汽车半轴加工工艺分析与方案传动轴的加工工艺分析.docx

1、汽车半轴加工工艺分析与方案传动轴的加工工艺分析汽车半轴加工工艺分析与设计目录 中文摘要 英文摘要1.前言1.1国外汽车半轴的加工工艺1.2国内后桥半轴先进的机械加工工艺技术2.材料的选择3.汽车半轴加工工艺流程及主要加工工序3.1剪料3.2摔杆3.3摆帽3.4喷丸3.5杆部校直3.6钻小端中心孔A3/7.53.7粗车大外圆3.8粗车小端3.9车大孔3.10钻中心孔B4/12.53.11粗车大端、精车大端3.12精车小端3.13冷滚轧花键3.13.1冷滚轧花键的优点3.13.2冷滚轧花键的加工方法3.13.3冷滚轧花键的工艺要求3.13.4典型的冷滚轧机技术参数 3.13.5冷滚轧花键加工实例3

2、.14半轴的热处理3.14.1热处理的具体工序3.15磁力探伤检验4.夹具设计4.1原夹具存在的问题 4.2可微调新型夹具摘 要汽车自19世纪末诞生至今100余年期间，汽车工业从无到有，以惊人的速度 发展,写下了人类近代文明的重要篇章。汽车是数量最多、最普及、活动范围最 广泛、运输量最大的现代化交通工具。没有哪种机械产品像汽车这样对社会产 生如此广泛而深远的影响。半轴是汽车传动系统的一个重要组成部分，半轴是用来将差速器半轴齿轮 输出的动力传给驱动轮或轮边减速器，对于采用非独立式悬架的驱动桥，根据 其半轴内端与外端的受力状况，一般又分为全浮式半轴、四分之三浮式半轴与 半浮式半轴三种。半轴内端以花

3、键连接着半轴齿轮，半轴齿轮在工作时只将扭矩传给半轴， 几个行星齿轮对半轴齿轮施加的径向力是互相平衡的，因而并不传给半轴内 端。主减速器从动齿轮所受径向力则由差速器壳的两轴承直接传给主减速器 壳。因而，半轴内端只受扭矩而不受弯曲力矩。半轴是汽车的轴类零件中承受 扭矩最大的零件，为了满足半轴的强度要求多年来，世界备国除了用各种各 样的计算方法外，还在材料选择、毛坯成型、机械加工和热处理等方面进行着 不懈的努力。本文主要是对半轴在锻造车间、机加车间、热处理车间的各步工艺进行分 析和改进以及半轴的热处理和半轴齿轮的夹具改进。半轴齿轮广泛用于汽车、拖拉机等一切行走机械的差速器中，应用面广。 需求量大。半

4、轴已普遍采用精密模锻工艺生产。其工艺流程是：下料一一加热 粗锻一一切飞边一一精锻一一切飞边一一表面清理一一钻孔、车大端面一 车孔、齐端面一一拉花键一一热处理一一磨大端面和内孔。感应加热表面淬火亦称感应淬火，由于它的加热速度和冷却速度都很快， 使零件的表面至心部有着巨大的温度梯度，而且淬火后零件由表及里存在着激 烈的组织变化，这些特点决定它有着特殊的残余应力形态。一般说，轴类零件 感应淬火后，表面层存在残余压应力，次表层和淬火区域边缘存在残余拉应 力。残余应力的合理分布，能够大大提高零件强度，特别是疲劳强度。载货车 半轴的合理用料，合理选择淬火层的深度及其分布，将大大提高半轴的使用寿 命。在车孔

5、、齐端面工序中，由于夹具调整不便，更换供状时工件找正极其困 难，耗工费时，齿轮装夹定位精度低，生产效率低。为此，我根据所学知识 ，再通过一些先进资料研究了半轴齿轮车孔齐端面的可微调夹具，解决了原夹具存 在的问题。关键词：半轴；热处理；夹具设计；花键设计AbstractThe car bears the un til now from the end of 19 cen turies 100 period in remai ning years of life ， Car in dustry from have no tohave Develop ing with the ast onishin

6、g speed, Wrote dow n the civilized and importa nt literary piece inhuman modern age. The car is a quantity at most, universal, the movable scope is the most exte nsive and tran sport biggest andmoder n pileup in deal. Have no which kind of mach ines product resemble the car is like this to the socia

7、l creation like thisexte nsive but profo und in flue nce.The half stalk is an importa nee that car spread to move the system to constitute the part ，to be usedto will differ soon the machine half stalk wheel gear outputs motive pass to drive round or a sides decelerate themach ine. Carry accord ing

8、to the half stalk in side with carry outside of suffer the dint con diti on, gen erally divided into Wholefloat type half stalk 、 three quarter float type half stalk 、 Halffloat type half stalk.1冃u 言1.1国外汽车半轴的加工工艺1.1.1美国克莱斯勒公司万伦脱小客车半轴制造工艺 SAE1039相当于40Mn 棒料切断一一法兰热轧成型一一正火一一喷砂一一清洗一一表面磷化一 水平挤压成型（三段，用175

9、t压力机 法兰和轴承部分切削加工一 轴端花键滚轧加工感应加热淬火、回火磨削安装轴承颈 法兰部分加工。1.1.2日本五十铃公司中型载重汽车半轴锻造工艺 SCM4相当于42CrMo棒料切断法兰、花键部分热轧成型（感应加热、镦锻机 正火一 淬火、回火喷砂打中心孔校直法兰和花键部分切削 加工感应加热淬火、回火校直磁力探伤法兰部分加 工。1.2国内后桥半轴先进的机械加工工艺技术校直（单柱校直液压机Y41 10BI0t 铣端面打中心孔（铣端面打中心孔机床 z82IO车削杆部（液压半自动仿型车床 CE711邸125X 710磁力探 伤（磁力探伤机CEW一 2000 校直（单柱校直液压机丫41 10B 10t

10、 车削法兰端（普通车床C616为320X 750铣削花键（半自动花键轴铣 床YB621邸125X 900校直（单柱校直液压机 Y41 10B 10t 磨削 安装轴承颈（高精度半自动万能外圆磨床 MGB1420M200X 1000法兰 端部孔加工（立式钻床Z5125M 25铣削螺纹（半自动螺纹铣床SB6110A 为100X 80磁力探伤（磁力探伤机CEW一 2000一一清洗（通用通过式 三箱清洗机SQ1 40011。2.材料的选择2.1材料牌号：40cr-gb3077-88 这种材料主要用于汽车半轴锻造件的加工与制 造，汽车半轴载荷较大，有时会受到较大的冲击，这种材料比较适合作为半轴的材 料。3

11、.主要加工工序3.1在G72-3锯床上剪料；3.2用560KG空气锤摔杆；3.3用DW99-160摆碾机摆帽；3.4用QBD30强化喷丸机进行喷丸处理；3.5用丫出40-25校直机进行毛坯杆部校直，保证垂直度。一般情况下，在整个半轴生产过程中需校直两次.一次是毛坯校直，另一 次是热处理后校直。这两次校直的作用、原理是一样的，都是保证汽车半轴的 垂直度，热处理后的校直要保证跳动不大于 0.08, 0.2和0.4。美国通用汽车公司旁蒂克部毛坯校直的方法是：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

12、下落，半轴在滚子和压头的作用下校直。 压头是固定工作的，生产率为195件/h,是以前手工校直生产率的4倍。英国福特汽车公司热处理后校直是在 8t密尔斯（Mills液压机上进行的。 半轴支承在夹具两端，夹具能够很容易地从一端移到另一端，这样压头就能在 花键端与法兰端之间的任何高出部位加载。在校直过程中，用两个千分表进行 测量，其中一个表垂直安装，测轴的摆动；另一个表水平安装，测法兰摆动。 近年来，已研制生产出带有自动装置的半轴校直装置。但是，值得一提的是， 迄今为止，尚无人认为自动校直比人工控制的校直效果更好。3.6在Z525J钻床钻小端中心孔 A3/7.5；3.7在CA6140车床粗车大外圆；

13、3.8在CK7150车床粗车小端；有的生产厂家采用六角转塔车床进行粗车和精车加工，但大多数生产厂家 则米用仿型车床进行粗车和精车加工。美国雪佛莱汽车部，米用六角转塔车床 铣端面打中心孔并完成全部粗精车工序。转塔可自动分度 （转位，当转塔上6把刀全部用过后，指标灯亮，机床停车，操作者换上预先调整好刀具的整个转 塔后，车床又开始加工。前苏联在陶里亚蒂城生产意大利菲亚特 124型轿车半轴自动线，由2台锯床（杆部端头切断、2台平端面打中心孔机床（杆部两端外 圆、法兰肩面定位夹紧、3台KDM歹80型仿型车床（中心孔定位，法兰内部撑 紧，车削法兰端和 4台KDM歹80型仿型车床（中心孔定位，法兰外圆夹紧，

14、车 削杆部 共11台机床组成。在仿型车床上用两个靠模滑座分别对大小头进行仿 型车削。精车后对花键端和法兰端外圆进行自动测量。负荷在 70%时.生产率为 180 件/ h。3.9 在CA6140车床车大孔；对于不同长度和直径的半轴，平端面是提高半轴生产线生产率的一个关键 工序。采用切入法铣端面的优点是：可适应半轴长度的变化，其缺点是：生产 率低，且刀具一旦磨钝后，端面会产生硬化现象，不利于下一道打中心孔工 序。若采用贯通法铣削，同时采用特殊形式的机夹铣刀（该铣刀每个刀片有8个 刀刃，比用每个刀片仅有4个刀刃（且用楔式夹紧 的机夹铣刀不仅提高寿命 15倍，而且也提高了效率。为了保证打中心孔后孔面光

15、洁且无毛刺，已发展了 对钻后的两端中心孔进行挤压的机床。3.10在Z8210B车床铣两端面钻孔中心孔 B4/12.5，如下图3 1;3.11粗车大端、精车大端 所需设备为CK7150车床；3.12 精车小端为 31.82土0.015,为 48.5,为 40.5,为 39.5,为 37 入下图 3 2;3.13冷滚轧花键滚扎花键以两端中心孔定位,滚扎渐开线花键。齿数为30,模数为1.0583 , 渐开线起始圆直径为为31.008，大径为32.809,小径为30.691，压力角a =45 分度圆直径为31.75,基圆直径为22.451,弧齿厚s=1.791。滚扎花键所需仪器是 花键滚扎机。所需的量

16、具是千分尺和综合花键量规。为了提高半轴花键的生产效率和疲劳强度，目前已广泛采用花键冷滚轧成 型工艺。该工艺是一种动力传动件及齿类工件的无屑冷成型加工工艺。这种工 艺极大地提高了冷成型齿类工件的精度，在北美和欧洲的许多条生产线上得到 广泛应用。滚轧花键和滚花工艺不同，在滚轧过程中，对所有相关参数均定位 控制，故可以保证得到确定的齿数和准确的齿形。实际上，整个加工过程非常 简单。以滚搓为例，将一根钢质轴定位在两根成型齿条之间的起始位置，该端 的齿牙是浅层的，仅仅在工件上压出花键的最初形状，两齿条朝相反方向快速 移动，带动工件旋转，一步步将工件表面的金属挤压进去，这时可明显看到一 个个凹痕。完成上述

17、整个过程只需不到 4s时间（机动时间，此时，齿形零件只 要再自转几周，就可保证得到质量控制所要求的齿形几何尺寸和精度。大多数 齿形工件是可以滚搓的，包括：a.薄壁金属件；b.油槽；c.螺纹；d.大螺矩 花键；e.正齿花键；f.冠齿；g.滚花、螺旋齿；h.安全自锁花键；i.锥齿；j. 齿形；k.螺杆。3.13.1冷滚轧花键的优点a.设计灵活。例如，一套 Mara nd齿条可以滚轧20种不同齿数的零件.而且可 以使齿牙和轴肩之间不留间隙。b.生产效率高。与传统滚齿相比，滚轧机动时间约为 4s，滚齿机动时间约为130s。c.节省材料.而且省去了收集处理切屑的麻烦。d.加工精度高.滚轧具有极小的啮合间

18、隙（强迫塑性变形 ，使工件在使用过程中，可保持极优的啮合性能。e.提高轴的强度。由于是冷成型，可提高零件的物理性能，如增加扭矩力，减少疲劳应力灵敏度和无裂缝扩展。f.提高负载能力.滚轧后，其晶格结构和滚齿、铣切不同，金属流线未被破坏，疲劳强度相当于滚切、铣切花键的三倍多。国外某个生产载重汽车后桥半 轴的公司，曾进行过铣削花键和冷滚轧花键后的半轴淬火前后对比测试分 析。结论是：两种花键加工方法加工的半轴在其直径方向的变形量大体相 同.均在10卩m左右，但在外形变形量方面，滚轧花键要比铣削花键小，而 且，在疲劳强度方面，滚轧花键是铣削花键的三倍多。详见表1、表2和表3。表3 1铣削半轴花键的直径测

19、量值（单位:mm轴号淬火前淬火后最大值最小值最大值最小值130.03630.03430.04530.040230.03230.01330.04330.024330.04530.04030.05730.048430.02730.00430.03830.017530.03530.01530.04330.031平均值30.03530.02130.04530.032表3 2滚扎半轴花键的直径测量值（单位:mm轴号淬火前淬火后最大值最小值最大值最小值130.02730.02730.04330.039230.02830.02730.03930.036330.02330.02330.01830.018430

20、.01330.01230.03130.027530.01630.01630.02830.024630.01430.01430.02830.024730.01430.01330.02830.010830.02230.01930.03430.030930.03030.02630.03030.0221030.02330.01430.03830.033平均值30.02130.01930.03230.027表33两种半轴交变载荷实验值轴号热处理方法加工方法断裂前的交变载荷次数1表面感应淬火，回 火温度约为230 C铣削花键549002789003115100平均值829674表面感应淬火，回 火温度约为

21、230 C冷滚扎花键306000525800062140007表面感应淬火，回 火温度约为180C3420008273000平均值2786003.13.2冷滚轧花键的加工方法a.用滚轮冷滚轧花键。在滚压头上安装的滚轮个数和花键轴的齿数相同，沿径 向分布，全部齿形均在压力机一次工作过程中全部轧出。滚轧过程是压力机推动工件，通过滚压成形，滚轮在工件表面上自由滚动。这种滚轧加工方法适用于齿数 Z20的花键。b.用齿条形工具冷滚轧花键。齿条形工具上下对称分布，分别由油缸驱动，作 相互平行的交错运动，毛坯（工件为自由驱动，在齿条工具间滚动过程中产 生塑性变形。滚动的圈数大约为8圈。采用这种滚轧加工方法滚

22、轧直径较小 的花键时，生产率高。表面质量好。这种滚轧加工方法一般用于滚轧工件的 最大直径为DM 50mm最大模数为 m=4mSDJIO2 甲 5O-H/REgmtrllLtJEw a 阿5lr Jll 号fT w rmH w围 Mffl曲亠& 零肅牛1g(/IM 3Da匸D 吊口J D 口 F y aN3*74U1*CJaSrH*HJQ 话t=PKI OS=*3.14半轴的热处理半轴的热处理过去采用调质方法,调质后要求杆部硬度为388444HB近些年来 采用高频、中频等感应淬火的日益增多，这种处理方法能保证半轴表面有适 当的硬化层，由于硬化层本身的强度较高，加之在半轴表面形成大的残余压应力，因

23、此使半轴的静强度合疲劳强度大为提高尤其是疲劳强度提高得更为显 著。当半轴采用高应淬火时,杆部表面硬度推荐在4856HRC范围内，心部硬度 可控制在2028HRC花键部分的表面硬度可控制在 4856HRC不淬火区硬度可 定在248277HB范围内,采用感应淬火时,通常推荐半轴杆部表面硬化层的深度 为其半径的1/41/3左右.3.14.1热处理工艺步骤如下：开启加热致电炉设定温度（840 C860E 通氯气扫炉（约30分钟一通保 护气氛一到达保温时间（60分一半淬（油温3080E 清洗一回火（550650E 到达回火保温时间（120分一冷却一卸料低温回火工艺要求如图3 2所示温度低温回火18D10+C/60minX./时 Iajnfcn图32低温回火中频淬火，自回火 如下图33;潼H确度CHRC)a1I-fr棘SS径向 1. 5/10001 1XJImV1琲8O Sino A ro 二次1w3snuiInMi男n coru Ul奋 n 5 cn n调质处理，如图3 4;硬度(HRC)1iJOJ3ai彗 筆4R 十1S年s3i-frJ|01.5/1000wIS3疋31d n mi (JI lTDi