45钢主轴加工工艺过程分析

批量：大批；材料：45钢；毛坯：模锻件

(1)材料

在单件小批生产中，轴类零件的毛坯往往使用热轧棒料。

对于直径差较大的阶梯轴，为了节约材料和减少机械加工的劳动量，则往往采用锻件。单件小批生产的阶梯轴一般采用自由锻，在大批大量生产时则采用模锻。

（2）热处理

45钢，在调质处理（235HBS）之后，再经局部高频淬火，可以使局部硬度达到HRC62～65，再经过适当的回火处理，可以降到需要的硬度（例如CA6140主轴规定为HRC52）。

9Mn2V，这是一种含碳0.9%左右的锰钒合金工具钢，淬透性、机械强度和硬度均比45钢为优。经过适当的热处理之后，适用于高精度机床主轴的尺寸精度稳定性的要求。例如，万能外圆磨床M1432A头架和砂轮主轴就采用这种材料。

38CrMoAl，这是一种中碳合金氮化钢，由于氮化温度比一般淬火温度为低540—550℃，变形更小，硬度也很高（HRC＞65，中心硬度HRC＞28）并有优良的耐疲劳性能，故高精度半自动外圆磨床MBG1432的头架轴和砂轮轴均采用这种钢材。

 

此外，对于中等精度而转速较高的轴类锻件，多选用40Cr等合金结构钢，这类钢经调质和高频淬火后，具有较高的综合机械性能，能满足使用要求。有的轴件也选用滚珠轴承钢如GCr15和弹簧钢如66Mn等材料．这些钢材经调质和表面淬火后，具有极高的耐磨性和耐疲劳性能。当要求在高速和重载条件下工作的轴类零件，可选用18CrMnTi、20Mn2B等低碳含金钢，这些钢料经渗碳淬火后具有较高的表面硬度、冲击韧性和心部强度，但热处理所引起的变形比38CrMoAl为大。

凡要求局部高频淬火的主轴，要在前道工序中安排调质处理（有的钢材则用正火）,当毛坯余量较大时(如锻件)，调质放在粗车之后、半精车之前，以便因粗车产生的内应力得以在调质时消除；当毛坯余量较小时（如棒料），调质可放在粗车（相当于锻件的半精车）之前进行。高频淬火处理一般放在半精车之后，由于主轴只需要局部淬硬，故精度有一定要求而不需淬硬部分的加工，如车螺纹、铣键槽等工序，均安排在局部淬火和粗磨之后。对于精度较高的主轴在局部淬火及粗磨之后还需低温时效处理，从而使主轴的金相组织和应力状态保持稳定。

2、定位基准的选择

对实心的轴类零件，精基准面就是顶尖孔，满足基准重合和基准统一，而对于象CA6140A的空心主轴，除顶尖孔外还有轴颈外圆表面并且两者交替使用，互为基准。

3、加工阶段的划分

主轴加工过程中的各加工工序和热处理工序均会不同程度地产生加工误差和应力，因此要划分加工阶段。主轴加工基本上划分为下列三个阶段。

（1）、粗加工阶段

1）毛坯处理毛坯备料、锻造和正火。

2）粗加工锯去多余部分，铣端面、钻中心孔和荒车外圆等。

（2）、半精加工阶段

1）半精加工前热处理对于45钢一般采用调质处理以达到220～240HBS。

2）半精加工车工艺锥面（定位锥孔）半精车外圆端面和钻深孔等。

（3）、精加工阶段

1）精加工前热处理局部高频淬火。

2）精加工前各种加工粗磨定位锥面、粗磨外圆、铣键槽和花键槽，以及车螺纹等。

3）精加工精磨外圆和内外锥面以保证主轴最重要表面的精度。

 

4、加工顺序的安排和工序的确定

具有空心和内锥特点的轴类零件，在考虑支承轴颈、一般轴颈和内锥等主要表面的加工顺序时，可有以下几种方案。

①外表面粗加工→钻深孔→外表面精加工→锥孔粗加工→锥孔精加工；

②外表面粗加工→钻深孔→锥孔粗加工→锥孔精加工→外表面精加工；

③外表面粗加工→钻深孔→锥孔粗加工→外表面精加工→锥孔精加工。

针对CA6140车床主轴的加工顺序来说，可作这样的分析比较：

第一方案：在锥孔粗加工时，由于要用已精加工过的外圆表面作精基准面，会破坏外圆表面的精度和粗糙度，所以此方案不宜采用。

第二方案：在锻件精加工外圆表面时，还要再插上锥堵，这样会破坏锥孔精度。另外，在加工锥孔时不可避免地会有加工误差（锥孔的磨削条件比外圆磨削条件差人加上锥堵本身的误差等就会造成外圆表面和内锥面的不同轴，故此方案也不宜采用。

第三方案：在锥孔精加工时，虽然也要用已精加工过的外圆表面作为精基准面；但由于锥面精加工的加工余量已很小，磨削力不大；同时锥孔的精加工已处于轴加工的最终阶段，对外圆表面的精度影响不大；加上这一方案的加工顺序，可以采用外圆表面和锥孔互为基准，交替使用，能逐步提高同轴度。

经过这一比较可知，象CA6140主轴这类的轴件加工顺序，以第三方案为佳。

通过方案的分析比较也可看出，轴类零件各表面先后加工顺序，在很大程度上与定位基准的转换有关。当零件加工用的粗、精基准选定后，加工顺序就大致可以确定了。因为各阶段开始总是先加工定位基准面，即先行工序必须为后面的工序准备好所用的定位基准。例如CA6140主轴工艺过程，一开始就铣端面打中心孔。这是为粗车和半精车外圆准备定位基准；半精车外圆又为深孔加工准备了定位基准；半精车外圆也为前后的锥孔加工准备了定位基准。反过来，前后锥孔装上锥堵后的顶尖孔，又为此后的半精加工和精加工外圆准备了定位基准；而最后磨锥孔的定位基准则又是上工序磨好的轴颈表面。

 

工序的确定要按加工顺序进行，应当掌握两个原则：

1）工序中的定位基准面要安排在该工序之前加工。例如，深孔加工所以安排在外圆表面粗车之后，是为了要有较精确的轴颈

作为定位基准面，以保证深孔加工时壁厚均匀。

2）对各表面的加工要粗、精分开，先粗后精，多次加工，以逐步提高其精度和粗糙度。主要表面的精加工应安排在最后。

为了改善金属组织和加工性能而安排的热处理工序，如退火、正火等，一般应安排在机械加工之前。

为了提高零件的机械性能和消除内应力而安排的热处理工序，如调质、时效处理等，一般应安排在粗加工之后，精加工之前。