CN111390512B - 一种电驱动轴非调质钢材料及生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种电驱动轴非调质钢材料，按照质量百分比由如下原料组成：C元素0.48～0.52％、Si元素0.30～0.50％、Mn元素1.00～1.40％、P元素0～0.02％、S元素0～0.02％、Cr元素0～0.03％、Mo元素0～0.03％、Ni元素0～0.03％、Cu元素0～0.025％、Ti元素0.015～0.020％、V元素0.05～0.15％、余量为Fe元素；在本发明中还提供了一种电驱动轴的生产工艺，包括如下步骤：下料和控轧、控冷、粗加工、中频感应淬火、精加工和探伤；本发明通过采用新材料，制作流程减少了等温正火和渗碳淬火工序，代替锻后控制冷却和中频局部表面淬火，提高加工效率50％和降低生产成本15％，精加工过程中采用双头车床和搓齿冷成形工艺加工，提高生产效率18％，减少产品的加工多次定位，稳定产品质量，同时采用了环保方式的热处理工艺，获得显著社会效益。

Description

一种电驱动轴非调质钢材料及生产工艺

技术领域

本发明实施例涉及钢材制备技术领域，具体涉及一种电驱动轴非调质钢材料及生产工艺。

背景技术

电驱轴是新能源电动汽车上的驱动电机轴和输出轴的集成，代替了传统燃油车的发动机轴、离合器及传动轴，是电动车的核心部件。作为电动车电控、电驱和电池三电之一的电驱轴，要求有较高的强度，相当长的疲劳寿命和安全可靠的稳定性。

在现有技术条件下，电驱轴的使用条件决定了其必须要有可靠的综合机械性能，并且制造过程周期短才能适应市场的需求和变化。在满足前述需求的情况下，还要求制造成本低，简化生产流程，节省人工成本，提高生产效率，在制造的过程中不能产生污染，要实现低污染或者零污染。

为了解决上述问题，现行的电驱轴采用借鉴汽车传动轴、齿轮轴的相关工艺制作，采用常规的齿轮钢20CrMnTi，经过等温正火，加工好花键后渗碳淬火，最后经过磨削加工。整个加工过程流程长，加工效率低，生产成本高，对环境有一定的污染。不利于电驱轴的开发、制造和应用。

对于电动车来说，由于电池的容量有限，续航里程受到限制，因此电驱轴的尺寸必须要经过严格的设计，要求静扭力矩大，疲劳寿命长，制造周期短、制造成本低、安全可靠等。而这些要求通过现有汽车轴加工的工艺是不能满足的，因此，有必要依据电驱轴的使用要求来设计相应的制备工艺。

发明内容

为此，本发明实施例提供一种电驱动轴非调质钢材料及生产工艺，以解决现有技术中通过汽车轴的材料和制备工艺不能满足电驱轴实用需求的问题。

为了实现上述目的，本发明的实施方式提供如下技术方案：

一种电驱动轴非调质钢材料，按照质量百分比由如下原料组成：

C元素0.48～0.52％、Si元素0.30～0.50％、Mn元素1.00～1.40％、P元素0～0.02％、S元素0～0.02％、Cr元素0～0.03％、Mo元素0～0.03％、Ni元素0～0.03％、Cu元素0～0.025％、Ti元素0.015～0.020％、V元素0.05～0.15％、余量为Fe元素。

另外，在本发明中还提供了一种电驱动轴的生产工艺，包括如下步骤：

步骤100、下料和楔横轧轧制，选择棒材的直径，按照工艺长度下料，并将棒材加热到1140～1160℃，将加热后的棒材通过楔横轧轧制获得与电驱轴外形相同的坯料，并在坯料外表面均设有1～2mm的加工余量；

步骤200、控冷，将轧制后的坯料以可控的风冷方式快速冷却到600℃，当坯料降温至600℃以下时缓冷至室温；

步骤300、粗加工，采用双头车一次性定位加工冷却后坯料两端的中心孔和轴承位台阶，并以一次装夹的方式冷滚挤加工螺纹和花键；

步骤400、中频感应淬火，对花键的齿表面和轴承位台阶以中频感应的方式加热和回转均匀淬火；

步骤500、精加工，以车铣的方式对淬火后的工件进行修饰和探伤，探伤合格后作为成品输出。

在本发明的再一个实施例中，在步骤200中，所述可控的风冷方式具体的冷却方法为：

在楔横轧轧制完成后，将坯料立即放到控冷线上使用冷却风机强制冷却，冷却速率为4～5℃/s，直至将坯料冷却至600℃以下时采用缓冷的方式继续冷却，冷却速率控制的具体方法是通过链条电机变频对冷却风机的速度进行调节以控制冷却速度。

在本发明的再一个实施例中，所述控冷线上的冷却方法具体步骤为：

将楔横轧轧制的坯料从坯料入口立即放于冷却通道内的传送带上；

通过热传感的方式获得坯料的温度参数，并根据温度参数获得冷却参数；

基于冷却参数确定冷却风机的频率、传送带速度以及回风流量比对坯料进行差异性的冷却。

在本发明的再一个实施例中，所述冷却通道通过机壳形成封闭环境，在传送带入口处设置有急冷轴流风机组，且在传送带的出口处设置有缓冷轴流风机组，所述急冷轴流风机组和缓冷轴流风机组均呈环形均匀设置在传送带的周围，所述急冷轴流风机组的入风口通过引风管连通外界环境和回风管，在引风管、外界环境和回风管的连通处设置有混流阀，所述缓冷轴流风机组的出风口与回风管连通，所述急冷轴流风机组的出风口于所述缓冷轴流风机组的入风口通过导管连通。

在本发明的再一个实施例中，在步骤300中，粗加工的具体步骤为：

将冷却后的坯料放置在双头车装夹上，夹持机构将坯料通过三点法固定在双头车装夹上，在微调定位后将坯料锁定；

首先通过双头车的数控双刀同时双向对坯料两端端面的中心孔、轴承位台阶进行加工；

再通过搓丝板和花键搓齿板至少来回两次冷滚挤成形加工螺纹和花键。

在本发明的再一个实施例中，所述夹持机构对工件通过三点法进行定位并固定在双头车装夹上的具体方法为：

在工件上确定两组固定点，且两组固定点分别为位于中心的中心固定点以及位于中心固定点两侧的侧边固定点，中心固定点和任一侧边固定点之间的距离不小于坯料长轴的长度的四分之一；

首先仅由中心固定点对坯料进行定位，并将定位后的坯料固定在双头车装夹上，对工件的位置进行微调后进行锁定；

对工件进行车削加工，当车削的进程超过侧边固定点时，由中心固定点和两个侧边固定点同时对坯料进行固定，在侧边固定点将工件固定并锁定后，中心固定点在车削达到中心固定点之前解锁并松开，保证坯料的持续性车削加工。

在本发明的再一个实施例中，多次的冷滚挤成形加工方向为往复加工，所述冷滚挤成形加工的具体步骤为：

将车削后的坯料以三点法进行定位并固定，在已经成型的中心孔和轴承位台阶上分别设置辅助定位机构；

根据螺纹和花键的加工深度分别确定冷滚挤成形加工的次数，且冷滚挤成形加工的次数为偶数次；

采用两组相对设置的扎轮以相同的方向和转动周期对坯料进行滚挤，且两组扎轮的加工幅度和转动的相位均相同。

在本发明的再一个实施例中，在步骤400中，中频感应淬火的具体步骤为：

将粗加工后的坯料放置在上下均有定位孔且能够旋转的回转台上；

对坯料进行定位后固定在回转台上，根据坯料上花键和轴承位台阶所在的位置上并依据加热的需求绕制若干组相互独立的感应线圈，并通过喷淋冷却感应加热的位置实现局部淬火。

在本发明的再一个实施例中，在步骤500中，粗加工后的坯料固定在回转台上的具体步骤为：

将坯料垂直于回转台所在平面的方向固定在回转台上，并通过调节机构上下调整坯料的定位；

在花键和轴承位台阶所在的位置上绕制环形或者半环形的感应线圈，且在非淬火的位置处设置有金属屏蔽板，金属屏蔽板的位置和宽度依据感应线圈的感应范围确定。

本发明的实施方式具有如下优点：

本发明通过采用新材料，制作流程减少了等温正火和渗碳淬火工序，替代工艺为锻后控制冷却和中频表面淬火，，缩短工艺流程，提高了50％的加工效率并且降低了15％的生产成本，同时该热处理方式避免了环境污染，加工过程中采用双头车床和搓齿冷成形工艺加工，提高了18％的生产效率，减少产品的加工定位数，使得产品质量更加稳定。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

图1为本发明实施方式中的流程示意图；

图2为本发明实施方式中冷却通道的结构示意图；

图中：1-机壳；2-传送带；3-急冷轴流风机组；4-缓冷轴流风机组；5-引风管；6-回风管；7-混流阀；8-导管；9-热传感器；10-风冷补偿装置。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种电驱动轴非调质钢材料，按照质量百分比由如下原料组成：

C元素0.48～0.52％、Si元素0.30～0.50％、Mn元素1.00～1.40％、P元素0～0.02％、S元素0～0.02％、Cr元素0～0.03％、Mo元素0～0.03％、Ni元素0～0.03％、Cu元素0～0.025％、Ti元素0.015～0.020％、V元素0.05～0.15％、余量为Fe元素。

本材料主要的原理是采用金属高温变形时的微合金析出强化，通过微合金的析出改善该材质，其主要组成成分的作用在于：

V元素具有细化晶粒作用，Ti元素保证高温析出细化晶粒，结合材料中的N元素和C元素的复合物阻止高温区晶粒长大，保障整个材料中均为符合条件的细化晶粒，另外通过Mn元素、Si元素强化钢材强度，从而使得锻造后产品抗拉强度高，韧性好，冲击功大。

虽然上述成分在现有的钢材料中部分包含或者通过多种材料之间的组合能够得知上述全部成分，然而对于该非调质钢材料的成分和含量配比是在金属高温变形时的微合金析出强化思想的指导下通过长期的技术积累完成的，而非简单的数据置换得来。

在本实施方式中，该非调质钢材料的具体成分及其质量比构成了该钢材料的特性。在该非调质钢材料中，通过第三方检测和分析得到其化学成分如下表所示：

项目	C	Si	Mn	P	S	Cr	Mo	Ni	Cu	Ti	V
												标准	0.48-0.52	0.30-0.50	1.0-1.40	≤0.02	≤0.02	≤0.03	≤0.03	≤0.30	≤0.25	0.015-0.020	0.05-0.15
实测	0.503	0.440	1.182	0.0095	0.0034	0.145	0.0110	0.249	0.028	0.0187	0.0972

由上表可知，基于本发明中工艺方法所得的电驱轴其化学成分均处于标准值的范围以内，并且由其具体的测量数据可知，表现为优。

对于本发明中的非调质钢材料，它区别于现有技术的特征在于如下几个方面：

第一，该材料经过控制各元素成分比例、经过轧制后控制冷却温度4.5±0.5℃/S，600℃以下缓冷到室温，轧制所形成的材料可直接用于电驱轴的加工，不需要再进行热处理就能达到调质钢的综合性能，相比较于现有的钢材料，它的加工过程更加简单；

第二，该材料重新加热后经过楔横轧轧制后控冷，可免除等温正火和渗碳淬火，代之以中频淬火，节约能源，提高效率，并且对环境友好。

由上述可知，本发明中的非调质钢材料是需要控制各成分的比例含量，并且在特定的温度环境中进行轧制和冷却才能得到具备特定技术效果(可直接用于电驱轴的加工，不需要再进行热处理就能达到调质钢的综合性能)的非调质钢材料。基于前述非调质钢材料，如图1所示，本发明还包括了一种电驱动轴的生产工艺，包括如下步骤：

步骤100、下料和楔横轧轧制，选择棒材的直径，按照工艺长度下料，并将棒材加热到1140～1160℃，将加热后的棒材通过楔横轧轧制获得与电驱轴外形相同的坯料，并在坯料外表面均设有1～2mm的加工余量，设置加工余量的目的在于提高加工的容错量，进一步提高加工后电驱轴的精度。

在本实施方式中，对于坯料加工余量的确定通过投影标型的方式确定，其具体的操作步骤如下所示：

将加热后并楔横轧轧制获得与电驱轴外形相同的坯料降温至1000℃，此时对坯料的通过激光进行标定，而激光的原型则是设计时制造的三维立体图形通过切片形成；

将依据切片形成的标定模型反馈至计算机中，通过计算机计算出坯料各个部分的余量，通过等高线的方式将余量重新标注在坯料上；

对超过指定范围(1～2mm)的余量进行二次加工，将其消除或者通过再次轧制的方式将其补偿值余量不足的位置；

将经过二次加工后的坯料再次进行投影标型，直至各个区域的余量均在指定范围内。

通过投影标型的方式可以使得坯料各处的加工余量均在指定的范围内，而且该指定的范围可以根据不同区域进行差异性的指定，而并非需要全部是一个统一的余量数，有利于控制坯料加工的精度。

步骤200、控冷，将轧制后的坯料以可控的风冷方式快速冷却到600℃，当坯料降温至600℃以下时缓冷至室温。

步骤300、粗加工，采用双头车一次性定位加工冷却后坯料两端的中心孔和轴承位台阶，并以一次装夹的方式冷滚挤加工螺纹和花键。

步骤400、中频感应淬火，对花键的齿表面和轴承位台阶以中频感应的方式加热和回转均匀淬火。

步骤500、精加工，以车削的方式对淬火后的工件进行精车和探伤，探伤合格后作为成品输出。

由上可知，本实施方式中的特征工艺在于控冷、粗加工和中频感应淬火的具体实施过程。其中，控冷是通过回风流量比控制冷却温度，粗加工通过单次夹持实现多层次的加工，中频感应淬火可根据需求准确的对所需位置进行淬火，在指定的区域内提高产品表面的硬度，而不影响其他位置的性能。

为了更好的说明本工艺的优异性，首先分析现有技术采用20CrMnTi制造新能源电驱轴的工艺，主要包括如下步骤：

下料→楔横轧→正火→粗加工(车削、铣键槽、滚齿等)→热处理(渗碳、淬火)→校直→探伤→精加工→探伤→品检→入库。

在现有工艺中，粗加工和渗碳淬火不易于控制精度，容易导致产品质量良莠不齐，而现有技术中的粗加工、正火和热处理的加工周期较长，成本较高，而且对环境不友好。

本发明中电驱轴的制备工艺，主要包括如下步骤：

下料→控轧(楔横轧)→控冷→粗加工(车削、铣键槽、滚齿等)→中频感应淬火→探伤→精加工→探伤→品检→入库。

在该工艺中，通过控冷和粗加工以及中频感应淬火的方式更容易控制，产品的质量更容易保持稳定，而且由于简化了加工工艺，其加工的周期更短，成本较低，剔除了对环境不友好的工序，生产过程更加环保。

综合前述，本发明根据电驱轴的要求设计了新的轧制钢棒材料，代替原来的20CrMnTi，新的轧制钢棒材料在制备的过程中不需要进行等温正火和后续的渗碳淬火处理，只需对楔辊轧后坯料进行对应控制冷却(风冷)，即可达到良好的综合机械性能，避免了20CrMnTi材料的等温正火工序的能耗和设备，可以明显提高生产效率。

另外，通过对产品的分析，本工艺采用了双头车和花键及螺纹的冷辊压工艺，减少加工定位次数和提高加工效率，稳定产品质量，利于开展自动化和集成控制。

本发明采用齿面、轴承位中频淬火工艺，单件耗时不超过30秒，单间成本0.3元，省去了渗碳淬火工序，而该渗碳淬火工序的时间一般不少于10小时，同时会有一定的环境污染，单件成本6元左右，缩减了该工艺，既提高了生产效率，也降低了生产成本，同时降低对环境影响。其中更重要的是，在本发明中通过改进中频加热的工艺，使得中频感应加热的精度更高，可以按照需求设定加热的位置、淬火的深度和形状，从而达到改变指定位置表面品质的目的。

具体的，在本发明中，上述工艺中包括如下步骤：

在步骤100中，通过楔横轧轧制的工艺，使得电驱轴的金属流线更加连续和流畅，提高了电驱轴的服役能力，同时还可以减少材料的损耗。

在本实施方式中，为了达到更好的机械性能，使得电驱轴的机械性能能够达到调质钢调质后的性能，需要严格控制其冷却的过程，因此，在步骤200中，所述可控的风冷方式具体的冷却方法为：

在楔横轧轧制完成后，将坯料立即放到控冷线上使用冷却风机强制冷却，冷却速率为4～5℃/s，直至将坯料冷却至600℃以下时采用缓冷的方式继续冷却，冷却速率控制的具体方法是通过链条电机变频对冷却风机的速度进行调节以控制冷却速度。

该冷却过程配合配方中的元素析出细晶粒，并且在降低至析出温度后，再通过缓冷的方式缓慢降温，使得晶粒析出过程处于低温环境中，逐渐析出细晶粒，其中：V元素具有细化晶粒作用，Ti元素保证高温析出细化晶粒，结合材料中的N元素和C元素的复合物阻止高温区晶粒长大，保障整个材料中均为符合条件的细化晶粒。

为了实现上述功能，所述控冷线上的冷却方法具体步骤为：

将楔横轧轧制的坯料从坯料入口立即放于冷却通道内的传送带上；

通过热传感的方式获得坯料的温度参数，并根据温度参数获得冷却参数；

基于冷却参数确定冷却风机的频率、传送带速度以及回风流量比对坯料进行差异性的冷却。在本发明中，经过楔横轧轧制的坯料，马上放于专用的冷却通道里，该通道包含有可调运输速度的传送带，坯料经过轴流风机强制冷却，并且从放入的坯料入口流入，到传送带另一端流出，开始的冷风对于高温锻件有强制冷却的效果，冷却速度根据坯料在风机强制冷却下的传送链的快慢决定，由传送带的电机频率决定，满足900-600℃区间内冷却速度达到4.5±0.5℃/S；前面冷却锻件的风经过前部的加热会升温，对后续的锻件冷却速度下降，形成缓冷，这样既细化了晶粒，提高强度，同时缓冷减少内部的应力影响，减少变形。

还需要进一步说明的是，本实施方式中，在冷却通道内形成封闭的环境，从而保证了冷却过程的稳定性和可控性，如前所述，对于每一个不同的坯料来说，均需要首先确定其温度参数，如表面温度、内部温度、温度场的分布等，在结合温度参数来确定各个方向上的冷却参数，进而确定具体的冷却步骤，以针对性的对坯料进行差异性的冷却，以保障最终的冷却效果。为了达到上述目的，在本实施方式中通过在传送带2两侧的不同位置上均设置有热传感器9，通过热传感器9对传送带2上的工件进行温度监控，并将获得的温度传输至控制系统，通过控制系统对温度数据进行分析，并依据分析的结果来控制执行机构进行温度的控制。

基于差异性冷却的需求，在本发明中还构建了具体的冷却方式，如图2所示，所述冷却通道通过机壳1形成封闭环境，在传送带2入口处设置有急冷轴流风机组3，且在传送带2的出口处设置有缓冷轴流风机组4，所述急冷轴流风机组3和缓冷轴流风机组4均呈环形均匀设置在传送带2的周围，所述急冷轴流风机组3的入风口通过引风管5连通外界环境和回风管6，在引风管5、外界环境和回风管6的连通处设置有混流阀7，所述缓冷轴流风机组4的出风口与回风管6连通，所述急冷轴流风机组3的出风口于所述缓冷轴流风机组4的入风口通过导管8连通。

急冷轴流风机组和缓冷轴流风机组均呈环形均匀设置在传送带的周围，可以实现对坯料360°的无死角冷却，并且对于初始位置的坯料来说，根据冷却需求的不同，也不能单纯的直接以环境风去冷却，这样容易导致冷却不均匀，使得产品表面的性能不均，达不到调质钢的性能。

因为，为了克服上述缺陷，在实际冷却中，除了控制传输速度和传输轨迹以外，还需要调整回风流量比，进而调整初始进风的温度，从而使其达到冷却可控的目的。

在本实施方式中，最主要的是如何控制风冷的环境来实现急冷和缓冷，因此，为了防止随着冷却过程中延续导致的热量集聚或者热量损失导致温度下降的问题，在本发明的冷却过程中还包括风冷补偿工艺，其具体的步骤为：

在混流阀和急冷轴流风机组之间设置有风冷补偿装置10，所述风冷补偿装置包括多组依次设置的水冷管和电热管，所述水冷管和电热管呈螺旋状分布在风道内，且在风道的内壁上设置有导风片，该导风片的导向与水冷管、电热管的螺旋状方向相同。

在每个水冷管和电热管的出口处均设置有温度传感器，温度传感器将测量所得温度传输至控制器，控制器通过对传感的温度数据进行分析获得相应的指令，通过该指定控制上述独立设置的水冷管和电热管，从而使得回风的温度在可靠的范围内波动，保障风冷的效果。

在上述中，由于水冷管和电热管分别能够快速的降温和升温，从而可以有效的对回风进行降温和升温，并且螺旋结构使得回风可以有效的混合，从而使得温度传感器测量的温度更加准确，从而确保风冷补偿的效果最佳。

在步骤300中，粗加工的具体步骤为：

将冷却后的坯料放置在双头车装夹上，夹持机构将坯料通过三点法固定在双头车装夹上，在微调定位后将坯料锁定；

首先通过双头车的数控双刀同时双向对坯料两端端面的中心孔、轴承位台阶进行加工；

再通过搓丝板和花键搓齿板至少来回两次冷滚挤成形加工螺纹和花键。

本发明采用双头车一次装夹可实现两端面的车削、中心孔的加工和中间多个台阶的加工(除去中间夹持部分)，而一般的工艺分头铣加工端面，分头打中心孔和分头粗加工台阶，再半精加工，多次定位，精度难以保证，效率低下；螺纹和花键采用一次装夹来回两次冷搓成形，减少一次装夹。

在常规技术方案中由于夹持方法的缺陷，使得工件不能实现连续性的加工，总会存在加工的盲点，即夹持部位，也就是说，在常规工艺中为了夹持工件，往往会选择确定的夹持点，并且通过固定夹持的方式保持其定位进行加工，这种方式就会使得加工中断不能形成连续的金属线，往往会在夹持位置形成断点，影响产品的加工效果。

所述夹持机构对工件通过三点法进行定位并固定在双头车装夹上的具体方法为：

在工件上确定两组固定点，且两组固定点分别为位于中心的中心固定点以及位于中心固定点两侧的侧边固定点，中心固定点和任一侧边固定点之间的距离不小于坯料长轴的长度的四分之一；

首先仅由中心固定点对坯料进行定位，并将定位后的坯料固定在双头车装夹上，对工件的位置进行微调后进行锁定；

对工件进行车削加工，当车削的进程超过侧边固定点时，由中心固定点和两个侧边固定点同时对坯料进行固定，在侧边固定点将工件固定并锁定后，中心固定点在车削达到中心固定点之前解锁并松开，保证坯料的持续性车削加工。该固定方式仅仅需要对工件进行一次的锁定和微调，并不需要多次对工件的位置进行调整，从而减少实际的调整次数和幅度，保障加工的精度。

冷滚挤成形加工方向为往复加工，所述冷滚挤成形加工的具体步骤为：

将车削后的坯料以中心孔定位，通过数控系统移到不同的搓齿和搓丝模具位置进行搓齿和搓丝加工；

螺纹和花键的加工分别通过上下搓齿版和搓丝板一次冷滚挤成形；

相对设置的搓齿板运动方向相对，搓齿的厚度通过机床的液压实现；相对设置的搓丝板运动方向相对，通过上下搓丝板的相对运动带动轴回转，形成螺纹。

在上述中，均是通过两端中心孔对工件进行固定，数控系统对加工件进行轴向定位，上下模板相向运动，上下通过机床液压系统提供压力，模具相对运动一次，带动轴旋转，形成花键或螺纹，而该固定方式和加工模式在电驱轴行业加工过程中并没有任何的涉及，且该固定方式、加工工艺服务于双头车一次装夹的车削、冷滚挤加工和淬火，可以减少装夹的次数，提高产品加工过程效率。

在步骤400中，中频感应淬火的具体步骤为：

将粗加工后的坯料放置在上下均有定位孔且能够旋转的回转台上；

对坯料进行定位后固定在回转台上，根据坯料上花键和轴承位台阶所在的位置上并依据加热的需求绕制若干组相互独立的感应线圈，并通过喷淋冷却感应加热的位置实现局部淬火。

中频淬火采用一次装夹，三个专用感应淬火线圈对花键轴和两个轴承位置同时淬火，工件通过顶针孔定位回转淬火，淬火表面均匀。

在本发明的再一个实施例中，在步骤500中，粗加工后的坯料固定在回转台上的具体步骤为：

将坯料垂直于回转台所在平面的方向固定在回转台上，并通过调节机构上下调整坯料的定位；

在花键和轴承位台阶所在的位置上绕制环形或者半环形的感应线圈，且在非淬火的位置处设置有金属屏蔽板，金属屏蔽板的位置和宽度依据感应线圈的感应范围确定。

可按照图纸设计感应圈，达到较好的齿面硬度和内部良好的塑性，抗冲击和疲劳性能都得到大幅提升，同时生产效率远大于渗碳淬火工艺，成本大幅下降。通过中频淬火后，表面硬度高，零件该部位装配的精度高，一般采用磨床加工，本发明采用以车代磨的工艺，缩短了加工时间，也简化了装夹次数、降低了成本，减少磨床磨削液等对环境的影响。

结合前述可知，在本发明中通过采用新材料，相比较于现有的制作流程，减少了等温正火和渗碳淬火的工序，取而代之的锻后控制冷却和中频表面淬火工艺，从而提高50％的加工效率和降低15％的生产成本，并且在加工的过程中采用双头车床和搓齿冷成形的工艺加工，进一步提高18％的生产效率，减少产品的加工和多次定位，稳定产品质量，同时采用了环保方式的热处理工艺，获得显著社会效益。

在本发明中所述的制备工艺，其主要的特征在于两个方面：

第一，应用了前述新开发的材料，并且结合相应的锻后控制冷却工艺以及中频淬火工艺，从而形成高效、低成本和环境友好的生产方式；

第二，在本工艺中采用双头车、搓齿冷成形花键和螺纹，显著提高加工效率，减少加工定位次数，能够稳定产品的质量，可以充分发挥材料的性能，降低生产成本，有利于自动化生产。

另外，通过第三方检测，在性能参数上：静扭达到4694NM，比采用20CrMnTi的参照件高出27.2％，疲劳寿命在1600NM时，达到12万次，达到参照件的2.1倍，1400NM时达到27.1万次，达到参照件的1.69倍。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (6)

1.一种电驱动轴的生产工艺，其特征在于，电驱动轴的非调质钢材料按照质量百分比由如下原料组成：

C元素0.48~0.52%、Si元素0.30~0.50%、Mn元素1.00~1.40%、P元素0~0.02%、S元素0~0.02%、Cr元素0~0.03%、Mo元素0~0.03%、Ni元素0~0.03%、Cu元素0~0.025%、Ti元素0.015~0.020%、V元素0.05~0.15%、余量为Fe元素；

包括如下步骤：

步骤100、下料和楔横轧轧制，选择棒材的直径，按照工艺长度下料，并将棒材加热到1140~1160℃，将加热后的棒材通过楔横轧轧制获得与电驱轴外形相同的坯料，且在所述坯料外层预留有1~2mm的加工余量；

步骤200、控冷，将轧制后的坯料以可控的风冷方式快速冷却到600℃，当坯料降温至600℃以下时缓冷至室温；

所述可控的风冷方式具体的冷却方法为：

在楔横轧轧制完成后，将坯料立即放到控冷线上使用冷却风机强制冷却，冷却速率为4~5℃/s，直至将坯料冷却至600℃以下时采用缓冷的方式继续冷却，冷却速率控制的具体方法是通过链条电机变频对冷却风机的速度进行调节以控制冷却速度；

所述控冷线上的冷却方法具体步骤为：

将楔横轧轧制的坯料从坯料入口立即放于冷却通道内的传送带上；

通过热传感的方式获得坯料的温度参数，并根据温度参数获得冷却参数；

基于冷却参数确定冷却风机的频率、传送带速度以及回风流量比对坯料进行差异性的冷却；

所述冷却通道通过机壳（1）形成封闭环境，在传送带（2）入口处设置有急冷轴流风机组（3），且在传送带（2）的出口处设置有缓冷轴流风机组（4），所述急冷轴流风机组（3）和缓冷轴流风机组（4）均呈环形均匀设置在传送带（2）的周围，所述急冷轴流风机组（3）的入风口通过引风管（5）连通外界环境和回风管（6），在引风管（5）、外界环境和回风管（6）的连通处设置有混流阀（7），所述缓冷轴流风机组（4）的出风口与回风管（6）连通，所述急冷轴流风机组（3）的出风口与所述缓冷轴流风机组（4）的入风口通过导管（8）连通，在混流阀（7）和急冷轴流风机组（3）之间设置有用于控制风冷环境的风冷补偿装置（10），其中，所述风冷补偿装置包括多组依次设置的水冷管和电热管，所述水冷管和电热管呈螺旋状分布在风道内，且在风道的内壁上设置有导风片，该导风片的导向与水冷管、电热管的螺旋状方向相同，在每个水冷管和电热管的出口处均设置有温度传感器，温度传感器将测量所得温度传输至控制器；

步骤300、粗加工，采用双头车一次性定位加工冷却后坯料两端的中心孔和轴承位台阶，并以一次装夹的方式冷滚挤加工螺纹和花键；

步骤400、中频感应淬火，对花键的齿表面和轴承位台阶以中频感应的方式加热和回转均匀淬火；

步骤500、精加工，以车削的加工方式对淬火后的工件进行加工代替磨削加工，经探伤合格后作为成品输出。

2.根据权利要求1所述的一种电驱动轴的生产工艺，其特征在于，在步骤300中，粗加工的具体步骤为：

将冷却后的坯料放置在双头车装夹上，夹持机构将坯料通过三点法固定在双头车装夹上，在微调定位后将坯料锁定；

首先通过双头车的数控双刀同时从双向对坯料两端的端面、中心孔和轴承位台阶进行加工；

再通过搓丝板和花键搓齿板来回各一次冷滚挤成形加工螺纹和花键。

3.根据权利要求2所述的一种电驱动轴的生产工艺，其特征在于，所述夹持机构对工件通过三点法进行定位并固定在双头车装夹上的具体方法为：

在工件上确定两组固定点，且两组固定点分别为位于中心的中心固定点以及位于中心固定点两侧的侧边固定点，中心固定点和任一侧边固定点之间的距离不小于坯料长轴的长度的四分之一；

首先仅由中心固定点对坯料进行定位，并将定位后的坯料固定在双头车装夹上，对工件的位置进行微调后进行锁定；

对工件进行车削加工，当车削的进程超过侧边固定点时，由中心固定点和两个侧边固定点同时对坯料进行固定，在侧边固定点将工件固定并锁定后，中心固定点在车削达到中心固定点之前解锁并松开，保证坯料的持续性车削加工。

4.根据权利要求3所述的一种电驱动轴的生产工艺，其特征在于，多次的冷滚挤成形加工方向为往复加工，所述冷滚挤成形加工的具体步骤为：

将车削后的坯料以两端中心孔进行定位，通过上下搓齿板之间的相对相向运动，带动轴滚动并成形花键齿；同样，通过上下搓丝板相对相向运动，带动轴滚动并形成螺纹；

螺纹和花键的加工分别通过上下模具各相对运动一次即可成形；

螺纹和花键均采用了塑性冷加工，材料的流线连续，避免了金属切削加工形成的根部应力集中现象，提高产品的疲劳寿命。

5.根据权利要求1所述的一种电驱动轴的生产工艺，其特征在于，在步骤400中，中频感应淬火的具体步骤为：

将粗加工后的坯料放置在上下均有定位孔且能够旋转的回转台上；

对坯料进行定位后固定在回转台上，根据坯料上花键和轴承位台阶所在的位置上并依据加热的需求绕制若干组相互独立的感应线圈，并通过喷淋冷却感应加热的位置实现局部淬火。

6.根据权利要求5所述的一种电驱动轴的生产工艺，其特征在于，在步骤500中，粗加工后的坯料固定在回转台上的具体步骤为：

将坯料垂直于回转台所在平面的方向固定在回转台上，并通过调节机构上下调整坯料的定位；

在花键和轴承位台阶所在的位置上绕制环形或者半环形的感应线圈，且在非淬火的位置处设置有金属屏蔽板，金属屏蔽板的位置和宽度依据感应线圈的感应范围确定。

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