Procédé de fabrication et traitement thermique des pièces forgées d’arbre

1. Méthode de fabrication et traitement thermique des pièces forgées d’arbre

(1) Matériel

Dans la production de petits lots d’une seule pièce, les pièces forgées d’arbres bruts utilisent souvent des barres laminées à chaud.

Pour les arbres étagés avec de grandes différences de diamètre, afin d’économiser des matériaux et de réduire la quantité de travail pour l’usinage, des pièces forgées sont souvent utilisées. Les arbres étagés produits en petits lots d’une seule pièce sont généralement forgés librement et le matriçage est utilisé dans la production de masse.

(2) Traitement thermique

Pour l’acier 45, après trempe et revenu (235HBS), la trempe locale à haute fréquence peut faire en sorte que la dureté locale atteigne HRC62 ~ 65, puis après un traitement de revenu approprié, elle peut être réduite à la dureté requise (par exemple, la broche CA6140 est spécifiée comme HRC52) .

Le 9Mn2V, qui est un acier à outils en alliage manganèse-vanadium avec une teneur en carbone d’environ 0.9%, a une meilleure trempabilité, résistance mécanique et dureté que l’acier 45. Après un traitement thermique approprié, il convient aux exigences de précision dimensionnelle et de stabilité des broches de machines-outils de haute précision. Par exemple, la poupée fixe de la rectifieuse cylindrique universelle M1432A et la broche de la meule utilisent ce matériau.

38CrMoAl, il s’agit d’un acier nitruré en alliage moyen carbone. Parce que la température de nitruration est inférieure de 540 à 550 ℃ à la température de trempe générale, la déformation est plus petite et la dureté est également élevée (HRC> 65, dureté centrale HRC> 28) et excellente. Par conséquent, l’arbre de poupée et l’arbre de meule du Les rectifieuses cylindriques semi-automatiques de haute précision MBG1432 sont fabriquées dans ce type d’acier.

De plus, pour les forgeages d’arbres de précision moyenne et à grande vitesse, les aciers de construction alliés tels que le 40Cr sont principalement utilisés. Après trempe et revenu et trempe à haute fréquence, ce type d’acier présente des propriétés mécaniques globales élevées et peut répondre aux exigences d’utilisation. Certains arbres utilisent également de l’acier pour roulement à billes tel que le GCr15 et de l’acier à ressort tel que le 66Mn. Après trempe et revenu et trempe superficielle, ces aciers présentent une résistance à l’usure et à la fatigue extrêmement élevée. Lorsque les pièces d’arbre doivent fonctionner dans des conditions de haute vitesse et de charges lourdes, des aciers à faible teneur en carbone contenant de l’or tels que 18CrMnTi et 20Mn2B peuvent être sélectionnés. Ces aciers ont une dureté de surface, une résistance aux chocs et une résistance à cœur élevées après cémentation et trempe, mais la déformation causée par le traitement thermique est supérieure à celle du 38CrMoAl.

Pour les broches qui nécessitent une trempe locale à haute fréquence, le traitement de trempe et de revenu doit être organisé dans le processus précédent (certains aciers sont normalisés). Lorsque la marge du blanc est grande (comme les pièces forgées), la trempe et le revenu doivent être placés après le tournage grossier. Avant de finir le tournage, afin que la contrainte interne causée par le tournage grossier puisse être éliminée lors de la trempe et du revenu ; lorsque la marge du flan est faible (comme les barres), une trempe et un revenu peuvent être effectués avant le tournage ébauche (équivalent au tournage semi-finition des pièces forgées). Le traitement de trempe haute fréquence est généralement placé après le tournage de semi-finition. Étant donné que la broche n’a besoin d’être durcie que localement, il existe certaines exigences de précision et aucun traitement de pièce de durcissement, tel que le filetage, le fraisage de rainure de clavette et d’autres processus, n’est organisé en trempe et ébauche locales. Après broyage. Pour les broches de haute précision, un traitement de vieillissement à basse température est nécessaire après une trempe locale et un meulage grossier, afin que la structure métallographique et l’état de contrainte de la broche restent stables.

Pièces forgées d’arbre

Deuxièmement, le choix de la référence de positionnement

Pour les pièces forgées à arbre solide, la surface de référence fine est le trou central, qui satisfait la coïncidence et l’uniformité des données. Pour les broches creuses comme CA6140A, en plus du trou central, il y a une surface circulaire extérieure du tourillon et les deux sont utilisés alternativement, servant de référence l’un pour l’autre.

Trois, la division des étapes de traitement

Chaque processus d’usinage et processus de traitement thermique dans le processus d’usinage de la broche produira des erreurs d’usinage et des contraintes à des degrés divers, de sorte que les phases d’usinage doivent être divisées. L’usinage de la broche est essentiellement divisé en trois étapes.

(1) Phase d’usinage grossier

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

2) Scie d’usinage grossière pour enlever la partie excédentaire, fraisage de la face d’extrémité, perçage du trou central et du cercle extérieur de la voiture à déchets, etc.

(2) Étape de semi-finition

1) Le traitement thermique avant le traitement de semi-finition est généralement utilisé pour l’acier 45 pour atteindre 220-240HBS.

2) Surface conique du processus de tournage de semi-finition (trou conique de positionnement) semi-finition tournant la face d’extrémité du cercle extérieur et le forage de trous profonds, etc.

(3), phase de finition

1) Traitement thermique et trempe locale à haute fréquence avant finition.

2) Toutes sortes de meulage grossier du cône de positionnement, meulage grossier du cercle extérieur, fraisage de la rainure de clavette et de la cannelure et filetage avant la finition.

3) Finition et meulage du cercle extérieur et des surfaces des cônes intérieur et extérieur pour assurer la précision de la surface la plus importante de la broche.

Pièces forgées d’arbre

Fourth, the arrangement of the processing sequence and the determination of the process

Pour les pièces forgées d’arbre avec des caractéristiques de cône creux et intérieur, lorsque l’on considère la séquence de traitement des surfaces principales telles que les tourillons de support, les tourillons généraux et les cônes intérieurs, il existe plusieurs options comme suit.

①Rough machining of outer surface→drilling deep holes→finishing of outer surface→roughing of taper hole→finishing of taper hole;

②Ébauche de surface extérieure→perçage de trou profond→ébauche de trou conique→finition de trou conique→finition de surface extérieure ;

③Outer surface roughing→drilling deep hole→taper hole roughing→outer surface finishing→taper hole finishing.

Pour la séquence de traitement de la broche de tour CA6140, elle peut être analysée et comparée comme ceci :

Le premier schéma : lors de l’usinage grossier du trou conique, la précision et la rugosité de la surface du cercle extérieur seront endommagées car la surface excirculaire qui a été usinée en finition est utilisée comme surface de référence fine, ce schéma n’est donc pas adapté.

La deuxième solution : lors de la finition de la surface extérieure, le bouchon conique doit être réinséré, ce qui détruira la précision du trou conique. De plus, il y aura inévitablement des erreurs d’usinage lors du traitement du trou conique (les conditions de meulage du trou conique sont pires que les conditions de meulage externes, et l’erreur du bouchon conique lui-même entraînera la différence entre la surface circulaire extérieure et l’intérieur surface conique Arbre, donc ce schéma ne doit pas être adopté.

La troisième solution : Dans la finition du trou conique, bien que la surface du cercle extérieur qui a été finie doive être utilisée comme surface de référence de finition ; mais parce que la surépaisseur d’usinage de la finition de la surface conique est déjà petite, la force de meulage n’est pas grande; en même temps, le cône La finition du trou est au stade final de l’usinage de l’arbre et a peu d’effet sur la précision de la surface circulaire extérieure. En plus de la séquence de traitement de ce schéma, la surface circulaire extérieure et le trou conique peuvent être utilisés en alternance, ce qui peut progressivement améliorer la coaxialité. Dépenser.

Grâce à cette comparaison, on peut voir que la séquence de traitement des pièces forgées d’arbre telles que la broche CA6140 est meilleure que la troisième option.

Grâce à l’analyse et à la comparaison des schémas, on peut voir que l’ordre de traitement séquentiel de chaque surface du forgeage de l’arbre est largement lié à la conversion de la donnée de positionnement. Lorsque les références approximatives et fines pour le traitement des pièces sont sélectionnées, la séquence de traitement peut être déterminée approximativement. Parce que la surface de référence de positionnement est toujours traitée en premier au début de chaque étape, c’est-à-dire que le premier processus doit préparer la référence de positionnement utilisée pour le processus suivant. Par exemple, dans le processus de la broche CA6140, la face d’extrémité est fraisée et le trou central est poinçonné depuis le début. Il s’agit de préparer la référence de positionnement pour le cercle extérieur du tournage ébauche et du tournage semi-finition ; le cercle extérieur du tournage de semi-finition prépare la référence de positionnement pour l’usinage de trous profonds ; le cercle extérieur du tournage de semi-finition prépare également la référence de positionnement pour l’usinage des trous coniques avant et arrière. Inversement, les trous coniques avant et arrière sont équipés du trou supérieur après le bouchage conique, et la donnée de positionnement est préparée pour la semi-finition et la finition ultérieures du cercle extérieur ; et la référence de positionnement pour le meulage final du trou conique est le tourillon qui a été meulé dans le processus précédent. surface.

Pièces forgées d’arbre

5. Le processus doit être déterminé en fonction de la séquence de traitement et deux principes doivent être maîtrisés :

1. The positioning datum plane in the process should be arranged before the process. For example, deep hole processing is arranged after rough turning on the outer surface in order to have a more accurate journal as the positioning reference surface to ensure uniform wall thickness during deep hole processing.

2. Le traitement de chaque surface doit être séparé pour rugueux et fin, d’abord rugueux puis fin, plusieurs fois pour améliorer progressivement sa précision et sa rugosité. La finition de la surface principale doit être disposée à la fin.

Afin d’améliorer la structure métallique et les performances de traitement, le processus de traitement thermique, tel que le recuit, la normalisation, etc., doit généralement être organisé avant le traitement mécanique.

Afin d’améliorer les propriétés mécaniques des pièces forgées d’arbre et d’éliminer les contraintes internes, le processus de traitement thermique, tel que la trempe et le revenu, le traitement de vieillissement, etc., doit généralement être organisé après l’usinage grossier et avant la finition.