轎車變截面變壁厚旋鍛軸毛坯強(qiáng)度設(shè)計方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種轎車變截面變壁厚旋鍛軸毛巧強(qiáng)度設(shè)計方法，尤其是一種旋鍛工 藝具有連續(xù)的纖維流線、表面成形質(zhì)量好、容易成形變截面變厚度結(jié)構(gòu)、效率高、材料利用 率高等優(yōu)勢的旋鍛軸毛巧強(qiáng)度設(shè)計方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在國外的高技術(shù)和高水平高級轎車傳動軸制造中廣泛應(yīng)用。轎車等速萬向中間軸 是利用無縫鋼管通過無忍棒旋鍛、含忍棒旋鍛、漸開線花鍵成形等工藝形成的變截面、變厚 度空屯、軸。旋鍛軸毛巧的材料特性、尺寸等不但影響旋鍛工藝參數(shù)、旋鍛軸熱處理強(qiáng)化工藝 的制定，還影響旋鍛軸產(chǎn)品靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度特性。轎車旋鍛軸毛巧的材料特性主要包括 材料成分、組織、屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、硬度等。轎車旋鍛軸毛巧的材料特性、尺寸等不但影 響旋鍛工藝參數(shù)、旋鍛軸熱處理強(qiáng)化工藝的制定，還影響旋鍛軸產(chǎn)品靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度特 性。旋鍛軸毛巧的材料特性主要包括材料成分、組織、硬度、屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度等。旋鍛軸 毛巧屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度特性直接影響旋鍛過程中材料變形和流動、旋鍛進(jìn)給工藝參數(shù)、 旋鍛力、旋鍛功率W及旋鍛效率等，旋鍛軸毛巧屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度特性還通過熱處理強(qiáng) 化特性進(jìn)一步影響旋鍛軸產(chǎn)品的靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度特性。本發(fā)明結(jié)合旋鍛軸產(chǎn)品的使用載 荷特性、旋鍛工藝特性、熱處理強(qiáng)化特性等提出了一種轎車變截面變壁厚旋鍛軸毛巧強(qiáng)度 設(shè)計方法。本發(fā)明方法對轎車旋鍛軸毛巧材料及其特性設(shè)計、旋鍛工藝參數(shù)制定W及提高 旋鍛質(zhì)量和效率等具有重要的技術(shù)參考價值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明結(jié)合轎車旋鍛軸產(chǎn)品的使用載荷特性、旋鍛工藝特性、熱處理強(qiáng)化特性等 提出了一種轎車變截面變壁厚旋鍛軸毛巧強(qiáng)度設(shè)計方法。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種轎車變截面變壁厚旋鍛軸毛巧強(qiáng)度設(shè)計方法，包括W 下步驟：
[0005] (1)根據(jù)轎車旋鍛軸產(chǎn)品的使用載荷特性和旋鍛工藝要求，提出旋鍛軸材料成分 要求，進(jìn)行旋鍛軸材料成分的選擇和設(shè)計；
[0006] (2)根據(jù)轎車旋鍛軸材料的旋鍛能力和旋鍛軸制造工藝，進(jìn)行轎車旋鍛軸毛巧強(qiáng) 度的初步設(shè)計；
[0007] (3)根據(jù)轎車旋鍛軸產(chǎn)品的載荷特性和旋鍛軸工藝特性，提出旋鍛軸產(chǎn)品的熱處 理強(qiáng)化工藝要求；
[0008] (4)根據(jù)轎車旋鍛軸產(chǎn)品的靜強(qiáng)度和毛巧的強(qiáng)度關(guān)系，進(jìn)一步提出轎車旋鍛軸毛 巧的強(qiáng)度設(shè)計要求；
[0009] (5)根據(jù)轎車旋鍛軸產(chǎn)品的疲勞壽命和毛巧的強(qiáng)度關(guān)系，再次提出旋鍛軸毛巧的 強(qiáng)度設(shè)計要求；
[0010] (6)結(jié)合旋鍛工藝、熱處理強(qiáng)化工藝W及產(chǎn)品的靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度要求，進(jìn)行轎車 旋鍛軸毛巧強(qiáng)度的最終設(shè)計。
[0011] 上述步驟（1)中，根據(jù)轎車旋鍛軸產(chǎn)品的使用載荷特性和旋鍛工藝要求，提出旋 鍛軸材料成分要求，進(jìn)行旋鍛軸材料成分的選擇和設(shè)計：轎車旋鍛軸毛巧材料選擇時既要 滿足旋鍛軸制造工藝要求，又要滿足旋鍛軸產(chǎn)品使用過程中的靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度要求，選 擇的旋鍛軸材料為2501〇4、3401〇4、34化化1〇6或36化化1〇4中任一種低碳合金鋼。
[0012] 上述步驟（2)中，根據(jù)轎車旋鍛軸材料的旋鍛能力和旋鍛軸制造工藝，進(jìn)行轎車 旋鍛軸毛巧強(qiáng)度的初步設(shè)計：對于低碳合金鋼，良好的旋鍛能力需要控制毛巧的屈服強(qiáng)度 不高于450MPa、抗拉強(qiáng)度高于700MPa、毛巧材料的屈強(qiáng)比不高于0. 65 ;進(jìn)一步考慮毛巧旋 鍛的加工硬化和空屯、軸段I和III處旋鍛后的漸開線花鍵冷成形對材料強(qiáng)度的限制，旋鍛 軸毛巧材料的屈服強(qiáng)度初步設(shè)計不高于430MPa、抗拉強(qiáng)度不高于670MPa、屈強(qiáng)比不高于 0. 65〇
[0013] 上述步驟（3)中，根據(jù)轎車旋鍛軸產(chǎn)品的載荷特性和旋鍛軸工藝特性，提出旋鍛 軸產(chǎn)品的熱處理強(qiáng)化工藝要求：旋鍛軸工藝特性要求選擇低碳合金，旋鍛軸產(chǎn)品的載荷特 性要求旋鍛軸具有很高的強(qiáng)度；為了滿足旋鍛工藝和產(chǎn)品承受的載荷要求，旋鍛軸產(chǎn)品需 要進(jìn)行熱處理強(qiáng)化，強(qiáng)化工藝為滲碳澤火；滲碳深度要確保旋鍛軸軸段II不滲透，滲碳深 度確定為0. 5-lmm;旋鍛軸滲碳澤火后表面強(qiáng)度不低于2300MPa、屯、部強(qiáng)度不低于1700MPa。
[0014] 上述步驟（4)中，根據(jù)轎車旋鍛軸產(chǎn)品的靜強(qiáng)度和毛巧的強(qiáng)度關(guān)系，進(jìn)一步提出 轎車旋鍛軸毛巧的強(qiáng)度設(shè)計要求：旋鍛軸產(chǎn)品的靜強(qiáng)度試驗表明，隨著旋鍛軸毛巧屈服強(qiáng) 度的提高，旋鍛軸的靜強(qiáng)度和傳遞的靜扭矩隨之提高；旋鍛軸產(chǎn)品傳遞的靜扭矩要求，旋鍛 軸毛巧的屈服強(qiáng)度不低于320MPa，相應(yīng)的抗拉強(qiáng)度不低于500MPa。
[0015] 上述步驟巧）中，根據(jù)轎車旋鍛軸產(chǎn)品的疲勞壽命和毛巧的強(qiáng)度關(guān)系，再次提出 旋鍛軸毛巧的強(qiáng)度設(shè)計要求：旋鍛軸產(chǎn)品的疲勞壽命試驗表明，隨著旋鍛軸毛巧屈服強(qiáng)度 的提高，旋鍛軸疲勞壽命隨之下降；旋鍛軸產(chǎn)品的疲勞壽命要求，旋鍛軸毛巧的屈服強(qiáng)度要 不高于390MPa，相應(yīng)的抗拉強(qiáng)度不高于eOOMPa。
[0016] 上述步驟化）中，結(jié)合旋鍛工藝、熱處理強(qiáng)化工藝W及產(chǎn)品的靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度 要求，進(jìn)行轎車旋鍛軸毛巧強(qiáng)度的最終設(shè)計：綜合考慮旋鍛軸制造工藝、熱處理強(qiáng)化工藝 和旋鍛軸產(chǎn)品強(qiáng)度和壽命要求進(jìn)行旋鍛軸毛巧強(qiáng)度的最終設(shè)計；對于低碳合金鋼，轎車旋 鍛軸毛巧屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度的最佳設(shè)計范圍為：屈服強(qiáng)度320MI^a-390MPa、抗拉強(qiáng)度 SOOMPa-eOOMPa、屈強(qiáng)比小于 0. 65。
[0017] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明結(jié)合轎車旋鍛軸產(chǎn)品的使用載荷特性、旋鍛工藝特 性、熱處理強(qiáng)化特性等提出了一種轎車變截面變壁厚旋鍛軸毛巧強(qiáng)度設(shè)計方法。旋鍛成形 工藝是一種近凈成形技術(shù)，該工藝具有連續(xù)的纖維流線、表面成形質(zhì)量好、容易成形變截面 變厚度結(jié)構(gòu)、效率高、材料利用率高等優(yōu)勢方法具有效率高、表面成形質(zhì)量好、材料利用率 高等優(yōu)勢。特別是含忍棒旋鍛時材料內(nèi)外受=向壓應(yīng)力，尤其適用于難變形的高強(qiáng)度合金 材料的成形，對于小尺寸和承受大扭矩的轎車等速萬向傳動中間軸制造具有明顯的優(yōu)勢， 轎車等速萬向傳動中間軸旋鍛將成為中間軸制造生產(chǎn)的大趨勢。
【附圖說明】
[0018] 圖1是某轎車旋鍛軸產(chǎn)品特征和尺寸圖；
[0019] 圖2是轎車旋鍛軸危險截面強(qiáng)度和強(qiáng)度分布圖。
【具體實施方式】
[0020] W某轎車等速萬向傳動中間軸旋鍛為對象，產(chǎn)品特征及其主要尺寸如圖1所示， 轎車等速萬向傳動中間軸的毛巧通常選擇等壁厚無縫鋼管，旋鍛軸毛巧強(qiáng)度設(shè)計是通過有 機(jī)的結(jié)合材料特性、旋鍛工藝特性、熱處理強(qiáng)化特性W及旋鍛軸產(chǎn)品使用要求，進(jìn)行旋鍛軸 材料選擇、屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度設(shè)計。
[0021] 為了描述方便，根據(jù)轎車旋鍛軸的產(chǎn)品特征和旋鍛成形工藝要求，把該轎車等速 萬向傳動中間軸其分為兩大部分：第一部分為變壁厚變截面的空屯、軸段部分，即軸段I和 軸段III，它們通過無忍棒多道次旋鍛成形；第二部分為等壁厚的空屯、軸段部分，即軸段II， 它通過含忍棒單道次旋鍛拉拔成形；軸段I和軸段III旋鍛后進(jìn)行漸開線花鍵冷成形。
[0022] (1)根據(jù)轎車旋鍛軸產(chǎn)品的使用載荷特性和旋鍛工藝要求，提出旋鍛軸材料成分 要求，進(jìn)行旋鍛軸材料成分選擇和設(shè)計；
[0023] 轎車旋鍛軸使用過程中的載荷特性包括少量的大載荷和大量的疲勞小載荷，旋鍛 軸承受的大載荷主要是車輛在低速、大轉(zhuǎn)角情況下，旋鍛軸除了傳遞大扭矩外還承受彎矩。 旋鍛軸承受的大量小載荷主要是車輛直線行駛情況下，旋鍛軸主要傳遞扭矩，由于此時等 速萬向傳動軸彎角小，彎矩可W忽略。旋鍛軸材料選擇使得旋鍛軸既有大的靜強(qiáng)度，又需要 具有較高的疲勞強(qiáng)度。
[0024] 旋鍛工藝對旋鍛軸材料要求是具有一定延性的金屬都可W進(jìn)行旋鍛。鋼中的含碳 量和合金元素，對其可旋鍛性能有著明顯的影響，C含量小于0. 2%的普通碳素結(jié)構(gòu)鋼最適 合旋鍛；合金元素Mg、Ni、化等增加強(qiáng)度、降低旋鍛能力；鉛、硫、憐等導(dǎo)致鋼中的不連續(xù)組 織，同樣降低旋鍛能力；少量的Mn和Mo可提高材料的旋鍛能力；冷旋轉(zhuǎn)鍛造中，顯微組織 呈細(xì)小、均勻狀態(tài)，則旋鍛能力強(qiáng)。
[0025] 轎車旋鍛軸毛巧材料選擇時既要滿足旋鍛工藝要求，又要滿足旋鍛軸產(chǎn)品使用 過程中的靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度要求。選擇的旋鍛軸材料為低碳合金鋼，可W從25CrMo4、 34CrMo4、34化NiMo6或36化NiMo4或其它性能類似的低碳合金鋼選擇。本實例中選擇含碳 量低、旋鍛能力好、澤透性較好的25CrMo4材料。
[0026] 似根據(jù)轎車旋鍛軸材料的旋鍛能力和旋鍛軸制造工藝，進(jìn)行轎車旋鍛軸毛巧強(qiáng) 度的初步設(shè)計；
[0027] 本例中轎車旋鍛軸，材料的旋鍛能力可W用硬度、屈服強(qiáng)度、屈強(qiáng)比、塑性、截面收 縮率等表示。試驗表明，對于碳鋼和合金鋼材料，適于旋鍛的硬度和度范圍隨著含碳量的 增加而增加；對于25CrMo4低碳合金鋼材料，為了提高旋鍛能力，毛巧材料的屈強(qiáng)比不高于 0. 65 ;毛巧材料的屈服強(qiáng)度不高于450MPa(相當(dāng)于硬度皿200)，抗拉強(qiáng)度不高于700MPa。 [002引本例中轎車旋鍛軸，軸段I和軸段III要應(yīng)用無忍棒旋鍛，旋鍛后還需要繼續(xù)漸開 線花鍵成形，因此，毛巧材料的強(qiáng)度會進(jìn)一步進(jìn)行限制?？胀汀⑤S段I和III漸開線花鍵冷 成形的材