CN100572103C - 一种挤压形变强化柔性空心半轴及制造工艺 - Google Patents

Abstract

本发明属于汽车制造领域，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。

Description

一种挤压形变强化柔性空心半轴及制造工艺

技术领域

本发明属于汽车制造领域，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。

背景技术

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40Cr等。采用上述材质的热轧圆钢为原材料，经由下料→锻造→机械切削加工→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。

发明内容

本发明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。

本发明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。

本发明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。

本发明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900℃降至100℃，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900℃至750℃；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，被打碎的奥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750℃至650℃，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650℃至500℃，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)、缩径挤压成形工艺，通过缩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。

缩径挤压成形与扩径挤压成形的金属变形温度区间是500℃至100℃，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900℃至100℃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、缩松等)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(σbb)、抗剪切强度(тb)和冲击韧性(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(σb)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，最小壁厚可达5毫米；内孔表面粗糙度可达3.2∽1.6，内孔表面无需切削加工；半轴的径向尺寸公差控制在0.2毫米以内，中间杆部无需切削加工，油封台、轴承台及花键部位表面留单边0.25毫米的机加工余量；半轴法兰盘厚度公差控制在0.5毫米以内，单边机加工余量为0.25毫米。

各挤压成形工艺工步依据半轴挤压工件设计要求、金属成形温度及变形方式等进行设计，在半轴挤压工件的整个成形过程中，金属的变形方式包括：正挤压、反挤压、深孔挤压、扩径及缩径等。

实心半轴与空心半轴对比：

实心半轴：半轴的材质为优质中碳结构钢，如45#，或低合金结构钢，如40Cr等。实心半轴的制造过程是：采用上述材质的热轧圆钢为原材料，经由下料→锻造→机械切削加工→热处理等工序。锻造工序的坯料成形温度区间是1250∽850℃，半轴锻件经裁头→粗车外圆→精车外圆→铣花键→磨削轴承台及油封台等机械切削加工工序，即获得符合半轴产品图纸要求的外形尺寸精度及表面粗糙度，由于金属材料的金相组织没有明显改变，此时的半轴还达不到符合使用要求的强度。因此还要对半轴进行热处理，以使其具有符合使用要求的强度。半轴零件的热处理工序一般为：先进行杆部的调质处理，再进行杆部表面中频感应淬火。经过调质处理杆部芯部获得索氏体组织，其硬度为HRC22∽32，这种组织具有良好的综合机械性能；经过表面中频感应淬火杆部表面获得回火马氏体组织，其硬度为HRC48∽55，表面硬化层深度为杆径的10％∽20％。经由上述加工过程生产的半轴由于其外表层为一硬壳，其柔性较差，由于半轴杆部为实心体，其重量较重。因此，实心半轴不能满足产品的柔性化要求和轻量化要求。

在半轴正常行驶中，半轴处于弹性变形状态，此时的半轴为一弹性体。由虎克定律可知，半轴横截面上各质点的受力与其弹性变形量为线性关系。在垂直于半轴轴线方向上取一截面，如图1所示。假设半轴发生弹性变形时该截面绕圆心O点扭转θ角，截面上任一半径OP上各点的位移X(弹性变形量)随与圆心O点的距离增大而增大，圆心O点的位移为零，外圆表面P点的位移最大，P点的位移ΔP＝Rθ，其中R为圆截面半径。OP上各点的受力F＝Rθx，也是随与圆心O点的距离x增大而增大，圆心O点的受力为零，P点的受力最大，P点的受力Fmax＝ERθ，其中E为半轴材料的弹性变形模量。OP上各点的受力如图2所示。OP上任一点X处的力矩W＝EθXX，OP上各点的力矩与距离圆心O点的距离X的变化关系为一条二次曲线，如图3所示，圆心O点的力矩为零，外圆表面P点的力矩最大，Wmax＝EθRR。由图3可以看出，半轴传递的扭矩大部分集中于截面表层，而芯部传递的扭矩只是一小部分。

在车辆行驶中，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。从实心半轴横截面上原子间的约束力来看，横截面上最表层的金属原子只受到里层金属原子的约束力，而其外层处于自由状态，所以截面最表层的原子的约束力最小。横截面上原子的约束力随与圆心的距离变小而增大，圆心处金属原子的约束力最大。因此，当半轴遇到大的瞬间扭矩时，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。

空心半轴：半轴传递扭矩时大部分扭矩集中在横截面外圆表层，只有一小部分在圆心部分。假设将半轴圆心部分的材料抽空，如图4所示。在车辆正常行驶、半轴处于弹性变形状态的情况下，空心半轴与实心半轴传递的扭矩相差很小。从空心半轴横截面上各点处原子间的约束力看，外圆表面和内孔表面的原子都只受到里层金属原子的约束，其受到的约束力都较小，由于外圆表面半径大于内圆表面半径，外圆表面原子受到的约束力大于内圆表面原子。当半轴承受到较大的瞬间扭矩时，内孔表面原子绕圆心的扭转角度要大于外圆表面原子。如图5所示，空心半轴横截面上的P点(位于外园表面)和P1点(位于内孔表面)在弹性变形前处于同一半径上，弹性变形后这两点就不在一条半径上，这两点分别绕圆心扭转了θ和θ1角，如图6所示。

P点的弹性变形量为： Rθ

P1点的弹性变形量为：R1θ1

因为：R＞R1         θ1＞θ

所以：Rθ≈R1θ1

由此可以看出，空心半轴横截面上各点的弹性变形量及其受力趋于均匀，从而避免了在外圆表面出现应力集中现象，横截面上各点的材料强度能够充分发挥作用。如前所述，横截面上任一点的弹性变形量为Xθ，其受力F＝EθX≈EθR，横截面上任一半径上各点的受力分布可近似地看成一条水平线，如图7所示。横截面任一半径上各点的扭矩W≈EθRX，可近似地看成一条一次直线，如图8所示。此时横截面上的扭矩：∑W1＝∫2ЛFXXΔX

设：Y1＝2ЛFXX

F＝EθX可近似地看成一常数，Y1＝2ЛFXX为一条二次曲线，如图9所示。

曲线下面的阴影面积即为空心半轴横截面上的扭矩∑W1

而实心半轴的扭矩：∑W＝∫2ЛEθXXXΔX

设：Y＝2ЛEθXXX

Y＝2ЛEθXXX为一条三次曲线，如图10所示。

曲线下面的阴影面积即为实心半轴横截面上的扭矩∑W1

图11表示相同外圆半径的实心半轴与空心半轴传递扭矩的对比图，由图11可以看出，当空心半轴的壁厚选择合理时(约5∽8毫米)，空心半轴传递的扭矩大于或等于实心半轴，即∑W1≥∑W。

纵观实心半轴与空心半轴对比，本发明的有益效果为：

1、具有比目前普遍使用的实心半轴更好的柔性。车辆在起动、倒车换挡或行驶在凸凹不平的路面上时，轮胎受到的冲击力首先传递给半轴，使半轴发生弹性扭转变形，实心半轴的花键相对于法兰盘的弹性扭转角度均小于45度，而挤压形变强化柔性空心半轴的弹性扭转角度大于120度。当轮胎受到冲击力时半轴发生弹性扭转变形将大部分冲击能量吸收，当轮胎受到的冲击力消失时半轴的弹性变形随之恢复，并将弹性变形能量变成对轮胎的驱动功。半轴的弹性变形与恢复过程对行驶中的车辆产生以下的效果：第一，保护了动力传递系统其它刚性传动零件，如：主减速器内的主被动齿轮、变速箱内的换挡齿轮等，使之免受冲击力的影响；第二，减轻了车辆的行驶噪音、振动；第三，提高了动力传递的平稳性及传动效率。

2、产品自重轻，仅为实心半轴的50％∽60％，由于产品重量轻，转动惯量小，提高了动力传递系统的传动效率，同时也降低了车辆自重，这两个方面都有利于降低车辆的油耗。

3、具有较高的扭转疲劳寿命。依据汽车半轴技术条件QC/T294-1999(中华人民共和国汽车行业标准)的规定，半轴的扭转疲劳寿命应大于40万次。半轴的扭转疲劳寿命主要取决于半轴杆部的表面质量及杆部横截面上的应力分布状态。如果半轴杆部表面存在微裂纹、硬度软点、脱碳层等表面缺陷，在使用中这些表面缺陷可能会成为疲劳裂纹源，随着疲劳裂纹源的逐渐扩展，最后导致半轴疲劳破坏失效；如果半轴杆部横截面上的应力分布不均匀，尤其是半轴杆部表面存在应力集中现象时，也会在应力集中的部位生成疲劳裂纹源，降低半轴的扭转疲劳寿命。挤压形变强化柔性空心半轴杆部的外表面与内孔表面均是在低于700℃温挤压成形，其表面质量好，表面粗糙度可达3.2∽1.6。空心半轴杆部横截面上的应力分布较均匀，杆部外表面上不会出现应力集中现象，这些都有利于提高半轴的扭转疲劳寿命。实心半轴杆部通常都是由锻造毛坯经过机加工而成，其表面切削刀痕较深，刀痕处易形成疲劳裂纹源。而实心半轴杆部表面存在应力集中现象，这也是形成疲劳裂纹源的原因之一。因此，挤压形变强化柔性空心半轴的扭转疲劳寿命比实心半轴要高。

4、材料强化的方法及过程与实心半轴完全不同，其方法是形变定向强化。全浮式半轴主要承受扭矩，半浮式半轴同时承受扭矩和弯矩，半轴的这两种受力状态都要求材料在垂直于轴线的方向上具有较高的剪切强度。棒材在经过了第一次塑性加工之后，已初步形成了与轴线平行的锻流线，其力学性能已经具有方向性，即垂直于轴线方向的剪切强度高于轴线平行方向，形变定向强化的目的就是要在此基础上进一步提高垂直于轴线方向的剪切强度，使之达到半轴零件的使用要求。形变定向强化对材料的强化措施是：通过变形细化晶粒；通过沿轴线方向的温挤压变形将细化的晶粒沿轴线方向拉长；通过沿轴线方向的温、冷挤压变形在晶粒内部形成沿轴向分布的高密度位错结构；通过沿轴线方向进行的从900℃至室温的十余个挤压工步的变形，使材料沿轴线方向的锻流线更加细密均匀，将材料内部的铸态缺陷基本全部消除。实心半轴采用的材料强化方法是：预调质热处理+表面中频感应淬火，或正火处理+表面中频感应淬火。这种方法是单纯利用金属材料的相变规律对材料进行强化，热处理后得到的是等轴晶，材料各个方向的力学性能是相同的，而不是根据半轴零件受力的方向性，有针对性地对材料进行定向强化。挤压形变强化柔性空心半轴的强化过程是与其外形尺寸的成形同步进行的，每个挤压工步的设计既要达到一定的外形尺寸，同时也要获得符合材料强化要求的金相组织。而实心半轴的材质强化过程是一个单独的热处理过程。

5、本发明产品是一种节能节材产品，其重量仅为实心半轴的50％∽60％，节省钢材；其材质的强化不需要进行热处理，节省能源。本发明产品的推广应用将会节约大量的优质钢材和能源，符合“绿色制造”的发展要求，本发明产品具有较大的推广应用价值。

6、本发明产品的生产效率高，适合大批量生产，适用于全浮式、半浮式全系列的汽车半轴。

具体实施方式

图1、实心轴横截面变形图。

图2、实心轴受力图。

图3、实心轴扭矩图。

图4、空心轴横截面示意图。

图5、空心轴横截面受力图。

图6、空心轴横截面变形后受力图。

图7、空心轴横截面变形后受力分布图。

图8、空心轴空心轴横截面扭矩分布图。

图9、实心轴的扭矩图。

图10、空心轴的扭矩图。

图11、空心轴与空心轴扭矩对比图。

重型汽车半轴在使用性能及结构尺寸方面均具有代表性，下面选择两种典型的重型汽车半轴：一种带法兰盘，另一种不带法兰盘为例：

实施例1，不带法兰盘的重型汽车半轴对比：

不带法兰盘的重型汽车实心半轴的制造工艺流程是：锻造毛坯-机械切削加工-热处理。其工艺下料重量为19公斤，零件净重为16.5公斤。

不带法兰盘的汽车空心半轴的挤压成形过程为：第一工步：正挤压；第二工步：反挤压；第三工步：深孔挤压；第四工步：缩径挤压；第五工步：扩径挤压；其中不同结构尺寸的半轴零件挤压成形过程中所需要的各挤压工步的数量根据挤压变形量有所不同，即同一工步可分为多次进行。

同型号的挤压形变强化柔性空心半轴，其外形尺寸精度与实心半轴完全一致，芯部为空心。具体挤压成形过程为：第一工步：正挤压，将直径70毫米、长度338毫米的棒料挤压成大端直径73毫米、大端长度333豪米，小端直径直48毫米、小端长度185毫米的台阶轴；第二工步：反挤压，将小端挤出孔径32毫米、孔深185毫米的内孔；第三工步：1、深孔挤压，将大端挤出孔径51毫米、孔深333毫米的内孔；2、深孔挤压，将大端下半部分挤出孔径42毫米、孔深227毫米的内孔；第四工步：1、缩径挤压，将大端下半部分的外径由58毫米缩径至48毫米；2、缩径挤压，将大端上半部分的外径由67毫米缩径至56毫米；3、缩径挤压，将大端上半部分的外径由56毫米缩径至48毫米；4、缩径挤压，将大端头部的外径由73毫米缩径至56毫米；5、缩径挤压，将大端头部的外径由56毫米缩径至48.5毫米；第五工步：1、扩径挤压，将大端头部的外径由48.5毫米扩径至56毫米；2、扩径挤压，将小端尾部的外径由48毫米扩径至56毫米。其制造工艺流程为：精密挤压成形-少量机械切削加工。其工艺下料重量为9.3公斤，零件净重为8.8公斤。

如上所述，该种半轴的制造工艺过程每根节约优质结构钢9.7公斤，节约用电19度，其零件重量减轻了7.7公斤。在半轴的使用性能方面：车辆百公里油耗减少0.1升，车辆的使用寿命按60万公里计，在车辆的整个使用寿命期内可节油600升；半轴的使用寿命可提高50％，其它传动零件如驱动桥主减速器内的主被动齿轮、变速箱内的换挡齿轮等可提高使用寿命30％；降低了车辆行驶噪音及振动。

实施例2，带法兰盘的重型汽车半轴对比：

带法兰盘的重型汽车实心半轴的制造工艺流程是：锻造毛坯-机械切削加工-热处理。其工艺下料重量为30公斤，零件净重为23.4公斤。

带法兰盘的汽车空心半轴的挤压成形过程为：第一工步：正挤压；第二工步：反挤压；第三工步：大端头部聚料；第四工步：大端头部压制法兰盘；第五工步：深孔挤压；第六工步：缩径挤压；第七工步：扩径挤压；其中不同结构尺寸的半轴零件挤压成形过程中所需要的各挤压工步的数量根据挤压变形量有所不同，即同一工步可分为多次进行。

同型号的挤压形变强化柔性空心半轴，其外形尺寸精度与实心半轴完全一致，芯部为空心。具体挤压成形过程为：第一工步：正挤压，将直径80豪米、长度378毫米的棒料挤成大端直径83豪米、长度290毫米，小端直径57.6毫米、长度65毫米的台阶轴；第二工步：反挤压，将小端挤出孔径57.6豪米、孔深134毫米的内孔；第三工步：大端头部聚料；第四工步：大端头部压制法兰盘，法兰盘直径230豪米、厚度12豪米；第五工步：1、深孔挤压、将大端上部挤出孔径66.8豪米、孔深247毫米的内孔；2、深孔挤压，将大端下部挤出孔径53.8豪米、孔深233毫米的内孔；第六工步：1、缩径挤压，将大端上部直径由83豪米缩径至70豪米；2、缩径挤压，将大端部分直径由70豪米缩径至57.6豪米；第七工步：扩径挤压，将小端尾部直径由57.6豪米扩径至61.2豪米。其制造工艺流程为：精密挤压成形-少量机械切削加工。其工艺下料重量为14.1公斤，零件净重为13.2公斤。

如上所述，该种半轴的制造工艺过程每根节约优质结构钢15.9公斤，节约用电24度，其零件重量减轻了10.2公斤。在半轴的使用性能方面：车辆百公里油耗减少0.14升，车辆的使用寿命按60万公里计，在车辆的整个使用寿命期内可节油840升；半轴的使用寿命可提高50％，其它传动零件如驱动桥主减速器内的主被动齿轮、变速箱内的换挡齿轮等可提高使用寿命30％；降低了车辆行驶噪音及振动。

Claims (7)

1、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，整个挤压成形过程包括：正挤压成形、整体反挤压成形、深孔挤压成形、缩径挤压成形和扩径挤压成形，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挤压形变强化柔性空心半轴。

2、根据权利要求1所述的一种挤压形变强化柔性空心半轴的制造工艺，其特征是：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。

3、根据权利要求2所述的一种挤压形变强化柔性空心半轴的制造工艺，其特征是：各挤压工艺为：

(1)、正挤压成形工艺，成形温度为900℃至750℃；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，一部分较粗大的奥氏体晶粒被挤碎，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750℃至650℃，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650℃至500℃，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)、缩径挤压成形工艺，通过缩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；

缩径挤压成形与扩径挤压成形的金属变形温度区间是500℃至100℃，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900℃至100℃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。

4、根据权利要求2或3所述的一种挤压形变强化柔性空心半轴的制造工艺，其特征是：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，最小壁厚可达5毫米；内孔表面粗糙度可达3.2∽1.6，内孔表面无需切削加工；半轴的径向尺寸公差控制在0.2毫米以内，中间杆部无需切削加工，油封台、轴承台及花键部位表面留单边0.25毫米的机加工余量；半轴法兰盘厚度公差控制在0.5毫米以内，单边机加工余量为0.25毫米。

5、根据权利要求2所述的一种挤压形变强化柔性空心半轴的制造工艺，其特征是：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。

6、根据权利要求2所述的一种挤压形变强化柔性空心半轴的制造工艺，其特征是：不带法兰盘的汽车空心半轴的挤压成形过程为：第一工步：正挤压；第二工步：反挤压；第三工步：深孔挤压；第四工步：缩径挤压；第五工步：扩径挤压；其中不同结构尺寸的半轴零件挤压成形过程中所需要的各挤压工步的数量根据挤压变形量有所不同，即同一工步可分为多次进行。

7、根据权利要求2所述的一种挤压形变强化柔性空心半轴的制造工艺，其特征是：带法兰盘的汽车空心半轴的挤压成形过程为：第一工步：正挤压；第二工步：反挤压；第三工步：大端头部聚料；第四工步：大端头部压制法兰盘；第五工步：深孔挤压；第六工步：缩径挤压；第七工步：扩径挤压；其中不同结构尺寸的半轴零件挤压成形过程中所需要的各挤压工步的数量根据挤压变形量有所不同，即同一工步可分为多次进行。

Images