十堰職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系 （湖北 442000） 候玉榮

十堰高周波科工貿(mào)有限公司 （湖北 442013） 蔡小山

汽車半軸（見圖1）是汽車后橋總成中的一個(gè)重要零件，其內(nèi)端一般通過花鍵與半軸齒輪聯(lián)接，外端與輪轂聯(lián)接，作用是傳遞動(dòng)力。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩經(jīng)汽車傳動(dòng)軸傳遞到汽車后橋，由半軸將動(dòng)力傳給車輪及輪胎，從而推動(dòng)汽車行駛。汽車半軸根據(jù)支承型式不同，一般分為全浮式半軸和半浮式半軸。

從制造工藝角度來看，汽車半軸是一種工藝典型的零件，生產(chǎn)汽車半軸要采用鍛造工藝、普通熱處理工藝、感應(yīng)熱處理工藝、壓校工藝、機(jī)械加工工藝（包括車、銑、鉆、磨、銑花鍵等）、噴丸工藝、清洗工藝、打標(biāo)工藝等。

圖1 汽車半軸

一、汽車半軸的材料及技術(shù)要求

當(dāng)汽車在啟動(dòng)或上坡時(shí)，扭矩很大，特別在緊急制動(dòng)或行駛在不平坦的道路上時(shí)，工作條件更為惡劣，半軸要承受沖擊、交變彎曲疲勞荷載和扭力的作用。因此，半軸生產(chǎn)所需的材料要有足夠的抗彎強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度和較好的韌性。

汽車半軸材料一般可選用40Cr、40MnB、42CrMo、40CrMnMo、35CrMo、40CrH、40MnBH、42CrMoH。

汽車半軸中頻淬火表面硬度50～63HRC，半軸心部硬度229～269HBW；汽車半軸表面無凹坑、裂紋，無有害傷痕、飛邊，半軸桿部跳動(dòng)不大于1mm；一般6t級(jí)以下半軸的中頻淬硬層深為4～7mm；6t級(jí)以上半軸的中頻淬硬層深為8～13mm。

二、汽車半軸的加工工藝

汽車半軸的加工工藝流程如下：

半軸材料采購 →下料→花鍵加熱→鍛造鐓花鍵成形→另一端加熱→鍛造預(yù)鐓制坯→加熱→半軸盤端擺輾成形→淬火→回火→校直→拋丸→銑端面鉆中心孔→校正→粗車半軸法蘭盤外端面和花鍵外圓→粗車法蘭盤內(nèi)端面和外圓→精車法蘭端和花鍵外圓→銑花鍵→清洗→中頻淬火→回火→校正→無損檢測(cè)→鉆半軸法蘭盤孔→磨半軸法蘭軸頸→精車半軸法蘭內(nèi)端面→拋光→清洗→打標(biāo)→包裝。

其中，大多數(shù)半軸生產(chǎn)廠進(jìn)行半軸法蘭鍛造時(shí)，大都采用臥式擺輾工藝。半軸臥式擺輾工藝的特點(diǎn)：比校平鍛機(jī)操作簡(jiǎn)便，能耗低，易維修。

三、半軸預(yù)備熱處理

1. 半軸熱處理及組織

半軸預(yù)備熱處理一般有正火、調(diào)質(zhì)。6t級(jí)半軸預(yù)備熱處理可采用正火或調(diào)質(zhì)。6t級(jí)以上半軸的預(yù)備熱處理大多采用調(diào)質(zhì)。

半軸調(diào)質(zhì)后組織1～4級(jí)合格，半軸調(diào)質(zhì)熱處理金相組織標(biāo)準(zhǔn)見下表。

半軸調(diào)質(zhì)熱處理金相組織標(biāo)準(zhǔn)

2. 半軸調(diào)質(zhì)設(shè)備

半軸調(diào)質(zhì)熱處理設(shè)備有臺(tái)式電阻爐、步進(jìn)式電阻爐（見圖2）、推桿式電阻爐。

臺(tái)車式電阻爐適用于半軸小批量的調(diào)質(zhì)處理，半軸裝料時(shí)采取堆放，或采用半軸豎立放置在圓料筐中，半軸在淬火冷卻介質(zhì)中淬火易產(chǎn)生半軸的淬火硬度不均、金相組織不均勻等現(xiàn)象。臺(tái)車式電阻爐不適用半軸自動(dòng)化熱處理。

步進(jìn)式電阻爐可適用于半軸大批量的調(diào)質(zhì)熱處理，可以實(shí)現(xiàn)半軸調(diào)質(zhì)的自動(dòng)化生產(chǎn)。但步進(jìn)式電阻爐前后爐門為敞開形式，能耗較大。

推桿式電阻爐可適用于半軸大批量的調(diào)質(zhì)熱處理，可以實(shí)現(xiàn)半軸調(diào)質(zhì)的自動(dòng)化生產(chǎn)。

圖2 步進(jìn)式電阻爐

四、半軸中頻感應(yīng)加熱淬火

1. 半軸中頻感應(yīng)加熱淬火工藝

半軸中頻淬火通常有半軸連續(xù)淬火工藝和半軸整體淬火工藝。

半軸連續(xù)淬火工藝是采用圓環(huán)感應(yīng)器對(duì)半軸進(jìn)行連續(xù)淬火。對(duì)帶有法蘭盤的半軸圓環(huán)感應(yīng)器（見圖3）裝有可控硅的導(dǎo)磁體，利用導(dǎo)磁體的槽口效應(yīng)，對(duì)半軸法蘭盤處的圓角部位進(jìn)行感應(yīng)加熱淬火。

圖3 半軸圓環(huán)感應(yīng)器

半軸整體淬火工藝是采用矩形感應(yīng)器（見圖4）對(duì)半軸進(jìn)行整體淬火。半軸整體淬火的特點(diǎn)是半軸表面淬火硬度均勻，淬火變形小，易于實(shí)行半軸自動(dòng)化生產(chǎn)。

2. 半軸感應(yīng)淬火設(shè)備

（1）半軸感應(yīng)加熱電源 目前，半軸感應(yīng)加熱電源大多采用KGPS可控硅中頻電源（見圖5）和IGBT晶體管電源（見圖6）。

圖4 半軸矩形感應(yīng)器

圖5 KGPS可控硅中頻電源

圖6 IGBT晶體管電源

KGPS可控硅中頻電源與機(jī)式中頻電源相比啟動(dòng)成功率高，頻率可自動(dòng)跟蹤，電效率可達(dá)90%。KGPS可控硅電源的缺點(diǎn)是自動(dòng)適應(yīng)負(fù)載頻率較差。

IGBT晶體管電源的特點(diǎn)：頻率范圍寬，基本可以覆蓋中頻和超音頻；啟動(dòng)成功率達(dá)到100%，安全可靠；IGBT晶體管電源的效率可以達(dá)到95%以上；負(fù)載自適應(yīng)強(qiáng)，工藝調(diào)整方便。

（2）半軸用淬火機(jī)床 常用半軸淬火機(jī)床有立式半軸淬火機(jī)床、臥式半軸淬火機(jī)床。半軸感應(yīng)加熱淬火工藝可以采取連續(xù)加熱淬火、整體加熱淬火。圖7～圖10為半軸連續(xù)加熱淬火機(jī)床，加熱過程中移動(dòng)方式有半軸移動(dòng)和感應(yīng)器移動(dòng)兩種形式。圖11為半軸整體加熱淬火用數(shù)控臥式半軸整體淬火機(jī)床。

半軸連續(xù)加熱淬火工藝適用于半軸品種多、或品種單一且產(chǎn)量不大的生產(chǎn)模式。半軸整體加熱淬火適用于單一品種且批量大的生產(chǎn)模式。

圖7 立式半軸淬火機(jī)床（工件移動(dòng)）

圖8 數(shù)控立式淬火機(jī)床（感應(yīng)器移動(dòng)）

圖9 雙工位立式數(shù)控淬火機(jī)床

圖10 雙軸立式半軸淬火機(jī)床

圖11 數(shù)控臥式半軸整體淬火機(jī)床

五、半軸的失效

汽車半軸在汽車結(jié)構(gòu)中起到傳遞動(dòng)力的作用，汽車運(yùn)行過程中承受彎曲和扭轉(zhuǎn)等載荷，由于半軸的材料缺陷、鍛造缺陷、熱處理缺陷和超載等原因，會(huì)導(dǎo)致半軸的早期失效。半軸的失效形式有磨損、彎曲變形、斷裂。

1. 半軸磨損失效

汽車半軸的磨損通常產(chǎn)生在半軸的法蘭盤軸頸、半軸、半軸花鍵等部位。

（1）半軸的法蘭盤軸頸部位的磨損原因：裝配干涉，半軸軸頸的淬火硬度低，以及半軸安裝螺栓松動(dòng)。

（2）半軸桿部的磨損原因：裝配干涉，汽車超載。

（3）半軸花鍵部位的磨損原因：半軸與半軸齒輪間隙不當(dāng)，半軸花鍵部的淬火硬度低，以及汽車超載等。

2. 半軸彎曲變形失效

汽車半軸彎曲變形的原因有汽車超載，半軸的原材料選擇不當(dāng)，以及半軸的疲勞強(qiáng)度和靜扭強(qiáng)度不合格等。

3. 半軸斷裂失效

汽車半軸的斷裂失效有平齊斷裂（見圖12）、半軸法蘭盤掉盤、半軸花鍵扭斷（見圖13）、軸部的45℃剪切斷裂。

圖12 半軸桿部齊斷

圖13 半軸花鍵扭斷

（1）半軸的平齊斷裂 平齊斷裂發(fā)生部位在半軸的法蘭軸頸部位、半軸的桿部、半軸的花鍵部位，斷口面與半軸的中心線垂直。產(chǎn)生原因有半軸的原材料內(nèi)在缺陷、鍛造缺陷、裂紋、汽車超載，以及淬硬層淺等。

（2）半軸的法蘭盤掉盤 半軸法蘭盤掉盤產(chǎn)生的原因有汽車超載、裂紋、半軸的原材料內(nèi)在缺陷、鍛造缺陷、法蘭盤R部位未感應(yīng)淬火等。

（3）半軸花鍵扭斷 半軸的花鍵扭斷的產(chǎn)生原因有汽車超載，半軸裂紋，半軸的原材料內(nèi)在缺陷，鍛造缺陷，花鍵的淬硬層淺，以及花鍵淬火區(qū)域有軟帶等。

（4）半軸軸部的45°剪切斷裂 半軸軸部的45°剪切斷裂的產(chǎn)生原因有半軸的原材料內(nèi)在缺陷、軸部淬硬層淺、汽車超載及調(diào)質(zhì)不良等。