軸類零件加工

軸類零件加工第一頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期三軸類零件的特點長度大于直徑；軸的長徑比小于5的稱為短軸，大于20的稱為細長軸，大多數(shù)軸介于兩者之間，稱為一般軸。加工表面為內(nèi)外圓柱面、圓錐面、螺紋、花鍵、溝槽等；有一定的回轉(zhuǎn)精度。軸類零件的分類光滑軸；階梯軸；空心軸；異形軸（曲軸、齒輪軸、偏心軸、十字軸、凸輪軸、花鍵軸）。模塊二軸類零件加工第二頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期三第三頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期三

模塊二軸類零件加工第四頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期三2.軸類零件的主要技術(shù)要求(一)尺寸精度起支承作用的軸頸為了確定軸的位置，通常對其尺寸精度要求較高（IT5～IT7）。裝配傳動件的軸頸尺寸精度一般要求較低（IT6～IT9）。(二)幾何形狀精度軸類零件的幾何形狀精度主要是指軸頸、外錐面、莫氏錐孔等的圓度、圓柱度等，一般應(yīng)將其公差限制在尺寸公差范圍內(nèi)。對精度要求較高的內(nèi)外圓表面，應(yīng)在圖紙上標(biāo)注其允許偏差。(三)相互位置精度軸類零件的位置精度要求主要是由軸在機械中的位置和功用決定的。通常應(yīng)保證裝配傳動件的軸頸對支承軸頸的同軸度要求，否則會影響傳動件（齒輪等）的傳動精度，并產(chǎn)生噪聲。普通精度的軸，其配合軸段對支承軸頸的徑向跳動一般為0.01～0.03mm，高精度軸（如主軸）通常為0.001～0.005mm。(四)表面粗糙度一般與傳動件相配合的軸徑表面粗糙度為Ra2.5～0.63μm，與軸承相配合的支承軸徑的表面粗糙度為Ra0.63～0.16μm。模塊二軸類零件加工第五頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期三3.軸類零件的毛坯、材料及熱處理

(1)軸類零件的毛坯軸類零件可根據(jù)使用要求、生產(chǎn)類型、設(shè)備條件及結(jié)構(gòu)，選用棒料、鍛件等毛坯形式。對于外圓直徑相差不大的軸，一般以棒料為主；而對于外圓直徑相差大的階梯軸或重要的軸，常選用鍛件，這樣既節(jié)約材料又減少機械加工的工作量，還可改善機械性能。根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模的不同，毛坯的鍛造方式有自由鍛和模鍛兩種。中小批生產(chǎn)多采用自由鍛，大批大量生產(chǎn)時采用模鍛。

模塊二軸類零件加工第六頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期三（2）材料

45鋼是軸類零件的常用材料，它價格便宜經(jīng)過調(diào)質(zhì)（或正火）后，可得到較好的切削性能，而且能獲得較高的強度和韌性等綜合機械性能，淬火后表面硬度可達45～52HRC。40Cr等合金結(jié)構(gòu)鋼適用于中等精度而轉(zhuǎn)速較高的軸類零件，這類鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)和淬火后，具有較好的綜合機械性能。軸承鋼GCr15和彈簧鋼65Mn，經(jīng)調(diào)質(zhì)和表面高頻淬火后，表面硬度可達50～58HRC，并具有較高的耐疲勞性能和較好的耐磨性能，可制造較高精度的軸。精密機床的主軸（例如磨床砂輪軸、坐標(biāo)鏜床主軸）可選用20CrMnTi、20Mn2B、20Cr、38CrMoAIA。這種鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)、滲碳淬火和表面氮化后，不僅能獲得很高的表面硬度，而且能保持較軟的芯部，因此耐沖擊韌性好。與滲碳淬火鋼比較，它有熱處理變形很小，硬度更高的特性。第七頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期三

⑵軸類零件的熱處理

軸類零件應(yīng)根據(jù)不同的工作條件和使用要求選用不同的材料并采用不同的熱處理規(guī)范（如調(diào)質(zhì)、正火、淬火等），以獲得一定的強度、韌性和耐磨性。正火或退火：鍛造毛坯，可以細化晶粒，消除應(yīng)力，降低硬度，改善切削加工性能。調(diào)質(zhì)：安排在粗車之后、半精車之前，以獲得良好的物理力學(xué)性能。表面淬火：安排在精加工之前，這樣可以糾正因淬火引起的局部變形。低溫時效處理：精度要求高的軸，在局部淬火或粗磨之后進行。模塊二軸類零件加工第八頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期三金屬熱處理

金屬熱處理：是將金屬工件放在一定的介質(zhì)中加熱到適宜的溫度，并在此溫度中保持一定時間后，又以不同速度冷卻的一種工藝。

金屬熱處理的意義：是通過改變工件內(nèi)部的顯微組織，或改變工件表面的化學(xué)成分，賦予或改善工件的使用性能。其特點是改善工件的內(nèi)在質(zhì)量，而這一般不是肉眼所能看到的。金屬熱處理過程：包括加熱、保溫、冷卻三個過程，有時只有加熱和冷卻兩個過程。金屬加熱時，工件暴露在空氣中，常常發(fā)生氧化、脫碳，因而金屬通常應(yīng)在可控氣氛或保護氣氛中、熔融鹽中和真空中加熱。加熱溫度是熱處理工藝的重要工藝參數(shù)之一。冷卻是熱處理工藝過程中不可缺少的步驟，冷卻方法因工藝不同而不同，主要是控制冷卻速度。一般退火的冷卻速度最慢，正火的冷卻速度較快，淬火的冷卻速度更快。第九頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期三熱處理普通（整體）熱處理表面熱處理退火正火淬火回火表面淬火表面化學(xué)熱處理感應(yīng)加熱表面淬火火焰加熱表面淬火激光加熱表面淬火等滲碳滲氮碳氮共滲滲金屬等金屬熱處理分類第十頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期三常用熱處理方法的工藝曲線示意圖

第十一頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期三

一、退火1.退火

退火是將金屬制件加熱到高于或低于這種金屬的臨界溫度，經(jīng)保溫一定時間，隨后在爐中或埋入導(dǎo)熱性較差的介質(zhì)中緩慢冷卻，以獲得接近平衡狀態(tài)組織的一種熱處理工藝。退火的目的：a.降低硬度，以利于切削加工；b.細化晶粒，改善組織，提高機械性能；c.消除內(nèi)應(yīng)力，為下一道熱處理作好準(zhǔn)備；d.提高金屬材料的塑性、韌性，便于進行冷沖壓或冷拉拔加工。退火的缺點：占用設(shè)備；生產(chǎn)率低。第十二頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期三2.正火

正火是將金屬制件加熱到高于或低于這種金屬的臨界溫度，經(jīng)保溫一定時間，隨后在空氣中冷卻，以獲得更細組織的一種熱處理工藝。正火的作用與退火相似，與退火不同之處是：a.正火是在空氣中冷卻，冷卻速度快，所獲得的組織更細。b.正火后的強度、硬度較退火后的稍高，而塑性、韌性則稍低。c.不占用設(shè)備；生產(chǎn)率高。第十三頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期三3.淬火

淬火是將金屬制件加熱到這種金屬的臨界溫度以上30～50℃，經(jīng)保溫一定時間，隨后在水或油中快速冷卻，以獲得高硬度組織的一種熱處理工藝。淬火的目的：提高金屬材料的強度和硬度，增加耐磨性，并在回火后獲得高強度和一定韌性相配合的性能。第十四頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期三4.回火

回火是把淬火后的金屬制件重新加熱到某一溫度，保溫一段時間，然后置于空氣或油中冷卻的熱處理工藝?；鼗鸬哪康模簽榱讼慊饡r因冷卻過快而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，降低金屬材料的淬性，使它具有一定的韌性。根據(jù)加熱溫度的不同，回火可分為低溫回火、中溫回火和高溫回火。

第十五頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期三

（1）低溫回火：回火溫度為150～250℃。低溫回火能消除一定的內(nèi)應(yīng)力，適當(dāng)?shù)亟档弯摰拇嘈?，提高韌性，同時工件仍保持高硬度、高耐磨性，應(yīng)用于各種量具和刃具。（2）中溫回火：回火溫度為350～500℃。中溫回火可大大減小鋼的內(nèi)應(yīng)力，提高了彈性、韌性，但硬度有所降低，應(yīng)用于彈簧和熱鍛模等。（3）高溫回火：回火溫度為500～650℃。高溫回火可以消除內(nèi)應(yīng)力，硬度有顯著的下降，可獲得具有強度、塑性、韌性等綜合機械性能，應(yīng)用于齒輪、連桿、曲軸等。5.調(diào)質(zhì)處理淬火后再經(jīng)高溫回火的熱處理工藝，稱為調(diào)質(zhì)處理。一般要求具有較高綜合機械性能的重要結(jié)構(gòu)零件，都要經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理。第十六頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期三回火方法加熱溫度（℃）力學(xué)性能特點應(yīng)用范圍硬度（HRC）低溫回火150～250高硬度、耐磨性刃具、量具、冷沖模等58～65中溫回火350～500高彈性、韌性彈簧、鋼絲繩等35～50高溫回火500～650良好的綜合力學(xué)性能連桿、齒輪及軸類20～30第十七頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期三熱處理中的“四把火”熱處理方式定義作用退火將金屬構(gòu)件加熱到高于或低于臨界點，保持一定時間，隨后緩慢冷卻。降低硬度，改善切削加工性；消除殘余應(yīng)力，穩(wěn)定尺寸，減少變形與裂紋傾向使金屬內(nèi)部組織達到或接近平衡狀態(tài)。正火將工件加熱到適宜的溫度后在空氣中冷卻。正火的效果同退火相似，只是得到的組織更細，常用于改善材料的切削性能，也有時用于對一些要求不高的零件作為最終熱處理。淬火將工件加熱保溫后，在水、油或其他無機鹽、有機水溶液等淬冷介質(zhì)中快速冷卻。使鋼件變硬，但同時變脆?；鼗饘⒋慊鸷蟮匿摷诟哂谑覝囟陀?50℃的某一適當(dāng)溫度進行長時間的保溫，再進行冷卻，這種工藝稱為回火。為了降低鋼件的脆性，將淬火后的鋼件在高于室溫而低于650℃的某一適當(dāng)溫度進行長時間的保溫，再進行冷卻。調(diào)質(zhì)淬火+回火獲得一定的強度和韌性第十八頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期三第十九頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期三表面熱處理和化學(xué)熱處理一、表面淬火表面淬火是僅對工件表層進行淬火的工藝。目的：為了獲得高硬度的表面層和有利的殘余應(yīng)力分布，提高工件的硬度和耐磨性。表面淬火加熱的方法很多，如感應(yīng)加熱、火焰加熱、電接觸加熱、激光加熱等。二、化學(xué)熱處理化學(xué)熱處理是將金屬和合金工件置于一定溫度的活性介質(zhì)中保溫，使一種或幾種元素滲入它的表層，以改變其化學(xué)成分、組織和性能的熱處理工藝。常用的有滲碳、滲氮、碳氮共滲和滲金屬元素等。第二十頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期三鋼的分類按化學(xué)成分分類可分為碳素鋼和合金鋼碳素鋼按含碳量多少可分為低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼合金鋼按合金元素的含量又可分為低合金鋼、中合金鋼和高合金鋼合金鋼按合金元素的種類可分為錳鋼、鉻鋼、硼鋼、鉻鎳鋼、硅錳鋼等

第二十一頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期三按冶金質(zhì)量分類按鋼中所含有害雜質(zhì)硫、磷的多少，可分為：普通鋼（S%≤0.055%，P%≤0.045%）優(yōu)質(zhì)鋼（S%、P%≤0.040%）高級優(yōu)質(zhì)鋼（S%≤0.030%，P%≤0.035%）

按冶煉時脫氧程度，可將鋼分為：沸騰鋼（脫氧不完全）、鎮(zhèn)靜鋼（脫氧較完全）和半鎮(zhèn)靜鋼三類。

第二十二頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期三按用途分類

按鋼的用途可分為：結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼和特殊性能鋼結(jié)構(gòu)鋼又分為：工程構(gòu)件用鋼和機器零件用工具鋼分為：刃具鋼、量具鋼、模具鋼特殊性能鋼分為：不銹鋼、耐熱鋼等

第二十三頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期三

按金相組織分類按退火態(tài)的金相組織可分為：亞共析鋼、共析鋼、過共析鋼三種。按正火態(tài)的金相組織可分為：珠光體鋼、貝氏體鋼、馬氏體鋼、奧氏體鋼等四種。奧氏體－碳與合金元素溶解在γ-fe中的固溶體，仍保持γ-fe的面心立方晶格。晶界比較直，呈規(guī)則多邊形；淬火鋼中殘余奧氏體分布在馬氏體間的空隙處

珠光體－鐵碳合金中共析反應(yīng)所形成的鐵素體與滲碳體的機械混合物。

第二十四頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期三合金元素在鋼中的作用鎳：增加強韌性、耐蝕性、耐磨性、彈性細述和低溫沖擊抵抗性鉻：增加耐磨性、耐蝕性及高溫強度鎢：增加耐磨性及高溫強度、硬度硅：增加耐熱性、耐蝕性；低合金鋼之強度增加，增加電磁氣性質(zhì)錳：高溫之抗拉強度、硬度增加，防止因硫而產(chǎn)生的脆性鉬：作用與鎢相同，但效果大兩倍鈷：增加硬度與磁性釩：增加韌性、耐磨性、淬火性鈦：增加耐高溫強度及對海水的耐蝕性銅：增加在空氣中之抗氧化性及抗蝕性鋁：增加流動性磷：增加耐蝕性，但超過0.1％時會有熱脆性硫：增加鋼的切削性及熱脆性，但一般含量要少第二十五頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期三碳鋼分類按鋼中含碳量多少分：低碳鋼中碳鋼高碳鋼Wc<0.25%Wc=0.25%—0.6%Wc>0.6%第二十六頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期三低碳鋼特點：塑性好、韌性好、硬度強度低（軟剛）、耐磨性差。熱處理：通常情況下將其進行滲碳，然后淬火，再低溫回火后使用。第二十七頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期三中碳鋼特點：熱加工及切削性能良好，強度硬度比低碳鋼高，韌性塑性低于低碳鋼，焊接性能較差。熱處理：通常采用完全（加熱到單相奧氏體區(qū)得到單相均勻奧氏體）淬火加中溫或高溫回火的熱處理工藝。第二十八頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期三高碳鋼特點：具有高硬度和高耐磨性，焊接性能差。熱處理：1.預(yù)先熱處理采用球化退火；2.采用不完全（加熱到兩相區(qū)得到奧氏體加未溶碳化物）淬火加低溫回火的熱處理工藝。第二十九頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期三三、軸類零件典型工藝路線對于7級精度、表面粗糙度Ra0.8～0.4μm的一般傳動軸，其典型工藝路線是：正火－車端面鉆中心孔－粗車各表面－精車各表面－銑花鍵、鍵槽－熱處理－修研中心孔－粗磨外圓－精磨外圓－檢驗。軸類零件一般采用中心孔作為定位基準(zhǔn)，以實現(xiàn)基準(zhǔn)統(tǒng)一的方案。在單件小批生產(chǎn)中鉆中心孔工序常在普通車床上進行。在大批量生產(chǎn)中常在銑端面鉆中心孔專用機床上進行。中心孔是軸類零件加工全過程中使用的定位基準(zhǔn)，其質(zhì)量對加工精度有著重大影響。所以必須安排修研中心孔工序。修研中心孔一般在車床上用金剛石或硬質(zhì)合金頂尖加壓進行。對于空心軸（如機床主軸），為了能使用頂尖孔定位，一般均采用帶頂尖孔的錐套心軸或錐堵。若外圓和錐孔需反復(fù)多次、互為基準(zhǔn)進行加工，則在重裝錐堵或心軸時，必須按外圓找正或重新修磨中心孔。軸上的花鍵、鍵槽等次要表面的加工，一般安排在外圓精車之后，磨削之前進行。因為如果在精車之前就銑出鍵槽，在精車時由于斷續(xù)切削而易產(chǎn)生振動，影響加工質(zhì)量，又容易損壞刀具，也難以控制鍵槽的尺寸。但也不應(yīng)安排在外圓精磨之后進行，以免破壞外圓表面的加工精度和表面質(zhì)量。在軸類零件的加工過程中，應(yīng)當(dāng)安排必要的熱處理工序，以保證其機械性能和加工精度，并改善工件的切削加工性。一般毛坯鍛造后安排正火工序，而調(diào)質(zhì)則安排在粗加工后進行，以便消除粗加工后產(chǎn)生的應(yīng)力及獲得良好的綜合機械性能。淬火工序則安排在磨削工序之前。第三十頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期三

傳動軸中批生產(chǎn)的工藝過程第三十一頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期三表2-1傳動軸加工工藝過程工序號工序名稱工序內(nèi)容工序簡圖定位基準(zhǔn)設(shè)備1備料Ф60mm×265mm2車三爪卡盤夾持工件，車端面見平，鉆