軸類件校直的結構效應

牛萬斌，章賽丹，王振榮

軸類零件由于材料、結構原因，復雜加工流程，以及熱處理過程等影響，在內應力作用下產生不同程度的彎曲變形，早期是采取人工校直、液壓機校直，憑經驗設定壓力、壓下量。為了適應高精度、大批量生產需求，自動校直機應運而生， 1994年就有國產自動校直機投入市場。目前汽車零部件行業國產、進口自動校直機應用廣泛，檢測精度、報警靈敏度也不斷提高。

1. 報警參數AE值

校直結束后，過去用磁粉無損檢測裂紋。為了提高可信度和生產效率，我們選用自動裝置應用AE（ACOUSTIC EMISSION）技術，通過檢測伴隨材質的變形、破損而釋放內部應力時發生的AE波，對是否存在裂紋進行判斷。

但是，針對具體的軸類件，要設定適宜的報警參數（AE值），該門檻設定過高，可能會導致已經產生裂紋的產品蒙混過關，流向客戶，隱患無窮。設置過低，會出現過多的無謂報警，后面要花大量工夫檢測、確認。

2. 局部結構的影響

某些產品的復雜性還不限于AE值設置，由于零件內應力形成原因、形成節點的復雜性，必須與產品結構關聯起來。

下面通過一空心軸齒輪（見圖1）的AE報警改進，說明其局部結構對校直工藝和結果的影響。在軸柄段分布有4-φ3mm徑向油孔，其中3個（B、C、D）位于橫向凹槽內（見圖2）。

產品生產量增大后，存在AE報警率偏高問題，開始時為20%～25%，經過無損檢測，并未發現裂紋，AE值修訂為100（初始）/580（額定）后仍然居高不下。我們對熱處理工藝做了相應修正，包括提高淬火油溫和回火溫度，降低硬化層深度，報警率下降為12%。工藝改進起到一定的、有限度的作用，報警率仍然偏高。

經過對產品結構分析，梳理工藝流程，發現4個橫向（徑向）小孔中，位于凹槽內的3個小孔孔口（B、C、D）未倒角。這些易產生應力集中、甚至裂紋萌生的位置，如果對孔口倒角處理，對于其校直的應力場以及AE報警是否有影響？以及影響程度有多大？對此進行了分析與驗證，后續產品全部增加了0.3×45°的孔口倒角。圖3、圖4是B、C、D三孔孔口未倒角和全部孔口倒角后校直時的有限元應力分析。

由圖可見，增加孔口0.3×45°倒角后，各凹槽、小孔周邊的應力分布狀態有一定程度的改善，與此同時，在材料爐號及熱處理工藝完全相同的情況下，產品報警率也大幅下降，如附表所示。

3. 結語

產品內應力以及變形、開裂等問題，從萌生到擴張，從量變到質變，貫穿產品整個生產過程，是一個多節點、多變量的系統工程。解決內應力疊加、應力釋放導致變形甚至開裂的問題，往往要求將原材料、機加工和熱處理以及產品結構關聯起來。某些容易被忽略的細微結構，諸如溝槽、棱角乃至局部加工刀痕等，也足以改變產品的應力分布狀態和承載能力。