半軸套管的加工

呂陽峰，宋國品，張屹，王紹武，呂陽雷

1. 第一拖拉機股份有限公司鑄鍛廠 河南洛陽 471004

2. 第一拖拉機股份有限公司大拖公司 河南洛陽 471004

1 序言

半軸套管是汽車驅動橋總成上的重要零件，它與驅動橋殼形成一體，使左右驅動車輪的軸向相對位置固定，一起支承車架及其上的各總成質量；同時在汽車行駛時承受由車輪傳來的路面反作用力和力矩，并經懸架傳給車架。

圖1所示的半軸套管外形較長，內孔為通孔，屬于長空心軸桿類零件，其性能要求：硬度32～38HRC，抗拉強度≥950MPa，伸長率≥12%，屈服強度≥800MPa。檢測時試棒位置需要貼近外表面取得。金相分析位置：軸向和試棒位置相同，徑向距表面10mm處檢驗，調質金相組織等級1～4級，加工難度較大。

圖1 半軸套管

2 毛坯的選擇

（1）模鍛錘制坯（方案一） 工藝流程為：棒料加熱→鍛打→切邊沖孔。優點：能滿足產品性能要求；缺點：毛坯長1020mm，φ80mm的內孔通孔無法沖出，內孔機械加工費用高、加工效率低。

（2）自由鍛制坯（方案二） 工藝流程為：棒料加熱→拔長→沖孔。優點：性能滿足要求。缺點：生產效率低；鍛造時無法沖出內孔；內孔機械加工費用高、加工效率低。

（3）管材直接下料（方案三） 優點：加工可行性強，余量小，效率高，成本費用低；缺點：毛坯性能可能無法滿足要求（需要先進行性能試驗）。

經分析驗證并與客戶溝通后，決定選用方案三進行零件的調試加工。

3 熱處理工藝的選擇

（1）熱處理及加工方案一 工藝流程：正火→調質前粗加工→調質→拋丸→探傷→精加工。優點：性能符合要求；缺點：工序長，成本高。

（2）熱處理及加工方案二 工藝流程：正火→調質→拋丸→探傷→機械加工。優點：工序短；缺點：性能有可能不符合要求（需要工藝驗證）。

為保證零件質量及性能要求，決定選用熱處理及加工方案一進行零件的調試加工。同時驗證毛坯方案三的可行性。

4 機械加工工藝的選擇

軸桿類零件的加工定位方式通常有兩種：一種是內孔定位、外圓找正，為軸桿類零件加工定位方式的首選，但局限于定位內孔圓度高的產品；另一種是外圓定位找正，通常適用于實心軸或需要進行內孔加工的軸類產品，可保證加工后的外圓和內孔同軸度一致性好，但不適用于壁薄的套管類零件。

因半軸套管零件小頭端壁薄且端面需鉆、攻螺紋，加之選用了管坯，外圓與內孔的同軸度差、加工余量小，所以常用的這兩種定位方式均不適用。根據零件特點，經過反復研究和工藝驗證，確定半軸套管的定位找正方案為：大頭端以外圓找正，小頭端以內孔找正，從而有效保證零件的加工尺寸及使用性能，提高生產效率。

半軸套管屬于軸類零件，具有螺紋、花鍵及鍵槽等固有特征。該產品所用φ200mm×60mm（國標允許壁厚60+7.5-6.0mm）管材的外圓和φ80mm內孔的同軸度差，調質工序的彎曲變形增加了加工難度。小頭成品壁厚15mm，由于大頭外圓單邊加工余量僅5mm，加工過程軸向圓跳動大，因此基準的選擇尤為重要。工藝開發初期擬定了以下兩種加工方案。

（1）加工方案一 銑端面保證總長、鏜孔口倒角（以內孔為基準定位）→鉆攻大頭端面M12×1.5mm螺紋孔→粗車一端外圓及端面→粗車另一端外圓及端面→精車大頭軸頸外圓→精車小頭軸頸外圓→打號→精修大頭中心孔→精修小頭中心孔→銑花鍵→磨φ190mm軸頸→磨φ150mm和φ160mm軸頸→磨φ162mm軸頸→銑鍵槽→檢驗→入庫→發出。優點是業內通用首選的加工方式，因此零件內孔不加工，所以成品的外圓和內孔同軸度最佳。缺點是外圓可能會有留黑皮的現象。

（2）加工方案二 銑端面保證總長、鏜孔口倒角（以外圓為基準定位）→鉆攻大頭端面M12×1.5mm螺紋孔→粗車一端外圓及端面→粗車另一端外圓及端面→精車大頭軸頸外圓→精車小頭軸頸外圓→打號→精修大頭中心孔→精修小頭中心孔→銑花鍵→磨φ190mm軸頸→磨φ150mm和φ160mm軸頸→磨φ162mm軸頸→銑鍵槽→檢驗→入庫→發出。優點是業內通用的加工方式，對于實心軸或者內孔加工的軸類來說，成品外圓和內孔同軸度一致性較差。缺點是因小頭的壁厚薄，如果壁厚差相差大，則容易在使用過程中造成零件斷裂。

經分析，最終選用加工方案一。初定總工藝路線為：下料→正火→調質前粗加工→調質→拋丸→探傷→銑端面保證總長、鏜孔口倒角→鉆攻大頭端面M12×1.5mm螺紋孔→粗車一端外圓及端面→粗車另一端外圓及端面→精車大頭軸頸外圓→精車小頭軸頸外圓→打號→精修大頭中心孔→精修小頭中心孔→銑花鍵→磨φ190mm軸頸→磨φ150mm和φ160mm軸頸→磨φ162mm軸頸→銑鍵槽→檢驗→入庫→發出。

5 工藝調試過程中出現的問題及解決辦法

工藝調試過程中出現的問題及解決辦法如下。

（1）下料總長超差 圖樣中下料總長為1023+3-1mm，但實際上鋸床下料尺寸偏長，實測尺寸為1027～1030mm，造成后續粗車加工時余量不均。原因分析：端面斜度3～7mm，操作人員擔心后續加工不出來，人為加長。解決辦法：一是調整設備；二是按頻次更換鋸條。

（2）外圓留黑皮 精車后，部分零件外圓留黑皮（見圖2）。原因分析：零件大頭外圓單邊加工余量僅5mm，毛坯外圓橢圓度≤2mm，壁厚差≤5mm，調質后零件的彎曲變形量≤3mm的局限性，使得大頭端出現大量留黑皮（約15%）。原因分析：尺寸保證困難，不良品、廢品率高。解決辦法：大頭端以外圓找正加工，小頭端以內孔找正加工。此加工方案不是業內通用的加工方式，可能存在零件在裝配后軸向圓跳動大的情況。經了解和此零件裝配相關的子工件及裝配情況后得知，若軸向圓跳動≤2mm，則不影響使用，因此該加工方案可以保證零件的尺寸及使用性能要求。工藝改進前后的加工效果如圖3所示。

圖2 部分零件外圓留黑皮

圖3 工藝改進前后的加工效果

（3）精修孔口倒角時圓度和軸向圓跳動超差 孔口倒角如圖4所示。要求磨后軸頸總公差帶為0.025mm，軸向圓跳動≤0.03mm。因磨床自身的圓度和錐度為0.010～0.015mm，所以倒角的圓度和軸向圓跳動對磨床保證尺寸的合格起著至關重要的作用。原因分析：帶軸承的中心架本身就有間隙，無法保證圓度。解決辦法：更換為不帶軸承的中心架。

圖4 孔口倒角

（4）花鍵的有效長度超差 花鍵尺寸如圖5所示，要求花鍵有效長度為43.5+1+0mm，而在實際生產中，短的有42.5mm，長的有45.7mm。原因分析：①花鍵銑刀零點不好確定。②倒角及相關軸頸臺階的線性尺寸對花鍵的加工有影響。解決辦法：①更改數控車床的數控程序，對軸頸臺階的線性尺寸進行控制。②倒角的線性尺寸加嚴公差，保證其一致性。

圖5 花鍵尺寸

（5）加工效率低、軸向圓跳動一致性差 數控車班產量為3件/班，圖樣要求軸向圓跳動0.03mm，而實際生產中有0.06mm，還有0.1mm。原因分析：①大頭外圓余量小，加工時長約20min；小頭外圓余量大，同時存在螺紋和鍵槽的加工，加工時長約70min。加工時間不匹配。②大頭外圓和小頭外圓的加工需二次裝夾，且需要兩臺設備加工。要求所用設備一致性好，操作人員找正水平高，只有這樣才能滿足圖樣對該零件的軸向圓跳動要求，否則會增大軸向圓跳動超差的風險。因設備陳舊、精度差且人員流動頻繁，所以易造成不良品、廢品率升高。解決辦法：①將循環程序修改為G00和G01，減少空走刀時間，提高生產效率。②為了保證零件的一致性，避免因軸向圓跳動超差而導致零件報廢，經客戶同意，在大頭端端面增加工藝螺紋孔，制作專用工裝，精加工時用頂尖頂緊兩端內孔，專用工裝固定在螺紋孔內，撥動零件轉動，以此實現一次裝夾同時完成大、小頭端外圓兩道工序的精加工。加工后零件的軸向圓跳動及一致性滿足工藝要求，且只需一臺設備即可完成加工。

6 確定加工參數

選擇合適的設備及加工工藝參數對零件的質量是有很大影響的，為此在確定進給量時應充分考慮被加工零件的材料及硬度。零件材料為42CrMo，硬度為32～38HRC，最初確定的銑床參數為：切削速度200r/min，切削深度3mm，進給量0.5mm/r，由于試驗時機床振動嚴重，因此調整銑床參數為：切削速度280r/min，切削深度1.6mm，進給量0.2mm/r，最終滿足加工要求。

機床參數的選擇還應考慮所使用刀具的規格、材料以及機床的規格等，只有合理地設置機床參數，才能在滿足加工要求的前提下提高生產效率、降低加工成本。同時還要根據工件要求的表面粗糙度確定是否進行二次精加工。一般粗加工后的表面粗糙度值Ra能夠達到6.3μm，如果工件的表面粗糙度值Ra要求＜6.3μm，則應考慮進行二次精加工。一般粗加工給精加工留有0.5～0.7mm的余量，在精加工時應適當提高機床切削速度至400r/min，同時降低進給速度至0.10～0.15mm/min，則表面粗糙度值Ra可達3.2μm。如果選擇以車代磨的形式，則提高機床切削速度至600r/min，切削深度≤0.25mm，同時降低進給速度至0.010～0.015mm/min，則表面粗糙度值Ra可達0.8μm。

7 確定最終工藝路線

確定最終工藝路線為：下料→正火→調質前粗加工→調質→拋丸→探傷→銑端面保證總長、鏜孔口倒角→鉆攻大頭端面M12×1.5mm螺紋孔→粗車一端外圓及端面→粗車另一端外圓及端面→精車軸頸外圓→打號→精修大頭中心孔→精修小頭中心孔→銑花鍵→磨φ190mm軸頸→磨φ150mm和φ160mm軸頸→磨φ162mm軸頸→銑鍵槽→檢驗→入庫→發出。

8 結束語

本文主要介紹一種半軸套管的工藝研發流程、在開發過程中出現的問題以及解決辦法，可供同行參考。影響零件質量的因素很多，如果在開發初期對有可能出現的問題進行分析并制定相應的措施，則對工藝調試的順利進行會起到重要的影響。半軸套管通過調試已成功生產且質量穩定，達到了客戶的要求。目前月產量400件，達到了預期效果。