汽车、拖拉机和电瓶车后半轴设计

汽车、拖拉机、电瓶车后半轴（图6-5-32）材质为40Cr，属于两端局部镦粗的长杆类典型件，采用16MN平锻机生产较好。但国内只有很少工厂有平锻机，不少工厂采用胎模锻造和自由锻造生产。

图6-5-32 半轴简图

a）拖拉机后半轴 b）电瓶车后半轴

国内绝大多数摆辗生产厂家是采用卧式摆辗机生产半轴，其工艺流程大体有如下几种类型：

1）电热镦机局部镦粗制坯→摆辗机终成形；

2）加热→三辊仿形轧机预制坯→摆辗机终成形；

3）加热→径向锻造机拔长预制坯→摆辗机终成形；

4）加热→压力机胎模锻局部镦粗预制坯→摆辗机终成形。

图6-5-33所示为摆辗终成形拖拉机后半轴的热摆辗件图和三辊仿形轧机预制坯或径向锻造机拔长预制坯图。

图6-5-33 热摆辗成形拖拉机后半轴的预制坯与热摆辗件图

a）三辊仿形轧机预制坯或径向锻造机拔长预制坯 b）热摆辗成形件

图6-5-34所示为摆辗终成形汽车后半轴的热摆辗件图和压力机胎模锻局部镦粗预制坯图。

摆辗成形件和胎模锻件半轴比较，生产率高两倍以上，且尺寸精度较高，每支半轴比胎模锻件节约材料1.5kg，班组人员减少一半，减少了笨重的体力劳动，操作时振动小，无噪声。

摆辗和平锻工艺相比，两者生产率和产品精度基本相同，但摆辗工艺单件模具费用仅为平锻工艺的21%，设备总投资为平锻工艺的1/3，且占地面积小，厂房建筑费用低，劳动环境好，劳动强度低。

热摆辗半轴法兰，由于毛坯的高径比大于2，不能直接辗压成形，需要预制坯。摆辗半轴的坯料一般都是制成前端小，后端大的锥形坯料。

（1）制坯

1）在750kg空气锤上制坯。这种方法是在锤砧上加工一个长孔，制坯时把长杆插入锤砧上的长孔中，然后用套筒模将加热到锻造温度的露出部分锻打成倒锥形。这种制坯工艺显然与摆辗工艺不协调，但所需设备简单，易于实现。

2）液压机制坯。液压机制坯与锤上制坯的方法相似，但是与锤上制坯相比，它无噪声、无振动，劳动条件好。液压机的公称压力要大于1000kN。

3）电热镦粗制坯。电热镦粗是一种先进锻造工艺，它是利用电流通过坯料直接加热，同时进行镦粗。因为加热和镦粗均是局部连续进行的，毛坯镦粗长度不受限制，变形的长径比远远大于3。这一点是别的锻造设备无法比拟的。它的优点还在于无振动、无噪声、氧化少，容易实现机械化与自动化。但其不足之处是工艺参数较难控制，对原始坯料表面粗糙度的要求高，稍有不慎易出现过烧或弯曲等缺陷。

4）轧机制坯。利用80型三辊仿形轧机将ϕ70～ϕ90mm的圆棒料轧成ϕ50mm的杆部和ϕ60mm的花键部分，然后摆辗成形。

5）精锻机（径向锻造机）制坯。这种制坯方法对原材料的直径要求不高。某厂采用精锻机制坯，毛坯直径为ϕ75，整体加热后精锻拔长杆部，然后对大端进行摆辗成形。

此外，还有采用夹板锤制坯和液压打包机制坯的。

各种型式的制坯都必须先考虑摆辗的变形特征，然后确定坯料形状。由于摆辗时坯料的上端面易变形，所以坯料以上细下粗的圆台形状为佳。当然，如果工艺困难，坯料也可取为圆柱形。

由于摆动辗压时锻件毛坯与上模接触的一面容易充满型槽，而与下模接触的一面不易充满型槽，所以在设计模具时采用汽车半轴法兰盘的上平面为分模面，如图6-5-35所示。

图6-5-34 摆辗终成形汽车后半轴的预制坯与热摆辗件图

a）镦粗成形花键端 b）法兰端一次镦粗 c）法兰端二次镦粗 d）热摆辗成形法兰

图6-5-35 半轴摆辗模的分模面

a）开式模摆动辗压 b）闭式模摆动辗压

（2）摆辗模具设计 固定模型槽及尺寸可按热锻件图上相应的形状和尺寸设计。

对于摆动模：(www.xing528.com)

1）热摆辗成形件图中轴线通过的外R球或平面顶端之中心点为O点，在摆动模中，将其设计为摆动模的顶点，锥面倾角为3°，与摆头之摆角相同。

2）热摆辗成形件图中，热摆辗成形件的轴线就是摆辗机的轴线。热摆辗成形件图中几个与轴线相垂直的圆平面在摆动模上设计成圆锥面或圆锥平台侧表面。

3）摆动模圆锥顶点到模具安装面的距离等于摆辗中心点O到摆头模底座面的距离。

4）热摆辗成形件图上法兰盘上平面以上的高度就是摆动模型槽的深度尺寸，要测量其大小，必须在与所对应的圆锥母线的垂线方向度量。

5）热摆辗件图上圆角半径为R₁，其模具上与之相对应的圆角半径为R_m，二者必须相等。因为在热摆辗件图中圆心位于中心轴线的垂线上。但在制造摆动模时，圆心位置应以摆动模轴心线的垂线为基准，然后偏移一个与摆角相同的角度，其圆心所处的圆角半径大小不变。

选择原材料的直径，视制坯工艺而定。如果用轧机或精锻机制坯，原材料直径就选大一些，一般在ϕ70～ϕ90mm。用其他方法制坯，一般均选用和半轴杆部直径相等的原材料。

根据体积不变原则计算棒料长度，然后利用锯床下料。为了去除氧化皮表面锈蚀、突起，再放进滚筒里打光。最后还要利用校直机校直。

（3）摆辗工艺力计算 法兰部分是半轴中变形量最大的部分，解放牌汽车半轴法兰直径为ϕ180mm，厚度为h=21mm，如果按选择平锻机的经验公式：

P=57.5KS

式中 P——成形力（kN）；

S——半轴法兰的投影面积（cm²）；

K——钢种系数，对于40Cr钢，K取1.1。

则P=57.5×1.1×3.14×9²kN=16087kN

选择摆动辗压机可按下式计算：

P=λπR²R_eLK.10^-3（kN）

式中 P——摆辗机的成形力（kN）；

λ——接触面积系数；

R——摆辗件最大半径（mm）；

K——摆辗系数，自由摆辗时取K=1.5～1.9，

在模具型槽中摆辗时取K=2～3；

R_eL——终锻温度时的屈服极限，40Cr钢在

1000℃时取R_eL=60MPa。

按照波兰马尔辛尼克公式计算λ

式中 s——每转进给量（mm/r），一般s取1～3mm/r，此处取s=2mm/r。

γ——摆角，国产摆辗机一般γ=3°。则

摆辗系数取成K=3，解放牌汽车半轴的辗压力：

P=λ·π×90²×3×60N=948586N=950kN

上式取R=90mm。

如果半轴直径为ϕ230mm，则摆辗力为

根据经验和现场测试，上述值偏小。由于40Cr钢在1000℃时的R_eL取值偏小和马尔辛尼克的接触面积系数值偏小之故。

图6-5-36为摆辗拖拉机后半轴的模具。