機械用細桿類零件加工工藝研討

李靜

摘要：

以JWF1681導(dǎo)紗桿為例分析機械用細桿類零件的加工工藝，通過工藝改進分析工藝流程、工序余量控制、加工變形及熱處理等工藝控制，從而達到設(shè)計要求。

【關(guān)鍵詞】高頻淬火 冷拔 去應(yīng)力退火 彎曲變形

1.綜述

桿類零件加工特別是長徑比很大的細長桿類零件，是比較難以加工的零件，由于細長桿本身的剛性差，加工過程中受切削力、切削熱，振動等影響，容易出現(xiàn)彎曲，竹節(jié)、維度、棱形和腰鼓形等缺陷。

機械產(chǎn)品中有多種細桿型零件，多為直徑在Φ5mm-Φ15mm的桿件，要求耐磨性好、強度高，但保證這些功能就給加工工藝帶來困難，且相應(yīng)的工藝流程長，生產(chǎn)周期長，不利于零件批量生產(chǎn)。現(xiàn)以JWF1681中使用的導(dǎo)紗桿紡織類零件的加工為例對此類零件的加工工藝進行分析。

2.實例對照分析

2.1概況分析：

JWF1681型全自動轉(zhuǎn)杯紡紗機是開發(fā)的新型轉(zhuǎn)杯紡紗機，是一種高速、高效帶全自動接頭裝置及清潔裝置的抽氣式轉(zhuǎn)杯紡紗機，每節(jié)機身長度至2800mm左右，長向零件均比現(xiàn)生產(chǎn)的轉(zhuǎn)杯紡紗機有所加長，故而長向件的產(chǎn)品質(zhì)量直接影響整機裝配質(zhì)量。

現(xiàn)以其中一種細桿類零件導(dǎo)紗桿為例分析加工工藝。該零件材料為45號鋼，直徑為12mm，長度800mm，產(chǎn)品設(shè)計要求直線度0.05mm以下，且要具有一定的耐磨性和剛性。對于類似零件常規(guī)工藝可采用以下兩種工藝手段：

第一為冷拔、粗磨、校直后精磨，最后表面鍍鉻，表面硬度在HV800左右，然而鍍鉻處理的生產(chǎn)周期長，成本高，且鍍后零件變形沒辦法再進行處理，零件變形后沒辦法保證原先設(shè)計要求，故而不可采用。

第二為將鍍硬鉻工序改為淬火處理，鋼的淬火是將鋼加熱到臨界溫度Ac3（亞共析鋼）或Ac1（過共析鋼）以上某一溫度，保溫一段時間，使之全部或部分奧氏體化，然后以大于臨界冷卻速度的冷速快冷到Ms以下（或Ms附近等溫）進行馬氏體（或貝氏體）轉(zhuǎn)變的熱處理工藝。

這樣的淬火熱處理工藝即可節(jié)約生產(chǎn)周期，成本較低，又可在淬火后增加精磨工序來保證其設(shè)計精度要求，可達到維氏硬度HV724左右，但整體淬火后易產(chǎn)生彎曲變形且變形量較大，不易校直，經(jīng)分析可采用表面淬火工藝來完成此工藝要求。

表面淬火可以獲得高硬度，高耐磨性的表面，而心部仍然保持原有的良好韌性，常用于機床主軸，齒輪，發(fā)動機的曲軸等。表面淬火是將鋼件的表面層淬透到一定的深度，而心部仍保持未淬火狀態(tài)的一種局部淬火的方法。表面淬火時通過快速加熱，使鋼件表面很快到淬火的溫度，在熱量來不及穿到工件心部就立即冷卻，實現(xiàn)局部淬火。通過這樣的表面淬火工藝不僅可以提高該零件的表面硬度和耐磨性，而且工件心部保持了表面淬火前的組織狀態(tài)，使具有足夠的塑性和韌性。

其中，高頻淬火多數(shù)用于工業(yè)金屬零件表面淬火，是使工件表面產(chǎn)生一定的感應(yīng)電流，迅速加熱零件表面，然后迅速淬火的一種金屬熱處理方法。感應(yīng)加熱設(shè)備，即對工件進行感應(yīng)加熱，以進行表面淬火的設(shè)備。感應(yīng)加熱的原理：工件放到感應(yīng)器內(nèi)，感應(yīng)器一般是輸入中頻或高頻交流電 （1000-300000Hz或更高）的空心銅管。產(chǎn)生交變磁場在工件中產(chǎn)生出同頻率的感應(yīng)電流，這種感應(yīng)電流在工件的分布是不均勻的，在表面強，而在內(nèi)部很弱，到心部接近于0，利用這個集膚效應(yīng)，可使工件表面迅速加熱，在幾秒鐘內(nèi)表面溫度上升到800-1000o；C，而心部溫度升高很小

為了滿足JWF1681轉(zhuǎn)杯紡引紗速度達到200m/min以上的要求。而導(dǎo)紗桿屬細桿類零件，工藝要求表面高頻淬火提高其強度和耐磨性。為防止淬火時彎曲變形，可通過采用多次去應(yīng)力的工藝來達到利用加工。我們設(shè)計了導(dǎo)紗桿的加工工藝流程如下：冷拔備料一粗磨一去應(yīng)力退火、校直一半精加工一去應(yīng)力退火、校直一高頻淬硬、校直一精加工。

2.2各道工序余量控制：

為防止去除應(yīng)力時產(chǎn)生彎曲變形，造成加工余量不夠必須采取有效的控制。根據(jù)去除應(yīng)力酌變形情況，逐漸減少加工于量。同時為保證加工精度，減少磨削時產(chǎn)生的熱變形和避免產(chǎn)生表面裂紋等，控制各道磨削工序的余量。2.4需要關(guān)鍵控制的工序

對于機加工來說，我們可以通過提高刀具、機床精度來提高，因而其最需要控制的就是去應(yīng)力退火工序，現(xiàn)將進行其主要介紹：

2.4.1去應(yīng)力退火是將工件加熱到Ac1以下的適當溫度，保溫一定時間后逐漸緩慢冷卻的工藝方法，其目的是為了去除機加工，變形加工，鑄造，鍛造，熱處理以及焊接后產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。我們采用的去應(yīng)力退火的溫度分兩次，第一次去應(yīng)力退火采用較低的時效溫度，第二次去應(yīng)力退火的回火溫度彎曲變形低20°-30°，可以避免降低原材料的硬度及力學性能，參見下去應(yīng)力退火工藝曲線圖。將工件放在空心銅管繞成的感應(yīng)器內(nèi)，通過高頻交流電后，在工件表面形成同頻率的感應(yīng)電流，將零件表面迅速加熱（幾秒鐘內(nèi)即可升溫800-1000度，心部仍接近室溫）后立即噴水冷卻（或浸油淬火），以利于工件表面淬硬需要。

3.綜述

通過工藝分析及現(xiàn)場工藝試驗，采用方案二即可確保產(chǎn)品設(shè)計要求，還可以縮短工件加工周期，降低加工成本，實現(xiàn)高質(zhì)高量生產(chǎn)要求。

參考文獻：

[1] 夏立芳.金屬熱處理工藝學（修訂版）.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社，2008：5.

[2] 姜江，彭其鳳.表面淬火技術(shù).北京：化學工業(yè)出版社，2006：1.

[3] 中國機械工程學會熱處理學會.熱處理手冊（第1卷）.北京：機械工業(yè)出版社，2008：1.

[4] 先逵.機械加工工藝手冊.北京：機械工業(yè)出版社，2007：2.

[5] 宏鈞.機械加工工藝設(shè)計員手冊.北京：機械工業(yè)出版社， 2009：1.

[6] 張紅兵等.機械設(shè)計手冊.北京：化學工業(yè)出版社，2004：9.

[7] 敦穩(wěn).現(xiàn)代工藝技術(shù).北京：北京航空航天大學出版社，2009：8.

[8] 楊傅泉.機械工人切削手冊.北京：機械工業(yè)出版社，2003：6.

作者簡介：

李林鋒（1979.11-），男，中級電氣工程師，工程碩士，廣東電網(wǎng)公司江門供電局，研究方向：電氣工程（繼電保護、智能電網(wǎng)、配網(wǎng)自動化）。