微型汽車半軸生產之工藝創新

摘 要：為微型汽車半軸生產提出一套有局部創新的工藝流程，在該行業中技術領先、設備先進、效率較高、能耗較低。

關鍵詞：微型車半軸；生產工藝；創新

汽車半軸是汽車車輪轉動的直接驅動件，在工作時承受沖擊、交變彎曲疲勞荷載和扭力的作用，其質量的好壞直接影響到汽車行駛的安全，要求材料有足夠的抗彎強度，抗剪強度和較好的韌性。汽車半軸不僅是傳遞扭矩的一個重要零件，也是易損件。微型汽車半軸具有廣大的現實需求。本文主要目的是為微型汽車半軸生產提出一套有局部創新的工藝流程，在該行業中技術領先、設備先進、效率較高、能耗較低。

1 制坯部分創新

針對微型汽車半軸尺寸的新型楔橫軋機的應用。由于微型汽車要求制造成本低，目前微型車半軸大多采用傳統自由空氣鍛造，材料利用率低，能耗高，工作環境差，生產企業的效率不高，半軸加工產能遠遠達不到汽車整車廠的發展需要。而在汽車半軸的生產過程中，毛坯的鍛造過程較復雜，能耗也較高，所以改進汽車半軸鍛造的加工工藝并采用先進的加工設備，提高生產效率既是生產的迫切需求。

楔橫軋機是一種新型的鍛造工藝設備，坯料在兩個相同的做相向直線運動的平板楔型模具之間或在兩個相同的做同向旋轉運動圓弧楔形模具之間進行橫向軋制的加工方法。在軋制過程中，坯料受到楔角（а角和β角）的作用，直徑減小，長度增加。楔橫軋工藝具有生產效率高，材料利用率高，模具壽命高，產品質量好等突出優點。生產效率可達10件/分鐘，材料利用率90%以上，模具壽命是模鍛工藝模具壽命的10倍以上，是微車半軸毛坯加工的最佳工藝。

根據微車半軸軋件及楔橫軋模具主要參數選型獲得結論是參數選型中已有的國產雙輥式楔橫軋機不能滿足生產要求，有必要開發新型號的楔橫軋機。

針對特定尺寸微型汽車半軸新型楔橫軋機主要技術參數：

上、下軋輥的中心距離：1100mm

軋輥工作的部分直徑：φ800mm

可軋毛坯的最大直徑：φ120mm

軋輥工作部分的長度：980mm

軋輥的中心距調整量：±35mm

下軋輥的相位角調節量：±7.5°

軋輥的連續轉速：10轉/分

主電動機的功率：155kW

新型微型車半軸精密楔橫軋機機架強度分析：

強度與剛度乃楔橫軋機之設計中至為重要之兩個參數。機架其本體剛度是否能夠滿足使用需要，不僅極大影響設備的生產壽命，而且間接影響到軋制品的質量及精度。因此對微型車車半軸楔橫軋機的強度以及剛度進行分析是必須的。本文采用ANSYS有限單元分析軟件對機進行應力和變形分析。為提高計算機模擬結果之精度，在對軋機機架所建幾何模型上使用的尺寸與實物結構尺寸完全一致。本文中機架的三維模型在UG中建立，再通過ANSYS輸入接口導入到ANSYS的前處理器。為了提高計算效率忽略掉一些局部特征后獲得機架的幾何模型最后導入ANSYS中網格劃分。施加載荷只取軋制力為外載荷。新型微型車半軸楔橫軋機設計最大軋制力為1100KN，均勻分布到兩個機架上，因此，每個機架分擔的軋制力應為550KN。施加載荷后分析可知最大應力為43 Mpa，可知強度足夠。最大應變為拱頂處0.332mm，不影響軋制精度要求。

2 擺碾墩頭

微型汽車半軸的基本形狀，桿細長，頭部呈大盤狀。

目前的實際生產半軸的方案有以下幾種：

2.1 棒料分別備成兩部分，法蘭盤坯料加熱后，用1臺熱模鍛壓力機成形，然后用2臺摩擦焊機與軸坯焊合。由于不是一次成型，有焊接點，強度以及可靠性始終不是很有保障，太過依靠操作的質量，尤其是焊接質量。

2.2 棒料整體加熱，在空氣錘上拔長桿部，然后在摩擦壓力機上進行帶桿鍛造法蘭盤。摩壓機的噸位要足夠大，并保證閉合高度。還要設計特殊的胎具、模具，并在下工作臺挖洞，且操作較麻煩。

本文中采用先進棒料加熱方法，下料后用一臺楔橫軋機制坯，用兩臺臺擺輾機成形法蘭盤。經過綜合分析，擺動輾壓機的擺輾變形是局部接觸，順次加壓，連續成形，接觸面積和單位壓力都比較小。其優點是：（1）省力，變形力為一般鍛造的1/5～1/20。（2）產品質量好，無焊接點，特別適應壓制半軸類、盤類等零件。（3）模具壽命長。無噪聲，無振動，易實現機械化、自動化，勞動條件好。（4）投資少，能耗低，設備制造費用低。擺輾是一種高效設備，平均每件純擺輾時間僅為10秒左右。再考慮其它因素，平均每小時可生產90件以上。

3 IGBT局部淬火技術和快速加熱技術的應用

微型汽車半軸是將發動機動力傳遞給驅動輪的傳動軸，為增強其機械強度在設計時往往需要對其進行表面淬火處理，淬火層深3-6MM，層深變化量不大于20%，組織3-7級，硬度：≥52HRC（JB/T9211-1999）。該零件的淬火加工的難度主要有以下：（1）層深變化量難以控制。（2）圓盤與軸銜接圓角處不小于3毫米的層深淬火。（3）花鍵處淬火組織控制在7級以內，端面處由于存在熱應力，在淬火過程中極容易出現裂紋。另外，淬火工藝的最大的成本在于電耗，采取合適的設備及工藝，將可以降低能耗，節約成本。

感應圈是連接IGBT電源并產生高壓交變磁場，在工件表面產生集膚效應，使工件表面瞬時發熱至高溫的工裝。感應圈設計的好壞直接影響淬火質量及能耗。傳統的軸類零件感應圈多采用單圈或螺旋圈結構，有輸入電流大，圓角不容易淬上，階梯軸中軸徑小的部位淬火溫度偏低，層深、組織均易出現不合格等等缺點。在此淬火工藝中采用了新型的線圈。這是一種平面感應圈及螺旋感應圈結合在一起的感應圈。并在感應圈的外側增加導磁體，使感應圈內側的電磁場更加集中，上內感應圈的導磁體會迫使電磁場的方向向下，使磁場往圓角處集中。該感應圈的優點：（1）感應圈的阻抗增大后輸入電流會下降，達到節能的目的。（2）R3處溫度得等改善；（3）磁場往下后，小端面溫度降低，從而使端面裂的可能性降低。而舊式線圈工作時，淬火加工中，由于在加熱結束時會，端面的熱量無法往外傳遞，存在較強的熱效應，這就是半軸花鍵端面容易出現裂紋的原因。新型線圈安放方式解決了這一問題。

4 結束語

本文中的微型汽車半軸生產線在技術上有創新，主要創新點在新型自動化裝料微型車半軸精密楔橫軋機的研制和使用并對機架進行有限元分析以保證生產安全和加工精度，以及把IGBT感應加熱技術應用于半軸零件的淬火以及半軸坯料的加熱，并應用了新型擺碾機進行坯料墩頭，使得整體微型汽車半軸生產工藝流程改進如下：

自動送料→IGBT加熱→楔橫軋制坯→擺碾墩頭→正火→清理→校正→機加工→IGBTC淬火

通過技術創新帶來了工藝流程的創新，極大提高了生產效率以及產品質量，生產線能夠滿足年產60萬支微型汽車半軸的能力，總體而言這是一個具有實際應用意義的創新。

參考文獻

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作者簡介：邱偉華（1976-），男，廣西柳州人，柳州職業技術學院工程師，講師，碩士，研究方向：機械設計與制造。