Spôsob výroby a tepelné spracovanie hriadeľových výkovkov

1. Spôsob výroby a tepelné spracovanie hriadeľových výkovkov

(1) Materiál

V kusovej malosériovej výrobe sa pri hrubých hriadeľových výkovkoch často používa tyčový materiál valcovaný za tepla.

Pre stupňovité hriadele s veľkými rozdielmi priemerov sa často používajú výkovky, aby sa ušetrili materiály a znížila pracnosť pri obrábaní. Stupňovité hriadele vyrábané v malých sériách z jedného kusu sú vo všeobecnosti voľným kovaním a zápustkové kovanie sa používa v hromadnej výrobe.

(2) Tepelné spracovanie

V prípade ocele 45 môže po kalení a popúšťaní (235HBS) lokálnym vysokofrekvenčným kalením dosiahnuť lokálna tvrdosť HRC62～65 a potom po správnom popúšťaní môže byť znížená na požadovanú tvrdosť (napríklad je špecifikované vreteno CA6140 ako HRC52).

9Mn2V, čo je mangánovo-vanádiová legovaná nástrojová oceľ s obsahom uhlíka cca 0.9 %, má lepšiu prekaliteľnosť, mechanickú pevnosť a tvrdosť ako oceľ 45. Po správnom tepelnom spracovaní je vhodný pre požiadavky na rozmerovú presnosť a stabilitu vysoko presných vretien obrábacích strojov. Tento materiál využíva napríklad univerzálna valcová brúska M1432A vreteník a vreteno brúsneho kotúča.

38CrMoAl, ide o stredne uhlíkovú zliatinu nitridovanej ocele. Pretože teplota nitridácie je o 540 – 550 ° C nižšia ako všeobecná teplota kalenia, deformácia je menšia a tvrdosť je tiež vysoká (HRC> 65, stredová tvrdosť HRC> 28) a vynikajúca. Preto hriadeľ vreteníka a hriadeľ brúsneho kotúča vysoko presné poloautomatické valcové brúsky MBG1432 sú vyrobené z tohto druhu ocele.

Okrem toho sa pre hriadeľové výkovky so strednou presnosťou a vysokou rýchlosťou väčšinou používajú legované konštrukčné ocele ako 40Cr. Po kalení a popúšťaní a vysokofrekvenčnom kalení má tento typ ocele vysoké komplexné mechanické vlastnosti a môže spĺňať požiadavky použitia. Niektoré hriadele tiež používajú oceľ na guľôčkové ložiská, ako je GCr15 a pružinovú oceľ, ako je 66Mn. Po kalení a popúšťaní a povrchovom kalení majú tieto ocele extrémne vysokú odolnosť proti opotrebovaniu a únave. Ak sa vyžaduje, aby časti hriadeľa pracovali pri vysokej rýchlosti a vysokom zaťažení, je možné zvoliť nízkouhlíkové ocele obsahujúce zlato, ako napríklad 18CrMnTi a 20Mn2B. Tieto ocele majú vysokú povrchovú tvrdosť, rázovú húževnatosť a pevnosť v jadre po nauhličení a kalení, ale deformácia spôsobená tepelným spracovaním je väčšia ako pri 38CrMoAl.

For spindles that require local high-frequency quenching, the quenching and tempering treatment should be arranged in the previous process (some steels are normalized). When the blank margin is large (such as forgings), the quenching and tempering should be placed after the rough turning. Before finishing turning, so that the internal stress caused by rough turning can be eliminated during quenching and tempering; when the blank margin is small (such as bar stock), quenching and tempering can be carried out before rough turning (equivalent to semi-finishing turning of forgings). High-frequency quenching treatment is generally placed after semi-finishing turning. Since the spindle only needs to be hardened locally, there are certain requirements for accuracy and no hardening part processing, such as threading, keyway milling and other processes, are arranged in local quenching and roughing. After grinding. For high-precision spindles, low-temperature aging treatment is required after local quenching and rough grinding, so that the metallographic structure and stress state of the spindle remain stable.

Hriadeľové výkovky

Second, the choice of positioning datum

V prípade výkovkov s plným hriadeľom je jemným základovým povrchom stredový otvor, ktorý spĺňa zhodu nulového bodu a rovnomernosť nulového bodu. Pre duté vretená, ako je CA6140A, je okrem stredového otvoru aj vonkajší kruhový povrch čapu a tieto dva sa používajú striedavo a slúžia ako vzájomný základ.

Three, the division of processing stages

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) Fáza hrubého obrábania

1) Prázdne spracovanie. Príprava polotovaru, kovanie a normalizácia.

2) Rough machining saw to remove the excess part, milling the end face, drilling the center hole and the outer circle of the waste car, etc.

(2) Semi-finishing stage

1) Tepelné spracovanie pred polodokončovacím spracovaním sa všeobecne používa pre oceľ 45 na dosiahnutie 220-240HBS.

2) Polodokončovacie sústruženie kužeľový povrch (polohovanie kužeľového otvoru) polodokončovacie sústruženie čelnej plochy vonkajšieho kruhu a vŕtanie hlbokých otvorov atď.

(3), finishing stage

1) Tepelné spracovanie a lokálne vysokofrekvenčné kalenie pred dokončením.

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) Finishing and grinding the outer circle and inner and outer cone surfaces to ensure the accuracy of the most important surface of the spindle.

Hriadeľové výkovky

Po štvrté, usporiadanie postupnosti spracovania a určenie procesu

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.

①Hrubé opracovanie vonkajšieho povrchu→vŕtanie hlbokých otvorov→dokončenie vonkajšieho povrchu→hrubovanie kužeľového otvoru→dokončenie kužeľového otvoru;

② Hrubovanie vonkajšieho povrchu → vŕtanie hlbokých otvorov → hrubovanie kužeľových otvorov → konečná úprava kužeľových otvorov → konečná úprava vonkajšieho povrchu;

③Hrubovanie vonkajšieho povrchu→vŕtanie hlbokého otvoru→hrubovanie kužeľového otvoru→dokončovanie vonkajšieho povrchu→dokončovanie kužeľového otvoru.

Pre postupnosť spracovania vretena sústruhu CA6140 ju možno analyzovať a porovnať takto:

Prvá schéma: Počas hrubého obrábania kužeľového otvoru sa poškodí presnosť a drsnosť povrchu vonkajšieho kruhu, pretože povrch kruhu, ktorý bol dokončený, sa používa ako jemný referenčný povrch, takže táto schéma nie je vhodná.

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.

Tretie riešenie: Pri dokončovaní kužeľového otvoru, hoci povrch vonkajšieho kruhu, ktorý bol dokončený, musí byť použitý ako dokončovací referenčný povrch; ale pretože prídavok na obrábanie konečnej úpravy kužeľovej plochy je už malý, brúsna sila nie je veľká; zároveň kužeľ Dokončovanie otvoru je v konečnej fáze opracovania hriadeľa a má malý vplyv na presnosť vonkajšej kruhovej plochy. Okrem postupnosti spracovania podľa tejto schémy je možné striedavo použiť vonkajší kruhový povrch a kužeľovitý otvor, čo môže postupne zlepšiť súosovosť. míňať.

Prostredníctvom tohto porovnania je možné vidieť, že postupnosť spracovania hriadeľových výkovkov, ako je vreteno CA6140, je lepšia ako tretia možnosť.

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.

Hriadeľové výkovky

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

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. Spracovanie každého povrchu by sa malo oddeliť na drsný a jemný, najskôr hrubý a potom jemný, viackrát, aby sa postupne zlepšila jeho presnosť a drsnosť. Dokončenie hlavného povrchu by malo byť usporiadané na konci.

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.

Aby sa zlepšili mechanické vlastnosti hriadeľových výkovkov a eliminovalo sa vnútorné napätie, proces tepelného spracovania, ako je kalenie a temperovanie, spracovanie starnutím atď., by sa mal vo všeobecnosti usporiadať po hrubom obrábaní a pred dokončením.