涂小華 張正

摘要：本文首先闡述機(jī)械制造工業(yè)生產(chǎn)的背景及軸類(lèi)零件在機(jī)械制造工業(yè)中的作用，通過(guò)對(duì)螺紋短軸零件的分析確定螺紋短軸零件的材料，選擇零件毛坯的生產(chǎn)方式，根據(jù)工作條件要求安排適當(dāng)?shù)臒崽幚砉ば?，最后確定螺紋短軸零件的機(jī)械加工工藝路線(xiàn)。

Abstract： This paper first describes the background of the mechanical manufacturing industry and the role of shaft parts in the mechanical manufacturing industry. Through the analysis of the threaded stub shaft parts， determine the material of the threaded stub shaft parts， select the production mode of the parts blank， arrange the appropriate heat treatment process according to the requirements of the working conditions， and finally determine the machining process route of the threaded stub shaft parts.

關(guān)鍵詞：螺紋軸;機(jī)械加工;工藝設(shè)計(jì)

Key words： threaded shaft;machining;process design

中圖分類(lèi)號(hào)：TP241? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2020）23-0095-02

1? 背景

機(jī)械制造產(chǎn)業(yè)衡量一個(gè)國(guó)家科技發(fā)展水平以及在國(guó)際上的影響力。機(jī)械制造業(yè)產(chǎn)品，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在多種領(lǐng)域，比如工業(yè)領(lǐng)域、農(nóng)業(yè)領(lǐng)域、國(guó)防醫(yī)療領(lǐng)域、交通領(lǐng)域以及軍事和民用領(lǐng)域，這也使得機(jī)械制造業(yè)成為了一個(gè)國(guó)家重點(diǎn)支持和發(fā)展的主要產(chǎn)業(yè)。在這些機(jī)械產(chǎn)品中，軸類(lèi)零件是機(jī)械加工設(shè)計(jì)中經(jīng)常碰見(jiàn)的典型零件之一，正是因?yàn)檩S有以下作用：支承回轉(zhuǎn)體、傳遞扭矩、受載，所以軸在機(jī)械制造工業(yè)發(fā)揮了重要的作用。

2? 零件分析

2.1 零件圖分析

如圖1所示螺紋短軸，零件表面包含圓表面、螺紋、倒角、退刀槽等，零件尺寸完整，具有較好的加工性。該零件我選45鋼來(lái)作為材料，直徑為？準(zhǔn)50mm×80mm，未注倒角為C2，表面粗糙度都是Ra3.2μm，未注長(zhǎng)度尺寸許可誤差±0.1mm，每批數(shù)量1000件。

2.2 零件的功用和特點(diǎn)

軸類(lèi)零件在很多方面都會(huì)被經(jīng)常應(yīng)用，它的基本功用是用來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)和力、承受工作載荷以及支承工作零部件，因此在它的表面中含有圓表面、軸肩、螺紋、退刀槽和鍵槽等。外圓面裝支撐軸的軸承、齒輪和聯(lián)軸器等;軸與安裝零件的軸向定位可以用到軸肩;連接其他零件以及固定也可以用螺紋;鍵用鍵槽固定，發(fā)揮其周向定位的作用。軸類(lèi)零件按照不同標(biāo)準(zhǔn)劃分有很多種類(lèi)，比如直軸、階梯軸、螺紋軸、撓性軸、曲軸等等。

2.3 零件的工作條件和性能要求

2.3.1 零件工作條件

該零件屬于短軸類(lèi)零件，軸上螺紋用于連接和緊固，所以該零件工作時(shí)主要受到拉壓應(yīng)力和一定的沖擊載荷。該零件材料選擇45鋼，它是優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的一種，通過(guò)淬火熱處理然后回火就有了非常好的綜合性能，這極大地提高了強(qiáng)度和剛度，一般其塑性和韌性也較好，可以用來(lái)制造受到小的載荷的零件，用于工作環(huán)境要求精密的場(chǎng)合。

2.3.2 零件性能要求

零件軸徑、內(nèi)孔配合中有確定的尺寸精度要求，零件軸徑、內(nèi)孔等主要輪廓有圓度和圓柱度幾何外形精度要求，零件圓柱面之間有同軸度位置精度要求，軸的中心線(xiàn)和基準(zhǔn)平面要有垂直度要求，另外還有徑向圓跳動(dòng)要求，零件表面粗糙度要求為Ra3.2μm。

3? 零件材料選擇

3.1 零件材料選擇的原則

軸類(lèi)零件材料一般從合金鋼和碳素鋼中選擇。選擇軸類(lèi)零件材料首先需要考慮滿(mǎn)足強(qiáng)度、剛度以及軸的耐磨性要求，其次考慮加工軸的時(shí)候涉及熱處理以及工藝問(wèn)題，最后考慮經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題。

3.2 零件選材方法

軸類(lèi)零件種類(lèi)五花八門(mén)，選材時(shí)主要考慮載荷大小、載荷類(lèi)型等。合金鋼多用于受載較大及軸的外形、尺寸和重量等參數(shù)受到約束的軸;如果軸的受載較小，比如車(chē)床主軸，通常用經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)或正火的45鋼加工。

4? 零件毛坯的選擇

零件加工之前要選取適合此零件的毛坯，毛坯選擇是否合適，直接影響機(jī)械零件加工進(jìn)程和加工成本。選擇零件毛坯應(yīng)考慮這些因素：加工所處環(huán)境、加工類(lèi)型、加工成本及性能指標(biāo)等。故選擇毛坯時(shí)，應(yīng)按照與該零件類(lèi)似的形狀和結(jié)構(gòu)零件來(lái)確定毛坯，這樣的話(huà)，我們既可以達(dá)到機(jī)械加工中要求的經(jīng)濟(jì)性能，又可以提高加工效率，同時(shí)減輕了零件加工時(shí)候的工作量和材料浪費(fèi)的損失。

4.1 毛坯的分類(lèi)

軸類(lèi)零件的毛坯有型材、鍛件和鑄件等。鑄件用來(lái)制造一些復(fù)雜或軸徑大的軸，如內(nèi)燃機(jī)主軸就使用鑄件制造。熱鍛主要制造重要的軸。型材毛坯適用于制造一些表面光滑的軸及各段軸徑差距比較小的階梯軸。

4.2 零件毛坯選擇原則

軸類(lèi)零件的毛坯主要有棒料、鍛件。選棒料毛坯用于制造外圓直徑差距不大的軸;選用鍛件這種毛坯形式就是為了加工一些階梯軸以及相對(duì)重要的軸。以上選取方式不僅可以降少材料浪費(fèi)，還可以減輕機(jī)械加工中的工作難度，同時(shí)又有利于改善零件機(jī)械加工性能。工廠(chǎng)的生產(chǎn)方式分大規(guī)模和小規(guī)模，自由鍛和模鍛是毛坯鍛造的兩種方式，對(duì)于生產(chǎn)量小的采取自由鍛，對(duì)于生產(chǎn)量大的采取模鍛。該零件為短軸且外圓直徑大小差異不太大，根據(jù)上面的毛坯選取原則采用棒料毛坯;該零件按照要求每批要生產(chǎn)1000件，是中等產(chǎn)量的生產(chǎn)，因此可以對(duì)其采用自由鍛造。

5? 確定零件加工工藝路線(xiàn)

5.1 選擇定位基準(zhǔn)、確定裝夾方式

確保零件尺寸精度和其他精度要求首先要看選取的定位精準(zhǔn)是否合理。通過(guò)以上對(duì)零件圖進(jìn)行分析，我們以毛坯的外圓作為粗基準(zhǔn)，先加工出一側(cè)的平面再加工出外圓面;接著用加工好的外圓面作為基準(zhǔn)，毛坯用三爪卡盤(pán)夾住，在加工出右端平面切削出右端外圓以及在右端鉆中心孔。進(jìn)行精加工用加工好的外圓和中心孔作為基準(zhǔn)。

5.2 機(jī)械加工工序安排

5.2.1 加工階段劃分

加工零件要求有較高的表面質(zhì)量，我們單單使用一個(gè)工序是很難確保加工零件需要的精度和表面質(zhì)量的，為了使零件加工更加合乎常理，在進(jìn)行機(jī)械加工時(shí)的加工階段有以下三個(gè)過(guò)程：第一進(jìn)行粗加工，第二進(jìn)行半精加工，第三進(jìn)行精加工?？紤]到該零件的尺寸數(shù)目不多，所以加工余量也不是很大，我們可以只采取第一步和第三步就可以完成加工。①粗加工階段：去掉原始毛坯的大部分余量，讓毛坯的形狀接近目標(biāo)零件的形狀，這樣做的目的是為了提高效率，去掉表面上絕大多數(shù)的余量，并且為后面的加工提供基準(zhǔn)。②精加工階段：去掉的余量比較少，目的是保證表面的加工質(zhì)量和精度合格。

5.2.2 工序順序安排

①基準(zhǔn)先行。零件在進(jìn)行加工時(shí)一般都先加工基準(zhǔn)面隨后再以基準(zhǔn)面為基準(zhǔn)加工其他表面。粗車(chē)加工時(shí)先加工基準(zhǔn)面然后在鉆中心孔，隨后以中心孔為基準(zhǔn)加工其他表面，用以確保位置精度要求。②先粗后精。加工好基準(zhǔn)平面之后，我們需要按照先粗后精的要求來(lái)對(duì)零件加工。加工時(shí)我們首先要進(jìn)行粗加工，等到粗加工完成之后再進(jìn)行精加工。如果零件表面要求精度高時(shí)，我們?cè)诰庸ひ竺總€(gè)表面都進(jìn)行，使之可以達(dá)到零件要求的精度的大小。③先主后次。零件表面可以按照技術(shù)要求有主次之分，因此加工時(shí)我們也需要按照主次進(jìn)行。我們?cè)诩庸ち慵r(shí)先要加工出零件的主要表面然后再加工出次要表面，加工次要表面時(shí)我們可以以主要表面為基準(zhǔn)。④先面后孔。對(duì)于平面尺寸較大的零件，我們可以先用其平面當(dāng)做精基準(zhǔn)對(duì)孔進(jìn)行加工，這時(shí)加工就相對(duì)容易，還可以確?？椎木?。倘若我們先加工孔再加工面，這就很難達(dá)到零件的加工質(zhì)量要求和精度要求。

5.2.3 熱處理工序安排

熱處理是使零件在加熱處理后冷卻下來(lái)從而使加工零件改變其內(nèi)部組織并獲得要求的加工性能的一種加工工藝。熱處理可以很大程度上改善材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)并且有利于加工，一般分為預(yù)備熱處理和最終熱處理。預(yù)備熱處理是為了改變零件組織以獲得相應(yīng)性能并且除去材料加工內(nèi)應(yīng)力和給最終熱處理提供前提，有正火、退火、時(shí)效等。最終熱處理的目的是大大地提高零件的強(qiáng)度和剛度等性能。

①為改善切削性能我們可以在還沒(méi)加工時(shí)做正火、退火的熱處理。②粗加工后，為消除材料的內(nèi)應(yīng)力可以進(jìn)行時(shí)效處理。③用來(lái)改善材料綜合性能的熱處理一般放在半精加工與精加工之間。④我們?cè)诠に囘^(guò)程的最后安排鍍鉻、鍍鋅等熱處理可以更好滿(mǎn)足零件的耐磨性要求。

本文選用毛坯材料為45鋼，切削加工時(shí)先進(jìn)行粗加工然后精加工便可以達(dá)到要求。在零件還未開(kāi)始加工時(shí)進(jìn)行正火處理，完成粗加工之后，對(duì)零件進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。

5.3 確定零件加工工藝路線(xiàn)

①根據(jù)零件尺寸下料？準(zhǔn)50mmx80mm，正火處理。②粗車(chē)加工。其加工順序?yàn)椋好饕活^被三爪卡盤(pán)夾住，伸出毛坯長(zhǎng)度20mm。平左端面，保證長(zhǎng)度為78±0.1mm，留單邊余量1mm。粗車(chē)外圓柱面？準(zhǔn)30mm。（注意在粗車(chē)外圓柱面？準(zhǔn)32時(shí)留有退刀槽4×2mm）繼續(xù)伸出長(zhǎng)度18mm，粗車(chē)外圓面？準(zhǔn)35mm，留單邊邊余量1mm。調(diào)頭，粗車(chē)另一頭外圓柱面？準(zhǔn)40mm并鉆中心孔？準(zhǔn)20mm，深度為20mm，然后進(jìn)行擴(kuò)孔至？準(zhǔn)26mm。③熱處理。毛坯用45鋼，后面進(jìn)行調(diào)質(zhì)。④精車(chē)加工。裝夾和工步為：左端面精加工M30×1.5外螺紋至要求尺寸。精車(chē)加工剩余？準(zhǔn)50mm原始表面，使之達(dá)到規(guī)定尺寸？準(zhǔn)48-0.03mm，長(zhǎng)度為12-0.05mm。精車(chē)加工？準(zhǔn)36mm外圓面，使之達(dá)到設(shè)計(jì)尺寸？準(zhǔn)35-0.03mm，倒角。右端面精車(chē)加工并切制內(nèi)螺紋M24×1.5。

此次零件的加工工藝順序如下：下料→正火→粗車(chē)→調(diào)質(zhì)→精車(chē)→表面淬火、回火→粗磨→精磨→終驗(yàn)。

6? 結(jié)語(yǔ)

機(jī)械加工工藝是一門(mén)歷史悠久的學(xué)科。當(dāng)前機(jī)械加工在普通的加工方法上已經(jīng)有了一個(gè)完備又成熟的體系，所需加工設(shè)備也在漸漸完善，現(xiàn)在的機(jī)械加工已經(jīng)朝著精密加工、特種加工以及自動(dòng)化方向發(fā)展。近年來(lái)，現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展迅速使得對(duì)于機(jī)械加工的要求變得越來(lái)越高，所以為了滿(mǎn)足要求我們要不斷進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新，這是未來(lái)機(jī)械加工工藝發(fā)展的必然趨勢(shì)。

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