[发明专利]一种挤压形变强化柔性空心半轴及制造工艺

说明书

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。