段结构2相配合，利用惯性摩擦焊对从动锥齿轮进行无损修复，具体修复过程将在下文进一步说明。

请进一步参阅图5，所述补段结构2为空心圆柱结构，通过将所述补段结构2的一端与待修复从动锥齿轮1相抵接后利用惯性摩擦焊将补段结构与待修复从动锥齿轮1相连，然后通过机加工的方式对焊接后的补段结构2进行加工，在补段结构2的空心结构中加工出第二空心段33、第一空心段32以及设于第一空心段32中的内花键31，从而实现对从动锥齿轮内花键31磨损的无损修复。其中，所述补段结构2与待修复从动锥齿轮1的连接面为第一焊接面21，所述待修复从动锥齿轮1与第一焊接面21的连接面为第二焊接面12。

在优选地实施方式中，所述补段结构2的轴向长度相比于从动锥齿轮3需切割掉的磨损部分的轴向长度，要大3-8mm。上述原因在于，所述待修复从动锥齿轮1及补段结构2的焊接端均会在惯性摩擦焊接过程中有所磨损，通过设置3-8 mm的余量，以适应补段结构2在惯性摩擦焊中的损失。

可以理解的是，通过将所述从动锥齿轮3切割磨损部分处设于第二空心段33中，且与第三空心段34之间具有一定的距离，使得待修复从动锥齿轮1在惯性摩擦焊接过程中损失的部分位于第二空心段33中，因此，在随后的机加工过程中，只需加工第二空心段33、第一空心段32以及设于第一空心段32中的内花键31即可，从而降低修复过程中的劳动强度。

在优选地实施方式中，所述从动锥齿轮切割处与从动锥齿轮设有内花键一端的端部之间的间距为41±2mm。

进一步地，所述补段结构2的内径相比于第二空心段33的内径，要小1-2mm。上述原因在于，机加工过程中，需要在补段结构2的空心结构加工出第二空心段33、第一空心段32以及设于第一空心段32中的内花键31，因此需在补段结构2上提前预留加工余量。当然，所述补段结构2的外径相比于第二空心段33的外径，要大1-2mm。

请进一步参阅图5-图9，在更加优选地实施方式中，所述第一焊接面21为向外凸出的外锥面，所述第二焊接面12为与所述第一焊接面21相适配的向内凹陷的内锥面，通过将第一焊接面21与第二焊接面12设置为相互配合的锥面，所述第一焊接面21与第二焊接面12在惯性摩擦焊接过程中，将会在焊接处的内外两侧同时产生卷边4，其中，位于所述待修复从动锥齿轮1（补段结构2）外侧的卷边为外卷边41，位于内侧的卷边为内卷边42。

在更加优选地实施方式中，所述第一焊接面21或第二焊接面12与轴向上的夹角为60-75°，通过将内锥面与外锥面的夹角设置为60-75°，将待修复从动锥齿轮1与补段结构2惯性摩擦焊接以后，位于外侧的外卷边41为渐变形卷边，且所述外卷边41自与待修复从动锥齿轮1的连接处向与补段结构2的连接处逐渐增大，从而增大待修复从动锥齿轮1在惯性摩擦焊接处的轴径，在后续的机加工过程中，操作人员可基于待修复从动锥齿轮1的连接处的轴径，将外卷边41增大轴径的部位除去，进而在外侧实现对从动锥齿轮3的无损修复。

可以理解的是，从动锥齿轮3的外侧为精加工表面，公差较低，而内侧为非精加工表面，公差较大，因此，将外卷边41设置为自与待修复从动锥齿轮1的连接处向与补段结构2的连接处逐渐增大的结构，然后通过机加工将外卷边41基于待修复从动锥齿轮1的轴径去除，从而有效提高待修复从动锥齿轮1在修复过程中外侧的精度，降低公差，满足修复要求。

另一方面，通过将第一焊接面21与第二焊接面12分别设置为相互配合的外锥面与内锥面，在惯性摩擦焊接的过程中，利用外锥面与内锥面在径向上的相互限位，从而将待修复从动锥齿轮1与补段结构2相互对齐，降低惯性摩擦焊接过程中发生错位的可能性，进而提高对待修复从动锥齿轮1进行修复时的精度。

在最优选实施方式中，所述第一焊接面21或第二焊接面12与轴向上的夹角75°。上述原因在于，通过将所述第一焊接面21或第二焊接面12与轴向上的夹角设置为75°以后，产生的渐变形外卷边41相比于其他角度产生的渐变形外卷边41的厚度更低，从而降低后续机加工过程中，将外卷边41去除时的劳动强度。

请进一步参阅下表1，下表1为惯性摩擦焊接参数：摩擦压力600PSI，转速600r/min，惯量258/1b.ft

表1

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对表1中的数据进行分析，随着所述第一焊接面21或第二焊接面12与轴向上的夹角逐渐增大，产生外卷边41的厚度呈逐渐下降趋势，因此在能够产生自与待修复从动锥齿轮1的连接处向与补段结构2的连接处逐渐增大的外卷边41的前提下，所述第一焊接面21或第二焊接面12与轴向上的夹角最优选为75°。

实施例二：本发明第二方面提供了一种从动锥齿轮内花键磨损无损修复方法，采用实施例一中所述从动锥齿轮内花键磨损的无损修复结构进行修复，包括以下步骤：

（a）切割磨损部分

此步骤中，是通过切割设备将磨损后的从动锥齿轮3在第二空心段33处将设有内花键31的第一空心段32进行切割，得到待修复从动锥齿轮1。

（b）加工焊接面

此步骤中，是通过加工设备将步骤（a）中得到的待修复从动锥齿轮1在切割面11上加工出具有内锥面的第二焊接面12。

（c）制作补段结构

此步骤中，是通过加工设备在补段结构2上加工出与第二焊接面12相适配的具有外锥面的第一焊接面21。

（d）惯性摩擦焊接

此步骤中，是通过惯性摩擦设备在第一焊接面21与第二焊接面12抵接后将待修复从动锥齿轮1与补段结构2相连。

（e）机加工恢复

此步骤中，是通过机加工的方式，在补段结构2的空心结构加工出第二空心段33、第一空心段32以及设于第一空心段32中的内花键31，实现从动锥齿轮的无损修复。

最后应说明的是：本发明实施例公开的仅为本发明较佳实施例而已，仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述各项实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应的技术方案的本质脱离本发明各项实施例技术方案的精神和范围。