Способ изготовления и термическая обработка поковок валов

1. Способ изготовления и термическая обработка поковок валов.

(1) Материал

При штучном мелкосерийном производстве черновые поковки валов часто используют горячекатаный сортовой прокат.

Для ступенчатых валов с большими перепадами диаметров в целях экономии материалов и уменьшения трудозатрат на механическую обработку часто применяют поковки. Ступенчатые валы, выпускаемые небольшими партиями поштучно, обычно являются свободной ковкой, а в массовом производстве применяется штамповка.

(2) Термическая обработка

Для стали 45 после закалки и отпуска (235HBS) локальная высокочастотная закалка может довести локальную твердость до HRC62～65, а затем после надлежащего отпуска ее можно уменьшить до требуемой твердости (например, шпиндель CA6140 указан как HRC52).

9Мн2В, представляющая собой инструментальную сталь, легированную марганцем и ванадием, с содержанием углерода около 0.9%, обладает лучшей прокаливаемостью, механической прочностью и твердостью, чем сталь 45. После надлежащей термической обработки он соответствует требованиям к точности размеров и стабильности шпинделей высокоточных станков. Например, из этого материала изготовлена ​​универсальная круглошлифовальная бабка M1432A и шпиндель шлифовального круга.

38CrMoAl, это среднеуглеродистая легированная азотированная сталь. Поскольку температура азотирования на 540-550 ℃ ниже, чем общая температура закалки, деформация меньше, а твердость также высока (HRC> 65, центральная твердость HRC> 28) и превосходна. Поэтому вал шпиндельной бабки и вал шлифовального круга из этой стали изготовлены высокоточные полуавтоматические круглошлифовальные станки МБГ1432.

Кроме того, для поковок валов со средней точностью и высокой скоростью в основном используются легированные конструкционные стали типа 40Cr. После закалки и отпуска и высокочастотной закалки этот тип стали имеет высокие комплексные механические свойства и может соответствовать требованиям использования. В некоторых валах также используется сталь для шарикоподшипников, например GCr15, и пружинная сталь, например 66Mn. После закалки и отпуска и поверхностной закалки эти стали обладают чрезвычайно высокой износостойкостью и сопротивлением усталости. Когда детали вала должны работать в условиях высоких скоростей и больших нагрузок, можно выбрать низкоуглеродистые золотосодержащие стали, такие как 18CrMnTi и 20Mn2B. Эти стали имеют высокую поверхностную твердость, ударную вязкость и прочность сердцевины после науглероживания и закалки, но деформация, вызванная термической обработкой, больше, чем у 38CrMoAl.

Для шпинделей, требующих локальной высокочастотной закалки, закалку и отпуск следует проводить в предшествующем процессе (некоторые стали нормируют). Когда пустая кромка большая (например, поковки), закалку и отпуск следует проводить после черновой токарной обработки. Перед чистовой токарной обработкой, чтобы во время закалки и отпуска можно было устранить внутреннее напряжение, вызванное черновой токарной обработкой; когда заготовка небольшая (например, прутковый прокат), перед черновой токарной обработкой можно выполнить закалку и отпуск (эквивалентно получистовой токарной обработке поковок). Высокочастотную закалку обычно проводят после получистовой токарной обработки. Так как шпиндель нуждается только в локальной закалке, существуют определенные требования к точности и не упрочняющая обработка деталей, такая как нарезание резьбы, фрезерование шпоночного паза и другие процессы, организуются в локальной закалке и черновой обработке. После шлифовки. Для высокоточных шпинделей требуется обработка низкотемпературным старением после локальной закалки и чернового шлифования, чтобы металлографическая структура и напряженное состояние шпинделя оставались стабильными.

Поковки валов

Во-вторых, выбор исходной точки позиционирования

Для поковок со сплошным валом точная базовая поверхность представляет собой центральное отверстие, которое удовлетворяет условиям совпадения и однородности базовой поверхности. Для полых шпинделей, таких как CA6140A, в дополнение к центральному отверстию имеется внешняя круглая поверхность шейки, и они используются поочередно, служащие базой друг для друга.

Три, разделение этапов обработки

Каждый процесс обработки и процесс термообработки в процессе обработки шпинделя будут вызывать ошибки обработки и напряжения в различной степени, поэтому этапы обработки должны быть разделены. Обработка шпинделя в основном делится на следующие три этапа.

(1) Этап черновой обработки

1) Пустая обработка. Подготовка заготовок, ковка и нормализация.

2) Грубая обработка пилой для удаления лишней части, фрезерование торца, сверление центрального отверстия и внешнего круга мусоровоза и т.д.

(2) Стадия получистовой обработки

1) Термическая обработка перед получистовой обработкой обычно используется для стали 45 для достижения 220-240HBS.

2) Получистовая токарная обработка поверхности конуса (позиционирование конического отверстия), получистовая токарная обработка торца внешнего круга, глубокое сверление и т. д.

(3), завершающий этап

1) Термическая обработка и местная высокочастотная закалка перед отделкой.

2) Все виды чернового шлифования установочного конуса, черновое шлифование внешнего круга, фрезерование шпоночного паза и шлицевой канавки, а также нарезание резьбы перед чистовой обработкой.

3) Финишная обработка и шлифовка внешнего круга, а также внутренней и внешней поверхностей конуса для обеспечения точности самой важной поверхности шпинделя.

Поковки валов

В-четвертых, организация последовательности обработки и определение процесса

Для поковок валов с характеристиками полого и внутреннего конуса при рассмотрении последовательности обработки основных поверхностей, таких как опорные шейки, общие шейки и внутренние конусы, существует несколько следующих вариантов.

①Черновая обработка внешней поверхности→сверление глубоких отверстий→чистовая обработка внешней поверхности→черновая обработка конического отверстия→чистовая обработка конического отверстия;

②Черновая обработка наружной поверхности→сверление глубоких отверстий→черновая обработка конических отверстий→чистовая обработка конических отверстий→чистовая обработка наружных поверхностей;

③Черновая обработка внешней поверхности→сверление глубоких отверстий→черновая обработка конических отверстий→чистовая обработка наружных поверхностей→чистовая обработка конических отверстий.

Последовательность обработки шпинделя токарного станка CA6140 можно проанализировать и сравнить следующим образом:

Первая схема: во время черновой обработки конического отверстия точность и шероховатость поверхности внешней окружности будут повреждены, поскольку обработанная поверхность внешней окружности используется в качестве чистовой базовой поверхности, поэтому эта схема не подходит.

Второе решение: при чистовой обработке наружной поверхности конусная заглушка должна быть вставлена ​​снова, что нарушит точность конусного отверстия. Кроме того, неизбежны погрешности обработки при обработке конического отверстия (условия шлифования конического отверстия хуже, чем условия внешнего шлифования, а погрешность самой конической заглушки вызовет разницу между внешней круглой поверхностью и внутренней поверхность конуса.вал, поэтому эту схему принимать не следует.

Третье решение: при чистовой обработке конусного отверстия, хотя обработанная поверхность внешнего круга должна использоваться в качестве исходной поверхности чистовой обработки; но поскольку припуск на чистовую обработку конической поверхности уже невелик, сила шлифования невелика; в то же время конусность. Чистовая обработка отверстия находится на заключительном этапе обработки вала и мало влияет на точность внешней круглой поверхности. В дополнение к последовательности обработки этой схемы можно попеременно использовать внешнюю круглую поверхность и коническое отверстие, что может постепенно улучшить соосность. Проводить.

Из этого сравнения видно, что последовательность обработки поковок валов, таких как шпиндель CA6140, лучше, чем в третьем варианте.

Путем анализа и сравнения схем видно, что последовательный порядок обработки каждой поверхности поковки вала в значительной степени связан с преобразованием точки отсчета позиционирования. Когда выбраны грубые и точные исходные данные для обработки детали, можно приблизительно определить последовательность обработки. Поскольку исходная поверхность позиционирования всегда обрабатывается первой в начале каждого этапа, то есть первый процесс должен подготовить исходную точку позиционирования, используемую для последующего процесса. Например, в процессе шпинделя CA6140 торец фрезеруется, а центральное отверстие пробивается с самого начала. Это необходимо для подготовки исходной точки для внешнего круга черновой и получистовой токарной обработки; внешний круг получистовой токарной обработки подготавливает исходную точку для обработки глубоких отверстий; внешний круг получистовой токарной обработки также подготавливает исходную точку для обработки переднего и заднего конусных отверстий. И наоборот, переднее и заднее конусные отверстия оснащаются верхним отверстием после конусной пробки, а исходная точка позиционирования подготавливается для последующей получистовой и чистовой обработки внешнего круга; а точкой отсчета для окончательного шлифования конусного отверстия является шейка, которая была отшлифована в предыдущем процессе. поверхность.

Поковки валов

5. Процесс должен быть определен в соответствии с последовательностью обработки, и должны быть освоены два принципа:

1. Базовая плоскость позиционирования в процессе должна быть установлена ​​до начала процесса. Например, обработка глубоких отверстий проводится после черновой токарной обработки внешней поверхности, чтобы иметь более точную цапфу в качестве опорной поверхности для позиционирования, чтобы обеспечить равномерную толщину стенки при обработке глубоких отверстий.

2. Обработка каждой поверхности должна быть разделена на грубую и тонкую, сначала грубую, а затем тонкую, несколько раз, чтобы постепенно улучшить ее точность и шероховатость. Отделку основной поверхности следует устроить в конце.

Чтобы улучшить структуру металла и производительность обработки, процесс термической обработки, такой как отжиг, нормализация и т. Д., Как правило, должен быть организован до механической обработки.

Чтобы улучшить механические свойства поковок валов и устранить внутреннее напряжение, процесс термической обработки, такой как закалка и отпуск, обработка старением и т. д., как правило, следует проводить после черновой обработки и перед чистовой обработкой.