驱动桥轴头超音频淬火改进

叉车驱动桥轴头超音频改进

（黄诚 肖结良 安徽合力叉车股份有限公司合肥铸锻厂 230022） 摘要：驱动桥是叉车的重要安全件。其轴头的超音频淬火过程中使用了新设备，通过对台阶处淬火方法的对比试验，通过硬度、金相、疲劳试验验证，确定了最终热处理工艺。 关键词：叉车 轴头 超音频

驱动桥轴头连接着桥壳和轮毂，并作为杠杆作用的支点，承担搬运货物时的下压载荷，承担了复杂路况下的交变载荷，是叉车核心部件，也是重要安全件。因此，对其质量的控制显得尤为重要。在工厂的设计优化和加工设备的更新过程中，原轴头结构进行了调整，表面淬火设备由高频改进为超音频，由此我们对淬火工艺进行了摸索。

1试验材料和方法

1.1试验材料

轴头材料为35CrMo，化学成分见表1，结构简图见图1，毛坯经锻打、粗车、调质、精车、感应淬火后交付使用。调质后组织为回火索氏体，如图2所示。

图1 轴头结构简图 图2 轴头调质后组织图

表1 轴头化学成分

项目 C 试验材0.367 料 GB/T300.32-0.4 77-1999 Si 0.243 0.17-0.37 Mn 0.51 0.4-0.7 P 0.014 ≤0.035 S 0.007 ≤0.035 Cr 0.9 0.80-1.10 Mo 0.156 0.15-0.25 1.2试验方法

1.2.1工艺要求：199.5段感应淬火，淬火硬度50-55HRC，淬火深度1.6mm以上。 1.2.2工艺设备：淬火电源为HKTP250KW/6-20KHZ晶体管变频电源，机床采用

HKVC-100通用淬火机床。该套设备由西门子677C工控机控制，可编程，工件旋转速度在0-200 rpm范围内连续可调，感应器可在X轴、Z轴方向运动，Y轴可通过手动调整。最大工件重量300Kg，淬火液最大压力为0.6MPa，设备定位精度±0.05mm。感应器采用圆轴感应器，感应器前端截面为三角形，安装硅钢片。淬火介质为1%聚乙烯醇淬火液。 1.2.3加工方案：

台阶轴的感应淬火目前有两种处理方法：一种是功率小的设备采用连续式淬火，一种是功率大的设备采用一次整体加热淬火。因设备功率较小，无法满足一次整体加热淬火的要求，我们采用了连续式淬火方法。因台阶轴变径较大，采用两次淬火方式，第一次淬φ135处，第二次淬直径105及其后的变径、花键处。

工艺难点是两次淬火的交界处容易产生裂纹，特别是在圆弧过渡小的时候更加明显。

方案一：将R角台阶面全部淬硬，形成连续淬硬层。利用感应器前端三角形截面可对R角形成有效加热的工艺特性，让感应器X向偏移3mm，感应器底端距离台阶面3mm。加热3s后淬火温度达到约950-1000℃后上升进行连续淬火。

方案二：R角不淬火，预留5-7mm不淬硬，形成断续淬硬层。感应器底端距离台阶面7mm，加热2s后淬火温度达到约900-950℃后开始上升淬火。 1.2.4检测方案

采用便携式里氏硬度计检测淬火硬度，采用着色探伤剂检查裂纹，采用线切割解剖+金相检查方式，检查淬火组织及淬硬层深度，采用JB/T 5928-1991 《工程机械驱动桥 台架试验方法》进行30万次垂直弯曲疲劳试验，检验是否会出现疲劳裂纹。

2试验结果和分析 2.1实验结果

两种方案试验结果见表2。方案一生产了5件，在R处出现裂纹，且裂纹发生率100%，见图3。方案二生产了20件，未见裂纹，见图4。经解剖检验，淬硬层在3mm。经30万次垂直弯曲疲劳试验，淬火部位未见疲劳裂纹。

表2 两种方案试验结果

工艺 X距投加热硬度HL 裂纹 备注 向 方案一 -3 方案二 0 离 3 7 功 92 90 时间 3 750-790 R3处两道裂纹 R3处未淬上硬度 2 730-760 无 有7mm软带 裂纹

图3 淬火裂纹 图4 方案二着色探伤后工件

2.2结果分析

感应加热存在集肤及尖角效应。方案一中当感应器贴近台阶处，产生的涡流将集中在尖角和内圈中。圆R处加热无法达到淬火温度。当淬火时，加热区遇冷收缩大，圆R角同步收缩。这就会产生两个方向相反的力。当这两个力超过材料的抗拉强度后将会产生裂纹。如果延长加热时间，将导致尖角过烧，产生报废。

方案二中感应器远离台阶处，减少了尖角效应，同时感应器和工件同轴，保证了加热均匀，避免了淬火开裂。硬度也较均匀，73-760HLD，相当于52-56HRC。虽然存在了7mm的淬火软带，但根据《热加工工艺规范》中就台阶轴感应淬火的规定，见图5，7mm淬火软带是允许的。

图5 台阶轴淬火软带规定

3结论

1、φ105感应淬火段保留距φ135端面5-10mm不淬火，可有效避免淬

火裂纹的出现。

2、台阶轴过渡处应采用圆R角过渡，且过渡角在允许的范围内越大越好，可有效减少淬火应力的集中，避免开裂。

3、微机控制的超音频淬火机床生产的轴头质量稳定，生产效率得到提升。