汽車(chē)轉(zhuǎn)向球頭銷(xiāo)感應(yīng)熱處理的改進(jìn)

汽車(chē)的轉(zhuǎn)向是由轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)完成的，轉(zhuǎn)向器是轉(zhuǎn)向系中的減速增力傳動(dòng)裝置，其功用是增大由轉(zhuǎn)向盤(pán)傳到轉(zhuǎn)向節(jié)的力矩，并改變力的傳遞方向。

轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的功用是：將轉(zhuǎn)向器輸出的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳給轉(zhuǎn)向橋兩側(cè)的轉(zhuǎn)向節(jié)，使兩側(cè)轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)，并使兩轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)按一定的關(guān)系變化，以保證汽車(chē)轉(zhuǎn)向時(shí)車(chē)輪與地面的相對(duì)滑動(dòng)盡可能小；吸收車(chē)輪傳到轉(zhuǎn)向盤(pán)的反沖力。轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由轉(zhuǎn)向搖臂、轉(zhuǎn)向直拉桿、轉(zhuǎn)向節(jié)（包括轉(zhuǎn)向節(jié)臂和梯形臂）、轉(zhuǎn)向橫拉桿等組成。轉(zhuǎn)向搖臂（也稱(chēng)轉(zhuǎn)向垂臂）連著轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向直拉桿，轉(zhuǎn)向盤(pán)和轉(zhuǎn)向器的運(yùn)動(dòng)傳給轉(zhuǎn)向搖臂，再由轉(zhuǎn)向搖臂傳給轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，使前輪轉(zhuǎn)向，在完成這個(gè)轉(zhuǎn)向過(guò)程中，在轉(zhuǎn)向搖臂、轉(zhuǎn)向直拉桿、轉(zhuǎn)向橫拉桿中使用球頭銷(xiāo)完成轉(zhuǎn)向的功能。

球頭銷(xiāo)在獨(dú)立懸架系統(tǒng)中被廣泛采用，控制臂或推力桿常通過(guò)位于端部的球頭銷(xiāo)與其他部件相連。球頭銷(xiāo)的主要功能是實(shí)現(xiàn)車(chē)輪上下跳動(dòng)和轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)，球頭銷(xiāo)是完成汽車(chē)行駛和轉(zhuǎn)向功能的重要的安保部品。常見(jiàn)的球頭銷(xiāo)形狀如圖1所示。

球頭銷(xiāo)部品的使用條件決定了球頭銷(xiāo)必須具有足夠的強(qiáng)度及耐久性，以承受車(chē)輪傳來(lái)的力和振動(dòng)，這也就意味著該部品的熱處理控制是保證強(qiáng)度和耐久性的關(guān)鍵因素，在這里針對(duì)球頭銷(xiāo)的感應(yīng)熱處理長(zhǎng)期摸索的改進(jìn)經(jīng)驗(yàn)介紹給各位同行參考。

1.球頭銷(xiāo)的主要制造工藝流程

某型載重卡車(chē)使用的球頭銷(xiāo)，材料采用國(guó)標(biāo)的45鋼，根據(jù)球頭銷(xiāo)的使用及技術(shù)要求，即要求球頭銷(xiāo)的表面具有高的耐磨性和耐久性，主要工藝流程：下料→皂化→冷鐓成形→調(diào)質(zhì)→鉆孔→粗車(chē)→粗磨→精車(chē)→精磨→滾絲→感應(yīng)加熱及淬火、回火→無(wú)損檢測(cè)→包裝→入庫(kù)。

2.球頭銷(xiāo)的技術(shù)要求及感應(yīng)熱處理主要工藝

根據(jù)該球頭銷(xiāo)的技術(shù)要求（見(jiàn)圖2），采用中頻感應(yīng)加熱進(jìn)行淬火、回火。使用型號(hào)為DGF-T-648B的中頻加熱機(jī)組，功率200kW、頻率8000Hz；淬火冷卻介質(zhì)為清水，水溫20~40℃、淬火水壓0.2~0.8MPa；回火采用井式回火爐，回火溫度180℃。使用的加熱感應(yīng)器的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3。

3.存在的問(wèn)題

使用上述中頻感應(yīng)熱處理工藝加工出來(lái)的球頭銷(xiāo)，經(jīng)檢驗(yàn)確認(rèn)：硬度、馬氏體組織、硬化層深度、硬化區(qū)域及形狀都合格，符合技術(shù)要求，但如圖4所示的硬化層形狀中，A、B兩處明顯比其他部分層深淺，硬化層深度非常不均勻，對(duì)熱處理的穩(wěn)定性控制帶來(lái)了很大的困難，為此我們決定改善此不良現(xiàn)象。

4.硬化層形狀不良的原因分析及改善措施

（1）硬化層形狀不良的原因分析

硬化層形狀主要取決于感應(yīng)器的結(jié)構(gòu)形狀，感應(yīng)器與被加熱部品之間的間隙越均勻越有利于硬化層的均勻，既硬化層形狀越好，但當(dāng)部品形狀復(fù)雜時(shí)，還要考慮感應(yīng)加熱特有的“尖角效應(yīng)”。另外，本感應(yīng)器的加熱和淬火冷卻噴水圈為一體化設(shè)計(jì)，因此在對(duì)感應(yīng)器有效圈的形狀設(shè)計(jì)時(shí)考慮了部品的放入和取出問(wèn)題，導(dǎo)致該感應(yīng)器的形狀設(shè)計(jì)成如圖3所示的結(jié)構(gòu)，而要改善圖4所示的硬化層形狀不良，只能從根本上改變感應(yīng)器的結(jié)構(gòu)和淬火冷卻噴水圈的結(jié)構(gòu)，為此我們需要重新設(shè)計(jì)感應(yīng)器和淬火冷卻噴水裝置。

（2）改善措施

新設(shè)計(jì)的的感應(yīng)器和淬火冷卻噴水裝置采用分體結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖5），左側(cè)為總成裝配的感應(yīng)器和淬火冷卻噴水裝置，右側(cè)A-A剖視圖為感應(yīng)器和工件上定位裝置，感應(yīng)器的形狀保證了感應(yīng)器有效圈內(nèi)側(cè)和工件間的間隙的均勻性，工件放入下置的裝夾機(jī)構(gòu)，移入感應(yīng)器內(nèi)，調(diào)整行程至中間位置，用上定位裝置固定，然后下置的裝夾機(jī)構(gòu)帶動(dòng)球頭銷(xiāo)旋轉(zhuǎn)，感應(yīng)器通電加熱部品，加熱完成后由前后淬火噴水盒噴水冷卻淬火，噴水停止后下置的裝夾機(jī)構(gòu)移出，取出球頭銷(xiāo)，再裝夾未淬火的球頭銷(xiāo)重復(fù)上述過(guò)程，完成淬火后的球頭銷(xiāo)入回火爐回火。

5. 改善效果

應(yīng)用上述的改善措施重新對(duì)球頭銷(xiāo)進(jìn)行感應(yīng)熱處理，經(jīng)檢驗(yàn)，回火硬度60HRC；金相組織如圖6、圖7所示，表層為馬氏體6級(jí)，心部為回火索氏體2級(jí)；硬化層深度3.2~4.0mm如圖8所示，改善后的球頭銷(xiāo)硬化層形狀和層深比改善前相對(duì)均勻，尤其在圖8中的A、B兩處的硬化層深度和形狀得到了明顯的改善，但是在用于生產(chǎn)過(guò)程中操作者反饋裝夾和卸件效率低，導(dǎo)致產(chǎn)量比改善前下降。

6. 再改善

針對(duì)裝夾和卸件效率低的問(wèn)題，我們分析主要是新設(shè)計(jì)的定位和裝夾裝置不夠合理，導(dǎo)致人工操作動(dòng)作比較多，花費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，為此我們決定引入立式機(jī)床來(lái)取代原定位和裝夾裝置，這樣減少了原固定螺母的時(shí)間和工件放入下置的裝夾機(jī)構(gòu)所需移入感應(yīng)器內(nèi)的時(shí)間，為此相應(yīng)的圖5所示的分體式感應(yīng)器和淬火冷卻噴水裝置中A-A視圖變?yōu)閳D9所示狀態(tài)。

7. 再改善確認(rèn)

經(jīng)過(guò)再改善后的裝夾、定位機(jī)構(gòu)投入生產(chǎn)使用后，裝夾和卸件的效率恢復(fù)到正常的生產(chǎn)狀態(tài)，滿足了生產(chǎn)的要求。

8、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)形狀比較復(fù)雜的球頭銷(xiāo)的感應(yīng)熱處理的系統(tǒng)改進(jìn)，更深入地意識(shí)到在熱處理工藝設(shè)計(jì)過(guò)程中，只有不斷設(shè)計(jì)、實(shí)踐驗(yàn)證、改善確認(rèn)、再檢討改善提高的循環(huán)過(guò)程，才能使整個(gè)熱處理系統(tǒng)持續(xù)改進(jìn)到更加符合部品設(shè)計(jì)所要求的技術(shù)性能要求。

無(wú)錫歐能可根據(jù)不同形狀的球頭銷(xiāo)和淬火工藝定制感應(yīng)淬火設(shè)備的解決方案，聯(lián)系：0510-85539101  13961733860