轮毂轴（见图1）是汽车轮边减速器中重要的零部件，其质量对汽车整车质量有非常大的影响，汽车行业对其性能要求也越来越高。轮毂轴的作用主要是作为承重件和为轮毂的传动提供精确引导，其既承受径向载荷又承受轴向载荷，因此对尺寸精度和形位公差要求较高，这就对其机加工及热处理等过程工序提出了更高要求。本文仅对其感应热处理工艺开发进行论述，寻求一种最佳工艺方案，以达到高效、低成本绿色制造的目的。

图1 轮毂轴

轮毂轴感应热处理技术要求

    轮毂轴采用模锻工艺进行生产，主要生产工艺为：模锻→粗车→调质→精车→感应热处理→精磨→总成装配，其材质为42CrMo，调质后的硬度为250～280HBW，材料化学成分的检测结果如表1所示。

    图样技术要求：感应热处理有效硬化层深4～7mm，R1、R2处允许3～7mm，φ89mm外圆端角部允许6～13mm；淬硬区如图2所示，表面硬度50～64HRC；金相组织为针状马氏体，级别为3～8级。

图2 轮毂轴淬火区域

轮毂轴感应热处理工艺开发

1. 感应加热方式

    根据轮毂轴淬火区域分析：轮毂轴为变截面台阶轴，同时要求圆角感应淬火且110～120mm范围内硬化层连续，因此本次工艺开发中的感应加热方式选择同时加热淬火即一次加热淬火，此加热方法是将淬火工件需要淬火硬化的区域同时置于感应器中加热，达到加热温度后同时冷却；此加热方式由于工件淬硬区域感应器的相对位置不变，淬硬层较均匀，且操作简单，生产效率较高，但对电源功率要求必须足够大，以满足淬火需求。

2. 感应器的设计及制作

    根据轮毂轴淬火区域及加热方式需要，本次感应器整体上为半圈式矩形感应器，由于要兼顾不同直径的轴向及圆角加热，因此轴向加热的有效圈需尽可能做成仿形结构，周向加热的有效圈需旋转一定角度(一般情况为45°)，以满足变截面处平面及圆角的加热，同时在有效圈导体装上“Π”形导磁体，使电流最大集聚在导体表面，以提高加热效率。本工艺开发中的轮毂轴存在两个圆角R1、R2需同时加热且淬火温度相当，这就需要对圆角R1、R2处加热的有效圈长度及“Π”形导磁体进行合理的分配，确保淬火温度一致，这就需要多次的工艺试验来确定最终的分配比例。

    有效圈内径的设计可参考D＝d+2a（其中d为零件直径，a为零件和感应器有效圈之间的间隙），在感应器设计中为了防止轮毂轴花键的顶部温度过高，此处工件与感应器有效圈内径之间的距离a取最小值6mm；有效圈的高度按照H＝（1.05-1.2）L（L为淬硬区域的长度）设计。本感应器设计中L取淬火区域要求的最小值，系数取1.1；实际设计感应器过程中有效圈的高度H总比淬火区域长，这是因为感应淬火时工件的淬硬区存在边缘效应，导致在实际淬火过程中工件淬硬区的两端淬硬层浅而中间深，因此在感应器设计时感应器有效圈的高度比淬火区域长，以保证淬火区域及淬火硬化层深满足技术要求；冷却装置采用4个喷水盒固定在感应器上，均匀分布在轮毂轴周围，感应器及加热方式如图3所示。