合肥美橋汽車(chē)傳動(dòng)及底盤(pán)系統(tǒng)有限公司 （安徽 230011） 張 蘭

我公司是以生產(chǎn)汽車(chē)后橋?yàn)橹鞯膶?zhuān)業(yè)生產(chǎn)廠(chǎng)家，在為主機(jī)廠(chǎng)配套時(shí)，曾有一時(shí)市場(chǎng)上出現(xiàn)不少微型載貨汽車(chē)半軸早期斷裂的情況，為此，我們進(jìn)行了有關(guān)分析，并找出了問(wèn)題之所在，現(xiàn)就該問(wèn)題產(chǎn)生的原因及解決方案介紹如下。

1. 半軸熱處理工藝

半軸主要結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1，技術(shù)要求：桿部表面硬度≥52HRC, 桿部有效硬化層深度（5±0.7）mm，圓角淬硬范圍最小φ50mm，淬硬層最大深度8mm。

圖1 半軸結(jié)構(gòu)

熱處理工藝：中頻感應(yīng)淬火+180℃低溫回火，其中中頻感應(yīng)淬火采用連續(xù)加熱淬火法，所采用的頻率為3500Hz左右。

2. 原因分析

對(duì)出現(xiàn)斷裂的半軸進(jìn)行外觀分析，發(fā)現(xiàn)其斷裂部位均在圓角處。根據(jù)該現(xiàn)象，對(duì)其圓角處淬硬層分布情況進(jìn)行了分析，具體分布情況見(jiàn)圖2。

從圖2可以看出，圖樣要求圓角淬硬范圍最小φ50mm，而實(shí)際其圓角部位淬硬層范圍φ35mm，其分布形狀未達(dá)到產(chǎn)品技術(shù)要求，由此可見(jiàn)，半軸斷裂的主要原因是由于在圓角處出現(xiàn)了薄弱現(xiàn)象，最終導(dǎo)致半軸出現(xiàn)斷裂。

圖2 原淬硬層分布情況

根據(jù)該現(xiàn)象，我們對(duì)半軸中頻感應(yīng)淬火情況進(jìn)行了詳細(xì)分析。首先從選用感應(yīng)器的一般要求來(lái)看，對(duì)于感應(yīng)加熱來(lái)講，為盡量減少磁力線(xiàn)在大氣中逸散損失，需盡可能減少感應(yīng)圈與工件之間的間隙。具體間隙要求見(jiàn)表1。

表1 外圓淬火時(shí)有效圈與工件的間隙

由于采用的是連續(xù)式感應(yīng)加熱淬火，從技術(shù)要求上可以看出，該半軸最大直徑為φ32mm，則感應(yīng)器內(nèi)孔尺寸最小為φ38mm，如感應(yīng)器的厚度為15mm，則感應(yīng)器外徑應(yīng)為φ68mm。另外，因該半軸還要保證圓角淬硬，而感應(yīng)淬火時(shí)由于存在鄰近效應(yīng)，而無(wú)法保證圓角淬硬，因此為了使圓角能淬硬，則在制作感應(yīng)器時(shí)必須增加導(dǎo)磁體，用于驅(qū)使電流靠近工件表面，以提高感應(yīng)器的電效率，改善加熱區(qū)磁場(chǎng)分布，以獲得均勻的溫度分布。因?yàn)樵摪胼S所選用的電流頻率為3500Hz左右，根據(jù)表2可以看出，所選用的硅鋼片厚度可為0.2mm，則半軸感應(yīng)器的最后外徑為φ68.4mm。

表2 常用導(dǎo)磁體的種類(lèi)和規(guī)格

采用該感應(yīng)器，對(duì)原形狀半軸進(jìn)行中頻感應(yīng)淬火，其到達(dá)圓角處的位置如圖3所示。

從圖3可以看出，由于感應(yīng)器進(jìn)入部位較淺，無(wú)法達(dá)到圖樣所要求的硬化區(qū)形狀。

圖3 原感應(yīng)器進(jìn)入部位

3. 解決措施

根據(jù)以上分析可以看出，由于半軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在不合理情況，導(dǎo)致感應(yīng)器進(jìn)入部位較淺是半軸斷裂的主要原因。針對(duì)該情況，對(duì)半軸結(jié)構(gòu)重新進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，其改進(jìn)后的半軸結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 改進(jìn)后半軸結(jié)構(gòu)

（1）半軸在裝配中的實(shí)際情況 在裝配過(guò)程中靠圓角處是裝半軸套管的，只要不出現(xiàn)干涉就可以。從圖中可以看出改進(jìn)后的半軸其圓角半徑未變化，只是出口處變得更加平緩，這對(duì)半軸套管的裝配不會(huì)產(chǎn)生任何影響，也就不會(huì)出現(xiàn)干涉現(xiàn)象。

（2）半軸扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的重新計(jì)算 通過(guò)半軸扭轉(zhuǎn)應(yīng)力計(jì)算得出，其圓角處的結(jié)構(gòu)改變，不會(huì)影響其半軸的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力。

（3）感應(yīng)器進(jìn)入部位情況 采用原設(shè)計(jì)的半軸感應(yīng)器，放入改進(jìn)后的微卡半軸中，其感應(yīng)器達(dá)到部位如圖5所示。

圖5 改進(jìn)后進(jìn)入部位

從圖5可以看出，由于半軸結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，感應(yīng)器可以進(jìn)入圓角處較深的部位，這樣在感應(yīng)加熱時(shí)其圓角處的淬硬層深度可以達(dá)到比原結(jié)構(gòu)要大的范圍。

通過(guò)以上分析，認(rèn)為半軸結(jié)構(gòu)改進(jìn)后，對(duì)產(chǎn)品性能沒(méi)有影響，且有利于感應(yīng)淬火。為了對(duì)以上分析進(jìn)行驗(yàn)證，對(duì)改進(jìn)后的半軸采用原感應(yīng)器進(jìn)行中頻感應(yīng)淬火，其淬硬層分布情況如圖6所示。

圖6 改進(jìn)后淬硬層分布情況

從圖6中可以看出，該半軸圓角處已淬硬，達(dá)到了產(chǎn)品圖樣要求。

另外，由于該半軸的結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變，雖然通過(guò)理論分析不會(huì)影響其使用壽命，且在實(shí)際中圓角已淬硬，但還必須經(jīng)過(guò)市場(chǎng)上的考驗(yàn)。截止到2012年3月，對(duì)市場(chǎng)該半軸失效的情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 半軸斷裂情況統(tǒng)計(jì)

由于該半軸結(jié)構(gòu)改進(jìn)是在2011年的4月，因此從表3可以看出，改進(jìn)后只有兩根失效半軸。也即該半軸結(jié)構(gòu)改進(jìn)后失效半軸數(shù)量已大大減少。

4. 結(jié)語(yǔ)

半軸結(jié)構(gòu)對(duì)產(chǎn)品圓角能否淬硬起著至關(guān)重要的作用。在進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)除了要對(duì)其整體加工進(jìn)行考慮外，還要在不影響產(chǎn)品使用及裝配情況下，應(yīng)盡可能考慮熱處理的可操性。通過(guò)上述對(duì)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，避免了淬火薄弱環(huán)節(jié)的產(chǎn)生，從而減少了半軸出現(xiàn)早期斷裂的現(xiàn)象。