某C-EPS車型中間軸螺栓斷裂問題分析

李杰

摘 要：在中間軸鎖緊螺栓斷裂問題的分析中，通對節(jié)叉產(chǎn)品成型過程分析，查找出節(jié)叉硬度低是導(dǎo)致螺栓斷裂的真正原因。改變節(jié)叉成型方法，提高節(jié)叉硬度，是問題解決的有效措施。通過問題分析解決，規(guī)范了節(jié)叉硬度檢查的要求。

關(guān)鍵詞：中間軸;節(jié)叉;冷擠壓

中間軸是連接轉(zhuǎn)向管柱和轉(zhuǎn)向機的部件，將方向盤轉(zhuǎn)動扭矩與EPS轉(zhuǎn)向管柱助力扭矩傳遞至轉(zhuǎn)向器，從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)向;同時在碰撞事故中通過潰縮或滑動可以吸收能量，減少人身傷害，是轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（圖1）中重要的一個零部件。

1 中間軸結(jié)構(gòu)

為了整車上與轉(zhuǎn)向機裝配順利，中間軸在結(jié)構(gòu)上一般分為三銷軸固定式和滑動式兩大類。

1.1 三銷軸固定式中間軸

三銷軸式中間軸（圖2）通過3個螺栓緊固實現(xiàn)轉(zhuǎn)向力矩的傳遞。上端節(jié)叉通過螺栓與管柱連接，下端節(jié)叉通過螺栓與轉(zhuǎn)向機連接，中間螺栓待兩端裝配后最后鎖緊。在緊湊型以下車型上，節(jié)叉通常使用20號鋼，冷擠壓成型。緊湊型及以上車型，節(jié)叉常采用35、45鋼，熱鍛成型。

1.2 滑動式中間軸

滑動式中間軸常采用尼龍涂覆，經(jīng)烘烤，切齒，磨合配合，保證滑動力不超過80N。

2 中間軸螺栓斷裂

在車間打緊中間螺栓時，在A廠家節(jié)叉2上發(fā)生了多起螺栓拉斷的問題，故障表現(xiàn)為螺栓斷裂（圖3），節(jié)叉開口貼合（圖4），螺栓拉長（圖5）等失效模式

3 節(jié)叉性能對比

通過檢測，螺栓硬度、材質(zhì)都符合要求。節(jié)叉的材質(zhì)、表面硬度、金相組織符合圖紙要求。

對節(jié)叉鎖緊后變形量以及對芯部硬度檢測，發(fā)現(xiàn)該A廠家節(jié)叉2變形量和芯部硬度與B廠家存在明顯差異（表1）。

發(fā)生螺栓斷裂的A廠家節(jié)叉在芯部硬度明顯低于B廠家，且節(jié)叉鎖緊后，開口的變形量明顯大于B廠家。確認芯部硬度差異是造成螺栓斷裂的主要原因。

4 節(jié)叉成型工藝調(diào)查

節(jié)叉成型工藝如下表（表2）：

節(jié)叉成型主要工序圖示（圖6）：

成型3的特征在成型時，對桿部使用了線圈加熱，在100T沖床上成型。螺栓鎖緊部位的產(chǎn)品芯部硬度在145-165HBW。因成型3最終沒有起到冷作硬化的效果，產(chǎn)品硬度不滿足圖紙要求的170-210HBW

5 更改成型工藝

1.設(shè)計制造成型3的冷擠模具（圖7），使用300T液壓機完成成型3。

2.安排對螺栓打緊部位進行硬度檢查，5件均達到要求的硬度170-210HBW（表3）。

3.對鎖緊后變形量再檢查（表4），確認更改冷擠壓后，變形量明顯好轉(zhuǎn)。

4.安排300件裝車，未反饋斷裂問題。復(fù)供后一直再未發(fā)生螺栓斷裂的問題。

6 規(guī)范該類型節(jié)叉的硬度檢查規(guī)范

根據(jù)產(chǎn)品實際狀態(tài)，重新梳理并制定過程及進貨檢驗硬度檢查規(guī)范（圖8）。因桿部中間未進行變形，實際硬度處于退火后的狀態(tài)[1]。其余有變形硬化的部位通過擠壓變形后，硬度可達到圖紙要求。

7 結(jié)束語

通過中間軸螺栓斷裂的問題分析，最終找出是節(jié)叉成型工藝不恰當(dāng)，造成成型后節(jié)叉硬度低，在螺栓鎖緊過程中工件變形大，法蘭面接觸面積變小，軸力變大，螺栓斷裂。 經(jīng)過冷擠壓后成型后的零件，硬度滿足圖紙要求，符合使用工況。通過問題解決，同時規(guī)范了硬度檢查要求，為零件持續(xù)管控提供有效指導(dǎo)。

參考文獻：

[1]《實用冷擠壓技術(shù)》金仁鋼 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 2005年 P35.