牛恩来
（东风商用车技术中心）
桥壳是车辆行驶系的主要组成件之一，其应具有足够的强度、刚度以及质量小的特点。重型车桥桥壳从结构上可分为整体式桥壳和分段式桥壳两类；整体式桥壳（见图1a）在铸造工艺和机械加工方面对设备及工艺要求高而很少被设计者采用；分段式桥壳（见图1b）是由铸造桥壳中间部分与两端轴头组装而成，桥壳的分段使其局部几何尺寸减小，解决了铸造过程中砂型制作难以及对铸造设备要求高等技术难点，同时也降低了对机械加工设备行程方面的要求，产品设计师常采用此种结构，本文主要对分段式桥壳轴头的热装工艺进行研究，设计出Z优装配工艺。
图1 桥壳示意
1.分段式桥壳的热装方式
目前分段式桥壳其两端轴头的组装采用桥壳炉中局部加热和局部感应加热两种方法，这两种加热方法各有利弊，共同点都是将桥壳局部加热使其膨胀，然后将轴头插入桥壳中，冷却后桥壳局部收缩使桥壳和轴头达到过盈配合，Z终实现分段式桥壳组装的目的。
（1）炉中局部加热 炉中加热需要将桥壳局部装入炉中加热，此工艺生产效率低、能耗大，成本高，工作现场的操作难度比较大，生产节拍慢且很难作为单一工序并入零部件生产线中，但是零件局部温度一致性比较容易控制，一般情况下生产线上不采用此种加热装配工艺。
（2）局部感应加热 感应加热速度快，能耗低、操作方便，加热温度也便于控制，可作为单一工序并入零部件生产线中，表面上分析可以克服炉中局部加热的一些缺点，在实际生产中也有一些应用，但目前的桥壳局部感应加热技术采用感应器外圈加热的方法，此种外圈局部感应加热热装的方法有一定的局限性；对于结构简单比较的桥壳，外圈感应加热（见图2）可以满足装配技术要求，而对于结构形状复杂的特殊桥壳，如我公司某桥壳带有直径较大的法兰，外圈感应加热就非常不能满足需求，因为在感应加热过程中当桥壳基体达到所需温度时，法兰的温度已经很高甚至超出相变温度，这是感应加热中的临近效应所致，桥壳的特殊结构导致大直径法兰和感应器之间的间隙小，有时会出现法兰温度过高，但桥壳基体温度很难达到热装所需要温度的情况，这将直接导致产品报废。
图2 桥壳外圈感应加热示意
在实际生产热装配过程中，当局部感应温度很高时，法兰及轴孔等部位外表面组织发生变化，出现少量淬火组织或改变组织比例等进而导致产品性能下降无法满足产品技术要求，难以保证分段式桥壳整体质量的可靠性及稳定性。某类型桥壳试制时使用外圈感应加热在早期台架试验中发生断裂就是温度过高引起组织发生变化导致的。综上分析对分段式桥壳的热装采用局部感应外圈加热存在一定的局限性，应对工艺进行进一步改进优化。
2.局部感应加热工艺优化
针对以上分析分段式桥壳的热装方式——局部感应外圈加热存在一定的局限性及分段式桥壳的装配特点，提出采用了桥壳内置感应器加热，即直接对桥壳内孔装配面进行加热后直接热装的方案，如图3所示；桥壳内孔加热能够更精确的控制内孔加热温度、热膨胀量，满足过盈装配需求，同时确保桥壳外表面不因直接加热温度过高产生组织转变而导致的性能下降，采用桥壳内孔加热，使加热温度更加均匀，装配质量得以保证。
图3 桥壳内孔感应加热示意
（1）内孔加热感应器的设计
根据桥壳的内孔结构及加热尺寸，一般采用内孔分三段或者四段同时感应加热（见图4），并在感应器两端加装定位及导向装置，保证桥壳基体加热温度均匀，热膨胀量一致，实现既保证装配质量，又不降低桥壳的强度。实际装配过程中可根据桥壳外部结构尺寸适当调整感应器有效圈的间距以及感应器与桥壳内孔表面的间距，使桥壳加热温度更为均匀，在加热过程中如果条件允许能使桥壳转动，温度均匀性效果会更好。
图4 桥壳内孔加热感应器示意
（2）内孔加热参数
通过内孔感应加热方式实现热装，在不同截面上，感应器有效圈与桥壳内孔表面的间隙为5~8mm。根据轴头与桥壳装配公差以及相变的温度控制确定Z终热装温度；为保证测量感应加热温度的准确性，在工艺制定及参数调整时采用预埋热电偶与雷泰红外测温仪共同测量，以热电偶为准校准红外测温仪测量数值?但在实际生产时利用工艺参数保证温度范围，仅用红外测温仪监控即可。
同时查阅相关资料，感应加热内孔膨胀量可由下面的公式计算
△d=ad0（t1-t0）
式中 a——线膨胀系数，取1.25×10-5/℃；
d0——桥壳装配内孔尺寸，mm；
t1——装配所需的Z高温度，℃；
t0——加热前温度，一般取室温，℃。
（3）实际应用及热装效果
以公司某铸造分体式桥壳为例，内孔感应加热热装的相关加热参数为：电压340V，电流270A，匝比8︰1，频率4.5kHz，匹配电容110μF，加热时间210s。在此加热温度下，半轴头无需借助外力可顺利插入桥壳中，实现轴头与桥壳的装配，如图5所示。同时经过计算，桥壳内孔直径膨胀量为0.42~0.48mm，大于桥壳与轴头设计的过盈量，可实现内孔加热热装，在桥壳空冷后轴头与桥壳之间的连接为过盈连接，保证连接强度。
图5 某桥壳热装后示意
对热装后的桥壳加热部位进行金相及硬度检查，热装前后组织没有发生变化，同时热装前后硬度也没有发生变化，确保了桥壳在热装前后的整体强度的一致性，避免了局部感应外圈加热的缺陷；在随后的疲劳台架试验也顺利通过，疲劳寿命完全达到甚至超过产品设计技术要求。
3.结语
针对分段式桥壳局部感应外圈加热装配工艺的局限性，开发并优化了局部感应内孔加热工艺，内孔感应加热工艺使桥壳内孔处温度分布均匀，其加热温度及热膨胀量更容易控制，同时保证桥壳基体组织及性能不发生变化，使桥壳的性能更稳定可靠。
目前该技术已经开发完成，并成功小批量应用于我公司新开发的某重型分段式桥壳的装配上，为新产品的开发及生产提供工艺保证。
摘自《金属加工（热加工）》
