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长轴套零件加工工艺探究

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摘要:主要介绍了长轴套的材料选择及加工工艺,并对部分工序的作用进行了较为细致地分析。通过理论分析提出对工序进行调整,并经过批量试验的验证,达到了提高效率提升质量的目的。

关键词:正火;工序调整;质量;效率

1概述

一种长轴套零件作为化纤纺丝设备的核心关键零部件,是一种长径比大(10∶1)、壁薄的轴套类零件,加工精度高、难度大、效率低、质量稳定性差,制约着化纤纺丝设备的装配进度和整机质量。从使用角度看,其使用转速高,线速度可达到3500m/s,对动平衡要求苛刻。从加工制造看,其加工工序长、尺寸精度要求高、热处理次数多、内孔加工深、动平衡一次合格率低、生产组织难度大等特点。在客户需求个性化,交期短促化,竞争激烈化的前提下,企业必须提高效率,降低成本,保证交货,方能满足客户要求,实现稳健有序发展。因此必须对该长轴套加工工艺进行改进和完善,支撑企业发展。

2长轴套材料

长轴套材料选用40Cr,为常规中碳合金结构钢,性价比高,是机械制造业使用最广泛的钢之一。40Cr调质处理后具有良好的综合力学性能,良好的低温冲击韧性和低的缺口敏感性。钢的淬透性良好,水淬时可淬透到Ф28~60mm,油淬时可淬透到Ф15~40mm。切削性能好。

3长轴套原工艺路线

3.1工艺路线

正火→粗车外圆→深孔钻预打两端孔及小孔→调质→一次粗车两端孔→一次去应力→二次粗车两端孔及小孔→二次去应力→精车外圆→半精车两端孔及小孔→粗磨外圆→钳工打孔→精车两端孔及小孔→精磨外圆→精磨里孔→电镀。

3.2部分工艺作用分析

3.2.1正火正火是热处理“四把火”之一,正火,又称常化,是将工件加热至Ac3(Ac是指加热时自由铁素体全部转变为奥氏体的终了温度,一般在727℃~912℃)或Acm(Acm是实际加热中过共析钢完全奥氏体化的临界温度线)以上30℃~50℃,保温一段时间后,从炉中取出在空气中或喷水、喷雾或吹风冷却的金属热处理工艺。其目的是在于使晶粒细化和碳化物分布均匀化。正火与退火的不同点是正火冷却速度比退火冷却速度稍快,因而正火组织要比退火组织更细一些,其机械性能也有所提高。正火的主要应用范围有:1)用于低碳钢,正火后硬度略高于退火,韧性也较好,可作为切削加工的预处理。2)用于中碳钢,可代替调质处理(淬火+高温回火)作为最后热处理,也可作为用感应加热方法进行表面淬火前的预备处理。3)用于工具钢、轴承钢、渗碳钢等,可以消降或抑制网状碳化物的形成,从而得到球化退火所需的良好组织。4)用于铸钢件,可以细化铸态组织,可以改善切削加工性能。5)用于大型锻件,可作为最后热处理,从而避免淬火时较大的开裂倾向。6)用于球墨铸铁,使硬度、强度、耐磨性得到提高,如用于制造汽车、拖拉机、柴油机的曲轴、连杆等重要零件。长轴套加工的正火工艺主要是改善切削性能。

3.2.2调质调质处理是淬火后高温回火的热处理方法。目的是使工件具有良好的综合机械性能。高温回火是指在500℃~650℃之间进行回火。淬火是将钢加热到临界温度Ac3(亚共析钢)或Ac1(过共析钢)以上温度,保温一段时间,使之全部或部分奥氏体化,然后以大于临界冷却速度的冷速快冷到Ms以下(或Ms附近等温)进行马氏体(或贝氏体)转变的热处理工艺。调质件大都在比较大的动载荷作用下工作,它们承受着拉伸、压缩、弯曲、扭转或剪切的作用,有的表面还具有摩擦,要求有一定的耐磨性等等。

3.2.3去应力去应力退火是将工件加热到Ac1以下的适当温度,保温一定时间后逐渐缓慢冷却的工艺方法。其目的是为了去除由于机械加工、变形加工、铸造、锻造、热处理以及焊接后等产生的残余应力。长套的去应力主要是去除加工应力,兼顾调质未去完全的应力,保证零件最终精度。

3.2.4粗精车外圆内孔粗车目的主要是去除切削余量。半精车是进一步减少精车时的切削量,防止精车量多大引起零件的变形,在精密零件加工时常用。精车是保证产品的尺寸公差、行位公差表面粗糙度的相应要求,主要是达到零件的全部尺寸和技术要求。经过进一步优化余量分配,既保证效率,又保证精车时的要求,最终达到最终尺寸精度要求。

4长轴套改进后工艺路线

4.1工艺路线

粗车外圆→调质→深孔钻预打两端孔及小孔→一次粗车两端孔→一次去应力→二次粗车两端孔及小孔→二次去应力→精车外圆→半精车两端孔及小孔→粗磨外圆→钳工打孔→精车两端孔及小孔→精磨外圆架子口→精磨里孔→电镀。

4.2改进理由

4.2.1取消正火工艺由于正火工艺在长套加工过程中能改善切削性能,正火后仅仅一道粗车外圆加工,去除氧化皮进行调质处理,调质处理本身就改善了材料的切削性能,又结合前期其他短长套实践来看,综合40Cr钢材的切削性能来分析,取消切削性能,减少加工工序,降低成本。

4.2.2调整调质与深孔钻预打两端孔及小孔由于调质的目的是改善零件的综合力学性能,通过试验数据查询手册40Cr的淬透性可以达到长轴套最终整体要求,同时热处理工序以炉为单位生产,批量生产性价比高。通过调整顺序,保证了热处理工序的批量组织,后续尽量封闭到机加工环节,便于实行单件流生产,保证零件出产的整体效率。

4.2.3调整粗磨外圆为粗磨外圆架子口粗磨外圆的目的是为了保证精加工的基准精度,由于后续有精磨外圆工艺,在保证精磨后粗糙度要求的前提下,只磨外圆架子口一段作为精加工基准,基准精度不变。减少磨削时间,提高生产效率。

4.2.4各工序间的余量分配调整基于粗精车外圆内孔加工的作用是去除切削余量的思考,通过对原工艺各工序加工余量的优化分配,在粗加工环节尽可能提高切削速度和切削量,把去除加工余量大部分工作控制在粗加工半精加工环节,同时适当改变去应力时间保证应力消除,在精加工环节保证几何尺寸。

5改进效果

以上改进都经过了小批量试验验证。在验证没有问题后,进行了推广固化,效果如下。1)质量提升。动平衡后一次合格率由改进前的10%左右(某项目160根),稳定在30%以上(600根某项目),高的可以达到50%(600根某项目)。动平衡后的返修。改进前,整体精车里孔减重修与不平衡处拉槽减重修的数量比为1∶2;改进后,整体精车里孔减重修与不平衡处拉槽减重修的数量比为1∶5。其中不平衡量8g以上为整体精车里孔减重修,不平衡量4~8g为拉槽减重修。2)效率提升。通过改进,减少了现场等待,保证工序平衡,尤其是瓶颈工序得以解放,同时对切削参数进行了优化,同等条件下,效率提升了100%左右。

6结语

1)正火工艺的取消并没有影响长套的切削性能。2)调质顺序的改变没有对产品的质量产生影响。3)车工工序主要作用是去除加工余量,特别是在粗加工阶段,这也对于其他工种切削余量的优化分配提供支撑。4)在充分的理论分析下作出对工序进行调整,经过严谨的科学试验验证了可行性,达到了提质增效的目的。

参考文献:

[1]成先大.机械设计手册[M].北京:化学工业出版社,1997.

[2]王先奎.机械加工工艺手册[M].北京:机械工业出版社,2009.

[3]中国机械工程学会热处理学会.热处理手册[M].北京:机械工业出版社,2008.63

作者:张轲 单位:北京中丽制机工程技术有限公司

长轴套零件加工工艺探究责任编辑:张雨    阅读:人次
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