武漢理工大學(xué)（湖北 430063）馮小飛 鄭衛(wèi)剛

車床方刀架是車削加工時決定精度的重要因素，但在使用中卻出現(xiàn)了嚴(yán)重影響精度的故障，直接導(dǎo)致了工作效率的降低。為解決方刀架出現(xiàn)的故障，本文對CA6140車床方刀架故障進(jìn)行了分析，并探討了幾種現(xiàn)代熱處理工藝，進(jìn)行比較分析，尋找解決故障的最佳途徑。

1.故障分析

在進(jìn)行故障分析前先了解CA6140車床方刀架的結(jié)構(gòu)及工作原理。

（1）方刀架結(jié)構(gòu)示意圖及工作原理 方刀架結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 CA6140車床方刀架結(jié)構(gòu)

方刀架工作原理：逆時針轉(zhuǎn)動手柄10時，可松開刀架體9，通過銷釘聯(lián)接轉(zhuǎn)動內(nèi)花鍵套筒，并帶動外花鍵套筒轉(zhuǎn)動，再通過它的下端齒爪使凸輪轉(zhuǎn)動，并通過凸輪的斜面a拔出定位銷15，缺口的側(cè)面b碰刀架體9的定位銷15，使刀架體旋轉(zhuǎn)，鋼球12滑出并進(jìn)另一定位孔，刀架體初定位，再順時針轉(zhuǎn)手柄10，可順次插銷定位夾緊。

（2）故障原因 由于車床在長期的使用中需要經(jīng)常對刀換刀，而傳統(tǒng)車床上的對刀換刀是通過旋轉(zhuǎn)方刀架上的手柄來實現(xiàn)的，因長期頻繁使用旋轉(zhuǎn)方刀架的手柄部分，方刀架小滑板上的銷孔套筒與定位銷頭部和鋼球間會因反復(fù)接觸摩擦而導(dǎo)致套筒磨損過大，且其截面極易成為橢圓，由此帶來的直接影響是在鎖緊方刀架時，方刀架常會出現(xiàn)一定量的偏移，如未注意到這種偏移，直接對工件進(jìn)行車工，則工件精度會受到很大影響，極易造成工件浪費；若工作人員觀察到這種偏移，則需手動進(jìn)行校正，無疑將大大延長了加工時間，影響效率。無論是以上哪種情況，都會導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)效益降低。

其在傳統(tǒng)車床CA6140上表現(xiàn)出來的磨損如圖2所示，由圖1可知，未磨損的銷孔套筒其截面為圓形，但圖2中的銷孔套筒已磨損嚴(yán)重，其截面已近乎橢圓。

圖2 CA6140車床上小滑板銷孔套筒的磨損情況

2.試驗及分析

（1）方刀架誤差試驗 為精確測量在實際加工中對工件造成的誤差，筆者特在此機(jī)床上進(jìn)行試驗。試驗材料為直徑55mm的鑄鐵毛坯。試驗時進(jìn)行如下處理：對刀后轉(zhuǎn)動橫向進(jìn)給刻度盤的進(jìn)給量分別為2.00mm、2.50mm、3.00mm、3.50mm、4.00mm，然后開始起動車床，縱向進(jìn)入，車一段距離后退回，停止車床，進(jìn)行換刀，將刀具逆時針轉(zhuǎn)動一圈后再順時針鎖緊，保持橫向進(jìn)給量刻度盤位置不變，再起動車床，車之前軸向距離的約1/3～1/2處退回，停止車床，用游標(biāo)卡尺分別測量換刀前與換刀后的坯料的直徑，記錄數(shù)據(jù)，算出前后之間的差值Δ，數(shù)據(jù)記錄如表1。

表1 不同組別換刀前后的直徑與差值Δ

從表1中可以明顯看出，換刀前后的測量值存在很大的差值，其平均誤差為0.364mm。據(jù)多年從事車工的工作人員介紹，在換刀前后若徑向誤差不大于0.1mm，屬合理范圍，這通常是由車床刻度盤輕微移動或刀具的負(fù)角等原因引起的，但因小滑板上的銷孔里套筒的磨損而引起的誤差顯然已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了允許范圍，通常面對這種誤差，從事車工多年的工作人員會根據(jù)經(jīng)驗進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，但這無疑會降低工作效率。

（2）解決方案的探討 磨損是機(jī)械零件主要失效形式之一。不同的工況，其磨損機(jī)理也不同，影響的因素很多，過程也十分復(fù)雜。鋼的耐磨性是指在一定工作條件下抵抗磨損的能力。迄今為止，科學(xué)界還沒有一條簡明而可靠的磨損定律。對于一定的磨損工況，影響鋼耐磨性的因素有很多，它包括工作條件（載荷、速度、運動方式等）、潤滑狀態(tài)、環(huán)境因素（溫度、濕度、周圍介質(zhì)等）、材料因素（成分、組織、力學(xué)性能等）、零件表面質(zhì)量及物理化學(xué)特性等。通常來說，提高鋼的硬度一定程度上可以提高其耐磨性。在傳統(tǒng)車床上，小滑板上銷孔套筒的材料通常為調(diào)質(zhì)后的45鋼。要想提高其表層硬度和耐磨性，通常是采用調(diào)質(zhì)處理方式，其推薦熱處理溫度為淬火840℃，回火600℃。通過對上述銷孔套筒的磨損分析，對其進(jìn)行普通的熱處理方式顯然已不能滿足長期使用的要求。因零件表面質(zhì)量是影響其耐磨性的重要因素之一，據(jù)此采用表面處理可很好地解決銷孔套筒磨損問題。表面處理技術(shù)是通過加熱或機(jī)械處理等方法，在不改變材料表層化學(xué)成分的情況下，使其結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而改變其性能。表面處理能使零件獲得一定深度的表面硬化層，并能使其心部保持較好的韌性，從而提高其耐磨性。

根據(jù)顧洪武對45鋼采用幾種表面處理后對其耐磨性的研究，可以得出45鋼在不同表面處理條件下性能的差異，而這是我們對銷孔套筒進(jìn)行熱處理的重要參考依據(jù)。顧洪武研究的對45鋼試樣（調(diào)質(zhì)態(tài)）采用不同表面處理工的試驗條件如表2所示，為便于比較, 顧洪武對數(shù)據(jù)進(jìn)行了歸一化處理，并給出了幾種強(qiáng)化工藝的試樣性能等之間的對比，如表3所示。其中碳氮共滲在RRJJ25－9T井式氣體滲碳爐中進(jìn)行，以煤油分解氣為滲碳劑，液氨（經(jīng)氣化、干燥后）為滲氮劑，共滲后直接淬火。激光器為GJ－Ι型橫向流動激光器, 輸出功率為500～2000W，連續(xù)可調(diào)，光斑直徑為3mm。激光淬火前對試樣表層磷化處理。表2中，P和υ分別是激光功率和掃描速度，p1和p2分別是氧氣和乙炔氣的壓力，Q1和Q2分別是氧氣和乙炔氣的流量。表3中綜合系數(shù)是將硬度、耐磨性、耐蝕性三個數(shù)值相乘再除以成本數(shù)值得出的。

表2 表面處理工藝的試驗條件

表3 幾種強(qiáng)化工藝的試樣性能等和對比

從表2中可以看到經(jīng)不同的表面處理工藝可以得出45鋼在相應(yīng)處理下的硬化層深度與可硬化范圍，采用表面處理的方式提高了試樣的硬化層深度。

從表3中可以明顯看出，采用表面處理的方式能很好地改變試樣的性能，提高了試樣的硬度和耐磨性，不同的表面處理對試樣硬度耐磨性的提高不同，激光熔敷對試樣的耐磨性提高最大，但成本也最高；高頻淬火對試樣的耐磨性提高幅度最小，但成本較之于其他幾種處理方式最低。針對于傳統(tǒng)車床上的小滑板銷孔套筒，應(yīng)用以上幾種表面處理工藝，理論上均能提高套筒的耐磨性，從而延長使用壽命，克服生產(chǎn)中出現(xiàn)的故障。

3.結(jié)語

（1）傳統(tǒng)車床方刀架在換刀后會經(jīng)常出現(xiàn)一定量的偏移，這是由小滑板上的銷孔套筒過度磨損造成的，且這種偏移會帶來很大的誤差，影響加工精度，降低工作效率。

（2）對制成小滑板銷孔套筒的45鋼采用傳統(tǒng)熱處理調(diào)質(zhì)方式已不能滿足工件長期使用的要求，采用表面熱處理方式能顯著提高45鋼的耐磨性。

（3）不同表面熱處理工藝對45鋼的耐磨性提高不同，所需的成本也有很大差異，廠商可根據(jù)具體需要采用合適的表面處理工藝方式生產(chǎn)出小滑板上的銷孔套筒。