CN116901640A - 一种平衡轴及其加工方法 - Google Patents

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赵燕强
王延斐
赵蕾
杨兴勇
赵岩
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    • B60G21/02Interconnection systems for two or more resiliently-suspended wheels, e.g. for stabilising a vehicle body with respect to acceleration, deceleration or centrifugal forces permanently interconnected
    • B60G21/04Interconnection systems for two or more resiliently-suspended wheels, e.g. for stabilising a vehicle body with respect to acceleration, deceleration or centrifugal forces permanently interconnected mechanically
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Abstract

本发明提供了一种平衡轴及其加工方法,涉及平衡轴领域,采用的方案是:包括本体,所述本体两端为衬套配合区,所述衬套配合区外圆周设置有滚压强化层,所述滚压强化层上设置有微织构。本发明能够提升平衡轴的耐摩擦磨损性能,满足使用要求,延长其使用寿命。

Description

一种平衡轴及其加工方法
技术领域
本发明涉及平衡轴领域,尤其涉及一种平衡轴及其加工方法。
背景技术
目前,双后桥汽车后悬架系统绝大部分采用平衡悬架结构,平衡轴是该平衡悬架结构中的关键部件,在卡车行驶过程中,平衡轴可有效缓解整车振动,在颠簸路段行驶过程中,车身会发生明显的起伏变化,平衡轴的上下端面会受到冲击载荷,为保持车辆的平稳行驶及受力均匀,平衡轴会不断的做跷板式旋转运动;重型汽车由于载重量大,经常在路况较差的场地工作,其中的平衡轴负荷较大,平衡轴总成的可靠性和使用寿命对于重型汽车显得尤为重要,频繁的垂直载荷冲击及跷板式运动会导致平衡轴局部表面磨损的加剧,导致平衡轴工作过程中产生异响,甚至发生内部零部件的报废失效。
现有技术中,平衡轴多采用40Cr材质,进过调质处理,进行车削和磨削加工,在使用过程中多采用油润滑的方式来减缓平衡轴的表面磨损,申请公布号为CN102582390A的发明专利公开了一种用于汽车的平衡悬架,包括平衡轴和套装于平衡轴外部的平衡轴座,以及设于平衡轴座外侧,且通过外侧轴承、内侧轴承与平衡轴连接的板式弹簧座,板式弹簧座内设有润滑油;平衡轴上设有轴肩,轴肩的内侧壁、外侧壁分别与平衡轴座的外侧壁、内侧轴承的内侧壁贴合设置;该技术方案能避免板式弹簧座中的润滑油发生泄漏,进而避免轴承和平衡轴严重磨损,延长轴承和平衡轴的使用寿命。
但由于单一油润滑的方式减摩效果有限,在频繁的动载荷作用下,平衡轴的磨损速度仍相对较快。
发明内容
为了解决上述现有技术中的平衡轴在载荷冲击下表面磨损严重使用寿命较短的问题,本发明提供了一种平衡轴及其加工方法,能够提升平衡轴的耐摩擦磨损性能,满足使用要求,延长其使用寿命。
为解决上述技术问题,第一方面,本发明提供了一种平衡轴,包括本体,所述本体两端为衬套配合区,所述衬套配合区外圆周设置有滚压强化层,所述滚压强化层上设置有微织构。通过设置微织构的滚压强化层实现对衬套配合区硬度、耐磨性以及表面粗糙度等级的提升减少表面磨损,通过设置微织构增大滚压强化层的储油润滑能力,还能储存磨粒防止零部件被磨粒二次划伤,能够有效地减小平衡轴与衬套之间的摩擦,还能在摩擦过程中产生附加流体动压力,提升动压承载力,进一步提升滚压强化层的减磨性能,提升平衡轴的耐摩擦磨损性能,满足使用要求,延长其使用寿命。
进一步的,所述滚压强化层为梯度纳米结构。通过将滚压强化层设置成梯度纳米结构一方面增强滚压强化层与轴本体的强度,防止硬度突然变化造成的滚压强化层开裂脱落,另一方面,梯度纳米层能够有效避免因微织构的制造产生的热量导致的表面晶粒尺寸增大,影响滚压强化层的减磨作用。
进一步的,所述微织构为点坑型织构。通过采用点坑型织构的微织构能够避免微织构的应力集中,避免微织构提早失效。
进一步的,所述微织构包括均匀分布的微凹坑,所述微凹坑半径为50μm~55μm,所述微凹坑的深度为8μm~10μm,所述微凹坑的间距为L,200μm≤L≤220μm,所述滚压强化层厚度为100μm~200μm。通过这样的设置增强滚压强化层的减磨性能,同时降低对滚压强化层的影响。
进一步的,所述衬套配合区顶部和底部的所述滚压强化层上设置有所述微织构,所述顶部和所述底部对应的圆心角为a,10°≤a≤15°。通过在衬套配合区最经常发生磨损的区域设置微织构能够降低平衡轴的生产成本,提升生产效率。
第二方面,本发明提供了一种平衡轴加工方法,用于制造上述的平衡轴,包括以下步骤:
S01:在衬套配合区制备滚压强化层;
S02:清洗表面油污;
S03:利用激光器设备进行微织构处理;
S04:将加工完成的平衡轴放入超声清洗池中,去除表面加工残屑。
进一步的,在所述S01中,利用超声表面滚压设备对所述衬套配合区进行超声滚压,在加工过程中不断涂抹润滑油进行润滑和冷却。通过超声滚压形成梯度纳米层,避免后期微织构制备中产生的热量造成表面晶粒尺寸过大,影响滚压强化层的耐磨性能。
进一步的,在所述S01中,超声滚压工艺参数为工件旋转速度为250r/min~300r/min,超声滚压设备压头工作压力为200N~350N,压头振幅为15μm~35μm,超声滚压设备往复滚压6~8次。通过此参数范围一方面获得层深较深的超声滚压,另一方面避免超声滚压层开裂脱落。
进一步的,在所述S03中,产生的微织构为点坑型织构,微凹坑半径为50μm~55μm,微凹坑的深度为8μm~10μm,微凹坑的间距为L,200μm≤L≤220μm。
进一步的,在所述S03中,在衬套配合区顶部和底部设置微织构,顶部和底部对应的圆心角为a,10°≤a≤15°。
从以上技术方案可以看出,本发明具有以下优点:
本发明提供了一种平衡轴及其加工方法,通过设置微织构的滚压强化层实现对衬套配合区硬度、耐磨性以及表面粗糙度等级的提升减少表面磨损,通过设置微织构增大滚压强化层的储油润滑能力,还能储存磨粒防止零部件被磨粒二次划伤,能够有效地减小平衡轴与衬套之间的摩擦,还能在摩擦过程中产生附加流体动压力,提升动压承载力,进一步提升滚压强化层的减磨性能,提升平衡轴的耐摩擦磨损性能,满足使用要求,延长其使用寿命;通过将滚压强化层设置成梯度纳米结构一方面增强滚压强化层与轴本体的强度,防止硬度突然变化造成的滚压强化层开裂脱落,另一方面,梯度纳米层能够有效避免因微织构的制造产生的热量导致的表面晶粒尺寸增大,减少应力集中和裂纹扩展,提高滚压强化层的耐久性和寿命;通过采用点坑型织构的微织构能够避免微织构的应力集中,避免微织构提早失效;通过在衬套配合区最经常发生磨损的区域设置微织构能够降低平衡轴的生产成本,提升生产效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案,下面将对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本发明的一些实施例,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,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中平衡轴、平衡轴壳与衬套的装配结构示意图。
图2为现有技术中平衡轴的结构示意图。
图3为现有技术中衬套配合区的结构示意图。
图中,1、平衡轴壳,2、衬套,3、平衡轴,301、衬套配合区,302、顶部,303、底部。
具体实施方式
为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂,下面将结合本具体实施例中的附图,对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而非全部的实施例。基于本专利中的实施例,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它实施例,都属于本专利保护的范围。
具体实施方式一
本具体实施方式提供了一种平衡轴,包括本体,本体两端为衬套配合区301,衬套配合区301外圆周设置有滚压强化层,滚压强化层上设置有微织构;通过设置微织构的滚压强化层实现对衬套配合区301硬度提升进而提升耐磨性,表面粗糙度数值降低等级提升减少与衬套之间的摩擦力,从而实现减少平衡轴表面磨损,通过设置微织构增大滚压强化层的储油润滑能力,还能储存磨粒防止零部件被磨粒二次划伤,能够有效地减小平衡轴与衬套之间的摩擦,还能在摩擦过程中产生附加流体动压力,提升动压承载力,进一步提升滚压强化层的减磨性能,能够提升平衡轴的耐摩擦磨损性能,满足使用要求,延长其使用寿命。
为了增强滚压强化层的结合强度以及避免微织构制备产生的热量影响,滚压强化层为梯度纳米结构;通过将滚压强化层设置成梯度纳米结构,一方面增强滚压强化层与轴本体的强度,防止硬度突然变化造成的滚压强化层开裂脱落,另一方面,梯度纳米层能够有效避免因微织构的制造产生的热量导致的表面晶粒尺寸增大,减少应力集中和裂纹扩展,提高滚压强化层的耐久性和寿命。
为了延长微织构的使用寿命,微织构为点坑型织构;通过采用点坑型织构的微织构能够避免微织构的应力集中,避免微织构提早失效。
为了提升微织构的作用同时降低微织构对滚压强化层的影响,微织构包括均匀分布的微凹坑,微凹坑半径为50μm~55μm,微凹坑的深度为8μm~10μm,微凹坑的间距为L,200μm≤L≤220μm,滚压强化层厚度为100μm~200μm;通过这样的设置增强滚压强化层的减磨性能,同时降低对滚压强化层的影响。
为了降低制造成本,衬套配合区301顶部301和底部303的滚压强化层上设置有微织构,顶部301和底部303对应的圆心角为a,10°≤a≤15°,在本具体实施方式中,a为10°;通过在衬套配合区301最经常发生磨损的区域设置微织构能够降低平衡轴的生产成本,提升生产效率。
在本具体实施方式中,微凹坑半径为50μm,微凹坑的深度为8μm,微凹坑的间距为220μm,滚压强化层厚度为100μm。
经试验,衬套配合区301表面粗糙度为Ra0.47μm,衬套配合区301表面硬度提升20%,使用寿命相比现有技术中的平衡轴延长14%。
具体实施方式二
本具体实施方式与具体实施方式一的结构相同,区别在于:微凹坑半径为55μm,微凹坑的深度为10μm,微凹坑的间距为200μm,滚压强化层厚度为150μm。
经过试验,衬套配合区301表面粗糙度为Ra0.36μm,衬套配合区301表面硬度提升27%,使用寿命相比现有技术中的平衡轴延长15.6%。
具体实施方式三
本具体实施方式提供了一种平衡轴加工方法,用于制造具体实施方式一中的平衡轴,包括以下步骤:
S01:在衬套配合区制备滚压强化层;
S02:清洗表面油污;
S03:利用激光器设备进行微织构处理;
S04:将加工完成的平衡轴放入超声清洗池中,去除表面加工残屑。
其中,为了实现滚压强化层的梯度纳米结构,在S01中,利用超声表面滚压设备对衬套配合区进行超声滚压,在加工过程中不断涂抹润滑油进行润滑和冷却,通过超声滚压形成梯度纳米层,避免后期微织构制备中产生的热量造成表面晶粒尺寸过大,影响滚压强化层的耐磨性能;超声滚压工艺参数为工件旋转速度为250r/min~300r/min,超声滚压设备压头工作压力为200N~350N,压头振幅为15μm~35μm,超声滚压设备往复滚压6~8次,通过此参数范围一方面获得层深较深的超声滚压,另一方面避免超声滚压层开裂脱落,在本具体实施方式中,工件旋转速度为300r/min,超声滚压设备压头工作压力为200N,压头振幅为15μm,超声滚压设备往复滚压6次。
在S03中,产生的微织构为点坑型织构,微凹坑半径为50μm~55μm,微凹坑的深度为8μm~10μm,微凹坑的间距为L,200μm≤L≤220μm,在本具体实施方式中,微凹坑半径为50μm,微凹坑的深度为8μm,微凹坑的间距为220μm。
为了降低制造成本,在S03中,在衬套配合区顶部和底部设置微织构,顶部和底部对应的圆心角为a,10°≤a≤15°,在本具体实施方式中,a为10°。
经试验,衬套配合区301表面粗糙度为Ra0.47μm,衬套配合区表面硬度提升20%,使用寿命相比现有技术中的平衡轴延长14%。
具体实施方式四
本具体实施方式与具体实施方式三基本相同,区别在于:工件旋转速度为250r/min,超声滚压设备压头工作压力为300N,压头振幅为20μm,超声滚压设备往复滚压8次,微凹坑半径为55μm,微凹坑的深度为10μm,微凹坑的间距为200μm,在本具体实施方式中,微凹坑半径为50μm,微凹坑的深度为8μm,微凹坑的间距为200μm。
经过试验,衬套配合区301表面粗糙度为Ra0.36μm,衬套配合区表面硬度提升27%,使用寿命相比现有技术中的平衡轴延长15.6%。
从以上具体实施方式中可以看出本发明具有以下有益效果:
1、通过设置微织构的滚压强化层实现对衬套配合区硬度、耐磨性以及表面粗糙度等级的提升减少表面磨损,通过设置微织构增大滚压强化层的储油润滑能力,还能储存磨粒防止零部件被磨粒二次划伤,能够有效地减小平衡轴与衬套之间的摩擦,还能在摩擦过程中产生附加流体动压力,提升动压承载力,进一步提升滚压强化层的减磨性能,提升平衡轴的耐摩擦磨损性能,满足使用要求,延长其使用寿命;
2、通过将滚压强化层设置成梯度纳米结构一方面增强滚压强化层与轴本体的强度,防止硬度突然变化造成的滚压强化层开裂脱落,另一方面,梯度纳米层能够有效避免因微织构的制造产生的热量导致的表面晶粒尺寸增大,减少应力集中和裂纹扩展,提高滚压强化层的耐久性和寿命;
3、通过采用点坑型织构的微织构能够避免微织构的应力集中,避免微织构提早失效;
4、通过在衬套配合区最经常发生磨损的区域设置微织构能够降低平衡轴的生产成本,提升生产效率。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“上”、“下”、“外侧”、“内侧”等(如果存在)是用于区别位置上的相对关系,而不必给予定性。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换,以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外,术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含。
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种平衡轴,包括本体,本体两端为衬套配合区(301),其特征在于,衬套配合区(301)外圆周设置有滚压强化层,滚压强化层上设置有微织构。
2.如权利要求1所述的平衡轴,其特征在于,滚压强化层为梯度纳米结构。
3.如权利要求2所述的平衡轴,其特征在于,微织构为点坑型织构。
4.如权利要求3所述的平衡轴,其特征在于,微织构包括均匀分布的微凹坑,微凹坑半径为50μm~55μm,微凹坑的深度为8μm~10μm,微凹坑的间距为L,200μm≤L≤220μm,滚压强化层厚度为100μm~200μm。
5.如权利要求1所述的平衡轴,其特征在于,衬套配合区(301)顶部(302)和底部(303)的滚压强化层上设置有微织构,顶部(302)和底部(303)对应的圆心角为a,10°≤a≤15°。
6.一种平衡轴加工方法,其特征在于,用于制造如权利要求1-5任一项所述的平衡轴,包括以下步骤:
S01:在衬套配合区制备滚压强化层;
S02:清洗表面油污;
S03:利用激光器设备进行微织构处理;
S04:将加工完成的平衡轴放入超声清洗池中,去除表面加工残屑。
7.如权利要求6所述的平衡轴加工方法,其特征在于,在S01中,利用超声表面滚压设备对衬套配合区进行超声滚压,在加工过程中不断涂抹润滑油进行润滑和冷却。
8.如权利要求7所述的平衡轴加工方法,其特征在于,在S01中,超声滚压工艺参数为工件旋转速度为250r/min~300r/min,超声滚压设备压头工作压力为200N~350N,压头振幅为15μm~35μm,超声滚压设备往复滚压6~8次。
9.如权利要求6所述的平衡轴加工方法,其特征在于,在S03中,产生的微织构为点坑型织构,微凹坑半径为50μm~55μm,微凹坑的深度为8μm~10μm,微凹坑的间距为L,200μm≤L≤220μm。
10.如权利要求9所述的平衡轴加工方法,其特征在于,在S03中,在衬套配合区顶部和底部设置微织构,顶部和底部对应的圆心角为a,10°≤a≤15°。
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