汽车半轴生产工艺调研

汽车半轴生产工艺调研
材料：
需要有较好的抗弯抗剪强度和韧性，如合金调质钢中的40Cr。

抗剪强度：指外力与材料轴线垂直，对材料呈剪切作用时的强度极限。

一般工序：
1.选料剪切，确定加工余量
2.空气锤进行胎模锻造（搜索到新工艺是用压力机挤压工件代替空
气锤锻造），摆辗机摆帽（有篇论文是新工艺方法，下面提到）
3.喷丸处理
4.毛坯杆部矫直
工序解读：
1. 摆辗工艺：
●原理作用：利用一个绕中心迅速滚动的圆锥形上模对毛坯端面
局部加压。

使毛坯逐步成形的一种加工方法。

能够实现对横截
面是圆形的管类零件和带底的管状容器的外径径向摆动辗压
并使零件壁厚产生变化的机器。

零件是致密件时径向摆动辗压
可改变其外径尺寸。

●不足之处：由于还是采用二火工艺锻造，锻造中氧化皮脱落严
重，一是造成环境污染，另一方面影响表面质量，掌握不好还
会造成材料过烧。

⏹新工艺：一火挤辗成形。

一火锻造工艺的特点是将二次加热合
为一次，预锻—成形二步合为一步，设备也由二台合为一台。

工序对比：目前，下料（圆料），整体加热，锤上拔长，局部加热，摆辗机摆辗成形或者下料（圆料），局部加热，油压机
压蒜头，局部加热，摆辗机摆辗成形。

一火锻造，下料（圆料），
局部加热，热挤辗机挤辗，成形。

参考：汽车半轴一火锻造工艺及设备_付建华.caj
2.喷丸处理：喷丸是用来清除厚度不小于2mm的或不要求保持准确
型砂及旧漆膜。

是表面涂(镀)覆前的一种清理方法。

效果：喷丸强化工艺对材料的抗拉强度σb没有明显的影响;延伸
3.矫直：毛坯矫直和热处理后矫直，毛坯校直解释同晶哥晚上所画，
用两个固定校直滚子装置支承半轴，由一个传动连接装置与半轴法兰端上的两个突出部位相吻合，并带动半轴旋转，尾座顶尖顶住半轴的杆部，校直机上的压头下落，半轴在滚子和压头的作用下校直。

热处理后矫直原理方法相同，但跳动不大于0.08，0.2和0.4。

一般工艺需要设备：
1.锯床：
2.空气锤：电动机通过减速机构和曲柄，连杆带动压缩气缸的压缩
活塞上下运动，产生压缩空气。

当压缩缸的上下气道与大气相通时，压缩空气不进入工作缸，电机空转，锤头不工作，通过手柄
或脚踏杆操纵上下旋阀，使压缩空气进入工作气缸的上部或下部，推动工作活塞上下运动，从而带动锤头及上砥铁的上升或下降，完成各种打击动作。

旋阀与两个气缸之间有四种连通方式，可以产生提锤、连打、下压、空转四种动作。

3.摆辗机：
4.喷丸机：利用高速的压缩空气将砂材（丸）直接打到工件表面，
从而使工件表面产生变化。

增加金属件表面硬度，消除应力，如飞机叶片、弹簧、机加工刀具及武器等表面处理。

5.矫直机：轴类校直，主动回转中心和从动回转中心的顶尖将工件
夹持后，顶尖有调速电机驱动旋转，通过工件传到从动回转中心顶尖，同时，与可动支撑相连的测量装置检测工件表面的全跳动量（TIR），从动回转中心的光电编码器测量工件表面的全跳动量方向，计算机根据这些数据判断工件最大弯曲位置和方向，发出指令使工件最大弯曲点朝上时工件停止转动，并结合TIR幅值及设定的参数计算修正量，实现对工件的精确修正，工件夹持与放松，可动支撑位的选择，工件台得移动及冲头快慢速给进等动作均有PLC实现管理。

关于矫直机可以改进地方：
有的校直这些校直设备一般可校直轴的直径、长度都不大，对于这种大尺寸、大弯矩、大刚度、施力大、要求精度高的的全自动液压校直机，还有待于进一步研究,如引入多工位伺服控制。

进一步提高计算精度和实用性是液压校直弹塑性理论计算所面临的问题, 新的理论模型或修正模型研究应以此为目的。

目前关于压力校直经验计算公式的研究几乎是空白, 相关研究值得关注。

目前关于液压校直控制方法的研究开展得还非常有限, 更深入更广泛的研究工作有待进行, 特别是智能化的校直控制研究意义重大。

半轴失效分析：
⏹结构与失效：花键输入扭矩，法兰盘承受扭矩。

损坏形式大多是
小能量多冲击半轴的扭转剪应力包括周向剪应力和轴向剪应力。

这是扭曲变形开裂的剪应力形式。

⏹纵向的剪切开裂：为由于半轴整体的抗扭曲形变能力不足，但表
面强化层又具备一定的抗形变能力，最终导致了整体的扭曲变形和表面的纵向剪切开裂同时发生，。

其原因应认为是感应强化层不足，有时这种情况与原材料表面严重的纵向裂纹有关。

这种纵向裂纹随之扩展将引起整体刚性的破坏，最终将转换成其它形式的开裂。

⏹扭转正应力开裂:这种半轴断裂断口，与轴线呈45度，性质为扭
转正断。

包括一次性脆断和疲劳两种断裂形式。

一次性脆断可产生在扭矩台架试验中，也可产生在使用中的高能量冲击过程中。

疲劳开裂通常被认为与过载的小能量多冲载荷有关。

断裂的部位
分为两类，一类裂纹源产生在法兰头和花键头结合处的缩颈区，另一类产生在缺陷部位。

星形断口：星形断口所产生的位置是固定的，即在与半轴齿轮配合的接口处和与轴杆的过渡区处。

这种断口是承受扭转的轴类件疲劳开裂所特有的圆周断口。

等等等等等等。

参考：汽车半轴失效分析_刘柯军.caj
校直优秀思路：
1.校直行程量计算要受到裂纹扩展约束
2.对校直行程优化
3.建立经验数据库
4.自动校直机上配有裂纹检测装置
5.感应加热技术应用于半轴零件的淬火以及半轴坯料的加热
6.利用楔横轧机
楔横轧机：两个带楔形模的轧辊，以相同的方向旋转，带动圆形坯料旋转，坯料在楔形型的作用下，轧制成各种形状的台阶轴。

这种横轧的变形主要为径向压缩和轴向延伸。

参考：大型轴类件楔横轧成形可行性分析_束学道.caj。