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文檔簡介

不等角速度傳動的萬向傳動軸大都采用開式、管狀、兩端有剛性十字軸萬向節(jié)的結(jié)構(gòu)。其中傳動軸管的作用就是在盡可能減少功率消耗的情況下,滿足長距離傳輸扭矩的需要。傳動軸管通常采用薄壁直縫鋼管。為了保證平穩(wěn)、可靠地傳遞動力,鋼管的強度、精度和工藝性能三方面應(yīng)滿足以下要求。(1)高強度要求。由于汽車傳動軸的實際工況較為復(fù)雜,在工作中既要承受隨機變化的交變載荷,又要承受起動、制動及因道路狀況變化所引起的交變載荷,故要求鋼管必須具有較好的強度和塑性。(2)高精度要求。傳動軸是在高速旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)下傳遞扭矩的運動部件,只有鋼管的尺寸和形狀達到一定的精度,才能使傳動軸的質(zhì)量中心接近于回轉(zhuǎn)中心,減少由于離心力引起的系統(tǒng)振動,保證車輛高速行駛時的平穩(wěn)性。(3)工藝性要求。為保證傳動軸總成的質(zhì)量,鋼管的縮口、壓扁、靜扭等工藝性能試驗必須合格。工藝方案雖然,生產(chǎn)某輕型汽車所用的φ68.9mm×2.3mm傳動軸管的無縫鋼管,在國家標準中也已經(jīng)有規(guī)定,但要用這種無縫鋼管來加工傳動軸管在工藝上遇到了麻煩:如果采用傳統(tǒng)的生產(chǎn)方法進行加工,傳動軸管兩端在進行縮口過程中,非常容易出現(xiàn)裂紋、皺縮的現(xiàn)象;若采用熱加工縮口,在焊接時強度就會明顯降低,因此不能滿足傳動軸管高強度的要求;如果采用普通的冷擠壓縮口方式,則易使管口處出現(xiàn)裂紋、管口不平齊,從而影響到傳動軸管的焊接定位和增加不平衡量。為解決上述問題,我們采用帶芯冷拔工藝加工傳動軸管。試驗證明,加工出來的傳動軸管管口,工藝性能良好。采用帶芯棒冷拔鋼管時,作用在變形區(qū)域上的外力及應(yīng)力狀態(tài)如圖1所示。圖1中P為作用在拔管上的外作用力,即施加于鋼管前端的拔制力;p及pz分別為在拔管模錐形入口處,作用在鋼管外表面上的單位壓力及其水平分力;P01、P1為在定徑帶上作用在鋼管內(nèi)表面的單位壓力;τ、τ2為在拔管模入口錐處,作用在鋼管外表面的單位摩擦力及其水平分力;τ0為在減壁區(qū)作用在鋼管內(nèi)表面的單位摩擦力;τ01、τ1為定徑帶上作用在鋼管內(nèi)外表面的單位摩擦力;σ為軸向應(yīng)力;σ1為徑向應(yīng)力;σi為周向應(yīng)力;I表示減徑區(qū);Ⅱ表示減壁區(qū);Ⅲ表示定徑帶。由圖1可知,在拔管過程中,在變形區(qū)上的鋼管所受的外力可以分解成兩組:一組是在外表面和內(nèi)表面沿圓周力分布的徑向壓力;一組是由拔制力和與它相平衡的軸向力所組成的拉力。在這些外力作用下,變形區(qū)內(nèi)部產(chǎn)生相應(yīng)應(yīng)力。其軸向為拉應(yīng)力,徑向和周向均為壓應(yīng)力。在這種狀態(tài)下,金屬的變形抗力低,因此比較容易成形。圖1變形區(qū)域所受外力及應(yīng)力狀態(tài)如圖1所示,采用帶短芯棒拔制工藝時,由于鋼管的變形是在外模和芯棒的共同作用下完成的,即同時減徑和減壁,而且鋼管在內(nèi)外表面都存在摩擦阻力。所以,拔制時金屬的流動和變形比較均勻,鋼管不易開裂。鋼管在冷拔過程中,外模型腔和內(nèi)芯棒的尺寸決定了鋼管變形后的尺寸;同時,鋼管的內(nèi)壁會比較均勻。因此,冷拔后鋼管的直徑與壁厚尺寸精度得以提高,為傳動軸總成的生產(chǎn)提供了便利。在輕型汽車傳動軸管的技術(shù)條件中,要求屈服強度大于412MPa。利用鋼管冷拔過程中產(chǎn)生的加工硬化現(xiàn)象可以提高傳動軸管用材的屈服強度值,滿足所要求的機械性能。綜上所述,采用帶芯冷拔工藝方法生產(chǎn)φ68.9mm×2.3mm傳動軸管,生產(chǎn)周期短、成本低、效率高,不僅在技術(shù)上可行,而且經(jīng)濟性也好。工藝試驗帶芯冷拔工藝多適用于無縫鋼管的生產(chǎn),而采用這種工藝生產(chǎn)汽車傳動軸管,必須根據(jù)傳動軸所用鋼管的技術(shù)要求和現(xiàn)有冷拔工藝的生產(chǎn)經(jīng)驗進行工藝試驗,選出最合理的工藝方案。管坯的選擇帶芯冷拔鋼管的管坯直徑、壁厚及其尺寸是決定成品管的塑性變形量、殘余應(yīng)力、表面質(zhì)量及尺寸精度的基本因素。合理地選用管坯的規(guī)格,對加工傳動軸管的質(zhì)量和降低成本都有很大的意義,考慮到傳動軸管是專用鋼管,其尺寸精度和形狀精度都較高,尤其是焊縫的內(nèi)外毛刺必須徹底清除干凈。根據(jù)相關(guān)資料列出的拔制參數(shù),選擇比成品φ68.9mm×2.3mm的外徑和壁厚都大的傳動軸用電焊鋼管為毛坯。例如,國內(nèi)常用的傳動軸管φ76mm×2.5mm和φ89mm×2.5mm兩種;同時考慮到焊管冷拔的實際情況,為使冷拔所產(chǎn)生的不利因素降至最低,分析選用08Z鋼的φ76mm×2.5mm的電焊鋼管為最佳,鋼管的內(nèi)徑為φ70.94mm,壁厚為2.61mm,直線度為0.33mm/m,橢圓度為0.32mm,焊縫高度為-0.02mm。該鋼管實測的參數(shù)如下:σb=579MPa,σ0.2=376MPa,δ=25.2%,擴口、壓扁、渦流探傷均合格。拔管模冷拔采用入口錐度為24°的硬質(zhì)合金拔模。為保證拔制后鋼管的直線度,將拔模的定徑帶寬度制成常規(guī)拔模的2.5倍,公稱直徑為φ68.9mm。這樣寬的定徑帶會使拔制力P增大,但對保證加工后的軸管的直線度是有效的,對終拔后不經(jīng)校直的鋼管尤其有效。拔制采用的芯棒為硬質(zhì)合金短芯棒,其工作帶直徑為φ64.3mm。拔制工藝鋼管經(jīng)過冷拔后,不僅其材料的塑性指標降低,更主要的是鋼管的焊縫質(zhì)量和力學(xué)性能都有可能急劇下降。在傳動軸總裝時,需在傳動軸兩端壓裝相關(guān)零件并與其焊成一體。在進行動平衡試驗時,還要在軸管上點焊平衡片??紤]到由于鋼管在冷拔后會產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力,再經(jīng)兩端的熔焊及局部加熱的點焊,鋼材的內(nèi)應(yīng)力又會重新分布,使鋼管產(chǎn)生彎曲變形,動態(tài)不平衡量值增大。在進行重復(fù)動態(tài)平衡試驗時,質(zhì)量中心有可能無規(guī)律地或過分游離已標定的相位,至使平衡矢量值無法修正。所以,考慮到鋼管焊接后內(nèi)應(yīng)力對傳動軸動態(tài)性能的影響程度,并為獲得材料良好的機械性能及焊縫質(zhì)量,我們擬定了以下三種試驗方案,通過試驗選出最佳工藝方法。(1)在冷拔前對管坯進行退火處理,目的是進一步改善管材質(zhì)量。尤其是改善焊縫處的金相組織,消除焊接應(yīng)力,降低屈服強度,提高塑性,減少冷拔后產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。然后在矯直機上矯直,經(jīng)酸洗后再磷化皂化潤滑,拔制成形。(2)直接對管坯進行酸洗和磷化皂化,不經(jīng)熱處理工序直接冷拔至要求尺寸。(3)管坯在未經(jīng)熱處理的狀態(tài)下先空拔至φ71.5mm×2.5mm,然后進行一次中間熱處理,矯直后經(jīng)酸洗和磷化皂化,然后采用帶芯冷拔法拔制。以上三種方案中,管坯均以13m/min的速度在最終成形模上拔成,所拔制的傳動軸管的表面質(zhì)量都較好。試驗結(jié)果與分析對拔制成形的傳動軸管進行了以下試驗和檢測,鋼管的力學(xué)性能數(shù)值和管坯、成品管的實測數(shù)值如表1所示?!霰?成品管力學(xué)性能工藝性能試驗(1)縮口試驗。根據(jù)相關(guān)規(guī)定,采用標準試驗方法進行縮口試驗。對60°圓錐縮小0.80%,對于先熱處理管、未熱處理管、中間熱處理管,除了未處理管在第2次裂了外,其他都完好。(2)壓扁試驗。根據(jù)相關(guān)規(guī)定,進行鋼管的壓扁試驗,H=2D/3=45.93mm,其中:H為管高,D為管徑。對于先熱處理管、未熱處理管、中間熱處理管,除了未熱處理管在第2次,第5次裂了外,其他都完好。(3)靜扭轉(zhuǎn)強度試驗。根據(jù)試驗要求,取實測數(shù)值與規(guī)格相近的φ76mm×2.5mm和φ63.5×2.5mm兩種傳動軸管的額定靜扭矩值進行比較,φ6mm×2.5mm管的靜扭矩值不小于1.57kN?m,采用500型扭力試驗機進行試驗,試驗結(jié)果表明,以上三種方案拔制的鋼管在5kN?m力矩的作用下均未屈服。(4)扭轉(zhuǎn)疲勞試驗。為考核冷拔傳動軸承受交變載荷的能力,根據(jù)輕型汽車傳動軸的額定軸荷,采用非對稱循環(huán),在WHP-6型試驗臺上檢驗其扭轉(zhuǎn)疲勞壽命指標。經(jīng)試驗,扭轉(zhuǎn)疲勞循環(huán)次數(shù)達三十余萬次仍無破壞,超過了《汽車傳動軸質(zhì)量分等規(guī)定-汽車傳動軸總成質(zhì)量分等》中優(yōu)等品水平20萬次,6次循環(huán)次數(shù)分別為300311、300068、301945、301943、301943、300521,均無破壞情況,達到的等級均為優(yōu)等品。結(jié)果分析從試驗結(jié)果可以看出,當(dāng)管坯經(jīng)過預(yù)熱處理后拔制的鋼管,其抗拉強度、屈服強度、尺寸精度及橢圓度都明顯高于國家標準的規(guī)定。冷拔后,鋼管及焊縫質(zhì)量通過工藝性能試驗也全部合格。由于產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力較小,故鋼管焊接后的彎曲變形也較小。采用中間熱處理的鋼管由于有兩道拔制工藝,所以直線度較差,低于國家標準的規(guī)定。未經(jīng)熱處理的冷拔的鋼管,其尺寸精度和橢圓雖然高于國標的規(guī)定,但明顯低于經(jīng)過熱處理拔制的鋼管,雖然其抗拉強度和屈服強度提高顯著、直線度好,但由此引起延伸率下降,導(dǎo)致在擴口和壓扁試驗時焊縫開裂,而且鋼管殘留內(nèi)應(yīng)力也相對最大,對焊接反應(yīng)最敏感,焊后彎曲變形嚴重。上述分析說明,經(jīng)熱處理拔制的軸管在許多方面優(yōu)于未經(jīng)熱處理拔制的鋼管,它完全可以滿足輕型汽車傳動軸所用鋼管的加工要求。結(jié)束語汽車傳動軸管由于擔(dān)負長距離傳輸扭矩的任務(wù),因此在強度、精度及工藝性等方面有很高的要求。對加工傳動軸管采用的帶芯冷拔縮口進行可行性分析,并進行工藝試驗,試驗結(jié)果表明,采用短芯棒冷拔工藝加工傳動軸管,技術(shù)經(jīng)濟性能好,有一定的推廣價值。傳動軸管的傳統(tǒng)生產(chǎn)方式是在輥式成形機組上將熱(冷)軋帶鋼高頻焊接成形,需要21道工序;而采用冷拔法則只需12道工序:管料→錘頭→退火→矯直→酸洗→清洗→沖洗→磷化→皂化→拔制→切頭切

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