Herstellungsverfahren und Wärmebehandlung von Wellenschmiedestücken

1. Herstellungsverfahren und Wärmebehandlung von Wellenschmiedestücken

(1) Material

In der Einzelstück-Kleinserienfertigung wird für die Wellenrohschmiedestücke häufig warmgewalztes Stangenmaterial verwendet.

Bei gestuften Wellen mit großen Durchmesserunterschieden werden häufig Schmiedestücke verwendet, um Material einzusparen und den Arbeitsaufwand für die Bearbeitung zu reduzieren. Abgesetzte Wellen, die in Kleinserien aus einem Stück hergestellt werden, werden im Allgemeinen frei geschmiedet, und Gesenkschmieden wird in der Massenproduktion verwendet.

(2) Wärmebehandlung

Bei 45-Stahl kann nach dem Abschrecken und Anlassen (235HBS) durch lokales Hochfrequenzabschrecken die lokale Härte HRC62 ~ 65 erreichen, und dann kann sie nach einer geeigneten Anlassbehandlung auf die erforderliche Härte reduziert werden (z. B. ist eine CA6140-Spindel spezifiziert). wie HRC52) .

9Mn2V, ein Mangan-Vanadium-Legierungs-Werkzeugstahl mit einem Kohlenstoffgehalt von etwa 0.9 %, hat eine bessere Härtbarkeit, mechanische Festigkeit und Härte als 45-Stahl. Nach entsprechender Wärmebehandlung ist es für die Anforderungen an Maßhaltigkeit und Stabilität von hochpräzisen Werkzeugmaschinenspindeln geeignet. Beispielsweise verwenden der Universal-Rundschleifer M1432A Spindelstock und Schleifscheibenspindel dieses Material.

38CrMoAl, this is a medium-carbon alloy nitrided steel. Because the nitriding temperature is 540-550℃ lower than the general quenching temperature, the deformation is smaller and the hardness is also high (HRC>65, center hardness HRC>28) and excellent Therefore, the headstock shaft and grinding wheel shaft of the high-precision semi-automatic cylindrical grinder MBG1432 are made of this kind of steel.

Darüber hinaus werden für Wellenschmiedestücke mit mittlerer Präzision und hoher Geschwindigkeit meist legierte Baustähle wie 40Cr verwendet. Nach dem Abschrecken und Anlassen und Hochfrequenzabschrecken weist diese Stahlsorte umfassende mechanische Eigenschaften auf und kann die Nutzungsanforderungen erfüllen. Einige Wellen verwenden auch Kugellagerstahl wie GCr15 und Federstahl wie 66Mn. Nach dem Abschrecken und Anlassen und Oberflächenabschrecken weisen diese Stähle eine extrem hohe Verschleißfestigkeit und Ermüdungsbeständigkeit auf. Wenn Wellenteile unter Hochgeschwindigkeits- und Schwerlastbedingungen arbeiten müssen, können goldhaltige Stähle mit niedrigem Kohlenstoffgehalt wie 18CrMnTi und 20Mn2B ausgewählt werden. Diese Stähle haben eine hohe Oberflächenhärte, Schlagzähigkeit und Kernfestigkeit nach dem Aufkohlen und Abschrecken, aber die durch die Wärmebehandlung verursachte Verformung ist größer als die von 38CrMoAl.

Bei Spindeln, die eine lokale Hochfrequenzabschreckung erfordern, sollte die Abschreck- und Anlassbehandlung im vorherigen Prozess angeordnet werden (einige Stähle sind normalisiert). Wenn der Rohlingsrand groß ist (z. B. Schmiedestücke), sollte das Abschrecken und Anlassen nach dem Schruppdrehen erfolgen. Vor dem Fertigdrehen, damit die durch das Vordrehen verursachten Eigenspannungen beim Abschrecken und Anlassen abgebaut werden können; Wenn der Rohlingsrand klein ist (z. B. Stangenmaterial), kann das Abschrecken und Anlassen vor dem Schruppdrehen durchgeführt werden (entspricht dem Vorschlichtdrehen von Schmiedestücken). Die Hochfrequenz-Abschreckbehandlung wird im Allgemeinen nach dem Halbfertigdrehen durchgeführt. Da die Spindel nur lokal gehärtet werden muss, gibt es gewisse Anforderungen an die Genauigkeit und keine härtende Teilbearbeitung, wie Gewindeschneiden, Keilnutfräsen und andere Prozesse, werden beim lokalen Abschrecken und Schruppen angeordnet. Nach dem Schleifen. Bei Hochpräzisionsspindeln ist nach lokalem Abschrecken und Schruppschleifen eine Alterungsbehandlung bei niedriger Temperatur erforderlich, damit die metallografische Struktur und der Spannungszustand der Spindel stabil bleiben.

Wellenschmiedestücke

Zweitens die Wahl des Positionierungsdatums

Bei Vollwellenschmiedestücken ist die feine Bezugsfläche das Mittelloch, das Bezugskoinzidenz und Bezugsgleichmäßigkeit erfüllt. Bei Hohlspindeln wie CA6140A gibt es zusätzlich zum Mittelloch eine Außenkreisfläche des Zapfens und die beiden werden abwechselnd verwendet und dienen als Bezugspunkt füreinander.

Drittens, die Aufteilung der Verarbeitungsstufen

Jeder Bearbeitungsprozess und Wärmebehandlungsprozess im Spindelbearbeitungsprozess erzeugt Bearbeitungsfehler und Spannungen in unterschiedlichem Ausmaß, sodass die Bearbeitungsphasen aufgeteilt werden müssen. Die Spindelbearbeitung gliedert sich grundsätzlich in die folgenden drei Stufen.

(1) Grobbearbeitungsstufe

1) Rohlingsverarbeitung. Rohlingsvorbereitung, Schmieden und Normalisieren.

2) Grobbearbeitungssäge zum Entfernen des überschüssigen Teils, Fräsen der Stirnfläche, Bohren des Mittellochs und des Außenkreises des Abfallautos usw.

(2) Halbfertigstellung

1) Heat treatment before semi-finishing processing is generally used for 45 steel to achieve 220-240HBS.

2) Vorschlichten der Kegelfläche des Drehvorgangs (Positionieren des Kegellochs), Vorschlichten der Endfläche des äußeren Kreises und Tieflochbohren usw.

(3), Abschlussphase

1) Wärmebehandlung und lokale Hochfrequenzabschreckung vor der Endbearbeitung.

2) Alle Arten von Grobschleifen des Positionierkegels, Grobschleifen des Außenkreises, Fräsen von Keilnut und Keilnut und Gewindeschneiden vor dem Schlichten.

3) Endbearbeitung und Schleifen des Außenkreises und der Innen- und Außenkegelflächen, um die Genauigkeit der wichtigsten Oberfläche der Spindel sicherzustellen.

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Viertens die Anordnung der Bearbeitungsreihenfolge und die Bestimmung des Verfahrens

For shaft forgings with hollow and inner cone characteristics, when considering the processing sequence of main surfaces such as supporting journals, general journals and inner cones, there are several options as follows.

① Grobbearbeitung der Außenfläche → Bohren tiefer Löcher → Endbearbeitung der Außenfläche → Schruppen des Konuslochs → Endbearbeitung des Konuslochs;

②Schruppen der Außenfläche→Bohren eines tiefen Lochs→Schruppen des Kegellochs→Schlichten des Kegellochs→Schlichten der Außenfläche;

③Schruppen der Außenfläche→Bohren eines tiefen Lochs→Schruppen des Kegellochs→Schlichten der Außenfläche→Schlichten des Kegellochs.

Für den Bearbeitungsablauf der Drehspindel CA6140 lässt sich dieser wie folgt analysieren und vergleichen:

The first scheme: During the rough machining of the tapered hole, the precision and roughness of the outer circle surface will be damaged because the excircle surface that has been finish machined is used as the fine reference surface, so this scheme is not suitable.

The second solution: When finishing the outer surface, the taper plug should be inserted again, which will destroy the accuracy of the taper hole. In addition, there will inevitably be machining errors when processing the taper hole (the grinding conditions of the taper hole are worse than the external grinding conditions, and the error of the taper plug itself will cause the difference between the outer circular surface and the inner cone surface. Shaft, so this scheme should not be adopted.

Die dritte Lösung: Beim Schlichten der Kegelbohrung muss zwar die fertig bearbeitete Fläche des Außenkreises als Schlichtbezugsfläche verwendet werden; aber da die Bearbeitungszugabe für die Endbearbeitung der konischen Oberfläche bereits klein ist, ist die Schleifkraft nicht groß; Gleichzeitig ist die Konizität der Bohrung in der Endphase der Wellenbearbeitung und hat wenig Einfluss auf die Genauigkeit der äußeren kreisförmigen Oberfläche. Zusätzlich zu der Bearbeitungsfolge dieses Schemas können die äußere kreisförmige Oberfläche und das konische Loch abwechselnd verwendet werden, was die Koaxialität allmählich verbessern kann. Ausgeben.

Durch diesen Vergleich ist ersichtlich, dass die Bearbeitungsreihenfolge von Wellenschmiedestücken wie der CA6140-Spindel besser ist als die dritte Option.

Durch die Analyse und den Vergleich der Schemata ist ersichtlich, dass die sequentielle Verarbeitungsreihenfolge jeder Oberfläche des Wellenschmiedestücks weitgehend mit der Umwandlung des Positionierungsdatums zusammenhängt. Mit der Auswahl der Grob- und Feinbezugspunkte für die Teilebearbeitung kann die Bearbeitungsreihenfolge grob festgelegt werden. Da die Positionierungsbezugsfläche immer zuerst zu Beginn jeder Stufe bearbeitet wird, muss der erste Prozess den Positionierungsbezug vorbereiten, der für den nachfolgenden Prozess verwendet wird. Beispielsweise wird im Prozess der CA6140-Spindel die Stirnfläche gefräst und das Mittelloch von Anfang an gestanzt. Dies dient dazu, den Positionierungsbezug für den Außenkreis beim Schruppdrehen und Vorschlichtdrehen vorzubereiten; der Außenkreis des Vorschlichtdrehens bereitet den Positionierungsbezug für die Tieflochbearbeitung vor; der Außenkreis des Vorschlichtdrehens bereitet auch den Positionsbezug für die Bearbeitung der Vorder- und Hinterkegelbohrung vor. Umgekehrt werden die vorderen und hinteren Kegellöcher nach dem Kegelstopfen mit dem oberen Loch bestückt, und der Positionierungsbezug wird für das anschließende Vorschlichten und Schlichten des äußeren Kreises vorbereitet; und der Positionierungsbezug für das abschließende Schleifen des Kegellochs ist der Zapfen, der im vorherigen Prozess geschliffen wurde. Oberfläche.

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5. Der Prozess sollte entsprechend der Verarbeitungsreihenfolge bestimmt werden, und zwei Prinzipien sollten beherrscht werden:

1. Die Positionsbezugsebene im Prozess sollte vor dem Prozess angeordnet werden. Beispielsweise wird die Tieflochbearbeitung nach dem Schruppdrehen an der Außenfläche angeordnet, um einen genaueren Zapfen als Positionierungsbezugsfläche zu haben, um eine gleichmäßige Wandstärke während der Tieflochbearbeitung sicherzustellen.

2. The processing of each surface should be separated for rough and fine, first rough and then fine, multiple times to gradually improve its accuracy and roughness. The finishing of the main surface should be arranged at the end.

In order to improve the metal structure and processing performance, the heat treatment process, such as annealing, normalizing, etc., should generally be arranged before mechanical processing.

Um die mechanischen Eigenschaften von Wellenschmiedestücken zu verbessern und Eigenspannungen zu eliminieren, sollte der Wärmebehandlungsprozess, wie z. B. Abschrecken und Anlassen, Auslagern usw., im Allgemeinen nach der Grobbearbeitung und vor der Endbearbeitung angeordnet werden.