一种挤压形变强化柔性空心半轴及制造工艺制造技术

本发明专利技术属于汽车制造领域，涉及到汽车动力传递系统中的一种传动半轴零件及其制造工艺。采用正火状态的亚共析钢棒材为原坯料，将棒材原坯料加热至９００℃，经过挤压成形，整个挤压成形过程包括以下挤压工艺：正挤压成形工艺、整体反挤压成形工艺、深孔挤压成形工艺、缩径挤压成形工艺和扩径挤压成形工艺，其中不同结构尺寸的半轴零件挤压成形过程所需要的挤压工艺的工步的数量有所不同，金属材料的温度由９００℃降至１００℃，获得与半轴成品零件相近的形状尺寸的挤压工件，再经机械切削加工工序、校直及检验工序制成。整个挤压成形完成后，挤压工件的抗弯强度、抗剪切强度和冲击韧性均超过相同材质经过调质热处理试棒的力学性能指标值，其抗拉强度与相同材质经调质热处理的试棒相近，空心半轴的弹性扭转角度大于１２０度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于汽车制造领域，涉及到汽车动力传递系统中的一种传动半轴零 件及其制造工艺。
技术介绍
半轴是汽车动力传递系统中最末端的驱动零件，它将发动机动力直接传递给 汽车轮毂及轮胎，同时也将汽车行驶过程中轮胎的冲击力和惯性力反向传递到 汽车动力传递系统。目前国内制造的汽车均使用实心半轴，半轴的材质为优质中碳结构钢，如45#， 55#或低合金结构钢如400等。采用上述材质的热轧圆钢 为原材料，经由下料一锻造一机械切削加工一热处理等工序成型。由于实心半 轴外表层为一硬壳，其柔性较差，重量较重，特别是当遇到路况较差、超载、 倒车换挡操作失误等情况时，半轴要承受很大的瞬间扭矩，这时，半轴的外圆 表面上会产生应力集中效应，首先在外圆表面产生塑性变形或开裂，从而导致 半轴零件失效。因此，实心半轴难以较好地满足半轴柔性化和轻量化的使用要求，尤其是 赛车和越野车，实心半轴很容易扭曲变形或断裂。目前世界上一些汽车制造厂 商和用户已经开始重视半轴的柔性化和轻量化在降低汽车振动、噪音及节油方 面的作用。美国著名汽车零部件制造厂商德尔福公司已经批量生产空心半轴， 应用于赛车和越野车上。但是，德尔福公司空心半轴的制造工艺是采用传统的 调质与表面热处理工艺提高空心半轴的强度，其内孔则采用枪钻钻削加工。这 种工艺生产的空心半轴的柔性比实心半轴要好，但仍然达不到理想的使用要求。 而且，这种工艺的钢材利用率低，半轴内孔采用专用枪钻设备钻孔，其生产效率很低，如钻一根内孔直径14.5毫米，长度800毫米的空心半轴需要40多分 钟。因此，这种空心半轴的制造成本要比实心半轴要高、生产效率要低。由于 产品性能方面的不足，以及其制造工艺上的缺点，目前空心半轴的应用受到很 大限制，在美国仅在赛车及越野车上应用较多，但空心半轴的优点已得到美国 汽车制造厂商及用户较为普遍的认可。
技术实现思路
本专利技术的目的之一就是要提供一种利用挤压成形工艺制造的挤压形变强化 柔性空心半轴。本专利技术的目的之二就是要提供一种挤压形变强化柔性空心半轴的制造工艺。本专利技术的目的之一是这样实现的由正火状态的亚共析钢，其金相组织为铁素体+渗碳体，晶粒度4-5级的棒材挤压成形，将棒材原坯料加热至90(TC，经 过多次挤压成形，金属材料的温度由90(TC降至IO(TC,获得与半轴成品零件相 近的形状尺寸的挤压工件，再经机械切削加工工序、校直及检验工序制成挤压 形变强化柔性空心半轴。本专利技术的目的之二的制造工艺是这样实现的采用正火状态的亚共析钢棒 材为原坯料，其金相组织为铁素体+渗碳体，晶粒度4-5级，将棒+才原坯料加热 至90(TC，经过挤压成形，整个挤压成形过程包括以下挤压工艺正挤压成形工 艺、整体反挤压成形工艺、深孔挤压成形工艺、縮径挤压成形工艺和扩径挤压 成形工艺，其中不同结构尺寸的半轴零件挤压成形过程所需要的挤压工艺的工 步的数量有所不同，金属材料的温度由90(TC降至10(rC，获得与半轴成品零件 相近的形状尺寸的挤压工件，再经机械切削加工工序、校直及检验工序制成挤 压形变强化柔性空心半轴。各挤压工艺进一步优化为整个挤压成形过程包括若干个挤压工步，金属材料的温度由90(TC降至 IO(TC，不同结构尺寸的半轴零件挤压成形过程所需要的挤压工步的数量有所不 同，其挤压成形工艺包括(1) 、正挤压成形工艺，成形温度为9(KTC至75(rC;在这 一工步的挤压成 形过程中，由于变形量较大，金属在三向压应力状态下发生正挤压变形，较粗 大的奥氏体晶粒被挤碎，由于该温度区间内金属原子的回复再结晶能力较弱， 被打碎的奧氏体晶粒来不及进行充分的回复再结晶，当这一阶段的变形结束时， 一部分较粗大的晶粒被挤碎变成了较细的晶粒，另一部分被挤碎但还没有来得 及进行充分的回复再结晶的粗大晶粒内则保留了大量的亚晶界；(2) 、整体反挤压成形工艺，成形温度为75(TC至65(TC，在这一工步的成 形中，由第一工步形成的内含大量亚晶界的粗大晶粒被完全挤碎，由于金属原 子在该温度区间内不能进行回复再结晶，当这一阶段的变形结束时，金属材料 的内部组织为由铁素体和珠光体组成的细小晶粒。(3) 、深孔挤压成形工艺，成形温度区间为65(TC至500°C，金属坯料置于 内壁有台阶的筒形凹模内，冲头直径小于凹模直径，凹模直径与冲头直径之差 的二分之一为挤压工件的壁厚，当冲头向下挤压时，坯料的上端保持不动，坯 料的下端沿凹模筒壁向下挤出，根据深孔成形的要求采用一根或多根冲头挤压； 将挤压成形的坯料分成A、 B、 C三个区A区为不变形区，其位置保持不变；B 区为变形区；C区为刚性下移区，冲头轴心线处的变形区宽度为零，从轴心线沿 径向变形区的宽度逐渐变宽，在冲头外圆表面处达到最宽；在冲头横截面上轴 向变形抗力的分布是冲头轴心处变形抗力最小，沿径向逐渐变大，在冲头外 圆表面处达到最大，当冲头周围金属坯料的壁厚均匀时，由于轴心线处的金属 变形抗力最小，冲头将沿坯料的中心向下挤压；当冲头周围金属坯料的壁厚不均匀时，由于金属流动的方向与冲头的挤压方向相同，较薄的一边金属流动较 剧烈、成形温度也较低，较薄一边金属坯料会形成较大的径向变形抗力迫使冲 头向较厚的一边移动，因此，在挤压成形的过程中，冲头始终会受到由金属变 形抗力形成的向心力，迫使冲头沿坯料的中心向下挤压。在挤压成形的过程中，金属变形抗力比反挤压、正挤压都要小，为反挤压的60-70%,为正挤压的35-45 %;挤压成形孔深与孔径之比大于10;这一工步的变形特点是局部变形，在该 温度区间内金属原子的晶格结构已经完成了共析转变，晶格结构趋于稳定，在 深孔挤压的成形过程中，晶粒沿轴向被拉长，晶内滑移变形产生了大量的位错 结构；(4) 、縮径挤压成形工艺，通过縮径挤压使挤压工件的杆部直径达到半轴 零件杆部的尺寸精度要求；(5) 、扩径挤压成形工艺，通过扩径挤压成形使挤压工件花键部分的直径 达到半轴零件花键机加工所需要的尺寸精度。縮径挤压成形与扩径挤压成形的金属变形温度区间是50(TC至IO(TC，在这 一温度区间金属原子的振动能量逐渐减弱，金属的变形抗力逐渐增加，每一个 成形工步完成的变形量呈逐渐减小的趋势，变形方向均是沿轴线方向，这一阶 段的变形对金属金相组织的影响主要是晶粒沿轴向被拉长、由晶内滑移变形 产生的位错结构密度逐渐增大。整个挤压成形完成后，金属材料经过由90(rC至10(TC挤压成形，当工件冷 却到室温时，其金相组织发生了以下变化原来较粗大的晶粒变成了细小的晶 粒，晶粒度可以达到7-8级；细小的晶粒沿轴线方向伸长，晶内分布了高密度 的位错结构；由第一次塑性加工(棒材轧制)形成的锻流线变得更细密均匀；第一次塑性加工残留的铸态缺陷组织(气孔、縮松等)全部消失。这种金相组织使得沿挤压工件轴线方向取得的试棒具有很高的强韧性，整个挤压成形完成后，挤压工件的抗弯强度(obb)、抗剪切强度(Tb)、冲击韧性(ak)、均超过相同材质经过调质热处理试棒的力学性能指标值，其抗拉强度(ob)与相同材质经调质热处理的试棒相近，空心半轴的弹性扭转角度大于120度。半轴挤压工件依据半轴产品设计尺寸及金属挤压变形的特点、按照少无切 削加工的原则进行设计半轴杆部内孔公差控制在0.3毫米以内，最小壁本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种挤压形变强化柔性空心半轴，其特征在于：由正火状态的亚共析钢，其金相组织为铁素体＋渗碳体，晶粒度４－５级的棒材挤压成形，将棒材原坯料加热至９００℃，经过多次挤压成形，金属材料的温度由９００℃降至１００℃，获得与半轴成品零件相近的形状尺寸的挤压工件，再经机械切削加工工序、校直及检验工序制成挤压形变强化柔性空心半轴。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邓晓光，
申请(专利权)人：邓晓光，
类型：发明
国别省市：36[中国|江西]