典型轴类零件的加工工艺设计(编辑修改稿)

典型轴类零件的加工工艺设计(编辑修改稿)内容摘要：

的淬硬零件，精度要求高和表面粗糙度值要求很小，常用此加工路线。 二 、 典型加工工艺路线 轴类零件的主要加工表面是外圆表面，也还有常见的特特形表面，因此针对各种精度等级和表面粗糙度要求，按经济精度选择加工方法。 对普通精度的轴类零件加工，其典型的工艺路线如下： 毛坯及其热处理 — 预加工 — 车削外圆 — 铣键槽 — （花键槽、沟槽） — 热处理 — 磨削— 终检。 三、 轴类零件的预加工 轴类零件的预加工是指加工的准备工序，即车削外圆之前的工艺。 校直 毛坯在制造、运输和保管过程中，常会发生弯曲变形，为保证加工 余量的均匀及装夹可靠，一般冷态下在各种压力机或校值机上进行校值。 第 二节 轴类零件加工的定位基准和装夹 一、 以工件的中心孔定位 在轴的加工中，零件各外圆表面，锥孔、螺纹表面的同轴度，端面对旋转轴线的垂直度是其相互位置精度的主要项目，这些表面的设计基准一般都是轴的中心线，若用两中心孔定位，符合基准重合的原则。 中心孔不仅是车削时的定为基准，也是其它加工工 6 序的定位基准和检验基准，又符合基准统一原则。 当采用两中心孔定位时，还能够最大限度地在一次装夹中加工出多个外圆和端面。 三、 以外圆和中心孔作为定位基准（一夹一顶） 用两中心孔定位虽然定心精度高，但刚性差，尤其是加工较重的工件时不够 稳固，切削用量也不能太大。 粗加工时，为了提高零件的刚度，可采用轴的外圆表面和一中心孔作为定位基准来加工。 这种定位方法能承受较大的切削力矩，是轴类零件最常见的一种定位方法。 四、 以两外圆表面作为定位基准 在加工空心轴的内孔时，（例如：机床上莫氏锥度的内孔加工），不能采用中心孔作为定位基准，可用轴的两外圆表面作为定位基准。 当工件是机床主轴时，常以两支撑轴颈（装配基准）为定位基准，可保证锥孔相对支撑轴颈的同轴度要求，消除基准不重合而引起的误差。 五、 以带有中心孔的锥堵作为定位基准 在加工空心轴的外圆表面时 ，往往还采用代中心孔的锥堵或锥套心轴作为定位基准，见图 2 所示。 锥堵或锥套心轴应具有较高的精度，锥堵和锥套心轴上的中心孔即是其本身制造的定位基准，又是空心轴外圆精加工的基准。 因此必须保证锥堵或锥套心轴上锥面与中心孔有较高的同轴度。 在装夹中应尽量减少锥堵的安装此书，减少重复安装误差。 实际生产中，锥堵安装后，中途加工一般不得拆下和更换，直至加工完毕。 （ 图 2） 锥堵和锥套心轴 a)锥堵 b）锥套心轴 7 第 四 章 轴类零件选材及工艺 设计 轴类零件的加工工艺因其用途、结构形状、技术要求、产量大小的不同而有差异。 而轴的工艺规程编制是生产中最常遇到的工艺工作。 一、 轴类零件加工的主要问题 轴类零件加工的主要问题是如何保证各加工表面的尺寸精度、表面粗糙度和主要表面之间的相互位置精度。 二、 轴类零件加工的典型工艺路线如下： 毛坯及其热处理→预加工→车削外圆→铣键槽等→热处理→磨削 下面 介绍 以车床主轴、汽车半轴、内燃机曲 轴 阶梯轴和 CA6140 主轴 等典型零件为例进行分析。 第一节 机床主轴 一、 在选选用机床主轴的材料和热处理工艺时，必须考虑以下几点 （ 一 ） 受力的大小。 不同类型的机床，工作条件有很大差别，如高速机床和精密机床主轴的工作条件与重型机床主轴的工作条件相比，无论在弯曲或扭转疲劳特性方面差别都很大。 （ 二 ） 轴承类型。 如在滑动轴承上工作时，轴颈需要有高的耐磨性。 （三） 主轴的形状及其可能引起的热处理缺陷。 结构形状复杂的主轴在热处理时易变形甚至于开裂，因此在选材上应给予重视。 主轴是机床中主要进零件之一，其质量好坏直 接影响机床的精度和寿命。 因此必须根据主轴的工作条件和性能要求，选择用钢和制定合理的冷热加工工艺。 二、 机床主轴的工作条件和性能要求 （一） 承受交变的弯曲应力与扭转应力，有时受到冲击载荷的作用； （二） 主轴大端内锥孔和锥度外圆，经常与卡盘、顶针有相对摩擦； （三） 花健部分经常有磕或相对滑动。 总之，该主轴是在滚动轴承中动转，承受中等负荷，转速中等，有装配精度要求，且受到一定的冲击力作用。 由此确定热处理技术条件如下： （一 ） 整体调质后硬度应为 HB200~230，金相组织为回火索氏体； （二） 内锥孔和外圆锥面处 硬度为 HRC45~50，表面 3~5 ㎜内金相组织为回火屈氏体和少量回火马氏体； （三） 花键部分的硬度为 HRC48~53，金相组同上。 8 三、 选择用钢 C616 车床属于中速、中负荷、在滚动轴承中工作的机床，因此选用 45 钢是可以的。 过去此主轴曾采用 45 钢经正火处理后使用；后来为了提高其强度和韧性，在粗车后又增加了调质工序。 而且调质状态的疲劳强度比正火为高，这对提高主轴抗疲劳性能也是很重要的。 表 1 为 45 钢正火和调质后的机械性能比较。 表 1 45钢正火和调质后的机械性能 热 处 理 σ b(MN/㎡ ) σ s(MN/㎡ ) σ 1(MN/㎡ ) 调 质 682 490 338 正 火 600 340 260 四、 主轴的工艺路线 下料→锻造→正火→粗加工（外圆留余 4~5 ㎜）→调质→半精车外圆（留余 ~㎜），钻中心孔，精车外圆 (留余 ~ ㎜，锥孔留余 ~ ㎜ )，铣键槽→局部淬火（锥孔及外锥体）→车定刀槽，粗磨外圆 (留余 ~ ㎜ )，滚 铣花键→花键淬火→精磨。 五、 热处理工序的作用 正火处理是为了得到合适和硬度（ HB170~230），以便于机械加工，同时改善锻造组织，为调 质处理作准备。 调质处理是为了使主轴得到高的综合机械性能和疲劳强度。 调质后硬度后硬度为HB200~230，组织为回火索氏体。 为了更好的发挥调质效果，将调质安排在粗加工后进行。 内锥孔和外圆锥面部分经盐浴局部淬火和回火后得到所要求的硬度，以保证装配精度和不易磨损。 六、 热处理工艺 调质淬火时由于主轴各部分的直径不同，应注意谈天问题。 调质后的变形虽然可以通过校直来修正，但校直时的附加应力对主轴精加工后的尺寸稳定性是不利的。 为减小变形，应注意淬火操作方法。 可采取预冷淬火和控制水中冷水机却时间来减小变形。 花键部 分可用高频淬火以减小变形和达到硬度要求。 经淬火后的内锥孔和外圆锥面部分需经 260~300℃回火，花键部分需经 240~260℃回火，以消除淬火应力并达到规定的硬度值。 也有用球墨铸铁制造机床主轴的，如某厂用球墨铸铁的主轴淬火后硬度为 HRC52~58,且变形量比 45 钢为小 . 9 第二节 汽车半轴 汽车半轴是驱动车轮转动的直接驱动件。 半轴材料与其工作条件有关，中型载重汽车目前选用 40Cr 钢，而重型载汽车则选用性能更高的 40CrMnMo 钢。 一、 汽车半轴的工作条件和性能 一般 载重汽车（载重量为 2500kg）的半轴为例汽车半轴是传递扭矩的一个重要部件。 汽车运行时，发动机输出的扭矩，经过多级变速和主动器传递给半轴，再由半轴传动车轮。 在上坡或启动时，扭矩很大，特别在紧急制动或行驶在不平坦的道路上，工作条件更为繁重。 因此半轴在工作时承受冲击、反复弯曲疲劳和扭转应力的作用，要求材料有足够的抗弯强度和较好的韧性。 热处理技术条件： 硬 度：杆部 HRC37~44； 盘部外圆 HRC24~34。 金相组织：回火索氏体或回火屈氏体。 弯曲度：杆中部≯ ㎜，盘都跳动≯ ㎜。 二、 选择用 钢 根据 JB52964 汽车半轴技术条件规定，半轴材料可选用 40Cr、 40CrMo、 40CrMnMo钢。 同时规定调质后的半轴其金相组织淬透层应呈回火索氏体或回火屈氏体，心部（从中心到花键底半径四分之三范围内）允许有铁素体存在。 根据上述技术条件，选用 40Cr 钢能满足要求。 同时应指出，从汽车的整体性能来看，设计半轴时所采取的安全系数是比较小的。 这是考虑到汽车超载运行而发生事故时，半轴首先破坏对保护后桥内的主动齿轮不受损坏是有利的。 从这一点出发，半轴又是一个易损件。 三、 半轴的工艺路线 下料→锻造→正火→机 械加工→调质→盘部钻孔→磨花键 （ 一 ） 、热处理工艺分析 锻造后正火，硬度为 HB187~241。 调质处理是使半轴具有高的综合机械性能。 淬火后的回火温度，根据杆部要求硬度 HRC37~44，选用 420177。 10℃回火。 回火后在水中冷却，以防止产生回火脆性。 同时水冷有利于增加半轴表面的压应力，提高其疲劳强度。 10 第三节 内燃机曲轴 曲轴是内燃机中形状复杂而又重要的零件之一。 它在工作时受到内燃机周期性变化着的气体压力、曲柄连杆机构的惯性力、扭转和弯曲应力以及冲击力等的作用。 在高速内燃机中曲轴还受到扭转振动的影响，会造成很 大的应力。 因此，对曲轴的性能要求是保证有高的强度，一定的冲击韧性和弯曲、扭转疲劳强度，在轴颈处要求有高的硬度和耐度磨性。 一、 选择用钢 一般以静力强度（σ s、σ b、ψ、δ）和冲击韧性作为曲轴的设计指标，并考疲劳强度。 内燃机曲轴材料的选择主要决定于内燃机的使用情况、功率大小、转速高低以及轴瓦材料等。 第四节 阶梯轴 的加工。