摩擦盤式假捻器細長軸制造工藝改進

曹希新，劉紅斌，鄒友民

(湖南長宏鍋爐科技股份有限公司，湖南 衡陽 421007)

0 引言

在機械加工中，長度與直徑之比大于7的軸稱為“細長軸”。細長軸的剛性較差，在加工過程中因機床、刀具、切削熱的影響易產生變形，其直線度、圓柱度易出現諸多缺陷[1]。由于其尺寸精度和表面粗糙度要求高，加之為提高細長軸的硬度及表面耐磨性，一般都采取整體淬火或高頻淬火、表面鍍鉻等措施進行處理；而磨加工時的切削熱更容易引起工件變形。

1 細長軸加工問題

我公司加工的HN2850-N1型軸承，是一種用在彈力絲機上的摩擦盤式假捻器軸承，其結構如圖1所示。假捻器軸承是彈力絲機的核心部件，多組摩擦盤和導盤依次裝在細長軸上，使用時細長軸和摩擦盤及導盤發生摩擦，因此要求細長軸有非常高的表面硬度及耐磨性；此外，為防止軸承銹蝕，細長軸表面應具有良好的防銹性能。為此，我們對細長軸進行高頻淬火和表面鍍鉻處理。

圖1 假捻器軸承

由于假捻器細長軸長度與直徑之比為L/D=18,材質為GCr15軸承鋼[2]，高頻淬火熱處理后的表面硬度為61 HRC～65 HRC，之后再進行表面鍍硬鉻。因為假捻器細長軸既是加工軸承溝道的基準面，又是軸承使用時的安裝配合面，所以加工精度要求特別高。為此，公司購買了多臺MGT1050型高精度無心磨床，但其加工時需要多次通磨外圓，且進給速度和加工余量須嚴格控制，導致加工效率低，無法滿足日益增加的產量和質量要求。

2 工藝流程及問題原因分析

2.1 工藝流程

假捻器軸承細長軸常規加工工藝流程[3]：落料→軟磨外圓→倒一端角→表面淬火→粗磨外圓→鉆、攻螺孔→倒另一端角→銑槽→鍍前精磨→表面鍍硬鉻→鍍后修磨→磨端面→硬倒圓弧角→精磨外圓→磨雙溝→超精雙溝→總檢入庫。

2.2 問題原因分析

該類假捻器軸承細長軸硬度高、剛性差，加工非常困難；特別是細長軸表面電鍍硬鉻時，因為電極的尖角效應會造成鍍層極不均勻，特別是細長軸外圓兩端與其中部直徑的尺寸差為0.08 mm～0.12 mm,且其圓度、錐度、跳動非常大，不能滿足其直徑尺寸極差控制在9μm的要求。為此，電鍍硬鉻后的細長軸需反復精磨外圓才能合格，而且鍍后修磨外圓工序就需要在無心磨床上通磨4次；而無心磨床通磨細長軸外圓時，由于細長軸兩端的鍍層厚，砂輪進給的切削力、切削熱量及冷卻不均勻等原因影響，也會造成個別細長軸鍍層脫落，脫落的鍍鉻層一旦粘附在導輪上就會嚴重劃傷細長軸表面，嚴重影響細長軸的加工質量，甚至導致細長軸報廢。上述諸多因素直接造成制造工藝復雜，加工難度大、成本高、表面質量有缺陷、加工效率低等問題，嚴重制約公司的擴大再生產。

3 工藝改進

為了提高假捻器細長軸加工效率、降低加工成本，筆者分析認為化學鍍鎳磷表面處理可以代替電鍍處理。這是因為化學鍍鎳磷層具有特殊的機械性能[4]，如鍍層硬度高、厚度均勻、耐磨性優異、耐腐蝕性強、光澤度高，工件鍍后的表面粗糙度不受影響，無須再加工和拋光處理。另外，鍍鎳磷工藝相對于電鍍硬鉻工藝不需要昂貴的沉鈀，加工成本低。綜合考慮后，公司聯系多家鍍鎳磷公司進行多次試驗對比，并根據工件在鍍槽內不同的擺放方式不斷調整化學鍍鎳磷配方，最終獲得理想的假捻器細長軸鍍鎳磷工藝。采用該工藝后，細長軸硬度、耐磨性以及惡劣環境下的耐銹蝕能力都得到大幅提升，而且鍍層非常均勻，圓度、尺寸、錐度、跳動、表面粗糙度全部合格，細長軸的加工質量得到保障。小批量試制后，我們將細長軸制造工藝流程改進為：落料→軟磨外圓→倒一端角→表面淬火→粗磨外圓→鉆、攻螺孔→倒另一端角→銑槽→磨端面→硬倒圓弧角→鍍前精磨→表面鍍鎳磷→磨雙溝→超精雙溝→總檢入庫(該項假捻器細長軸制造工藝的改進已申請發明專利，專利申請號為：201510702052.8)。

4 結語

相較于假捻器軸承細長軸常規加工工藝，改進后的工藝省略鍍后修磨和精磨外圓兩道工序。這是因為使用化學鍍鎳磷工藝，操作者可以根據電鍍時間精準控制細長軸鍍后尺寸和鍍層均勻度，各種形位公差都能得到很好的保障。細長軸化學鍍鎳磷后可以一步成形，加工效率得到極大提高，鍍層厚度僅為電鍍硬鉻的1/4，加工成本較電鍍硬鉻低廉，且鍍層硬度高、耐磨性好、韌性高、內應力小、耐腐蝕性能強，在滿足假捻器軸承使用功能的同時，降低生產成本，確保加工質量，極大地提高加工效率，全面推廣后，公司取得了很好的經濟效益。