以JWF1681導(dǎo)紗桿為例分析機械用細桿類零件的加工工藝,通過工藝改進分析工藝流程、工序余量控制、加工變形及熱處理等工藝控制,從而達到設(shè)計要求。
桿類零件加工特別是長徑比很大的細長桿類零件,是比較難以加工的零件,由于細長桿本身的剛性差,加工過程中受切削力、切削熱,振動等影響,容易出現(xiàn)彎曲,竹節(jié)、維度、棱形和腰鼓形等缺陷。
機械產(chǎn)品中有多種細桿型零件,多為直徑在Φ5mm-Φ15mm的桿件,要求耐磨性好、強度高,但保證這些功能就給加工工藝帶來困難,且相應(yīng)的工藝流程長,生產(chǎn)周期長,不利于零件批量生產(chǎn)。現(xiàn)以JWF1681中使用的導(dǎo)紗桿紡織類零件的加工為例對此類零件的加工工藝進行分析。
實例對照分析
2.1概況分析:
JWF1681型全自動轉(zhuǎn)杯紡紗機是開發(fā)的新型轉(zhuǎn)杯紡紗機,是一種高速、高效帶全自動接頭裝置及清潔裝置的抽氣式轉(zhuǎn)杯紡紗機,每節(jié)機身長度至2800mm左右,長向零件均比現(xiàn)生產(chǎn)的轉(zhuǎn)杯紡紗機有所加長,故而長向件的產(chǎn)品質(zhì)量直接影響整機裝配質(zhì)量。
現(xiàn)以其中一種細桿類零件導(dǎo)紗桿為例分析加工工藝。該零件材料為45號鋼,直徑為12mm,長度800mm,產(chǎn)品設(shè)計要求直線度0.05mm以下,且要具有一定的耐磨性和剛性。對于類似零件常規(guī)工藝可采用以下兩種工藝手段:
第一為冷拔、粗磨、校直后精磨,最后表面鍍鉻,表面硬度在HV800左右,然而鍍鉻處理的生產(chǎn)周期長,成本高,且鍍后零件變形沒辦法再進行處理,零件變形后沒辦法保證原先設(shè)計要求,故而不可采用。
第二為將鍍硬鉻工序改為淬火處理,鋼的淬火是將鋼加熱到臨界溫度Ac3(亞共析鋼)或Ac1(過共析鋼)以上某一溫度,保溫一段時間,使之全部或部分奧氏體化,然后以大于臨界冷卻速度的冷速快冷到Ms以下(或Ms附近等溫)進行馬氏體(或貝氏體)轉(zhuǎn)變的熱處理工藝。
這樣的淬火熱處理工藝即可節(jié)約生產(chǎn)周期,成本較低,又可在淬火后增加精磨工序來保證其設(shè)計精度要求,可達到維氏硬度HV724左右,但整體淬火后易產(chǎn)生彎曲變形且變形量較大,不易校直,經(jīng)分析可采用表面淬火工藝來完成此工藝要求。
表面淬火可以獲得高硬度,高耐磨性的表面,而心部仍然保持原有的良好韌性,常用于機床主軸,齒輪,發(fā)動機的曲軸等。表面淬火是將鋼件的表面層淬透到一定的深度,而心部仍保持未淬火狀態(tài)的一種局部淬火的方法。表面淬火時通過快速加熱,使鋼件表面很快到淬火的溫度,在熱量來不及穿到工件心部就立即冷卻,實現(xiàn)局部淬火。通過這樣的表面淬火工藝不僅可以提高該零件的表面硬度和耐磨性,而且工件心部保持了表面淬火前的組織狀態(tài),使具有足夠的塑性和韌性。
其中,高頻淬火多數(shù)用于工業(yè)金屬零件表面淬火,是使工件表面產(chǎn)生一定的感應(yīng)電流,迅速加熱零件表面,然后迅速淬火的一種金屬熱處理方法。感應(yīng)加熱設(shè)備,即對工件進行感應(yīng)加熱,以進行表面淬火的設(shè)備。感應(yīng)加熱的原理:工件放到感應(yīng)器內(nèi),感應(yīng)器一般是輸入中頻或高頻交流電(1000-300000Hz或更高)的空心銅管。產(chǎn)生交變磁場在工件中產(chǎn)生出同頻率的感應(yīng)電流,這種感應(yīng)電流在工件的分布是不均勻的,在表面強,而在內(nèi)部很弱,到心部接近于0,利用這個集膚效應(yīng),可使工件表面迅速加熱,在幾秒鐘內(nèi)表面溫度上升到800-1000ºC,而心部溫度升高很小為了滿足JWF1681轉(zhuǎn)杯紡引紗速度達到200m/min以上的要求。而導(dǎo)紗桿屬細桿類零件,工藝要求表面高頻淬火提高其強度和耐磨性。為防止淬火時彎曲變形,可通過采用多次去應(yīng)力的工藝來達到利用加工。我們設(shè)計了導(dǎo)紗桿的加工工藝流程如下:冷拔備料一粗磨一去應(yīng)力退火、校直一半精加工一去應(yīng)力退火、校直一高頻淬硬、校直一精加工。
2.2各道工序余量控制:
為防止去除應(yīng)力時產(chǎn)生彎曲變形,造成加工余量不夠必須采取有效的控制。根據(jù)去除應(yīng)力酌變形情況,逐漸減少加工于量。同時為保證加工精度,減少磨削時產(chǎn)生的熱變形和避免產(chǎn)生表面裂紋等,控制各道磨削工序的余量。我們通過工藝試驗對其進行加工控制
冷拔坯料:13mm一一粗磨到尺寸:12.6mm--去應(yīng)力退火一一校直一一半精加工到尺寸:12.2mm一一去應(yīng)力退火一一校直一一高頻淬火一一校直一一精加工到圖紙尺寸
2.3工藝過程中變形及處理情況:
第一次去應(yīng)力退火 彎曲變形
1-2mm 校直后0.15mm
第二次去應(yīng)力二次退火 彎曲變形
0.5-lmm 校直后0.15mm
高頻淬火 彎曲變形
0. 5-lmm 校直后0.15mm
2.4需要關(guān)鍵控制的工序
對于機加工來說,我們可以通過提高刀具、機床精度來提高,因而其最需要控制的就是去應(yīng)力退火工序,現(xiàn)將進行其主要介紹:
2.4.1去應(yīng)力退火是將工件加熱到Ac1以下的適當溫度,保溫一定時間后逐漸緩慢冷卻的工藝方法,其目的是為了去除機加工,變形加工,鑄造,鍛造,熱處理以及焊接后產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。我們采用的去應(yīng)力退火的溫度分兩次,第一次去應(yīng)力退火采用較低的時效溫度,第二次去應(yīng)力退火的回火溫度彎曲變形低20°-30°,可以避免降低原材料的硬度及力學性能。
2.4.2經(jīng)過經(jīng)驗總結(jié)對去應(yīng)力退火采用如下工藝控制。
類別 | 加熱速度 | 加熱溫度 | 保溫時間/h | 冷卻時間 |
焊接件 | ≤300℃裝爐 ≤100-150℃/h |
500-5500 | 2-4 | 爐冷至300℃出爐空冷 |
消除加工應(yīng)力 | 到溫裝爐 | 400-550 | 2-4 | 爐冷或空冷 |
主軸、一般軸(45、40Cr) | 隨爐升溫 | 550-600 | 6-8 | 爐冷至200℃出爐 |
量檢具(T8、T10,GCr15) | 隨爐升溫 | 130-180 | 12-16 | 空冷(時效最好在油浴中 進行) |
2.4.3表面淬火工藝采用感應(yīng)加熱式表面淬火處理,要求線圈距離零件表面2-4mm。將工件放在空心銅管繞成的感應(yīng)器內(nèi),通過高頻交流電后,在工件表面形成同頻率的感應(yīng)電流,將零件表面迅速加熱(幾秒鐘內(nèi)即可升溫800-1000度,心部仍接近室溫)后立即噴水冷卻(或浸油淬火),以利于工件表面淬硬需要。
通過工藝分析及現(xiàn)場工藝試驗,采用方案二即可確保產(chǎn)品設(shè)計要求,還可以縮短工件加工周期,降低加工成本,實現(xiàn)高質(zhì)高量生產(chǎn)要求。