Manufacturing method and heat treatment of shaft forgings

1. Método de fabricación y tratamiento térmico de piezas forjadas para ejes.

(1) material

En la producción de lotes pequeños de una sola pieza, las piezas forjadas de eje en bruto a menudo utilizan barras laminadas en caliente.

Para ejes escalonados con grandes diferencias de diámetro, con el fin de ahorrar materiales y reducir la cantidad de mano de obra para el mecanizado, a menudo se utilizan piezas forjadas. Los ejes escalonados producidos en pequeños lotes de una sola pieza generalmente son de forja libre y la forja en matriz se usa en la producción en masa.

(2) Tratamiento térmico

Para el acero 45, después del templado y revenido (235HBS), el templado local de alta frecuencia puede hacer que la dureza local alcance HRC62～65, y luego, después del tratamiento de templado adecuado, se puede reducir a la dureza requerida (por ejemplo, se especifica el husillo CA6140 como HRC52).

9Mn2V, which is a manganese-vanadium alloy tool steel with a carbon content of about 0.9%, has better hardenability, mechanical strength and hardness than 45 steel. After proper heat treatment, it is suitable for the dimensional accuracy and stability requirements of high-precision machine tool spindles. For example, the universal cylindrical grinder M1432A headstock and grinding wheel spindle use this material.

38CrMoAl, este es un acero nitrurado de aleación de carbono medio. Debido a que la temperatura de nitruración es 540-550 ℃ más baja que la temperatura de enfriamiento general, la deformación es menor y la dureza también es alta (HRC>65, dureza central HRC>28) y excelente. Por lo tanto, el eje del cabezal y el eje de la muela abrasiva del La amoladora cilíndrica semiautomática de alta precisión MBG1432 está hecha de este tipo de acero.

Además, para forjados de ejes con precisión media y alta velocidad se utilizan mayoritariamente aceros estructurales aleados como el 40Cr. Después del templado y revenido y templado de alta frecuencia, este tipo de acero tiene propiedades mecánicas integrales y puede cumplir con los requisitos de uso. Algunos ejes también utilizan acero para cojinetes de bolas, como GCr15, y acero para muelles, como 66Mn. Después del templado, revenido y templado de la superficie, estos aceros tienen una resistencia al desgaste y una resistencia a la fatiga extremadamente altas. Cuando se requiere que las piezas del eje funcionen en condiciones de alta velocidad y carga pesada, se pueden seleccionar aceros con bajo contenido de carbono en oro, como 18CrMnTi y 20Mn2B. Estos aceros tienen una alta dureza superficial, tenacidad al impacto y resistencia central después de la cementación y el templado, pero la deformación causada por el tratamiento térmico es mayor que la del 38CrMoAl.

Para husillos que requieran un temple local de alta frecuencia, el tratamiento de temple y revenido se debe disponer en el proceso anterior (algunos aceros están normalizados). Cuando el margen en blanco es grande (como las piezas forjadas), el templado y el revenido deben colocarse después del torneado de desbaste. Antes de terminar el torneado, para que la tensión interna causada por el torneado basto pueda eliminarse durante el templado y el revenido; cuando el margen en blanco es pequeño (como el material en barra), el templado y el revenido se pueden realizar antes del torneado de desbaste (equivalente al torneado de semiacabado de piezas forjadas). El tratamiento de enfriamiento rápido de alta frecuencia generalmente se realiza después del torneado de semiacabado. Dado que el husillo solo necesita endurecerse localmente, existen ciertos requisitos de precisión y el procesamiento de piezas sin endurecimiento, como el roscado, el fresado de chaveteros y otros procesos, se organizan en el templado y desbaste locales. Después de moler. Para husillos de alta precisión, se requiere un tratamiento de envejecimiento a baja temperatura después del templado local y el rectificado basto, para que la estructura metalográfica y el estado de tensión del husillo permanezcan estables.

Piezas forjadas para ejes

En segundo lugar, la elección del dato de posicionamiento.

Para forjas de eje sólido, la superficie de referencia fina es el orificio central, que satisface la coincidencia de referencia y la uniformidad de referencia. Para husillos huecos como el CA6140A, además del orificio central, hay una superficie circular exterior del muñón y los dos se usan alternativamente, sirviendo como referencia el uno para el otro.

Tres, la división de las etapas de procesamiento.

Each machining process and heat treatment process in the spindle machining process will produce machining errors and stresses to varying degrees, so the machining phases must be divided. Spindle machining is basically divided into the following three stages.

(1) Etapa de desbaste

1) Blank processing. Blank preparation, forging and normalizing.

2) Sierra de desbaste para eliminar la pieza sobrante, fresar la cara frontal, perforar el orificio central y el círculo exterior del carro de desecho, etc.

(2) Etapa de semiacabado

1) El tratamiento térmico antes del procesamiento de semiacabado generalmente se usa para acero 45 para lograr 220-240HBS.

2) Superficie cónica del proceso de torneado de semiacabado (agujero cónico de posicionamiento), cara del extremo del círculo exterior de torneado de semiacabado y perforación de agujeros profundos, etc.

(3), etapa final

1) Tratamiento térmico y enfriamiento local de alta frecuencia antes del acabado.

2) All kinds of rough grinding of positioning cone, rough grinding of outer circle, milling of keyway and spline groove, and threading before finishing.

3) Acabado y rectificado de las superficies del círculo exterior y del cono interior y exterior para garantizar la precisión de la superficie más importante del husillo.

Piezas forjadas para ejes

En cuarto lugar, la disposición de la secuencia de procesamiento y la determinación del proceso.

Para piezas forjadas de eje con características de cono interior y hueco, cuando se considera la secuencia de procesamiento de las superficies principales, como las revistas de soporte, las revistas generales y los conos internos, existen varias opciones, como se indica a continuación.

①Mecanizado en bruto de la superficie exterior→perforación de agujeros profundos→acabado de la superficie exterior→desbaste del agujero cónico→acabado del agujero cónico;

②Outer surface roughing→drilling deep hole→taper hole roughing→taper hole finishing→outer surface finishing;

③Desbaste de la superficie exterior→perforación de un agujero profundo→desbaste del agujero cónico→acabado de la superficie exterior→acabado del agujero cónico.

Para la secuencia de procesamiento del husillo del torno CA6140, se puede analizar y comparar de la siguiente manera:

El primer esquema: Durante el mecanizado de desbaste del agujero cónico, la precisión y la rugosidad de la superficie del círculo exterior se dañarán debido a que la superficie del círculo exterior que ha sido mecanizada se utiliza como superficie de referencia fina, por lo que este esquema no es adecuado.

La segunda solución: al terminar la superficie exterior, el tapón cónico debe insertarse nuevamente, lo que destruirá la precisión del orificio cónico. Además, inevitablemente habrá errores de mecanizado al procesar el orificio cónico (las condiciones de rectificado del orificio cónico son peores que las condiciones de rectificado externo, y el error del propio tapón cónico causará la diferencia entre la superficie circular exterior y la interior). superficie del cono Eje, por lo que este esquema no debe adoptarse.

The third solution: In the finishing of the taper hole, although the surface of the outer circle that has been finished must be used as the finishing reference surface; but because the machining allowance of the finishing of the taper surface is already small, the grinding force is not large; at the same time, the taper The finishing of the hole is in the final stage of shaft machining, and has little effect on the accuracy of the outer circular surface. In addition to the processing sequence of this scheme, the outer circular surface and the tapered hole can be used alternately, which can gradually improve the coaxiality. Spend.

A través de esta comparación, se puede ver que la secuencia de procesamiento de las piezas forjadas del eje, como el husillo CA6140, es mejor que la tercera opción.

Through the analysis and comparison of the schemes, it can be seen that the sequential processing order of each surface of the shaft forging is largely related to the conversion of the positioning datum. When the rough and fine datums for part processing are selected, the processing sequence can be roughly determined. Because the positioning datum surface is always processed first at the beginning of each stage, that is, the first process must prepare the positioning datum used for the subsequent process. For example, in the process of the CA6140 spindle, the end face is milled and the center hole is punched from the beginning. This is to prepare the positioning datum for the outer circle of rough turning and semi-finishing turning; the outer circle of semi-finishing turning prepares the positioning datum for deep hole machining; the outer circle of semi-finishing turning also prepares the positioning datum for the front and back taper hole machining. Conversely, the front and rear taper holes are equipped with the top hole after taper plugging, and the positioning datum is prepared for the subsequent semi-finishing and finishing of the outer circle; and the positioning datum for the final grinding of the taper hole is the journal that has been ground in the previous process. surface.

Piezas forjadas para ejes

5. The process should be determined according to the processing sequence, and two principles should be mastered:

1. El plano de referencia de posicionamiento en el proceso debe organizarse antes del proceso. Por ejemplo, el procesamiento de orificios profundos se organiza después del torneado de desbaste en la superficie exterior para tener un muñón más preciso como superficie de referencia de posicionamiento para garantizar un espesor de pared uniforme durante el procesamiento de orificios profundos.

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.

In order to improve the mechanical properties of shaft forgings and eliminate internal stress, the heat treatment process, such as quenching and tempering, aging treatment, etc., should generally be arranged after rough machining and before finishing.