机械用细杆类零件加工工艺研讨

李静

摘要：

以JWF1681导纱杆为例分析机械用细杆类零件的加工工艺，通过工艺改进分析工艺流程、工序余量控制、加工变形及热处理等工艺控制，从而达到设计要求。

【关键词】高频淬火 冷拔 去应力退火 弯曲变形

1.综述

杆类零件加工特别是长径比很大的细长杆类零件，是比较难以加工的零件，由于细长杆本身的刚性差，加工过程中受切削力、切削热，振动等影响，容易出现弯曲，竹节、维度、棱形和腰鼓形等缺陷。

机械产品中有多种细杆型零件，多为直径在Φ5mm-Φ15mm的杆件，要求耐磨性好、强度高，但保证这些功能就给加工工艺带来困难，且相应的工艺流程长，生产周期长，不利于零件批量生产。现以JWF1681中使用的导纱杆纺织类零件的加工为例对此类零件的加工工艺进行分析。

2.实例对照分析

2.1概况分析：

JWF1681型全自动转杯纺纱机是开发的新型转杯纺纱机，是一种高速、高效带全自动接头装置及清洁装置的抽气式转杯纺纱机，每节机身长度至2800mm左右，长向零件均比现生产的转杯纺纱机有所加长，故而长向件的产品质量直接影响整机装配质量。

现以其中一种细杆类零件导纱杆为例分析加工工艺。该零件材料为45号钢，直径为12mm，长度800mm，产品设计要求直线度0.05mm以下，且要具有一定的耐磨性和刚性。对于类似零件常规工艺可采用以下两种工艺手段：

第一为冷拔、粗磨、校直后精磨，最后表面镀铬，表面硬度在HV800左右，然而镀铬处理的生产周期长，成本高，且镀后零件变形没办法再进行处理，零件变形后没办法保证原先设计要求，故而不可采用。

第二为将镀硬铬工序改为淬火处理，钢的淬火是将钢加热到临界温度Ac3（亚共析钢）或Ac1（过共析钢）以上某一温度，保温一段时间，使之全部或部分奥氏体化，然后以大于临界冷却速度的冷速快冷到Ms以下（或Ms附近等温）进行马氏体（或贝氏体）转变的热处理工艺。

这样的淬火热处理工艺即可节约生产周期，成本较低，又可在淬火后增加精磨工序来保证其设计精度要求，可达到维氏硬度HV724左右，但整体淬火后易产生弯曲变形且变形量较大，不易校直，经分析可采用表面淬火工艺来完成此工艺要求。

表面淬火可以获得高硬度，高耐磨性的表面，而心部仍然保持原有的良好韧性，常用于机床主轴，齿轮，发动机的曲轴等。表面淬火是将钢件的表面层淬透到一定的深度，而心部仍保持未淬火状态的一种局部淬火的方法。表面淬火时通过快速加热，使钢件表面很快到淬火的温度，在热量来不及穿到工件心部就立即冷却，实现局部淬火。通过这样的表面淬火工艺不仅可以提高该零件的表面硬度和耐磨性，而且工件心部保持了表面淬火前的组织状态，使具有足够的塑性和韧性。

其中，高频淬火多数用于工业金属零件表面淬火，是使工件表面产生一定的感应电流，迅速加热零件表面，然后迅速淬火的一种金属热处理方法。感应加热设备，即对工件进行感应加热，以进行表面淬火的设备。感应加热的原理：工件放到感应器内，感应器一般是输入中频或高频交流电 （1000-300000Hz或更高）的空心铜管。产生交变磁场在工件中产生出同频率的感应电流，这种感应电流在工件的分布是不均匀的，在表面强，而在内部很弱，到心部接近于0，利用这个集肤效应，可使工件表面迅速加热，在几秒钟内表面温度上升到800-1000º；C，而心部温度升高很小

为了满足JWF1681转杯纺引纱速度达到200m/min以上的要求。而导纱杆属细杆类零件，工艺要求表面高频淬火提高其强度和耐磨性。为防止淬火时弯曲变形，可通过采用多次去应力的工艺来达到利用加工。我们设计了导纱杆的加工工艺流程如下：冷拔备料一粗磨一去应力退火、校直一半精加工一去应力退火、校直一高频淬硬、校直一精加工。

2.2各道工序余量控制：

为防止去除应力时产生弯曲变形，造成加工余量不够必须采取有效的控制。根据去除应力酌变形情况，逐渐减少加工于量。同时为保证加工精度，减少磨削时产生的热变形和避免产生表面裂纹等，控制各道磨削工序的余量。2.4需要关键控制的工序

对于机加工来说，我们可以通过提高刀具、机床精度来提高，因而其最需要控制的就是去应力退火工序，现将进行其主要介绍：

2.4.1去应力退火是将工件加热到Ac1以下的适当温度，保温一定时间后逐渐缓慢冷却的工艺方法，其目的是为了去除机加工，变形加工，铸造，锻造，热处理以及焊接后产生的残余应力。我们采用的去应力退火的温度分两次，第一次去应力退火采用较低的时效温度，第二次去应力退火的回火温度弯曲变形低20°-30°，可以避免降低原材料的硬度及力学性能，参见下去应力退火工艺曲线图。将工件放在空心铜管绕成的感应器内，通过高频交流电后，在工件表面形成同频率的感应电流，将零件表面迅速加热（几秒钟内即可升温800-1000度，心部仍接近室温）后立即喷水冷却（或浸油淬火），以利于工件表面淬硬需要。

3.综述

通过工艺分析及现场工艺试验，采用方案二即可确保产品设计要求，还可以缩短工件加工周期，降低加工成本，实现高质高量生产要求。

参考文献：

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[8] 杨傅泉.机械工人切削手册.北京：机械工业出版社，2003：6.

作者简介：

李林锋（1979.11-），男，中级电气工程师，工程硕士，广东电网公司江门供电局，研究方向：电气工程（继电保护、智能电网、配网自动化）。