一種軸銷的加工工藝改進(jìn)

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(jìn)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(shí)由于工藝方法不當(dāng)或裝卡等因素，很容易造成零部件尺寸超差和裂紋產(chǎn)生，難以保證零件的加工質(zhì)量。我們通過多次試驗(yàn)，摸索出一套針對(duì)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(zhì)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(diǎn)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(dāng)容易造成零件加工尺寸超差。傳統(tǒng)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(biāo)識(shí)、表面處理。采用這種方法雖然能夠?qū)⒘慵系?.3彈簧卡圈安裝槽很容易加工出來，一旦淬火后變形嚴(yán)重，磨削外圓時(shí)候238+0.5+0.3容易超差。變形嚴(yán)重時(shí)候會(huì)使238+0.5+0.3超差嚴(yán)重，造成零件報(bào)廢。

(2)表面滲碳層厚度要求0.3mm～0.9mm，實(shí)際滲碳深度在1.2mm左右，也就是說磨削留量為單側(cè)0.24，熱處理后的變形量要控制在0.48以內(nèi)，磨削量過大則零件加工不經(jīng)濟(jì)，并且最終要求的滲碳層厚度難以保證。同時(shí)變形量過大會(huì)造成1.3彈簧卡圈安裝槽或左側(cè)軸肩與軸銷中心線不垂直，最終安裝到產(chǎn)品上以后由于傳動(dòng)系統(tǒng)振動(dòng)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(dá)到HRC50～55，在酸洗和表面處理發(fā)藍(lán)后容易產(chǎn)生氫脆性，如不及時(shí)去氫處理極易發(fā)生軸銷裂紋或工作時(shí)候斷裂。去氫處理，也稱除氫處理，一般為電鍍前后必須進(jìn)行工序，特別是對(duì)高強(qiáng)度高硬度的零件在電鍍工藝中。在任何電鍍?nèi)芤褐校捎谒肿拥碾x解，總或多或少地存在一定數(shù)量的氫離子。因此，電鍍過程中，在陰極析出金屬(主反應(yīng))的同時(shí)，伴有氫氣的析出(副反應(yīng))。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(yán)重的質(zhì)量隱患之一，析氫嚴(yán)重的零件在使用過程中就可能斷裂，造成嚴(yán)重的事故。因此，氫脆通常表現(xiàn)為延遲斷裂。對(duì)電鍍過程中滲氫較多的零件原則上應(yīng)盡快去氫，因?yàn)殄儗又械臍浜捅韺踊w金屬中的氫在向基體內(nèi)部擴(kuò)散，其數(shù)量隨時(shí)間的延長而增加。新的國際標(biāo)準(zhǔn)草案規(guī)定“最好在鍍后1h內(nèi)，但不遲于3h，進(jìn)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(guān)系，保證留量應(yīng)大于熱處理變形量，為后續(xù)磨削提供加工量。同時(shí)，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(guān)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(jìn)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(guān)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(diào)頭卡外圓，平另一側(cè)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(jìn)行滲碳，滲碳后兩頂車彈簧卡圈安裝槽，此時(shí)保證238+0.5+0.3為238+0.20+0.15，隨后進(jìn)行淬火，淬火后校直，然后兩頂進(jìn)行外圓精加工磨削。最后進(jìn)行發(fā)藍(lán)處理和涂油防護(hù)。

工藝路線安排為：下料→粗車→滲碳→數(shù)車→淬火→校直→酸洗→去氫→磨削→發(fā)藍(lán)→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(shù)車采用卡右側(cè)外圓平左側(cè)端面，車局部外圓見光后作為工藝帶，打頂尖孔后調(diào)頭卡左側(cè)工藝帶，平另一側(cè)端面打頂尖孔，兩頂后車外圓尺寸到粗車附圖要求。然后進(jìn)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(jìn)行淬火，淬火后校直，然后兩頂進(jìn)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(shù)車→滲碳→車→淬火→校直→酸洗→去氫→磨削→數(shù)車→發(fā)藍(lán)→去氫→涂油。

3 方案實(shí)施情況和改進(jìn)

(1)方案一在試制過程中，零部件經(jīng)過留量粗加工和滲碳、淬火工序后會(huì)變形，校正后大多數(shù)零件的尺寸變化在0.35mm留量范圍內(nèi)，但是和別零件由于變形量過大，238尺寸仍出現(xiàn)了超差現(xiàn)象。同時(shí)由于左端沒有工藝卡頭，軸肩寬度只有4mm，滲碳后兩側(cè)各深1.2mm，淬火后軸肩出現(xiàn)了不同程度的裂紋甚至出現(xiàn)了斷裂現(xiàn)象。左端軸肩經(jīng)過磨削，越程槽與軸肩端面處有輕微臺(tái)階。軸向的彎曲變形還導(dǎo)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(xiàn)象，最終影響裝配，達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。

(2)方案二在與方案一基礎(chǔ)上，增加了工藝卡頭，保證了滲碳不會(huì)將4mm寬的軸肩滲透，淬火時(shí)不會(huì)導(dǎo)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(jī)加工前后的裝卡基準(zhǔn)一致，在軸銷的兩端打頂尖孔，頂尖孔規(guī)格為A3.15/6.7。打頂尖孔時(shí)，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(diào)頭卡粗車的工藝卡頭部分打另一側(cè)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(shí)，將關(guān)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(shí)采用與磨床定位基準(zhǔn)一致的兩頂裝卡。方案一車刀采用高速鋼或硬質(zhì)合金刀具，滲碳后淬火之前加工，軸銷的硬度較低，對(duì)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(duì)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(shí)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(dǎo)致淬火之后軸肩部位斷裂。隨后，在軸肩左側(cè)增加了20mm工藝卡頭，保證了熱處理之后軸肩部位不會(huì)斷裂。工藝卡頭同時(shí)為磨削后加工彈簧卡圈安裝槽提供了裝卡位置和基準(zhǔn)。最終加工時(shí)采用方案二。

4 結(jié)語

軸銷是機(jī)械連接的重要零件，用于安裝傳動(dòng)零部件，使之繞其軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，傳遞轉(zhuǎn)矩或回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。應(yīng)用于軸銷的材料種類很多，主要根據(jù)軸的使用條件，提出對(duì)軸的強(qiáng)度，剛度及其他機(jī)械性能的要求。在采用不同熱處理方式時(shí)候，需要同時(shí)考慮制造加工工藝，并針對(duì)不同表面處理要求及時(shí)進(jìn)行后處理，力求經(jīng)濟(jì)合理，滿足設(shè)計(jì)性能要求。