汽車的轉(zhuǎn)向是由轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)來完成的，轉(zhuǎn)向器是轉(zhuǎn)向系中的減速增力傳動裝置，其功用是增大由轉(zhuǎn)向盤傳到轉(zhuǎn)向節(jié)的力矩，并改變力的傳遞方向。
轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)的功用是：將轉(zhuǎn)向器輸出的運(yùn)動和動力傳給轉(zhuǎn)向橋兩側(cè)的轉(zhuǎn)向節(jié)，使兩側(cè)轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)，并使兩轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)按一定的關(guān)系變化，以保證汽車轉(zhuǎn)向時車輪與地面的相對滑動盡可能??；吸收車輪傳到轉(zhuǎn)向盤的反沖力。轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)主要由轉(zhuǎn)向搖臂、轉(zhuǎn)向直拉桿、轉(zhuǎn)向節(jié)（包括轉(zhuǎn)向節(jié)臂和梯形臂）、轉(zhuǎn)向橫拉桿等組成。轉(zhuǎn)向搖臂（也稱轉(zhuǎn)向垂臂）連著轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向直拉桿，轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向器的運(yùn)動傳給轉(zhuǎn)向搖臂，再由轉(zhuǎn)向搖臂傳給轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，使前輪轉(zhuǎn)向，在完成這個轉(zhuǎn)向過程中，在轉(zhuǎn)向搖臂、轉(zhuǎn)向直拉桿、轉(zhuǎn)向橫拉桿中使用球頭銷完成轉(zhuǎn)向的功能。
球頭銷在獨(dú)立懸架系統(tǒng)中被廣泛采用，控制臂或推力桿常通過位于端部的球頭銷與其他部件相連。球頭銷的主要功能是實現(xiàn)車輪上下跳動和轉(zhuǎn)向運(yùn)動，球頭銷是完成汽車行駛和轉(zhuǎn)向功能的重要的安保部品。常見的球頭銷形狀如圖1所示。
球頭銷部品的使用條件決定了球頭銷必須具有足夠的強(qiáng)度及耐久性，以承受車輪傳來的力和振動，這也就意味著該部品的熱處理控制是保證強(qiáng)度和耐久性的關(guān)鍵因素，在這里針對球頭銷的感應(yīng)熱處理長期摸索的改進(jìn)經(jīng)驗介紹給各位同行參考。
1.球頭銷的主要制造工藝流程
某型載重卡車使用的球頭銷，材料采用國標(biāo)的45鋼，根據(jù)球頭銷的使用及技術(shù)要求，即要求球頭銷的表面具有高的耐磨性和耐久性，主要工藝流程：下料→皂化→冷鐓成形→調(diào)質(zhì)→鉆孔→粗車→粗磨→精車→精磨→滾絲→感應(yīng)加熱及淬火、回火→無損檢測→包裝→入庫。
2.球頭銷的技術(shù)要求及感應(yīng)熱處理主要工藝
根據(jù)該球頭銷的技術(shù)要求（見圖2），采用中頻感應(yīng)加熱進(jìn)行淬火、回火。使用型號為DGF-T-648B的中頻加熱機(jī)組，功率200kW、頻率8000Hz；淬火冷卻介質(zhì)為清水，水溫20~40℃、淬火水壓0.2~0.8MPa；回火采用井式回火爐，回火溫度180℃。使用的加熱感應(yīng)器的結(jié)構(gòu)見圖3。
3.存在的問題
使用上述中頻感應(yīng)熱處理工藝加工出來的球頭銷，經(jīng)檢驗確認(rèn)：硬度、馬氏體組織、硬化層深度、硬化區(qū)域及形狀都合格，符合技術(shù)要求，但如圖4所示的硬化層形狀中，A、B兩處明顯比其他部分層深淺，硬化層深度非常不均勻，對熱處理的穩(wěn)定性控制帶來了很大的困難，為此我們決定改善此不良現(xiàn)象。
4.硬化層形狀不良的原因分析及改善措施
（1）硬化層形狀不良的原因分析
硬化層形狀主要取決于感應(yīng)器的結(jié)構(gòu)形狀，感應(yīng)器與被加熱部品之間的間隙越均勻越有利于硬化層的均勻，既硬化層形狀越好，但當(dāng)部品形狀復(fù)雜時，還要考慮感應(yīng)加熱特有的“尖角效應(yīng)”。另外，本感應(yīng)器的加熱和淬火冷卻噴水圈為一體化設(shè)計，因此在對感應(yīng)器有效圈的形狀設(shè)計時考慮了部品的放入和取出問題，導(dǎo)致該感應(yīng)器的形狀設(shè)計成如圖3所示的結(jié)構(gòu)，而要改善圖4所示的硬化層形狀不良，只能從根本上改變感應(yīng)器的結(jié)構(gòu)和淬火冷卻噴水圈的結(jié)構(gòu)，為此我們需要重新設(shè)計感應(yīng)器和淬火冷卻噴水裝置。
（2）改善措施
新設(shè)計的的感應(yīng)器和淬火冷卻噴水裝置采用分體結(jié)構(gòu)（見圖5），左側(cè)為總成裝配的感應(yīng)器和淬火冷卻噴水裝置，右側(cè)A-A剖視圖為感應(yīng)器和工件上定位裝置，感應(yīng)器的形狀保證了感應(yīng)器有效圈內(nèi)側(cè)和工件間的間隙的均勻性，工件放入下置的裝夾機(jī)構(gòu)，移入感應(yīng)器內(nèi)，調(diào)整行程至中間位置，用上定位裝置固定，然后下置的裝夾機(jī)構(gòu)帶動球頭銷旋轉(zhuǎn)，感應(yīng)器通電加熱部品，加熱完成后由前后淬火噴水盒噴水冷卻淬火，噴水停止后下置的裝夾機(jī)構(gòu)移出，取出球頭銷，再裝夾未淬火的球頭銷重復(fù)上述過程，完成淬火后的球頭銷入回火爐回火。
5. 改善效果
應(yīng)用上述的改善措施重新對球頭銷進(jìn)行感應(yīng)熱處理，經(jīng)檢驗，回火硬度60HRC；金相組織如圖6、圖7所示，表層為馬氏體6級，心部為回火索氏體2級；硬化層深度3.2~4.0mm如圖8所示，改善后的球頭銷硬化層形狀和層深比改善前相對均勻，尤其在圖8中的A、B兩處的硬化層深度和形狀得到了明顯的改善，但是在用于生產(chǎn)過程中操作者反饋裝夾和卸件效率低，導(dǎo)致產(chǎn)量比改善前下降。
6. 再改善
針對裝夾和卸件效率低的問題，我們分析主要是新設(shè)計的定位和裝夾裝置不夠合理，導(dǎo)致人工操作動作比較多，花費(fèi)時間長，為此我們決定引入立式機(jī)床來取代原定位和裝夾裝置，這樣減少了原固定螺母的時間和工件放入下置的裝夾機(jī)構(gòu)所需移入感應(yīng)器內(nèi)的時間，為此相應(yīng)的圖5所示的分體式感應(yīng)器和淬火冷卻噴水裝置中A-A視圖變?yōu)閳D9所示狀態(tài)。
7. 再改善確認(rèn)
經(jīng)過再改善后的裝夾、定位機(jī)構(gòu)投入生產(chǎn)使用后，裝夾和卸件的效率恢復(fù)到正常的生產(chǎn)狀態(tài)，滿足了生產(chǎn)的要求。
8、結(jié)語
通過對形狀比較復(fù)雜的球頭銷的感應(yīng)熱處理的系統(tǒng)改進(jìn)，更深入地意識到在熱處理工藝設(shè)計過程中，只有不斷設(shè)計、實踐驗證、改善確認(rèn)、再檢討改善提高的循環(huán)過程，才能使整個熱處理系統(tǒng)持續(xù)改進(jìn)到更加符合部品設(shè)計所要求的技術(shù)性能要求。
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