微型汽車半軸生產(chǎn)之工藝創(chuàng)新

摘 要：為微型汽車半軸生產(chǎn)提出一套有局部創(chuàng)新的工藝流程，在該行業(yè)中技術(shù)領(lǐng)先、設(shè)備先進(jìn)、效率較高、能耗較低。

關(guān)鍵詞：微型車半軸；生產(chǎn)工藝；創(chuàng)新

汽車半軸是汽車車輪轉(zhuǎn)動(dòng)的直接驅(qū)動(dòng)件，在工作時(shí)承受沖擊、交變彎曲疲勞荷載和扭力的作用，其質(zhì)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(qiáng)度，抗剪強(qiáng)度和較好的韌性。汽車半軸不僅是傳遞扭矩的一個(gè)重要零件，也是易損件。微型汽車半軸具有廣大的現(xiàn)實(shí)需求。本文主要目的是為微型汽車半軸生產(chǎn)提出一套有局部創(chuàng)新的工藝流程，在該行業(yè)中技術(shù)領(lǐng)先、設(shè)備先進(jìn)、效率較高、能耗較低。

1 制坯部分創(chuàng)新

針對微型汽車半軸尺寸的新型楔橫軋機(jī)的應(yīng)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(tǒng)自由空氣鍛造，材料利用率低，能耗高，工作環(huán)境差，生產(chǎn)企業(yè)的效率不高，半軸加工產(chǎn)能遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到汽車整車廠的發(fā)展需要。而在汽車半軸的生產(chǎn)過程中，毛坯的鍛造過程較復(fù)雜，能耗也較高，所以改進(jìn)汽車半軸鍛造的加工工藝并采用先進(jìn)的加工設(shè)備，提高生產(chǎn)效率既是生產(chǎn)的迫切需求。

楔橫軋機(jī)是一種新型的鍛造工藝設(shè)備，坯料在兩個(gè)相同的做相向直線運(yùn)動(dòng)的平板楔型模具之間或在兩個(gè)相同的做同向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)圓弧楔形模具之間進(jìn)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(chǎn)效率高，材料利用率高，模具壽命高，產(chǎn)品質(zhì)量好等突出優(yōu)點(diǎn)。生產(chǎn)效率可達(dá)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(jù)微車半軸軋件及楔橫軋模具主要參數(shù)選型獲得結(jié)論是參數(shù)選型中已有的國產(chǎn)雙輥式楔橫軋機(jī)不能滿足生產(chǎn)要求，有必要開發(fā)新型號的楔橫軋機(jī)。

針對特定尺寸微型汽車半軸新型楔橫軋機(jī)主要技術(shù)參數(shù)：

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(diào)整量：±35mm

下軋輥的相位角調(diào)節(jié)量：±7.5°

軋輥的連續(xù)轉(zhuǎn)速：10轉(zhuǎn)/分

主電動(dòng)機(jī)的功率：155kW

新型微型車半軸精密楔橫軋機(jī)機(jī)架強(qiáng)度分析：

強(qiáng)度與剛度乃楔橫軋機(jī)之設(shè)計(jì)中至為重要之兩個(gè)參數(shù)。機(jī)架其本體剛度是否能夠滿足使用需要，不僅極大影響設(shè)備的生產(chǎn)壽命，而且間接影響到軋制品的質(zhì)量及精度。因此對微型車車半軸楔橫軋機(jī)的強(qiáng)度以及剛度進(jìn)行分析是必須的。本文采用ANSYS有限單元分析軟件對機(jī)進(jìn)行應(yīng)力和變形分析。為提高計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果之精度，在對軋機(jī)機(jī)架所建幾何模型上使用的尺寸與實(shí)物結(jié)構(gòu)尺寸完全一致。本文中機(jī)架的三維模型在UG中建立，再通過ANSYS輸入接口導(dǎo)入到ANSYS的前處理器。為了提高計(jì)算效率忽略掉一些局部特征后獲得機(jī)架的幾何模型最后導(dǎo)入ANSYS中網(wǎng)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(jī)設(shè)計(jì)最大軋制力為1100KN，均勻分布到兩個(gè)機(jī)架上，因此，每個(gè)機(jī)架分擔(dān)的軋制力應(yīng)為550KN。施加載荷后分析可知最大應(yīng)力為43 Mpa，可知強(qiáng)度足夠。最大應(yīng)變?yōu)楣绊斕?.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(xì)長，頭部呈大盤狀。

目前的實(shí)際生產(chǎn)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(jī)成形，然后用2臺摩擦焊機(jī)與軸坯焊合。由于不是一次成型，有焊接點(diǎn)，強(qiáng)度以及可靠性始終不是很有保障，太過依靠操作的質(zhì)量，尤其是焊接質(zhì)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(jī)上進(jìn)行帶桿鍛造法蘭盤。摩壓機(jī)的噸位要足夠大，并保證閉合高度。還要設(shè)計(jì)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(jìn)棒料加熱方法，下料后用一臺楔橫軋機(jī)制坯，用兩臺臺擺輾機(jī)成形法蘭盤。經(jīng)過綜合分析，擺動(dòng)輾壓機(jī)的擺輾變形是局部接觸，順次加壓，連續(xù)成形，接觸面積和單位壓力都比較小。其優(yōu)點(diǎn)是：（1）省力，變形力為一般鍛造的1/5～1/20。（2）產(chǎn)品質(zhì)量好，無焊接點(diǎn)，特別適應(yīng)壓制半軸類、盤類等零件。（3）模具壽命長。無噪聲，無振動(dòng)，易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化，勞動(dòng)條件好。（4）投資少，能耗低，設(shè)備制造費(fèi)用低。擺輾是一種高效設(shè)備，平均每件純擺輾時(shí)間僅為10秒左右。再考慮其它因素，平均每小時(shí)可生產(chǎn)90件以上。

3 IGBT局部淬火技術(shù)和快速加熱技術(shù)的應(yīng)用

微型汽車半軸是將發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力傳遞給驅(qū)動(dòng)輪的傳動(dòng)軸，為增強(qiáng)其機(jī)械強(qiáng)度在設(shè)計(jì)時(shí)往往需要對其進(jìn)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(nèi)，端面處由于存在熱應(yīng)力，在淬火過程中極容易出現(xiàn)裂紋。另外，淬火工藝的最大的成本在于電耗，采取合適的設(shè)備及工藝，將可以降低能耗，節(jié)約成本。

感應(yīng)圈是連接IGBT電源并產(chǎn)生高壓交變磁場，在工件表面產(chǎn)生集膚效應(yīng)，使工件表面瞬時(shí)發(fā)熱至高溫的工裝。感應(yīng)圈設(shè)計(jì)的好壞直接影響淬火質(zhì)量及能耗。傳統(tǒng)的軸類零件感應(yīng)圈多采用單圈或螺旋圈結(jié)構(gòu)，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(xiàn)不合格等等缺點(diǎn)。在此淬火工藝中采用了新型的線圈。這是一種平面感應(yīng)圈及螺旋感應(yīng)圈結(jié)合在一起的感應(yīng)圈。并在感應(yīng)圈的外側(cè)增加導(dǎo)磁體，使感應(yīng)圈內(nèi)側(cè)的電磁場更加集中，上內(nèi)感應(yīng)圈的導(dǎo)磁體會(huì)迫使電磁場的方向向下，使磁場往圓角處集中。該感應(yīng)圈的優(yōu)點(diǎn)：（1）感應(yīng)圈的阻抗增大后輸入電流會(huì)下降，達(dá)到節(jié)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(shí)，淬火加工中，由于在加熱結(jié)束時(shí)會(huì)，端面的熱量無法往外傳遞，存在較強(qiáng)的熱效應(yīng)，這就是半軸花鍵端面容易出現(xiàn)裂紋的原因。新型線圈安放方式解決了這一問題。

4 結(jié)束語

本文中的微型汽車半軸生產(chǎn)線在技術(shù)上有創(chuàng)新，主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)在新型自動(dòng)化裝料微型車半軸精密楔橫軋機(jī)的研制和使用并對機(jī)架進(jìn)行有限元分析以保證生產(chǎn)安全和加工精度，以及把IGBT感應(yīng)加熱技術(shù)應(yīng)用于半軸零件的淬火以及半軸坯料的加熱，并應(yīng)用了新型擺碾機(jī)進(jìn)行坯料墩頭，使得整體微型汽車半軸生產(chǎn)工藝流程改進(jìn)如下：

自動(dòng)送料→IGBT加熱→楔橫軋制坯→擺碾墩頭→正火→清理→校正→機(jī)加工→IGBTC淬火

通過技術(shù)創(chuàng)新帶來了工藝流程的創(chuàng)新，極大提高了生產(chǎn)效率以及產(chǎn)品質(zhì)量，生產(chǎn)線能夠滿足年產(chǎn)60萬支微型汽車半軸的能力，總體而言這是一個(gè)具有實(shí)際應(yīng)用意義的創(chuàng)新。

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作者簡介：邱偉華（1976-），男，廣西柳州人，柳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院工程師，講師，碩士，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)與制造。