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1.前言

1.1國外汽車半軸的加工工藝

1.2國內(nèi)后橋半軸先進(jìn)的機(jī)械加工工藝技術(shù)

2.材料的選擇

3.汽車半軸加工工藝流程及主要加工工序

3.1剪料

3.2摔桿

3.3擺帽

3.4噴丸

3.5桿部校直

3.6鉆小端中心孔A3/7.5

3.7粗車大外圓

3.8粗車小端

3.9車大孔

3.10鉆中心孔B4/12.5

3.11粗車大端、精車大端

3.12精車小端

3.13冷滾軋花鍵

3.13.1冷滾軋花鍵的優(yōu)點(diǎn)

3.13.2冷滾軋花鍵的加工方法

3.13.3冷滾軋花鍵的工藝要求

3.13.4典型的冷滾軋機(jī)技術(shù)參數(shù)

3.13.5冷滾軋花鍵加工實(shí)例

3.14半軸的熱處理

3.14.1熱處理的具體工序

3.15磁力探傷檢驗(yàn)

4.夾具設(shè)計(jì)

4.1原夾具存在的問題

4.2可微調(diào)新型夾具

摘    要

汽車自19世紀(jì)末誕生至今100余年期間,汽車工業(yè)從無到有,以驚人的速度發(fā)展,寫下了人類近代文明的重要篇章，

汽車半軸加工工藝分析與設(shè)計(jì)

。汽車是數(shù)量最多、最普及、活動(dòng)范圍最廣泛、運(yùn)輸量最大的現(xiàn)代化交通工具。沒有哪種機(jī)械產(chǎn)品像汽車這樣對(duì)社會(huì)產(chǎn)生如此廣泛而深遠(yuǎn)的影響。

半軸是汽車傳動(dòng)系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，半軸是用來將差速器半軸齒輪輸出的動(dòng)力傳給驅(qū)動(dòng)輪或輪邊減速器，對(duì)于采用非獨(dú)立式懸架的驅(qū)動(dòng)橋，根據(jù)其半軸內(nèi)端與外端的受力狀況，一般又分為全浮式半軸、四分之三浮式半軸與半浮式半軸三種。

半軸內(nèi)端以花鍵連接著半軸齒輪，半軸齒輪在工作時(shí)只將扭矩傳給半軸，幾個(gè)行星齒輪對(duì)半軸齒輪施加的徑向力是互相平衡的，因而并不傳給半軸內(nèi)端。主減速器從動(dòng)齒輪所受徑向力則由差速器殼的兩軸承直接傳給主減速器殼。因而，半軸內(nèi)端只受扭矩而不受彎曲力矩。半軸是汽車的軸類零件中承受扭矩最大的零件，為了滿足半軸的強(qiáng)度要求．多年來，世界備國除了用各種各樣的計(jì)算方法外，還在材料選擇、毛坯成型、機(jī)械加工和熱處理等方面進(jìn)行著不懈的努力。

本文主要是對(duì)半軸在鍛造車間、機(jī)加車間、熱處理車間的各步工藝進(jìn)行分析和改進(jìn)以及半軸的熱處理和半軸齒輪的夾具改進(jìn)。

半軸齒輪廣泛用于汽車、拖拉機(jī)等一切行走機(jī)械的差速器中，應(yīng)用面廣。需求量大。半軸已普遍采用精密模鍛工藝生產(chǎn)。其工藝流程是：下料——加熱——粗鍛——切飛邊——精鍛——切飛邊——表面清理——鉆孔、車大端面——車孔、齊端面——拉花鍵——熱處理——磨大端面和內(nèi)孔。

感應(yīng)加熱表面淬火亦稱感應(yīng)淬火，由于它的加熱速度和冷卻速度都很快，使零件的表面至心部有著巨大的溫度梯度，而且淬火后零件由表及里存在著激烈的組織變化，這些特點(diǎn)決定它有著特殊的殘余應(yīng)力形態(tài)。一般說，軸類零件感應(yīng)淬火后，表面層存在殘余壓應(yīng)力，次表層和淬火區(qū)域邊緣存在殘余拉應(yīng)力。殘余應(yīng)力的合理分布，能夠大大提高零件強(qiáng)度，特別是疲勞強(qiáng)度。載貨車半軸的合理用料，合理選擇淬火層的深度及其分布，將大大提高半軸的使用壽命。

在車孔、齊端面工序中，由于夾具調(diào)整不便，更換供狀時(shí)工件找正極其困難，耗工費(fèi)時(shí)，齒輪裝夾定位精度低，生產(chǎn)效率低。為此，我根據(jù)所學(xué)知識(shí),再通過一些先進(jìn)資料研究了半軸齒輪車孔齊端面的可微調(diào)夾具，解決了原夾具存在的問題。

關(guān)鍵詞:半軸；熱處理；夾具設(shè)計(jì)；花鍵設(shè)計(jì)

AbstractThe car bears the until now from the end of 19 centuries 100 period in remaining years of life， Car industry from have no to have Developing with the astonishing speed, Wrote down the civilized and important literary piece in

human modern age. The car is a quantity at most, universal, the movable scope is the most extensive and transport biggest and

modern pileup in deal. Have no which kind of machines product resemble the car is like this to the social creation like this

extensive but profound influence.The half stalk is an importance that car spread to move the system to constitute the part，to be used to will differ soon the machine half stalk wheel gear output's motive pass to drive round or a sides decelerate the

machine, Carry according to the half stalk inside with carry outside of suffer the dint condition, generally divided into Whole

float type half stalk、three quarter float type half stalk、Half float type half stalk.

1. 前   言

1.1國外汽車半軸的加工工藝

1.1.1 美國克萊斯勒公司萬倫脫小客車半軸制造工藝SAE1039(相當(dāng)于40Mn)

棒料切斷——法蘭熱軋成型——正火——噴砂——清洗——表面磷化——水平擠壓成型(三段，用175t壓力機(jī))——法蘭和軸承部分切削加工——軸端花鍵滾軋加工——感應(yīng)加熱淬火、回火——磨削安裝軸承頸——法蘭部分加工。

1.1.2 日本五十鈴公司中型載重汽車半軸鍛造工藝SCM4(相當(dāng)于42CrMo)

棒料切斷——法蘭、花鍵部分熱軋成型(感應(yīng)加熱、鐓鍛機(jī))——正火——淬火、回火——噴砂——打中心孔——校直——法蘭和花鍵部分切削加工——感應(yīng)加熱淬火、回火——校直——磁力探傷——法蘭部分加工。

1.2 國內(nèi)后橋半軸先進(jìn)的機(jī)械加工工藝技術(shù)

校直(單柱校直液壓機(jī)Y41—10Bl0t)——銑端面打中心孔(銑端面打中心孔機(jī)床z82lO)——車削桿部(液壓半自動(dòng)仿型車床CE7112∮125×71O)——磁力探傷(磁力探傷機(jī)CEW一2000)—— 校直(單柱校直液壓機(jī)Y41—10B 10t)——車削法蘭端(普通車床C616∮320×750)——銑削花鍵(半自動(dòng)花鍵軸銑床YB6212∮125×900)——校直(單柱校直液壓機(jī)Y41—10B 1Ot)——磨削安裝軸承頸(高精度半自動(dòng)萬能外圓磨床MGB1420A ∮200×1000)— —法蘭端部孔加工(立式鉆床Z5125A∮25)——銑削螺紋(半自動(dòng)螺紋銑床SB6110A∮100×80)——磁力探傷(磁力探傷機(jī)CEW一2O00)——清洗(通用通過式三箱清洗機(jī)SQX一400II)。

2.材料的選擇

2.1材料牌號(hào): 40cr-gb3077-88 這種材料主要用于汽車半軸鍛造件的加工與制造，汽車半軸載荷較大,有時(shí)會(huì)受到較大的沖擊,這種材料比較適合作為半軸的材料。

3.主要加工工序

3.1 在G72-3鋸床上剪料；

3.2 用560KG空氣錘摔桿；

3.3 用DW99-160擺碾機(jī)擺帽；

3.4 用QBD30強(qiáng)化噴丸機(jī)進(jìn)行噴丸處理；

3.5 用YH240-25校直機(jī)進(jìn)行毛坯桿部校直，保證垂直度。

一般情況下，在整個(gè)半軸生產(chǎn)過程中需校直兩次．一次是毛坯校直，另一次是熱處理后校直。這兩次校直的作用、原理是一樣的，都是保證汽車半軸的垂直度，熱處理后的校直要保證跳動(dòng)不大于0.08，0.2和0.4。美國通用汽車公司旁蒂克部毛坯校直的方法是：用兩個(gè)固定校直滾子裝置支承半軸，由一個(gè)傳動(dòng)連接裝置與半軸法蘭端上的兩個(gè)突出部位相吻合，并帶動(dòng)半軸旋轉(zhuǎn)，尾座頂尖頂住半軸的桿部，校直機(jī)上的壓頭下落，半軸在滾子和壓頭的作用下校直。壓頭是固定工作的，生產(chǎn)率為195件／h，是以前手工校直生產(chǎn)率的4倍。

英國福特汽車公司熱處理后校直是在8t密爾斯(Mills)液壓機(jī)上進(jìn)行的。半軸支承在夾具兩端，夾具能夠很容易地從一端移到另一端，這樣壓頭就能在花鍵端與法蘭端之間的任何高出部位加載。在校直過程中，用兩個(gè)千分表進(jìn)行測(cè)量，其中一個(gè)表垂直安裝，測(cè)軸的擺動(dòng)；另一個(gè)表水平安裝，測(cè)法蘭擺動(dòng)。近年來，已研制生產(chǎn)出帶有自動(dòng)裝置的半軸校直裝置。但是，值得一提的是，迄今為止，尚無人認(rèn)為自動(dòng)校直比人工控制的校直效果更好。

3.6在Z525J鉆床鉆小端中心孔A3/7.5；

3.7在CA6140車床粗車大外圓；

3.8在CK7150車床粗車小端；

有的生產(chǎn)廠家采用六角轉(zhuǎn)塔車床進(jìn)行粗車和精車加工，但大多數(shù)生產(chǎn)廠家則采用仿型車床進(jìn)行粗車和精車加工。美國雪佛萊汽車部，采用六角轉(zhuǎn)塔車床銑端面打中心孔并完成全部粗精車工序。轉(zhuǎn)塔可自動(dòng)分度(轉(zhuǎn)位)，當(dāng)轉(zhuǎn)塔上6把刀全部用過后，指標(biāo)燈亮，機(jī)床停車，操作者換上預(yù)先調(diào)整好刀具的整個(gè)轉(zhuǎn)塔后，車床又開始加工。前蘇聯(lián)在陶里亞蒂城生產(chǎn)意大利菲亞特124型轎車半軸自動(dòng)線，由2臺(tái)鋸床(桿部端頭切斷)、2臺(tái)平端面打中心孔機(jī)床(桿部兩端外圓、法蘭肩面定位夾緊)、3臺(tái)KDM9／80型仿型車床(中心孔定位，法蘭內(nèi)部撐緊，車削法蘭端)和4臺(tái)KDM9／80型仿型車床(中心孔定位，法蘭外圓夾緊，車削桿部)共l1臺(tái)機(jī)床組成。在仿型車床上用兩個(gè)靠模滑座分別對(duì)大小頭進(jìn)行仿型車削。精車后對(duì)花鍵端和法蘭端外圓進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量。負(fù)荷在70％時(shí)．生產(chǎn)率為180件／h。

3.9 在CA6140車床車大孔；

對(duì)于不同長度和直徑的半軸，平端面是提高半軸生產(chǎn)線生產(chǎn)率的一個(gè)關(guān)鍵工序。采用切入法銑端面的優(yōu)點(diǎn)是：可適應(yīng)半軸長度的變化，其缺點(diǎn)是：生產(chǎn)率低，且刀具一旦磨鈍后，端面會(huì)產(chǎn)生硬化現(xiàn)象，不利于下一道打中心孔工序。若采用貫通法銑削，同時(shí)采用特殊形式的機(jī)夾銑刀(該銑刀每個(gè)刀片有8個(gè)刀刃)，比用每個(gè)刀片僅有4個(gè)刀刃(且用楔式夾緊)的機(jī)夾銑刀不僅提高壽命15倍，而且也提高了效率。為了保證打中心孔后孔面光潔且無毛刺，已發(fā)展了對(duì)鉆后的兩端中心孔進(jìn)行擠壓的機(jī)床。

3.10 在Z8210B車床銑兩端面鉆孔中心孔B4/12.5，如下圖3—1；

3.11 粗車大端、精車大端 所需設(shè)備為CK7150車床；

3.12 精車小端∮31.82±0.015，∮48.5，∮40.5，∮39.5，∮37 入下圖3—2；

3.13 冷滾軋花鍵

滾扎花鍵以兩端中心孔定位,滾扎漸開線花鍵。齒數(shù)為30,模數(shù)為1.0583，漸開線起始圓直徑為∮31.008，大徑∮32.809,小徑∮30.691，壓力角α=45°分度圓直徑∮31.75,基圓直徑∮22.451,弧齒厚s=1.791。滾扎花鍵所需儀器是花鍵滾扎機(jī)。所需的量具是千分尺和綜合花鍵量規(guī)。

為了提高半軸花鍵的生產(chǎn)效率和疲勞強(qiáng)度，目前已廣泛采用花鍵冷滾軋成型工藝。該工藝是一種動(dòng)力傳動(dòng)件及齒類工件的無屑冷成型加工工藝。這種工藝極大地提高了冷成型齒類工件的精度，在北美和歐洲的許多條生產(chǎn)線上得到廣泛應(yīng)用。滾軋花鍵和滾花工藝不同，在滾軋過程中，對(duì)所有相關(guān)參數(shù)均定位控制，故可以保證得到確定的齒數(shù)和準(zhǔn)確的齒形。實(shí)際上，整個(gè)加工過程非常簡單。以滾搓為例，將一根鋼質(zhì)軸定位在兩根成型齒條之間的起始位置，該端的齒牙是淺層的，僅僅在工件上壓出花鍵的最初形狀，兩齒條朝相反方向快速移動(dòng)，帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)，一步步將工件表面的金屬擠壓進(jìn)去，這時(shí)可明顯看到一個(gè)個(gè)凹痕。完成上述整個(gè)過程只需不到4s時(shí)間(機(jī)動(dòng)時(shí)間)，此時(shí)，齒形零件只要再自轉(zhuǎn)幾周，就可保證得到質(zhì)量控制所要求的齒形幾何尺寸和精度。大多數(shù)齒形工件是可以滾搓的，包括：a．薄壁金屬件；b.油槽； c.螺紋；d.大螺矩花鍵； e.正齒花鍵；f.冠齒；g.滾花、螺旋齒；h.安全自鎖花鍵；i.錐齒；j.齒形；k.螺桿。

3.13.1 冷滾軋花鍵的優(yōu)點(diǎn)

a．設(shè)計(jì)靈活。例如，一套Marand齒條可以滾軋20種不同齒數(shù)的零件．而且可以使齒牙和軸肩之間不留間隙。

b.生產(chǎn)效率高。與傳統(tǒng)滾齒相比，滾軋機(jī)動(dòng)時(shí)間約為4s，滾齒機(jī)動(dòng)時(shí)間約為130s。

c.節(jié)省材料.而且省去了收集處理切屑的麻煩。

d.加工精度高.滾軋具有極小的嚙合間隙(強(qiáng)迫塑性變形)，使工件在使用過程中，可保持極優(yōu)的嚙合性能。

e.提高軸的強(qiáng)度。由于是冷成型,可提高零件的物理性能，如增加扭矩力,減少疲勞應(yīng)力靈敏度和無裂縫擴(kuò)展。

f.提高負(fù)載能力.滾軋后，其晶格結(jié)構(gòu)和滾齒、銑切不同，金屬流線未被破壞，疲勞強(qiáng)度相當(dāng)于滾切、銑切花鍵的三倍多。國外某個(gè)生產(chǎn)載重汽車后橋半軸的公司，曾進(jìn)行過銑削花鍵和冷滾軋花鍵后的半軸淬火前后對(duì)比測(cè)試分析。結(jié)論是：兩種花鍵加工方法加工的半軸在其直徑方向的變形量大體相同.均在10μm左右，但在外形變形量方面，滾軋花鍵要比銑削花鍵小，而且，在疲勞強(qiáng)度方面，滾軋花鍵是銑削花鍵的三倍多。

詳見表1、表2和表3。

表3—1 銑削半軸花鍵的直徑測(cè)量值(單位:mm)

軸號(hào)

淬火前

淬火后

最大值

最小值

最大值

最小值

1

30.036

30.034

30.045

30.040

2

30.032

30.013

30.043

30.024

3

30.045

30.040

30.057

30.048

4

30.027

30.004

30.038

30.017

5

30.035

30.015

30.043

30.031

平均值

30.035

30.021

30.045

30.032

表3—2 滾扎半軸花鍵的直徑測(cè)量值(單位:mm)

軸 號(hào)

淬火前

淬火后

最大值

最小值

最大值

最小值

1

30.027

30.027

30.043

30.039

2

30.028

30.027

30.039

30.036

3

30.023

30.023

30.018

30.018

4

30.013

30.012

30.031

30.027

5

30.016

30.016

30.028

30.024

6

30.014

30.014

30.028

30.024

7

30.014

30.013

30.028

30.010

8

30.022

30.019

30.034

30.030

9

30.030

30.026

30.030

30.022

10

30.023

30.014

30.038

30.033

平均值

30.021

30.019

30.032

30.027

表3—3 兩種半軸交變載荷試驗(yàn)值

軸 號(hào)

熱處理方法

加工方法

斷裂前的交變載荷次數(shù)

1

表面感應(yīng)淬火,回火溫度約為

230℃

銑削花鍵

54900

2

78900

3

115100

平均值

82967

4

表面感應(yīng)淬火,回火溫度約為

230℃

冷滾扎花鍵

306000

5

258000

6

214000

7

表面感應(yīng)淬火,回火溫度約為

180℃

342000

8

273000

平均值

278600

3.13.2 冷滾軋花鍵的加工方法

a.用滾輪冷滾軋花鍵，

工程

《汽車半軸加工工藝分析與設(shè)計(jì)》(http://m.msguai.com)。在滾壓頭上安裝的滾輪個(gè)數(shù)和花鍵軸的齒數(shù)相同，沿徑向分布，全部齒形均在壓力機(jī)一次工作過程中全部軋

出。滾軋過程是壓力機(jī)推動(dòng)工件，通過滾壓成形，滾輪在工件表面上自由滾動(dòng)。這種滾軋加工方法適用于齒數(shù)Z<20的花鍵。

b.用齒條形工具冷滾軋花鍵。齒條形工具上下對(duì)稱分布，分別由油缸驅(qū)動(dòng)，作相互平行的交錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，毛坯(工件)為自由驅(qū)動(dòng)，在齒條工具間滾動(dòng)過程中產(chǎn)生塑性變形。滾動(dòng)的圈數(shù)大約為8圈。采用這種滾軋加工方法滾軋直徑較小的花鍵時(shí)，生產(chǎn)率高。表面質(zhì)量好。這種滾軋加工方法一般用于滾軋工件的最大直徑為D=∮50mm，最大模數(shù)為m=4mm。

c.用小齒輪形工具冷滾軋花鍵。毛坯(工件)軸線和工具軸線平行分布，工具向工件中心移動(dòng)進(jìn)給。這種滾軋加工方法適用于漸開線花鍵。

3.13.3 冷滾軋花鍵的工藝要求

a.工件材料。硬度在200～230HBS以下的碳素鋼以及表面滲碳鋼適用于冷滾軋，對(duì)于合金鋼或碳素鋼的深齒工件，冷滾軋前需進(jìn)行一次退火處理。

b.工件的尺寸和形狀�？砂凑諠L軋前后體積不變的原則計(jì)算毛坯尺寸。

c.潤滑。為了延長工具壽命和防止因工件的熱膨脹而降低尺寸精度，需采用能起減摩作用的耐高壓潤滑劑，如采用二硫化鉬和機(jī)油的混合劑。

3.13.4 典型的冷滾軋機(jī)技術(shù)參數(shù)

a.前蘇聯(lián)某公司生產(chǎn)的DG一7型冷滾軋機(jī)。工件直徑D=∮20～160mm，最大工件長度L=800mm，最長滾軋長度l=180mm，最大當(dāng)量模數(shù)m=3mm，齒數(shù)z=12～60，滾軋頭電機(jī)功率2×41kW，液壓電機(jī)功率5.5kW，潤滑冷卻電機(jī)功率3kw 。

b.瑞士GROB公司生產(chǎn)的ZLMeg型冷滾軋機(jī)。最大工件長度L=1650mm，最大滾軋長度l=ll00mm，連續(xù)分度齒數(shù)Z=l2～96，間歇分度齒數(shù)Z=10～30，總功率18.5kW，機(jī)床外形尺寸：長x高=3500mm×1440mm，機(jī)床凈質(zhì)量8.5t。

c.日本津上制作所生產(chǎn)的T—GR8型冷滾軋機(jī)。軟鋼工件最大模數(shù)m=5.5mm，合金鋼工件最大模數(shù)m=4.5mm．滾軋驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率2×2.24kW，快速進(jìn)給電機(jī)功率0.37kW，無級(jí)變速電機(jī)功率0.37kW，機(jī)床凈質(zhì)量9.5t。

d.青島生建機(jī)械廠冷滾軋技術(shù)研究開發(fā)中心生產(chǎn)的DY170型小模數(shù)漸開線花鍵和三角花健冷滾軋機(jī)。最大滾壓力F=315kN，轉(zhuǎn)速n=16～96r／min(6級(jí))，中心距160～300mm。主軸直徑D=∮85nan，最大滾軋長度l=22mm，滾壓時(shí)間1～60s，停歇時(shí)間1～30s，主電機(jī)功率16kW，液壓電機(jī)功率4kW，機(jī)床外形尺寸：長×寬×高：2110mm×2170mm×1740mm，機(jī)床凈質(zhì)量6t。

3.13.5 冷滾軋花鍵加工實(shí)例

a.美國某公司使用Lees—Brander THD長立柱式六軸回轉(zhuǎn)冷滾軋機(jī)滾軋半軸花鍵(矩形花鍵)。齒高H=2.78～3.04mm，齒厚B=3.83～3.9mm，外徑D=∮5.829—5.840mm。當(dāng)負(fù)荷為100％時(shí)，生產(chǎn)率為180件／h。

b.英國福特汽車廠使用美國羅托一弗洛(RDto—Flo)Ex—Cell—O冷滾軋機(jī)滾軋半軸花鍵(漸開線花鍵)。齒數(shù)z=24，半軸由輸送帶自動(dòng)輸送至冷軋機(jī)，用頂尖水平頂住，兩個(gè)齒條式工具在高壓作用下作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行滾軋。生產(chǎn)率為330件／h。

c．某公司冷滾軋汽車傳動(dòng)軸(矩形花鍵軸)。

工件技術(shù)要求：材料為40cr，齒數(shù)z=l6，外徑D=(∮49.915～49.950mm。內(nèi)徑d=∮4075～40.85mm，齒厚B=4.935～4.975mm，鍵長l=90mm，齒向誤差0.05mm，齒側(cè)及外圓粗糙度Ra0.8μm。加工規(guī)范：滾軋方法為順軋拉軋，間歇分度，毛坯直徑D=∮46.30mm。滾軋轉(zhuǎn)速n=800r／min，工件進(jìn)給速度v=80r／min，工件進(jìn)給速度V=1850mm／min。加工結(jié)果：機(jī)動(dòng)時(shí)間1.5min／件，工件外徑D=∮50.26mm(滾軋后留磨削余量)，內(nèi)徑d=∮40.80mm，齒厚B =4．95mm，齒向誤差0.04mm。

d．某公司使用立式油壓機(jī)(160t)并采用滾輪滾軋方法冷滾軋矩形花鍵軸。工件技術(shù)要求：材料為45號(hào)鋼，正火后硬度為163～197HBS，齒數(shù)Z=10，外徑D =∮37.0～37.2m，內(nèi)徑d=∮27mm，齒厚B=5.76～5.86mm，鍵長l=35mm。工件長度L=200mm，底廓半徑R=15.3mm,定心方式為齒側(cè)。加工結(jié)果：機(jī)動(dòng)時(shí)間5s/件，齒側(cè)表面粗糙度Ra0.4μm，齒向誤差0.02mm，周向累積誤差0.14mm，相鄰周節(jié)誤差0.10mm。

半軸花鍵滾軋工藝如下圖3—1:

3.14 半軸的熱處理

半軸的熱處理過去采用調(diào)質(zhì)方法,調(diào)質(zhì)后要求桿部硬度為388～444HB.近些年來采用高頻、中頻等感應(yīng)淬火的日益增多,這種處理方法能保證半軸表面有適當(dāng)?shù)挠不瘜?由于硬化層本身的強(qiáng)度較高,加之在半軸表面形成大的殘余壓應(yīng)力,因此使半軸的靜強(qiáng)度合疲勞強(qiáng)度大為提高.尤其是疲勞強(qiáng)度提高得更為顯著。

當(dāng)半軸采用高應(yīng)淬火時(shí),桿部表面硬度推薦在48～56HRC范圍內(nèi),心部硬度可控制在20～28HRC,花鍵部分的表面硬度可控制在48～56HRC,不淬火區(qū)硬度可定在248～277HB范圍內(nèi),采用感應(yīng)淬火時(shí),通常推薦半軸桿部表面硬化層的深度為其半徑的1/4～1/3左右.

3.14.1 熱處理工藝步驟如下:

開啟加熱致電爐設(shè)定溫度(840℃～860℃)—通氯氣掃爐(約30分鐘)—通保護(hù)氣氛—到達(dá)保溫時(shí)間(60分)—半淬(油溫30～80℃)清洗—回火(550～650℃)—到達(dá)回火保溫時(shí)間(120分)—冷卻—卸料

低溫回火工藝要求如圖3—2所示

圖 3—2 低溫回火

中頻淬火,自回火 如下圖3—3；

調(diào)質(zhì)處理,如圖3—4；

3.15 磁力探傷檢驗(yàn)

完成熱處理工藝步驟之后還要進(jìn)行探傷,要100％磁粉探傷檢驗(yàn),要確保無裂痕,無折痕，以免汽車半軸在惡劣的環(huán)境下工作會(huì)斷裂或扭斷。最后要100％退磁。這些步驟要在CEW4000探傷機(jī)上完成。

4. 夾具設(shè)計(jì)

半軸齒輪廣泛用于汽車、拖拉機(jī)等一切行走機(jī)械的差速器中，應(yīng)用面廣。需求量大。半軸齒輪已普遍采用精密模鍛工藝生產(chǎn)。其工藝流程是：下料——加熱——粗鍛——切飛邊——精鍛——切飛邊——表面清理——鉆孔、車大端面——車孔、齊端面——拉花鍵——熱處理——磨大端面和內(nèi)孔。在車孔、齊端面工序中，由于夾具調(diào)整不便，更換工裝時(shí)工件找正極其困難，耗工費(fèi)時(shí)，齒輪裝夾定位精度低，生產(chǎn)效率低。為此，我們研制了半軸齒輪車孔齊端面的可微調(diào)夾具，解決了原夾具存在的問題。

4.1 半軸齒輪彈簧參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算

加工半軸齒輪端面時(shí)所需的磨削力:

Fc=Kc×ap×f=1118×3×0.5=1677(N)

ap——背吃刀量

f——進(jìn)給量

對(duì)半軸齒輪進(jìn)行受力分析,計(jì)算出夾具對(duì)半軸齒輪的夾緊力P。

計(jì)算如下: P·L=M ——⑴

M=Fc·l——⑵

由⑴和⑵聯(lián)立解出 P=(Fc·l)/L=(1167×42)/21=2334 (N)

再對(duì)連桿進(jìn)行受力分析,計(jì)算出彈簧的最大工作負(fù)荷F2

由 F2·l1=P×48 得：

彈簧最大工作負(fù)荷 F2=3112(N)

彈簧的旋繞比 C取 5

彈簧直徑d≥1.6·sqrt{(K·F2·C)/[τ]}

=1.6×sqrt[(1.34125×3112×5)/950]

=7.5(mm)

彈簧的曲度系數(shù) K=(4C-1)/(4C-4)+0.615/C

=(4×5-1)/(4×5-4)+0.615/5

=1.34125

彈簧的強(qiáng)度條件 τ=(8·K·F2·D2)/(π·d3)

=(8·K·F2·C)/( π·d3)

=(8×1.34125×3112×5)/(π×7.53)

=945(MPa)<[τ]=950(MPa)

彈簧中徑 D2=C·d=5×7.5=37.5(mm)

彈簧外徑 D=D2+d=37.5+7.5=43(mm)

彈簧內(nèi)徑 D1=D2-d=37.5-7.5=30(mm)

彈簧的螺旋升角α取6°

節(jié)距 p=π·D2·tgα=π×37.5×tg6°=12.4(mm)

兩圈的間隙δ=p-d=12.4-7.5=4.9(mm)

由圖可知:彈簧的最大的軸向變形量λ2 =40mm

∴n=(G·d·λ)/(·F2·C3)

=(80000×7.5×10-3×40×103)/( 8×3112×53)

=7.7

∴n 取 8

彈簧總?cè)��?shù) n1=n+2=8+2=10

彈簧剛度 k=(G·D2)/(8·C4·n)

=(80000×37.5)/(8×54×8)

=75(n/m)

4.2 原夾具存在的問題

齒模通過齒模座與車床主軸(圖中的雙點(diǎn)劃線空心軸)相固連，機(jī)床主軸與套過盈配合。3個(gè)壓爪沿齒輪周向均勻分布。拉桿右接于液壓缸的活塞桿，在活塞桿和彈簧的作用下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并通過連桿座和連桿，實(shí)現(xiàn)壓爪對(duì)齒輪的壓緊和張開。這種夾具的最大缺陷是更換工裝(夾具或齒模)時(shí)調(diào)整困難，費(fèi)工費(fèi)時(shí)，難以保證工件定位精度。從模具結(jié)構(gòu)原理上看，齒模座確定了齒模與車床主軸的相對(duì)位置，齒模的模齒節(jié)錐與機(jī)床主軸同軸，但事實(shí)上．由于制造及安裝誤差，導(dǎo)致模齒節(jié)錐與機(jī)床主軸的同軸度誤差較大。齒輪工件是由工件齒面與齒模齒面吻合定位的，齒模相對(duì)于機(jī)床主軸的位置誤差導(dǎo)致車削后的齒輪內(nèi)孔與齒輪節(jié)錐的同軸度、以及齒輪大端面與齒輪節(jié)錐軸線的垂直度誤差較大，不能滿足精度要求。因此實(shí)際設(shè)計(jì)和使用的夾具，是在齒模與齒模座之間應(yīng)留有徑向調(diào)整的間隙。

為保證模齒節(jié)錐與機(jī)床主軸的同軸度，在每一種齒輪工件加工前，即更換工裝(夾具或齒模)時(shí)，要用樣板齒輪和千分表調(diào)整齒模位置，使固定在齒模上的專門用于調(diào)整齒模的樣板齒輪的內(nèi)孔和大端面分別與機(jī)床主軸同軸和垂直。由于夾具結(jié)構(gòu)存在的缺陷，以往調(diào)整夾具的做法是，通過在齒模與齒模座之間加墊片，調(diào)整樣板齒輪大端面與機(jī)床主軸的垂直度(以下簡稱齒模端面調(diào)整)，并旋緊螺釘，使之滿足精度要求。然后旋松螺釘，使之松緊程度便于徑向調(diào)整齒模。通過徑向敲打齒模，調(diào)整樣板齒輪內(nèi)孔軸線(即模齒節(jié)錐軸線)與機(jī)床主軸的同軸度(簡稱齒模徑向調(diào)整)，符合精度要求后旋緊螺釘，齒模調(diào)整完畢。實(shí)際操作中，受墊片厚度的限制，齒模端面調(diào)整極其困難，墊片不是過厚就是過薄，往往需要十幾次甚至幾十次試驗(yàn)才能選擇3個(gè)互相搭配的合適墊片。特別是徑向調(diào)整時(shí)敲擊齒模的力度很難掌握，往往不是過大(齒模徑向位移過大)就是過小(齒模不移動(dòng))，很難使敲擊力恰好克服齒模位移的阻力(齒模與齒模座之間的摩擦力和齒模慣性力)產(chǎn)生需要的微小位移。因此，一個(gè)中等技術(shù)水平的工人更換一次工裝，至少需用4至5個(gè)小時(shí)。此外，該夾具不能實(shí)現(xiàn)3個(gè)壓爪的壓緊力自動(dòng)均衡。3個(gè)壓爪、3個(gè)連桿和連桿座組成的壓緊機(jī)構(gòu)的尺寸誤差，使得夾具夾緊齒輪工件時(shí)，3個(gè)壓爪不是同時(shí)與被壓齒輪接觸，或3個(gè)壓爪的壓力不相等，從而引起連桿座2偏轉(zhuǎn)，使彈簧一側(cè)加大受壓，另一側(cè)相對(duì)放松。彈簧的不均衡張力產(chǎn)生的阻力矩使連桿座不能自由轉(zhuǎn)動(dòng)，而必須克服該阻力矩才可轉(zhuǎn)動(dòng)，因此3個(gè)壓爪的最終壓力不均衡。3爪壓力不均衡量必然影響工件的定位精度，即降低加工精度。

4.3 可微調(diào)新型夾具

針對(duì)原夾具存在的問題，根據(jù)所學(xué)的理論知識(shí)和導(dǎo)師的幫助把原夾具進(jìn)行了一下改進(jìn)。齒模座12與車床主軸(圖中的雙點(diǎn)劃線空心軸)相固連。齒模6由連接螺釘16和緊定螺釘14和13固連于齒模座12，從而實(shí)現(xiàn)齒模座上的齒輪樣板，相對(duì)于機(jī)床主軸進(jìn)行徑向和端面微調(diào)。與原夾具相比其結(jié)構(gòu)原理有以下特點(diǎn)：

① 齒模座12上有4只周向均布的緊定螺釘13，其作用相當(dāng)于普通車床四爪夾盤的4個(gè)爪，用以調(diào)節(jié)樣板齒輪內(nèi)孔(相當(dāng)于模齒節(jié)錐)與車床主軸的同軸度。

② 齒模6上有3只周向均勻布置的連接螺釘16和與之相間均勻布置的緊定螺釘14，用以調(diào)整固定在齒模上的樣板齒輪大端面與車床主軸的垂直度。

③ 連桿座8的2個(gè)同心的凸、凹球面，分別與彈簧座9的凹球面和球面墊圈1的凸球面相配合。因?yàn)檫B桿座能在一定范圍內(nèi)自由轉(zhuǎn)動(dòng)，從而可自動(dòng)補(bǔ)償壓緊機(jī)構(gòu)制造安裝誤差，調(diào)節(jié)3個(gè)壓爪的壓緊力，使之均衡。

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