[发明专利]轿车变截面变壁厚旋锻轴毛坯强度设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种轿车变截面变壁厚旋锻轴毛坯强度设计方法，尤其是一种旋锻工艺具有连续的纤维流线、表面成形质量好、容易成形变截面变厚度结构、效率高、材料利用率高等优势的旋锻轴毛坯强度设计方法。

背景技术

在国外的高技术和高水平高级轿车传动轴制造中广泛应用。轿车等速万向中间轴是利用无缝钢管通过无芯棒旋锻、含芯棒旋锻、渐开线花键成形等工艺形成的变截面、变厚度空心轴。旋锻轴毛坯的材料特性、尺寸等不但影响旋锻工艺参数、旋锻轴热处理强化工艺的制定，还影响旋锻轴产品静强度和疲劳强度特性。轿车旋锻轴毛坯的材料特性主要包括材料成分、组织、屈服强度、抗拉强度、硬度等。轿车旋锻轴毛坯的材料特性、尺寸等不但影响旋锻工艺参数、旋锻轴热处理强化工艺的制定，还影响旋锻轴产品静强度和疲劳强度特性。旋锻轴毛坯的材料特性主要包括材料成分、组织、硬度、屈服强度、抗拉强度等。旋锻轴毛坯屈服强度和抗拉强度特性直接影响旋锻过程中材料变形和流动、旋锻进给工艺参数、旋锻力、旋锻功率以及旋锻效率等，旋锻轴毛坯屈服强度和抗拉强度特性还通过热处理强化特性进一步影响旋锻轴产品的静强度和疲劳强度特性。本发明结合旋锻轴产品的使用载荷特性、旋锻工艺特性、热处理强化特性等提出了一种轿车变截面变壁厚旋锻轴毛坯强度设计方法。本发明方法对轿车旋锻轴毛坯材料及其特性设计、旋锻工艺参数制定以及提高旋锻质量和效率等具有重要的技术参考价值。

发明内容

本发明结合轿车旋锻轴产品的使用载荷特性、旋锻工艺特性、热处理强化特性等提出了一种轿车变截面变壁厚旋锻轴毛坯强度设计方法。

本发明的技术方案是：一种轿车变截面变壁厚旋锻轴毛坯强度设计方法，包括以下步骤：

(1)根据轿车旋锻轴产品的使用载荷特性和旋锻工艺要求，提出旋锻轴材料成分要求，进行旋锻轴材料成分的选择和设计；

(2)根据轿车旋锻轴材料的旋锻能力和旋锻轴制造工艺，进行轿车旋锻轴毛坯强度的初步设计；

(3)根据轿车旋锻轴产品的载荷特性和旋锻轴工艺特性，提出旋锻轴产品的热处理强化工艺要求；

(4)根据轿车旋锻轴产品的静强度和毛坯的强度关系，进一步提出轿车旋锻轴毛坯的强度设计要求；

(5)根据轿车旋锻轴产品的疲劳寿命和毛坯的强度关系，再次提出旋锻轴毛坯的强度设计要求；

(6)结合旋锻工艺、热处理强化工艺以及产品的静强度和疲劳强度要求，进行轿车旋锻轴毛坯强度的最终设计。

上述步骤(1)中，根据轿车旋锻轴产品的使用载荷特性和旋锻工艺要求，提出旋锻轴材料成分要求，进行旋锻轴材料成分的选择和设计：轿车旋锻轴毛坯材料选择时既要满足旋锻轴制造工艺要求，又要满足旋锻轴产品使用过程中的静强度和疲劳强度要求，选择的旋锻轴材料为25CrMo4、34CrMo4、34CrNiMo6或36CrNiMo4中任一种低碳合金钢。

上述步骤(2)中，根据轿车旋锻轴材料的旋锻能力和旋锻轴制造工艺，进行轿车旋锻轴毛坯强度的初步设计：对于低碳合金钢，良好的旋锻能力需要控制毛坯的屈服强度不高于450MPa、抗拉强度高于700MPa、毛坯材料的屈强比不高于0.65；进一步考虑毛坯旋锻的加工硬化和空心轴段I和III处旋锻后的渐开线花键冷成形对材料强度的限制，旋锻轴毛坯材料的屈服强度初步设计不高于430MPa、抗拉强度不高于670MPa、屈强比不高于0.65。

上述步骤(3)中，根据轿车旋锻轴产品的载荷特性和旋锻轴工艺特性，提出旋锻轴产品的热处理强化工艺要求：旋锻轴工艺特性要求选择低碳合金，旋锻轴产品的载荷特性要求旋锻轴具有很高的强度；为了满足旋锻工艺和产品承受的载荷要求，旋锻轴产品需要进行热处理强化，强化工艺为渗碳淬火；渗碳深度要确保旋锻轴轴段II不渗透，渗碳深度确定为0.5-1mm；旋锻轴渗碳淬火后表面强度不低于2300MPa、心部强度不低于1700MPa。

上述步骤(4)中，根据轿车旋锻轴产品的静强度和毛坯的强度关系，进一步提出轿车旋锻轴毛坯的强度设计要求：旋锻轴产品的静强度试验表明，随着旋锻轴毛坯屈服强度的提高，旋锻轴的静强度和传递的静扭矩随之提高；旋锻轴产品传递的静扭矩要求，旋锻轴毛坯的屈服强度不低于320MPa，相应的抗拉强度不低于500MPa。

上述步骤(5)中，根据轿车旋锻轴产品的疲劳寿命和毛坯的强度关系，再次提出旋锻轴毛坯的强度设计要求：旋锻轴产品的疲劳寿命试验表明，随着旋锻轴毛坯屈服强度的提高，旋锻轴疲劳寿命随之下降；旋锻轴产品的疲劳寿命要求，旋锻轴毛坯的屈服强度要不高于390MPa，相应的抗拉强度不高于600MPa。