您當(dāng)前的位置：首頁(yè) > 典型應(yīng)用 > 軸類(lèi)熱處理

軸類(lèi)設(shè)計(jì)與熱處理

時(shí)間：2013-08-09 09:12:07 來(lái)源：作者：

緒論

機(jī)床主軸指的是機(jī)床上帶動(dòng)工件或刀具旋轉(zhuǎn)的軸。通常由主軸、軸承和傳動(dòng)件（齒輪或帶輪）等組成主軸部件。除了刨床、拉床等主運(yùn)動(dòng)為直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)床外，大多數(shù)機(jī)床都有主軸部件。主軸部件的運(yùn)動(dòng)精度和結(jié)構(gòu)剛度是決定加工質(zhì)量和切削效率的重要因素。衡量主軸部件性能的指標(biāo)主要是旋轉(zhuǎn)精度、剛度和速度適應(yīng)性。①旋轉(zhuǎn)精度：主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)在影響加工精度的方向上出現(xiàn)的徑向和軸向跳動(dòng)，要決定于主軸和軸承的制造和裝配質(zhì)量。②動(dòng)、靜剛度：主要決定于主軸的彎曲剛度、軸承的剛度和阻尼。③速度適應(yīng)性：允許的最高轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速范圍，主要決定于軸承的結(jié)構(gòu)和潤(rùn)滑，以及散熱條件。

主軸圖.jpg

一、軸的機(jī)械條件與性能

1.1軸的工作條件

大多數(shù)機(jī)床主軸的工作條件為：

1傳動(dòng)扭矩，受交變扭轉(zhuǎn)載荷，往往還受到彎曲載荷。

2軸頸承受較大的摩擦。

3大多承受一定的過(guò)載和沖擊載荷。

此外，實(shí)際使用的軸，由于結(jié)構(gòu)等各方面的要求，往往設(shè)計(jì)有軸肩、鍵槽、螺紋和銷(xiāo)孔等，從而使其幾何形狀復(fù)雜化，導(dǎo)致產(chǎn)生應(yīng)力集中。

4在特殊條件下工作的軸材料應(yīng)具有特殊性能，如蠕變抗力，耐腐蝕性等。

1.2 機(jī)床主軸的失效形式

根據(jù)工作特點(diǎn)，主軸的失效形式可分為下三種類(lèi)型：

1過(guò)量變形：主軸在使用過(guò)程中產(chǎn)生設(shè)計(jì)不允許的過(guò)度變形，包括彈性變形、塑形變形以及高溫蠕變。

2斷裂：包括在嚴(yán)重超載情況下造成的段捏，在一次性高沖擊載荷作用下引起的斷裂及由交變載荷長(zhǎng)期作用而造成的疲勞斷裂。疲勞斷裂是常見(jiàn)的失效形式，主要是扭轉(zhuǎn)疲勞，也就是彎曲疲勞。

3磨損：軸頸處、花鍵外過(guò)度磨損，使其喪失規(guī)定的尺寸、集合形狀及精度而失效。

1.3 機(jī)床主軸的性能要求

根據(jù)軸的工作條件和失效形式，可以對(duì)軸的材料提出如下的性能要求：

1良好的綜合力學(xué)性能，以防止過(guò)載或沖擊載荷及過(guò)量變形。

2高的疲勞強(qiáng)度防止疲勞斷裂。

3良好的切削加工性能。

4軸頸及花鍵處有良好的耐磨性。

二、機(jī)床主軸的選材

為了兼顧強(qiáng)度和韌性，同時(shí)考慮疲勞抗力，軸件一般選用中碳鋼或者合金調(diào)質(zhì)鋼制作，對(duì)于機(jī)床主軸，一般選用45鋼即可。因?yàn)橹鬏S承受彎曲應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，但是所承受的載荷不是很大，轉(zhuǎn)速不是很高，沖擊載荷不是很大，所以具有一般的綜合力學(xué)性能即可。但因?yàn)橹鬏S的大端的內(nèi)錐孔和外錐孔處，因?yàn)榻?jīng)常與卡盤(pán)和頂尖有摩擦，花鍵部位與齒輪有相對(duì)滑動(dòng)，故這些部位要求有較高的耐磨性和硬度。

45鋼的剛性淬透性雖然較差，但是主軸的最大應(yīng)力分布在表面，在粗車(chē)以后軸的形狀比較簡(jiǎn)單，在調(diào)質(zhì)淬火時(shí)一般不會(huì)開(kāi)裂，因此采用合金調(diào)質(zhì)鋼，采用廉價(jià)、可加工性好和切割加工性好的45鋼即可。

三、機(jī)床主軸加工工藝路線

3.1鍛造

1、一端在油爐內(nèi)加熱, 加熱長(zhǎng)度為全長(zhǎng)的2/3。加熱規(guī)范：1230℃---1260℃，90—100分鐘

2、自爐內(nèi)取出鍛件, 操作機(jī)夾持未加熱端, 在錘上輕擊數(shù)次以去除氧化皮。

3、從樣板未加熱一端850mm出作標(biāo)記，以確保下次鍛造的所需的尺寸。

4、離加熱端250mm—550mm處鍛造一端。

5、調(diào)轉(zhuǎn)送入爐內(nèi)加熱，按上述方法鍛出另一端。

3.2正火

采用箱式電爐。規(guī)范：850--870℃，保溫1.2—2h，出爐空冷。

正火的目的是為了得到合適的硬度，便于機(jī)械加工，同時(shí)改善鍛造組織，也均勻組織細(xì)化晶粒，為最終的熱處理做好準(zhǔn)備。

箱式電爐：熱電偶將爐溫轉(zhuǎn)變成電壓信號(hào)后，加在微電腦溫度控制調(diào)節(jié)儀上。調(diào)節(jié)儀將此信號(hào)與程控設(shè)定相比較，輸出一個(gè)可調(diào)信號(hào)。再用可調(diào)信號(hào)控制觸發(fā)器，再有觸發(fā)器觸發(fā)調(diào)壓器，達(dá)到調(diào)節(jié)電爐電壓和電爐溫度的目的。

電爐型號(hào)：	GWL-1700B	規(guī)格	1700B	凈重	約265 Kg
爐膛尺寸：	300200200(mm)	電壓：	380V
功率：	12KW	儀表型號(hào)：	AP909-301
發(fā)熱元件及型號(hào)：	鉬棒（@6180200*40）	連接方式：	串聯(lián)
快熔：	100A500V	保險(xiǎn)器：	6A
交流接觸器：	5011	變壓器型號(hào)：	380V/100V
熱電偶：	B（0-1800度）	常使用溫度：	1600度
調(diào)壓器：	160A	其它：	缺相保護(hù)、電流保護(hù)、溫度上限保護(hù)、斷偶保護(hù)、設(shè)定溫度上限保護(hù)
耐火材料：	進(jìn)口摩根材質(zhì)	其它：	*

表1 箱式電爐的相關(guān)參數(shù)

3.3粗加工

一般采用多刀半自動(dòng)車(chē)床來(lái)進(jìn)行粗加工，粗加工階段主要包括銑端面、加工頂尖孔、粗車(chē)外圓等。此時(shí)是以頂孔尖定位，留出0.5-1mm的加工余量。

①基準(zhǔn)先行首先加工好定位基準(zhǔn)面，主軸加工也總是先安排銑端面鉆中心孔，以便為后續(xù)工序準(zhǔn)備好定位基準(zhǔn)。

②外圓的加工外圓車(chē)削是粗加工和半精加工外圓表面應(yīng)用最廣泛的加工方法。成批生產(chǎn)時(shí)采用轉(zhuǎn)塔車(chē)床，數(shù)控車(chē)床，大批量生產(chǎn)時(shí)，采用多刀半自動(dòng)車(chē)床，液壓仿形半自動(dòng)車(chē)床等。

3.3調(diào)質(zhì)

加熱到A3+(30~50)℃后在10%左右的鹽水溶液中淬冷，然后進(jìn)行高溫回火，加熱溫度一般為560-600℃。

調(diào)質(zhì)安排在粗加工后，主要是使主軸具有高的綜合力學(xué)性能。調(diào)質(zhì)預(yù)處理以后軸的硬度為220—250HBS。

3.3半精加工

半精加工階段包括半精車(chē)外圓，鉆通孔，車(chē)錐面、錐孔，鉆大頭端面各孔，精車(chē)外圓等。其主要的加工步驟為：

1加工大端部：加工大端外圓、短錐、斷面及臺(tái)階。

2加工小端部：加工小端部的外圓、錐面。

3鉆孔

4加工大端面、小端面的錐孔。

3.4最終熱處理

主軸的最終熱處理工藝采用的是感應(yīng)表面淬火加低溫回火。

3.4.1感應(yīng)表面淬火

其基本原理是在一個(gè)感應(yīng)線圈中通以一定頻率的交流電（有高頻，中頻，工頻三種），使感應(yīng)圈周?chē)a(chǎn)生頻率相同的交變磁場(chǎng)，置于磁場(chǎng)之中的主軸就會(huì)產(chǎn)生與感應(yīng)線圈頻率相同，方向相反的感應(yīng)電流，這個(gè)電流叫渦流。由于集膚效應(yīng)，渦流主要集中在工件的表層。由渦流所產(chǎn)生的電阻熱使工件表層被迅速加熱到淬火溫度，隨即向工件噴水，將工件表層淬硬。

主軸的感應(yīng)表面淬火熱處理一般是采用中頻感應(yīng)加熱，電流頻率在（500—1000）kHz，一般經(jīng)過(guò)最終熱處理后的淬硬層深度為2—10mm。

感應(yīng)表面淬火熱處理以后主軸的表面的力學(xué)性能達(dá)到很好的水平，具有比較高的硬度。而心部也具有較高的韌性塑性。表面為M，往里為M+F，再往里為M+F+P，中心為P+F。

感應(yīng)淬火示意圖.jpg

3.4.2低溫回火

主軸的低溫回火溫度一般為150℃--200℃，然后空冷。

低溫回火能夠減小和消除淬火應(yīng)力，提高韌度和塑性，得到強(qiáng)度、硬度和塑性韌性的良好配合，以滿足主軸的性能要求。

3.5精加工

主軸的精加工一般采用的是磨削加工。磨削是外圓表面主要的精加工方法，適用于加工精度高，表面粗糙度較小的外圓表面，特別適用于加工淬火鋼等高硬度材料。當(dāng)生產(chǎn)批量較大時(shí)常采用組合磨削，成形砂輪磨削及無(wú)心磨削等高效磨削方法。精加工的基本步驟、加工設(shè)備以及基準(zhǔn)位置如下：

步驟	操作	設(shè)備	基準(zhǔn)位置
1	精車(chē)外圓并切槽	數(shù)控車(chē)床	兩錐堵中心孔
2	粗磨外圓兩段	外圓磨床	兩錐堵中心孔
3	粗磨錐孔	內(nèi)圓磨床	大頭軸頸外圓，小端外圓及端面
4	粗精銑花鍵	花鍵銑床	兩錐堵中心孔
5	洗鍵槽	銑床	該鍵槽外圓及端面
6	車(chē)大端內(nèi)側(cè)面及三段螺紋	普通車(chē)床	兩錐堵中心孔
7	粗精磨各級(jí)外圓及兩端面	外圓磨床	兩錐堵中心孔
8	粗精磨三段圓錐面及短圓錐面	專(zhuān)用組合磨床	兩錐堵中心孔
9	粗精磨莫氏6號(hào)錐孔	主軸錐孔磨床	支承軸頸外圓

精加工以后要求主軸的尺寸精度在IT5~IT6之間，表面粗糙度Ra為0.4~0.8Ø90g5、Ø80h5、Ø75h5、ØCA6140。

四、主軸的誤差分析

4.1加工精度及加工誤差

4.1.1加工精度與加工誤差

加工精度是指零件加工后的實(shí)際幾何參數(shù)與理想幾何參數(shù)的符合程度。實(shí)際加工中不可能做到完全與理想幾何參數(shù)一致，必定存在一定的誤差，稱(chēng)為加工誤差。主軸的誤差主要有：

一、工藝系統(tǒng)集合誤差

這是由機(jī)床的幾何誤差、主軸的回轉(zhuǎn)誤差、導(dǎo)軌誤差和刀具的幾何誤差引起。這些誤差都是在操作中產(chǎn)生的，一般都不可避免，但是可以通過(guò)采用相應(yīng)的方法降低這些誤差。

二、定位誤差

1基準(zhǔn)不重合誤差：在加工過(guò)程中都以一特定的基準(zhǔn)面或者基準(zhǔn)線進(jìn)行加工。如果在加工過(guò)程中使用的基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)的基準(zhǔn)不重合，就會(huì)造成基準(zhǔn)不重合誤差。

2定位副制造不準(zhǔn)確誤差：工件在夾具上的正確位置是由夾具上的定位工件來(lái)決定的。工件上的定位工件不可能制造的絕對(duì)的準(zhǔn)確，在加工的過(guò)程中由于定位的不準(zhǔn)確也會(huì)造成一定的誤差。

三、工藝系統(tǒng)受力所引起的誤差

1工件的剛度：在加工過(guò)程中如果工件的剛度不夠，會(huì)引起微小的變形，造成加工誤差，影響加工結(jié)果。

2刀具剛度：加工過(guò)程中如果使用的刀具的剛度不足，同樣會(huì)引起變形進(jìn)而影響工件的加工，造成誤差。

3工藝系統(tǒng)受熱引起的誤差：在加工過(guò)程中，特別是熱處理的過(guò)程中個(gè)，由于受熱而引起主軸的變形產(chǎn)生誤差。

五、主軸的檢測(cè)與調(diào)整

5.1主軸的精度檢測(cè)

1 旋轉(zhuǎn)精度檢測(cè)

主軸的旋轉(zhuǎn)精度直接影響主軸的加工精度，一般采用可用千分表和標(biāo)準(zhǔn)鋼球或標(biāo)準(zhǔn)環(huán)、可調(diào)檢驗(yàn)棒檢驗(yàn)。其原理是使一個(gè)理想的圓�由標(biāo)準(zhǔn)球、標(biāo)堆環(huán)或檢驗(yàn)棒給出的� 的圓心與回轉(zhuǎn)中心線重合, 那么,由千分表在某個(gè)方向上所測(cè)得的理想圓的徑向跳動(dòng),

就反映了回轉(zhuǎn)中心線在該方向上的跳動(dòng)。

2端面精度檢測(cè)

檢驗(yàn)時(shí), 可用千分表直接測(cè)量。此時(shí), 千分表應(yīng)垂直觸及被檢表面, 也可在主軸錐孔中插人一根檢驗(yàn)棒, 然后將千分表放在規(guī)定的位置上檢驗(yàn)。檢驗(yàn)時(shí)回轉(zhuǎn)主軸, 千分表的讀數(shù)差值就是定心向的徑向跳動(dòng)。

3表面粗糙度

一般軸頸處的表面粗糙度：Ra0.63-0.16um，配合軸頸的粗糙度為：Ra2.5—0.63um。

5.2主軸的失效、缺陷檢測(cè)

5.2.1主軸的主要熱處理缺陷

1 變形開(kāi)裂由于主軸的壁厚不均勻或者在軸頸的尖角處容易產(chǎn)生變形開(kāi)裂現(xiàn)象。

2 過(guò)燒由于加熱溫度過(guò)高，出現(xiàn)晶界氧化，甚至軸件局部熔化，使工件報(bào)廢。

3 裂紋在熱處理和加工過(guò)程中產(chǎn)生，二者相互配合促進(jìn)了裂紋的產(chǎn)生。一般有以下幾種裂紋：

1縱向裂紋一般沿著主軸的縱向產(chǎn)生，由表面向主軸心部發(fā)展。

2表面裂紋分布在主軸表面的微小裂紋，對(duì)主軸的使用性能造成很大的影響，嚴(yán)重的話可能使主軸的使用壽命降低甚至報(bào)廢。

5.2.2 主軸的相關(guān)檢測(cè)方法

1檢視法

憑借個(gè)人的感覺(jué)（視覺(jué)和觸覺(jué)）或借助簡(jiǎn)單工具、標(biāo)準(zhǔn)試件進(jìn)行比較。

2磁粉檢驗(yàn)

鐵磁性材料工件被磁化后，由于不連續(xù)性的存在，使工件表面和近表面的磁力線發(fā)生局部畸變而產(chǎn)生漏磁場(chǎng)，吸附施加在工件表面的磁粉，在合適的光照下形成目視可見(jiàn)的磁痕，從而顯示出不連續(xù)性的位置、大小、形狀和嚴(yán)重程度。

磁粉檢驗(yàn)無(wú)損，操作簡(jiǎn)單方便，檢測(cè)成本低，但是對(duì)主軸的表面光滑度要求高，對(duì)檢測(cè)人員的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)要求高，檢測(cè)范圍小檢測(cè)速度慢。

3超聲波檢測(cè)

利用超聲波在金屬構(gòu)件中傳播和反射的原理，以探測(cè)構(gòu)件內(nèi)部缺陷的大小、性質(zhì)、位置以及材質(zhì)的某些物理性能的方法。

超聲波的特點(diǎn)：1、超聲波聲束能集中在特定的方向上，在介質(zhì)中沿直線傳播，具有良好的指向性。2、超聲波在介質(zhì)中傳播過(guò)程中，會(huì)發(fā)生衰減和散射。3、超聲波在異種介質(zhì)的界面上將產(chǎn)生反射、折射和波型轉(zhuǎn)換。利用這些特性，可以獲得從缺陷界面反射回來(lái)的反射波，從而達(dá)到探測(cè)缺陷的目的。4、超聲波的能量比聲波大得多。5、超聲波在固體中的傳輸損失很小，探測(cè)深度大，由于超聲波在異質(zhì)界面上會(huì)發(fā)生反射、折射等現(xiàn)象，尤其是不能通過(guò)氣體固體界面。如果金屬中有氣孔、裂紋、分層等缺陷（缺陷中有氣體）或夾雜，超聲波傳播到金屬與缺陷的界面處時(shí)，就會(huì)全部或部分反射。反射回來(lái)的超聲波被探頭接收，通過(guò)儀器內(nèi)部的電路處理，在儀器的熒光屏上就會(huì)顯示出不同高度和有一定間距的波形。可以根據(jù)波形的變化特征判斷缺陷在工件重的深度、位置和形狀。

超聲波探傷優(yōu)點(diǎn)是檢測(cè)厚度大、靈敏度高、速度快、成本低、對(duì)人體無(wú)害，能對(duì)缺陷進(jìn)行定位和定量。超聲波探傷對(duì)缺陷的顯示不直觀，探傷技術(shù)難度大，容易受到主客觀因素影響，以及探傷結(jié)果不便于保存，超聲波檢測(cè)對(duì)工作表面要求平滑，要求富有經(jīng)驗(yàn)的檢驗(yàn)人員才能辨別缺陷種類(lèi)、適合于厚度較大的零件檢驗(yàn)，使超聲波探傷也具有其局限性。

4力學(xué)性能檢測(cè)

使用相應(yīng)的力學(xué)檢測(cè)儀器檢測(cè)主軸的相關(guān)力學(xué)性能，包括拉升、沖擊、硬度以及其他必要的力學(xué)性能測(cè)試。

5 顯微檢測(cè)

通過(guò)顯微觀測(cè)軸件的顯微組織，與標(biāo)準(zhǔn)理想的組織進(jìn)行比較，結(jié)合生產(chǎn)工藝，找出工藝缺陷。

’
參考文獻(xiàn)

1 詹武. 工程材料（工程材料及機(jī)械制造基礎(chǔ)Ⅰ）機(jī)械工業(yè)出版社，1996

2.相瑜才孫維連工程材料及機(jī)械制造基礎(chǔ) 機(jī)械工業(yè)出版社 1996

3鄭章耕. 工程材料及加工熱處理工藝基礎(chǔ) 重慶：重慶大學(xué)出版社，1997

4潘金生，仝建民，田民波. 材料科學(xué)基礎(chǔ) 北京：清華大學(xué)出版社，2010

5馬峰材料實(shí)驗(yàn)技術(shù)講義北京：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)機(jī)電材料系 2010

來(lái)頂一下

返回首頁(yè)

收藏到QQ書(shū)簽

【注：本信息除來(lái)源為“中國(guó)*熱處理技術(shù)網(wǎng)”外，均來(lái)自互聯(lián)網(wǎng),由“中國(guó)*熱處理技術(shù)網(wǎng)網(wǎng)友”提供,僅供讀者參考。如果有涉及到版權(quán)問(wèn)題,請(qǐng)發(fā)郵件到 admin@chte.org ,我們會(huì)及時(shí)刪除或處理。】

本文（共有 0 條評(píng)論）

內(nèi)容頁(yè)廣告

相關(guān)文章

欄目熱門(mén)

日本一区二区三区在线视频_91视频免费网址_欧美日韩中字国产_亚洲视频一区在线播放