非調質鋼在精梳機錫林軸上的應用

成慶紅，趙庭杰，胡立英

非調質鋼具有節約能源、降低成本、減少工件變形、減少環境污染等優點，德國、瑞典和日本對非調質鋼的研究與應用在世界上處于領先水平，在國內非調質鋼已經廣泛應用于裝備制造業、汽車行業中，而在紡織機械行業的應用還比較少。

1.精梳機錫林軸服役條件

精梳機在紡紗過程中主要作用是排除較短纖維、清除纖維中的扭結粒等雜質，使纖維進一步伸直平行，最終制成粗細較均勻的精梳條。

錫林部件是精梳機的核心部件，分段安裝在錫林傳動軸的軸承檔部位，工作過程中喂給部分輸入一定長度纖維層，由鉗板握持纖維層后端，接受錫林對纖維的分梳。精梳機主傳動置于機器頭部，動力由兩對非圓齒輪傳給錫林軸，錫林軸貫通全機，由頭段和尾段一長一短兩根連接而成，軸端有分度盤，為全機各部動作（定時定位）的基準。非圓齒輪傳動，瞬時傳動比是變化的，所以錫林軸做變速運動，由變加速和變減速運動構成。精梳機的技術發展以提高車速為重點，我公司的精梳機開車速度最初是290鉗次/min，新開發的JWF1278型精梳機預計速度將提高至420鉗次/min，所以導致原來的軸出現了變形、鍵槽被“啃掉”甚至是斷裂的問題。

目前我公司精梳機錫林軸采用55鋼調質處理后加工，但調質處理使軸的內應力增加，錫林軸屬于細長軸類，加工過程中變形大、校直難度大、效率低，有時還需增加數次去應力處理，不僅成本高，還制約了正常的裝配和生產進度。因此，錫林傳動軸不僅要求軸承檔具有很高的硬度和耐磨性，還要有一定的抗扭、抗彎強度，以及好的沖擊韌度。

2.試驗過程

（1）錫林軸工藝試驗 本次工藝試驗選取兩個零件件號各7根：JWF1276-0612Q1錫林傳動軸（頭），規格：φ30mm×1630mm；JWF1276-0610Q1錫林傳動軸（尾），規格：φ30mm×2238mm。錫林軸加工工藝流程：備料→車加工→粗磨→分段高頻感應淬火→精磨→銑鍵槽→磷化。零件技術要求：該軸φ30mm各段熱處理后硬度60～64HRC，全長徑向圓跳動量≤0.050mm，1m以內徑向圓跳動量≤0.030mm，圓度要求≤0.006mm。

（2）材料選擇 考慮到錫林傳動軸的加工難度主要是在調質后內應力大、變形大、校直困難，通過調研非調質鋼的力學性能和加工性能，可選用一種合適的非調質鋼來替代進行工藝試驗。根據國家非調質機械結構鋼標準GB/T15712—2008，選用直接切削加工用材料F45MnVST。原材料55鋼與F45MnVST化學成分對比見表1。

（3）力學性能對比 原材料55鋼與F45MnVST力學性能對比見表2。可見，兩種鋼的屈服強度相當，55鋼調質后的抗拉強度與F45MnVST相差較大，而F45MnVST的塑性和韌性稍差一點，二者硬度也相當。

（4）試驗數據 采用雙頻淬火機床對長軸進行高頻感應淬火（調頭兩次淬火），感應線圈直徑36m m，加熱溫度（880±10）℃，噴水冷卻，深井式爐回火，150℃保溫120～150min。淬火后表面硬度要求60～64HRC，兩種材料實際檢測結果對比見表3，均符合要求。

磨削階段使用無心磨床加工，每次磨削完都需校直，磨削完工后檢驗徑向圓跳動量和淬火段圓度（見附圖）。測得最大徑向圓跳動量和淬火段圓度數據見表4～表7。

經過4～6次的磨削，百分表測量徑向圓跳動量，全長范圍內0.05mm，均達到要求；千分表測量淬火段圓度，要求圓度不超過0.006mm，均達到要求，原來55鋼調質后變形量大，磨削階段完工檢驗需將圓度要求放寬到0.010mm以內。

3.兩種材料淬硬層對比

55鋼調質后和F45MnVST兩種材料分別制作φ20mm×250mm試棒各一根，在同一臺雙頻淬火機床上采用相同的淬火參數進行高頻感應淬火后，分析其表面硬度及淬硬層深度，結果見表8。

55鋼淬火后表面硬度為890HV0.05，洛氏硬度66HRC，淬硬層深度1.5mm；F45MnVST淬火后表面硬度為800HV0.05，洛氏硬度63HRC，淬硬層深度1.75mm。

說明在同等淬火條件下，非調質鋼的淬透性比55鋼高，而淬硬性比55鋼低。由于非調質鋼中Si、Mn含量多，并且加入微量合金元素V、Ti等，所以淬透性高；而碳含量比55鋼低，故淬硬性低。

4.試驗結果

（1）F45MnVST替代55鋼加工精梳機錫林軸的方法可行，熱處理和機加工后的數據均可滿足圖樣要求。

（2）非調質鋼零件在高頻感應淬火和磨削過程中與調質零件零件相比變形量明顯減小，校直難度降低，生產效率大大提高，批量使用后可降低生產成本。

表1 化學成分對比（質量分數） （%）

表2 力學性能對比

表3 熱處理硬度值（HRC）

檢測圓度

表4 錫林傳動軸（頭）最大徑向圓跳動量 （mm）

表5 錫林傳動軸（尾）最大徑向圓跳動量 （mm）

表6 錫林傳動軸（頭）圓度

表7 錫林傳動軸（尾）圓度

表8 淬硬層深度測試

（3）非調質鋼在國內汽車制造業已經得到廣泛應用，在紡織機械行業也應該大力推廣，尤其是要求微變形的長軸類零件。20140526