一種軸銷的加工工藝改進

孟祥喜 姬 瑜

(河南平高電氣股份有限公司，河南 平頂山 467001)

本次改進的軸銷外形如圖1所示，材料為20CrMnMo。該零件為典型的軸銷類零件，尺寸和形位精度要求較高，在加工時由于工藝方法不當或裝卡等因素，很容易造成零部件尺寸超差和裂紋產生，難以保證零件的加工質量。我們通過多次試驗，摸索出一套針對該類零部件加工的工藝方法。通過制定合理的工藝流程，并配以專用車刀，就可以保證此類零件的加工質量，適用于該類零件的批量加工。

圖1 軸銷外形

1 零件的加工難點分析

(1)由于該零部件較長，長徑比l/d=9.84，熱處理后加工工藝安排不當容易造成零件加工尺寸超差。傳統加工方法是先粗車外形，打頂尖孔，隨后滲碳處理，然后夾持外圓或兩頂車1.3彈簧卡圈安裝槽。加工完彈簧卡圈安裝槽后淬火處理，酸洗后磨削外圓，車掉工藝卡頭，最后打標識、表面處理。采用這種方法雖然能夠將零件上的1.3彈簧卡圈安裝槽很容易加工出來，一旦淬火后變形嚴重，磨削外圓時候238+0.5+0.3容易超差。變形嚴重時候會使238+0.5+0.3超差嚴重，造成零件報廢。

(2)表面滲碳層厚度要求0.3mm～0.9mm，實際滲碳深度在1.2mm左右，也就是說磨削留量為單側0.24，熱處理后的變形量要控制在0.48以內，磨削量過大則零件加工不經濟，并且最終要求的滲碳層厚度難以保證。同時變形量過大會造成1.3彈簧卡圈安裝槽或左側軸肩與軸銷中心線不垂直，最終安裝到產品上以后由于傳動系統振動造成軸肩斷裂或卡圈斷裂，影響GIS裝配清潔度。如圖2，圖3。

圖2 軸肩 斷裂

圖3 卡圈斷裂

(3)由于零件硬度要求較高，達到HRC50～55，在酸洗和表面處理發藍后容易產生氫脆性，如不及時去氫處理極易發生軸銷裂紋或工作時候斷裂。去氫處理，也稱除氫處理，一般為電鍍前后必須進行工序，特別是對高強度高硬度的零件在電鍍工藝中。在任何電鍍溶液中，由于水分子的離解，總或多或少地存在一定數量的氫離子。因此，電鍍過程中，在陰極析出金屬(主反應)的同時，伴有氫氣的析出(副反應)。析氫的影響是多方面的，其中最主要的是氫脆。氫脆是表面處理中最嚴重的質量隱患之一，析氫嚴重的零件在使用過程中就可能斷裂，造成嚴重的事故。因此，氫脆通常表現為延遲斷裂。對電鍍過程中滲氫較多的零件原則上應盡快去氫，因為鍍層中的氫和表層基體金屬中的氫在向基體內部擴散，其數量隨時間的延長而增加。新的國際標準草案規定“最好在鍍后1h內，但不遲于3h，進行去氫處理”。氫脆造成的軸銷使用前開裂和使用中斷裂，見圖4。

圖4 氫脆造成的軸銷使用前開裂

2 制定加工方案

在制定加工工藝路線過程中，考慮到零件的單邊留量及熱處理變形之間的關系，保證留量應大于熱處理變形量，為后續磨削提供加工量。同時，留量還要考慮滲碳后滲碳層的深度和磨削后滲碳層的深度關系，避免留量過大造成滲碳層在磨削到最終尺寸后厚度不能能滿足圖樣要求。初步擬定以下兩種加工方案進行試制。所以，滲碳前的粗車留量、是否留工藝卡頭及加工工藝路線是否合理是關鍵。

(1)方案一。采用無工藝加長卡頭方法，零件長度直接加工到要求，加工中采用卡一端外圓平另一端端面，打頂尖孔后調頭卡外圓，平另一側端面到總長的最終尺寸，打頂尖孔，最后兩頂車外圓尺寸到粗車附圖要求。然后進行滲碳，滲碳后兩頂車彈簧卡圈安裝槽，此時保證238+0.5+0.3為238+0.20+0.15，隨后進行淬火，淬火后校直，然后兩頂進行外圓精加工磨削。最后進行發藍處理和涂油防護。

工藝路線安排為：下料→粗車→滲碳→數車→淬火→校直→酸洗→去氫→磨削→發藍→去氫→涂油。

(2)方案二。采用留工藝加長卡頭方法，零件長度方向留量15mm，用于防止淬火后Φ30×4軸肩斷裂。加工中數車采用卡右側外圓平左側端面，車局部外圓見光后作為工藝帶，打頂尖孔后調頭卡左側工藝帶，平另一側端面打頂尖孔，兩頂后車外圓尺寸到粗車附圖要求。然后進行滲碳，滲碳后兩頂車Φ24×4越程槽為Φ24×4.5，車工藝加長卡頭外圓去除滲碳層。隨后進行淬火，淬火后校直，然后兩頂進行外圓精加工磨削。磨削后兩頂車Φ24×4越程槽成，車彈簧卡圈安裝槽保證尺寸238+0.5+0.3。兩方案差別在于是否留工藝卡頭，238+0.5+0.3方案一是靠磨削保證，238+0.5+0.3方案二是靠車削保證。彈簧卡圈安裝槽加工先后順序不一樣。

工藝路線安排為：下料→數車→滲碳→車→淬火→校直→酸洗→去氫→磨削→數車→發藍→去氫→涂油。

3 方案實施情況和改進

(1)方案一在試制過程中，零部件經過留量粗加工和滲碳、淬火工序后會變形，校正后大多數零件的尺寸變化在0.35mm留量范圍內，但是和別零件由于變形量過大，238尺寸仍出現了超差現象。同時由于左端沒有工藝卡頭，軸肩寬度只有4mm，滲碳后兩側各深1.2mm，淬火后軸肩出現了不同程度的裂紋甚至出現了斷裂現象。左端軸肩經過磨削，越程槽與軸肩端面處有輕微臺階。軸向的彎曲變形還導致先加工的彈簧卡圈安裝槽，磨削后槽端面與軸線不垂直現象，最終影響裝配，達不到設計要求。

(2)方案二在與方案一基礎上，增加了工藝卡頭，保證了滲碳不會將4mm寬的軸肩滲透，淬火時不會導致軸肩斷裂。滲碳后淬火前將工藝卡頭外圓處的滲碳層車掉，保證磨削外圓后能夠容易車掉工藝卡頭。為保證機加工前后的裝卡基準一致，在軸銷的兩端打頂尖孔，頂尖孔規格為A3.15/6.7。打頂尖孔時，卡軸銷右端外圓，粗車工藝卡頭部分，平端面打頂尖孔，然后調頭卡粗車的工藝卡頭部分打另一側頂尖孔。最后兩頂，精車工藝卡頭，其余按方案二粗車圖加工。同時，將關鍵尺寸由磨削保證修改為車削保證，彈簧卡圈安裝槽粗車修改為精磨外圓后車削，車削時采用與磨床定位基準一致的兩頂裝卡。方案一車刀采用高速鋼或硬質合金刀具，滲碳后淬火之前加工，軸銷的硬度較低，對車刀沒有特殊要求。方案二安排在淬火之后加工，避免由于熱處理變形造成彈簧卡圈安裝槽端面與軸線垂直度不良。零件硬度較高，對車刀性能要求比較高，因此選用超硬材料立方氮化硼(CBN)刀具。

(3)最初加工時左端沒有留工藝卡頭，軸肩部分薄弱，熱處理過程中由于滲碳層厚度與軸肩厚度相近，導致淬火之后軸肩部位斷裂。隨后，在軸肩左側增加了20mm工藝卡頭，保證了熱處理之后軸肩部位不會斷裂。工藝卡頭同時為磨削后加工彈簧卡圈安裝槽提供了裝卡位置和基準。最終加工時采用方案二。

4 結語

軸銷是機械連接的重要零件，用于安裝傳動零部件，使之繞其軸線轉動，傳遞轉矩或回轉運動。應用于軸銷的材料種類很多，主要根據軸的使用條件，提出對軸的強度，剛度及其他機械性能的要求。在采用不同熱處理方式時候，需要同時考慮制造加工工藝，并針對不同表面處理要求及時進行后處理，力求經濟合理，滿足設計性能要求。