CN114559261A - 半轴套管加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种半轴套管加工方法，先按照钢材组分加工半轴套管的圆坯，随后对圆坯进行粗车及镗孔，再对工件进行热处理，热处理完成后加工工件的端面及倒角，随后采用半精车与精车加工各级外圆，最后对成型后的工件加工螺纹、键槽、花键、以及钻孔等。通过上述方式，本发明采用的钢材的组分和比例能够保证半轴套管圆坯具有更好的加工性能，便于后续的成型工艺的进行，此外，本发明的半轴套管加工工序设置合理、加工精度高，且热处理后工件在抗拉强度、延伸率、屈服强度、以及断面收缩率上均具备优异的表现。

Description

半轴套管加工方法
技术领域
本发明涉及半轴套管加工技术领域，特别是涉及一种半轴套管加工方法。
背景技术
半轴套管是汽车驱动桥总成上的重要零件。它与驱动桥壳形成一体，使左右驱动车轮的轴向相当位置固定，一起支承车架及其上的各总成质量。同时在汽车行驶时承受由车轮传来的路面反作用力和力矩，并经悬架传统车架。此外，半轴套管成型后的性能以及加工的工艺难度与其钢材成分也有很大的关系。
现有技术提供了一种高韧耐磨半轴套管的加工方法，采用砂型制备，通过在熔炼炉中加入废钢、铬铁，升温熔化，然后依次加入锰铁、硅铁、钛铁、镍铁、钼铁、铌钒合金；控制铁水出炉温度为1550℃，浇注到砂型中形成管坯，随后将管坯轧制成无缝半轴套管，最后经过热处理得到半轴套管。这种技术虽然对半轴套管的钢材成分进行改进，并改进了传统半轴套管加工时的热处理工艺。但是，这种技术制备的半轴套管只是在韧性以及耐磨性上具备较好的优点，在半轴套管的抗拉强度和屈服强度、以及端面收缩率和延伸率等方面的表现一般。
因此，设计一种工艺顺序设置合理、制备的原坯便于加工、半轴套管在各个方面均具备优良的性能的半轴套管加工方法就很有必要。
发明内容
为了克服上述问题，本发明提供一种半轴套管加工方法，采用的钢材的组分和比例能够保证半轴套管圆坯具有更好的加工性能，便于后续的成型工艺的进行，此外，本发明的半轴套管加工工序设置合理、加工精度高，且热处理后工件在抗拉强度、延伸率、屈服强度、以及断面收缩率上均具备优异的表现。
为实现上述的目的，本发明采用的技术方案是：
一种半轴套管加工方法，包括以下步骤：
S1、将炼钢原料融化成钢水，并将钢水精炼和脱气后连铸成圆坯；
S2、将圆坯加工成Φ114×27的无缝钢管，并由锯床加工至长度为458mm；
S3、按顺序粗车工件外圆至预设尺寸要求；
S4、镗工件的两端内孔，确保满足同轴度要求；
S5、对工件进行热处理，确保工件硬度为HRC28～32；
S6、加工工件两端的端面，并加工倒角；
S7、半精车各级外圆，随后精车外圆至预设尺寸要求；
S8、加工螺纹、键槽、以及花键、并对工件钻孔；
S9、目测工件外表面有无缺陷，若无缺陷，则将工件上防锈油后入库。
进一步的，在步骤S1中，炼钢原料的成分及比重为：C：0.37～0.44％、Cr:0.80～1.10％、Mn:0.50～0.80％、Si:0.17～0.3％、Mo：0.10～0.20％、Ni:≤0.30％、P：≤0.035％、S：≤0.035％、Cu：≤0.30％。
进一步的，在步骤S2中，无缝钢管的内径为60mm，并检查无缝钢管上是否存在裂纹与夹渣缺陷。
进一步的，在步骤S3中，由工件的一端按顺序依次粗车Φ79mm的外圆至1.5mm深度，粗车Φ83mm的外圆至41.5mm深度，粗车Φ91.5mm的外圆至57mm深度，粗车Φ94mm的外圆至49.4mm，粗车Φ113mm的外圆至工件的另一端。
进一步的，在步骤S4中，先镗工件右端的内孔，镗孔深度为270mm，并保证内孔孔径为Φ60±1mm且内孔满足同轴度要求；随后，将工件掉头后镗右端的内孔，并保证内孔孔径为Φ60±1mm且内孔满足同轴度要求。
进一步的，在步骤S5中，热处理包括以下步骤：
S51、将工件均匀垂直放入热处理篮内，并在工件的横竖位置间用圆钢隔开，随后将工件吊入加热炉内，检查有无倾倒，确认后方可合上加热炉门；
S52、将加热炉升温到860℃，并保温120分钟；
S53、切断电源后开炉，将工件放入温度低于60℃的水中，用空压机保持水的流动性，使半轴套管硬度均匀，将工件沉浸15～30分钟后吊起；
S54、再将工件吊入加热炉内，并升温到580℃，保温120～150分钟后，将工件从炉内吊出自然冷却；
S55、待工件冷却后，用洛氏硬度计检测工件的硬度，确保工件的硬度为HRC28～32。
进一步的，在步骤S6中，包括以下步骤：
S61、用45°的端面车刀车右端面至形成长度为1.5mm的第一台阶面；
S62、刀架旋转一个刀位，并用内孔镗刀镗Φ62、Φ70的内孔至预设尺寸要求，并加工倒角1.5×30°；
S63、将工件掉头，并用45°的端面车刀车右端面，保证总长为455±0.5mm；
S64、刀架旋转一个刀位，并用内孔镗刀加工倒角2×30°。
进一步的，在步骤S7中，半精车各级外圆时，除Φ88.5mm的外圆单边预留0.2mm的余量，Φ88.5mm的外圆半精车至预设尺寸要求；精车各级外圆时，精车Φ80、Φ91、以及Φ110的外圆至预设尺寸要求。
进一步的，在步骤S8中，螺纹为M80*1.5-6h，其外径为79.84～80.0mm，其中径为78.866～79.026mm；铣槽深度为10mm。
进一步的，在步骤S8中，花键的加工包括以下步骤：
S81、选择传动齿轮，Z1＝25，Z2＝45，Z3＝24，Z4＝60；
S82、滚齿刀安装后，调节刀架的倾角为2°47′，并使滚齿刀切屑刃与设备主轴垂直；
S83、工件大端上鸡心夹传递扭矩，双顶尖固定，滚花键至预设尺寸。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明的半轴套管加工方法，通过按照钢材组分加工半轴套管的圆坯，能够保证半轴套管圆坯具有更好的加工性能，便于后续的成型工艺的进行，随后对圆坯进行粗车及镗孔，再对工件进行热处理，热处理完成后加工工件的端面及倒角，随后采用半精车与精车加工各级外圆，最后对成型后的工件加工螺纹、键槽、花键、以及钻孔等。本发明的半轴套管加工工序设置合理、加工精度高，且热处理后工件在抗拉强度、延伸率、屈服强度、以及断面收缩率上均具备优异的表现。
2.本发明的半轴套管加工方法，通过在半轴套管上加工花键，方便半轴套管与管件之间的连接，且对花键部位采用局部高频淬火，保证花键部位的硬度为38～45HRC，提高花键的使用寿命。
附图说明
图1是本发明的半轴套管加工方法的流程示意图；
图2是本发明的半轴套管加工方法的热处理工艺示意图；
图3是本发明的半轴套管加工方法的成型后半轴套管的结构示意图；
图4是本发明的半轴套管加工方法的产品实物照片；
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
另外，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
实施例1
如图1所示，一种半轴套管加工方法100，包括以下步骤：
S1、将炼钢原料融化成钢水，并将钢水精炼和脱气后连铸成圆坯。
在本步骤中，炼钢原料的成分及比重为：C：0.4％、Cr:1.0％、Mn:0.70％、Si:0.3％、Mo：0.20％、Ni:≤0.30％、P：≤0.035％、S：≤0.035％、Cu：≤0.30％，其余为Fe和其他不可避免的杂质。
(其中，C成分可以显著提高钢的强度，但是其成分过高时会提高碳当量降低焊接性能，并加剧碳偏析，因此，C的含量在0.37～0.44％比较合理。
Cr成分可以改善钢的抗氧化作用，增强钢的抗腐蚀能力，但是Cr含量较高时，钢的断面收缩率以及伸长率会显著下降，因此，Cr的含量在0.80～1.10％比较合理。
Mn成分固溶于铁素体以提高材料强度，含量过高时，钢中的组织偏析严重，影响焊接性能，因此，Mn的含量在0.50～0.80％比较合理。
Si成分固溶于铁素体以提高钢的屈服强度，但同时会损失钢的塑性和韧性，因此，Si的含量在0.17～0.3％比较合理。
Mo成分是通过碳化物及固溶强化形式来提高钢的强度及回火稳定性，含量低于0.1效果不明显，含量高于0.2会降低钢的韧性，因此，Mo的含量在0.10～0.20％比较合理。
Ni成分能提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性，但是其成本较高，添加少量即可。
S成分可改善钢的被切削性能，P成分含量过高时对钢来说属于有害的杂质元素，但是将P和Cu同时加入钢成分中，能够使钢材的内锈层分带明显，更有利于提高钢的耐蚀性。)
S2、将圆坯加工成Φ114×27的无缝钢管，并由锯床加工至长度为458mm。
在本步骤中，无缝钢管的内径为60mm，并检查无缝钢管上是否存在裂纹与夹渣等缺陷，若有缺陷，及时将无缝钢管剔除。若无缺陷，则将无缝钢管工件放置在锯床上，调整机台总场工装确保工件总长为458mm后锁紧并加工。
S3、按顺序粗车工件外圆至预设尺寸要求。
在本步骤中，由工件的一端按顺序依次粗车Φ79mm的外圆至1.5mm深度，粗车Φ83mm的外圆至41.5mm深度，粗车Φ91.5mm的外圆至57mm深度，粗车Φ94mm的外圆至49.4mm，粗车Φ113mm的外圆至工件的另一端，从而形成油封与三个台阶面。
S4、镗工件的两端内孔，确保满足同轴度要求。
在本步骤中，先镗工件右端的内孔，镗孔深度为270mm，并保证内孔孔径为Φ60±1mm且内孔满足同轴度要求。随后，将工件掉头后镗右端的内孔，并保证内孔孔径为Φ60±1mm且内孔满足同轴度要求。
S5、对工件进行热处理，确保工件硬度为HRC28～32。
如图2所示，在本步骤中，热处理包括以下步骤：
S51、将工件均匀垂直放入热处理篮内，并在工件的横竖位置间用圆钢隔开，随后将工件吊入加热炉内，检查有无倾倒，确认后方可合上加热炉门；
S52、将加热炉升温到860℃，并保温120分钟；
S53、切断电源后开炉，将工件放入温度低于60℃的水中，用空压机保持水的流动性，使半轴套管硬度均匀，将工件沉浸15～30分钟后吊起。冷却时半轴套管必须全部浸于水当中,水的高度必须高于半轴套管高度30厘米以上,半轴套管不得碰到水底,须离水底10厘米以上。
S54、再将工件吊入加热炉内，并升温到580℃，保温120～150分钟后，将工件从炉内吊出自然冷却；
S55、待工件冷却后，用布氏硬度计检测工件的硬度，确保工件的硬度为HRC28～32。若硬度偏高，重新回火，并按10°＝HRC1对温度进行调整。若硬度偏低，则按淬火+回火重新进行调质。
S6、加工工件两端的端面，并加工倒角。
在本步骤中，包括以下步骤：
S61、用45°的端面车刀车右端面至形成长度为1.5mm的第一台阶面；
S62、刀架旋转一个刀位，并用内孔镗刀镗Φ62、Φ70的内孔至预设尺寸要求，并加工倒角1.5×30°；
S63、将工件掉头，并用45°的端面车刀车右端面，保证总长为455±0.5mm；
S64、刀架旋转一个刀位，并用内孔镗刀加工倒角2×30°。
S7、半精车各级外圆，随后精车外圆至预设尺寸要求。
在本步骤中，半精车各级外圆时，除Φ88.5mm的外圆单边预留0.2mm的余量，Φ88.5mm的外圆半精车至预设尺寸要求；精车各级外圆时，精车Φ80、Φ91、以及Φ110的外圆至预设尺寸要求，以将三个台阶面精车成型。
S8、加工螺纹、键槽、以及花键、并对工件钻孔。
在本步骤中，螺纹为M80*1.5-6h，其外径为79.84～80.0mm，其中径为78.866～79.026mm；铣槽深度为10mm。
花键的加工包括以下步骤：
S81、选择传动齿轮，Z1＝25，Z2＝45，Z3＝24，Z4＝60；
S82、滚齿刀安装后，调节刀架的倾角为2°47′，并使滚齿刀切屑刃与设备主轴垂直；
S83、工件大端上鸡心夹传递扭矩，双顶尖固定，滚花键至预设尺寸。
花键能够方便半轴套管与管件之间的连接，且对花键部位采用局部高频淬火，保证花键部位的硬度为38～45HRC，提高花键的使用寿命。
S9、目测工件外表面有无缺陷，若无缺陷，则将工件上防锈油后入库。
实施例2
如图1所示，一种半轴套管加工方法100，包括以下步骤：
S1、将炼钢原料融化成钢水，并将钢水精炼和脱气后连铸成圆坯。
在本步骤中，炼钢原料的成分及比重为：C：0.5％、Cr:1.20％、Mn:0.90％、Si:0.35％、Mo：0.25％、Ni:≤0.30％、P：≤0.035％、S：≤0.035％、Cu：≤0.30％，其余为Fe和其他不可避免的杂质。
除上述步骤S1外，其余步骤与实施例1的步骤相同。
实施例3
如图1所示，一种半轴套管加工方法100，包括以下步骤：
S1、将炼钢原料融化成钢水，并将钢水精炼和脱气后连铸成圆坯。
在本步骤中，炼钢原料的成分及比重为：C：0.35％、Cr:0.70％、Mn:0.40％、Si:0.15％、Mo：0.05％、Ni:≤0.30％、P：≤0.035％、S：≤0.035％、Cu：≤0.30％，其余为Fe和其他不可避免的杂质。
除上述步骤S1外，其余步骤与实施例1的步骤相同。
实施例4
一种半轴套管加工方法100，其热处理包括以下步骤：
S51、将工件均匀垂直放入热处理篮内，并在工件的横竖位置间用圆钢隔开，随后将工件吊入加热炉内，检查有无倾倒，确认后方可合上加热炉门；
S52、将加热炉升温到800℃，并保温120分钟；
S53、切断电源后开炉，将工件放入温度低于60℃的水中，用空压机保持水的流动性，使半轴套管硬度均匀，将工件沉浸15～30分钟后吊起。冷却时半轴套管必须全部浸于水当中,水的高度必须高于半轴套管高度30厘米以上,半轴套管不得碰到水底,须离水底10厘米以上。
S54、再将工件吊入加热炉内，并升温到560℃，保温120～150分钟后，将工件从炉内吊出自然冷却；
S55、待工件冷却后，用洛氏硬度计检测工件的硬度，确保工件的硬度为HRC28～32。
实施例5
一种半轴套管加工方法100，其热处理包括以下步骤：
S51、将工件均匀垂直放入热处理篮内，并在工件的横竖位置间用圆钢隔开，随后将工件吊入加热炉内，检查有无倾倒，确认后方可合上加热炉门；
S52、将加热炉升温到880℃，并保温120分钟；
S53、切断电源后开炉，将工件放入温度低于60℃的水中，用空压机保持水的流动性，使半轴套管硬度均匀，将工件沉浸15～30分钟后吊起。冷却时半轴套管必须全部浸于水当中,水的高度必须高于半轴套管高度30厘米以上,半轴套管不得碰到水底,须离水底10厘米以上。
S54、再将工件吊入加热炉内，并升温到600℃，保温120～150分钟后，将工件从炉内吊出自然冷却；
S55、待工件冷却后，用布氏硬度计检测工件的硬度，确保工件的硬度为HRC33～38。
Figure BDA0003546274520000091
表1 实施例1-3的钢化学成分
Figure BDA0003546274520000092
表2 实施例1-3的各项性能参数
淬火温度 回火温度
实施例1 860℃ 580℃
实施例4 800℃ 560℃
实施例5 880℃ 600℃
表3 实施例1与实施例4-5的热处理温度
Figure BDA0003546274520000101
表4 实施例1与实施例4-5的各项性能参数
由表2可知，实施例1的半轴套管的抗拉强度及屈服强度完全满足国家标准，其延伸率以及断面收缩率的表现较好，不易发生抗拉伸断裂，且冲击功与冲击韧性值都较高，能够抵抗较大的冲击，安全性具有保证。当C、Cr、Mn
、Si、Mo等组分比例发生变化时，半轴套管的各项性能有所下降。
由表4可知，实施例的半轴套管在热处理时，淬火温度为860℃，回火温度为580℃时，半轴套管在屈服强度与抗拉强度上的表现最为优异。当温度低于当前温度值时，屈服强度与抗拉强度略微下降，但是当温度高于当前温度时，屈服强度与抗拉强度发生大幅度下降。
如图3至图4所示，采用本发明的工艺加工成型后的半轴套管具有三个不同尺寸的台阶面，且在一端设置有油封，便于组合使用。此外，半轴套管的一端的外周壁上开设有花键，便于半轴套管与其它管材通过花键快速连接，且花键部位采用局部高频淬火，保证花键部位的硬度为38～45HRC，提高花键的使用寿命。
从加工后的半轴套管的外型来讲，工艺步骤的合理化设置和热处理温度的精准把控，使得产品精度与形位公差更高，半轴套管的稳定性、耐用性也大大提高。此外，采用本申请工艺的半轴套管的热处理更均匀，且对半轴套管表面进行电泳，半轴套管的整体结构、以及防腐蚀方面更优秀。
以上所述仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种半轴套管加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将炼钢原料融化成钢水，并将钢水精炼和脱气后连铸成圆坯；
S2、将圆坯加工成Φ114×27的无缝钢管，并由锯床加工至长度为458mm；
S3、按顺序粗车工件外圆至预设尺寸要求；
S4、镗工件的两端内孔，确保满足同轴度要求；
S5、对工件进行热处理，确保工件硬度为HRC28～32；
S6、加工工件两端的端面，并加工倒角；
S7、半精车各级外圆，随后精车外圆至预设尺寸要求；
S8、加工螺纹、键槽、以及花键、并对工件钻孔；
S9、目测工件外表面有无缺陷，若无缺陷，则将工件上防锈油后入库。
2.根据权利要求1所述的半轴套管加工方法，其特征在于，在步骤S1中，炼钢原料的成分及比重为：C：0.37～0.44％、Cr:0.80～1.10％、Mn:0.50～0.80％、Si:0.17～0.3％、Mo：0.10～0.20％、Ni:≤0.30％、P：≤0.035％、S：≤0.035％、Cu：≤0.30％。
3.根据权利要求1所述的半轴套管加工方法，其特征在于，在步骤S2中，无缝钢管的内径为60mm，并检查无缝钢管上是否存在裂纹与夹渣缺陷。
4.根据权利要求1所述的半轴套管加工方法，其特征在于，在步骤S3中，由工件的一端按顺序依次粗车Φ79mm的外圆至1.5mm深度，粗车Φ83mm的外圆至41.5mm深度，粗车Φ91.5mm的外圆至57mm深度，粗车Φ94mm的外圆至49.4mm，粗车Φ113mm的外圆至工件的另一端。
5.根据权利要求1所述的半轴套管加工方法，其特征在于，在步骤S4中，先镗工件右端的内孔，镗孔深度为270mm，并保证内孔孔径为Φ60±1mm且内孔满足同轴度要求；随后，将工件掉头后镗右端的内孔，并保证内孔孔径为Φ60±1mm且内孔满足同轴度要求。
6.根据权利要求1所述的半轴套管加工方法，其特征在于，在步骤S5中，热处理包括以下步骤：
S51、将工件均匀垂直放入热处理篮内，并在工件的横竖位置间用圆钢隔开，随后将工件吊入加热炉内，检查有无倾倒，确认后方可合上加热炉门；
S52、将加热炉升温到860℃，并保温120分钟；
S53、切断电源后开炉，将工件放入温度低于60℃的水中，用空压机保持水的流动性，使半轴套管硬度均匀，将工件沉浸15～30分钟后吊起；
S54、再将工件吊入加热炉内，并升温到580℃，保温120～150分钟后，将工件从炉内吊出自然冷却；
S55、待工件冷却后，用洛氏硬度计检测工件的硬度，确保工件的硬度为HRC28～32。
7.根据权利要求1所述的半轴套管加工方法，其特征在于，在步骤S6中，包括以下步骤：
S61、用45°的端面车刀车右端面至形成长度为1.5mm的第一台阶面；
S62、刀架旋转一个刀位，并用内孔镗刀镗Φ62、Φ70的内孔至预设尺寸要求，并加工倒角1.5×30°；
S63、将工件掉头，并用45°的端面车刀车右端面，保证总长为455±0.5mm；
S64、刀架旋转一个刀位，并用内孔镗刀加工倒角2×30°。
8.根据权利要求1所述的半轴套管加工方法，其特征在于，在步骤S7中，半精车各级外圆时，除Φ88.5mm的外圆单边预留0.2mm的余量，Φ88.5mm的外圆半精车至预设尺寸要求；精车各级外圆时，精车Φ80、Φ91、以及Φ110的外圆至预设尺寸要求。
9.根据权利要求1所述的半轴套管加工方法，其特征在于，在步骤S8中，螺纹为M80*1.5-6h，其外径为79.84～80.0mm，其中径为78.866～79.026mm；铣槽深度为10mm。
10.根据权利要求1所述的半轴套管加工方法，其特征在于，在步骤S8中，花键的加工包括以下步骤：
S81、选择传动齿轮，Z1＝25，Z2＝45，Z3＝24，Z4＝60；
S82、滚齿刀安装后，调节刀架的倾角为2°47′，并使滚齿刀切屑刃与设备主轴垂直；
S83、工件大端上鸡心夹传递扭矩，双顶尖固定，滚花键至预设尺寸。
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