田莉莉

煙臺工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東煙臺 264006

軸類零件加工的主要問題是如何保證各加工表面的尺寸精度、表面粗糙度和主要表面之間的相互位置精度。鍛造廠軸類零件加工的典型工藝路線如下：

毛坯及其熱處理→預(yù)加工→車削外圓→銑鍵槽等→熱處理→磨削

1 CA6140主軸加工工藝分析

1.1 CA6140主軸技術(shù)條件的分析

1.1.1 支承軸頸的技術(shù)要求

主軸兩支承軸頸A、B的圓度允差 0.005mm，徑向跳動(dòng)允差0.005mm，兩支承軸頸的1：12錐面接觸率＞70%，表面粗糙度Ra0.4um。支承軸頸直徑按IT5-7級精度制造。主軸外圓的圓度要求，對于一般精度的機(jī)床，其允差通常不超過尺寸公差的50%，對于提高精度的機(jī)床，則不超過25%，對于高精度的機(jī)床，則應(yīng)在 5%～10%之間。

1.1.2 鍛造廠錐孔的技術(shù)要求

主軸錐孔（莫氏 6號）對支承軸頸 A、B的跳動(dòng)，近軸端允差 0.005mm，離軸端300mm處允差 0.01mm，錐面的接觸率 ＞70%，表面粗糙度Ra0.4um，硬度要求 HRC48。

1.1.3 短錐的技術(shù)要求

短錐對主軸支承軸頸A、B的徑向跳動(dòng)允差0.008mm，端面D對軸頸A、B的端面跳動(dòng)允差0.008mm，錐面及端面的粗糙度均為Ra0.8um。

1.1.4 空套齒輪軸頸的技術(shù)要求

空套齒輪的軸頸對支承軸頸A、B的徑向跳動(dòng)允差為0.015mm。

1.1.5 螺紋的技術(shù)要求

鍛造廠這是用于限制與之配合的壓緊螺母的端面跳動(dòng)量所必須的要求。因此在加工主軸螺紋時(shí)，必須控制螺紋表面軸心線與支承軸頸軸心線的同軸度，一般規(guī)定不超過0.025mm。

1.2 軸類零件鍛造加工的主要技術(shù)要求

1.2.1 尺寸精度

軸頸是軸類鍛件鍛造廠的主要表面，它影響軸的回轉(zhuǎn)精度及工作狀態(tài)。軸頸的直徑精度根據(jù)其使用要求通常為IT6～9，精密軸頸可達(dá)IT5。

1.2.2 幾何形狀精度

軸頸的幾何形狀精度（圓度、圓柱度），一般應(yīng)限制在直徑公差點(diǎn)范圍內(nèi)。對幾何形狀精度要求較高時(shí)，可在零件圖上另行規(guī)定其允許的公差。

1.2.3 位置精度

主要是指裝配傳動(dòng)件的配合軸頸相對于裝配軸承的支承軸頸的同軸度，通常是用配合軸頸對支承軸頸的徑向圓跳動(dòng)來表示的；根據(jù)使用要求，規(guī)定高精度軸為0.001mm～0.005mm，而一般精度軸為0.01mm～0.03mm。

此外還有內(nèi)外圓柱面的同軸度和軸向定位端面與軸心線的垂直度要求等。

1.2.4 表面粗糙度

鍛造廠根據(jù)零件的表面工作部位的不同，可有不同的表面粗糙度值，例如普通機(jī)床主軸支承軸頸的表面粗糙度為Ra0.16um～0.63um，配合軸頸的表面粗糙度為Ra0.63um～2.5um，隨著機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)速度的增大和精密程度的提高，軸類零件鍛造加工后表面粗糙度值要求也將越來越小。

2 熱處理問題

根據(jù)金屬材料學(xué)基本原理，金屬材料的組織結(jié)構(gòu)直接決定了其力學(xué)性能，同時(shí)在熱處理之后能否被淬透，得到馬氏體組織，是決定材料力學(xué)性能的關(guān)鍵因素之一。而衡量鋼材料經(jīng)熱處理之后獲得馬氏體組織能力的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)是鋼的淬透性，同時(shí)鋼的淬透性還直接決定了淬火之后所獲得淬硬層的厚度。

2.1 大截面45號鋼軸類零件熱處理試驗(yàn)分析

鋼熱處理力學(xué)后的力學(xué)性能除了受到其淬透性的影響外，還受到其他相關(guān)因素的影響，包括尺寸和零件的結(jié)構(gòu)等因素，其中尺寸是一個(gè)比較重要的因素。對于45號鋼而言，其在水中的淬透臨界直徑為14mm～22mm。這就使得在進(jìn)行大直徑、大截面45號鋼零件進(jìn)行淬火時(shí)，其淬硬層的深度一直是熱處理工藝中最為關(guān)心的問題之一，它直接關(guān)系到熱處理之后工件的相關(guān)性能是否能達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。

2.1.1 試驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)中所采用的零件材料為在生產(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理的45號鋼，其主要的化學(xué)成分為：C 0.43%-0.51%、Si 0.18%-0.38%、Mn 0.49%-0.79%，S 0.04%-0.056%、P 0.040%。零件的直徑為這樣六種：40mm、60mm、80mm、100mm、120mm和150mm，同時(shí)其長度均大于直徑的2.5倍，棒材在剝?nèi)ネ獗韺? mm厚的表皮之后留待備用。試驗(yàn)中零件進(jìn)行淬火的溫度為845℃，而淬火介質(zhì)是濃度為10%的鹽水，回火溫度為200℃～600℃。在進(jìn)行熱處理之后，需要磨去其表面的氧化皮，確保接下來的硬度測試的準(zhǔn)確性及表面積碳對工件硬度造成的影響。每個(gè)試樣進(jìn)行熱處理之后，在其長度的二分之一處用砂輪機(jī)在水冷的條件下進(jìn)行剖開，沿同心圓對硬度進(jìn)行測定，以確保數(shù)據(jù)的可靠程度。

2.1.2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

經(jīng)過試驗(yàn)之后，我們可以發(fā)現(xiàn)大截面45號鋼的淬硬深度僅為lmm～5mm，而且除了表面層可以獲得馬氏體組織外，淬硬層大部分都不是馬氏體組織。同時(shí)，由于傳統(tǒng)的銷軸類零件在加工過程中，調(diào)質(zhì)處理一般都安排在了粗加工之前，而且其預(yù)留的加工余量通常設(shè)置為2.5mm，這對于大截面的45號鋼零件來講，經(jīng)過粗加工之后，調(diào)質(zhì)處理基本上沒有起到作用。因此，我們在加工大截面的軸類零件時(shí)，調(diào)質(zhì)處理應(yīng)該安排在粗加工工序之后，這樣才能達(dá)到預(yù)定的要求。

1）采用淬火結(jié)合低溫回火來替代調(diào)質(zhì)處理

隨著工程機(jī)械市場的不斷發(fā)展，在其中大量采用的大截面45號鋼軸類零件大量采用，這就在一定程度上加大了對其熱處理質(zhì)量的要求。在進(jìn)行熱處理過程中，有的是將調(diào)質(zhì)處理作為最終的熱處理工藝，而有的只是將調(diào)質(zhì)處理作為預(yù)熱處理程序，之后還需要進(jìn)行表面高頻淬火及中頻淬火等。通過上面的試驗(yàn)我們可以知道，我們可以在適當(dāng)?shù)臈l件下采用淬火結(jié)合加低溫回火的熱處理方式來替代調(diào)質(zhì)等處理工序。這是由于淬硬層在200℃溫度中進(jìn)行回火之后得到的將是回火馬氏體組織，其力學(xué)性能，包括硬度、強(qiáng)度及耐磨性等方面均要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于回火索氏體，同時(shí)還可以產(chǎn)生表面殘余應(yīng)力，大大的提高軸的疲勞強(qiáng)度，其綜合力學(xué)性能基本上達(dá)到了表面淬火所得到的1mml～5mml的硬化層的力學(xué)性能。

2）用正火處理替代調(diào)質(zhì)處理作為預(yù)備熱處理工序

對于直徑大于100 mm的大截面45號鋼軸類零件而言，其淬硬深度一般在1mm～2mm之間。除了表層之外，淬硬層的大部分并不是馬氏體組織。因此，一般在進(jìn)行高溫回火之后僅能在軸的表面得到具有綜合力學(xué)性能較好的回火索氏體，其熱處理效果有限。因此，我們可以采用正火來替代調(diào)質(zhì)處理，將其作為淬火前的預(yù)備熱處理工序，這樣不僅可以達(dá)到零件的使用力學(xué)性能要求，同時(shí)還能在一定程度上降低生產(chǎn)成本，節(jié)約資源，提高生產(chǎn)效率。

2.2 汽車前軸熱處理工藝概述

軸類零件的熱處理工藝除了明顯受到尺寸的影響之外，還與材料種類具有重要聯(lián)系。下面以汽車前軸的熱處理工藝，對該問題進(jìn)行探討。汽車前軸材料為42CrMo，要求在調(diào)質(zhì)處理后的硬度達(dá)到240-305HB，金相組織為1-4級的回火索氏體。

在進(jìn)行生產(chǎn)試驗(yàn)中，先后進(jìn)行了油淬、亞溫淬火、復(fù)合亞溫淬火及PGA淬火試驗(yàn)與批量淬火回火生產(chǎn)。試驗(yàn)表明，前三種熱處理方式都不能達(dá)到設(shè)計(jì)要求的力學(xué)性能。其中，采用油淬處理之后得到的硬度僅為260HB～299HB，且得到的金相組織為回火索氏體和鐵素體，沒有達(dá)到設(shè)計(jì)要求；采用亞溫淬火后得到的軸類零件的硬度達(dá)到46HRC～50HRC，硬度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，但是其得到的金相組織為回火素氏體和棒狀鐵素體，不能達(dá)到設(shè)計(jì)要求；采用復(fù)合亞溫淬火熱處理之后得到的零件硬度能達(dá)到要求，但是金相組織和亞溫淬火相似，也不符合要求；而采用PGA淬火之后，硬度在242HB～305HB之間，而且金相組織為回火索氏體，兩方面都達(dá)到了設(shè)計(jì)的力學(xué)性能要求。

3 結(jié)論

綜上所述，在對軸類零件進(jìn)行熱處理時(shí)，應(yīng)該針對不同的材料種類和零件結(jié)構(gòu)尺寸等進(jìn)行具體的熱處理設(shè)計(jì)。在對大截面45號鋼軸類零件進(jìn)行熱處理時(shí)，可以采用淬火加低溫回火的方式替代調(diào)質(zhì)處理，在提高軸的硬度、強(qiáng)度及耐磨性的同時(shí)，還可以使得軸的芯部具有一定的抗沖擊能力。而在對汽車前軸進(jìn)行熱處理時(shí)，要根據(jù)具體的設(shè)計(jì)目的對熱處理工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)。

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