非调质钢在精梳机锡林轴上的应用

成庆红，赵庭杰，胡立英

非调质钢具有节约能源、降低成本、减少工件变形、减少环境污染等优点，德国、瑞典和日本对非调质钢的研究与应用在世界上处于领先水平，在国内非调质钢已经广泛应用于装备制造业、汽车行业中，而在纺织机械行业的应用还比较少。

1.精梳机锡林轴服役条件

精梳机在纺纱过程中主要作用是排除较短纤维、清除纤维中的扭结粒等杂质，使纤维进一步伸直平行，最终制成粗细较均匀的精梳条。

锡林部件是精梳机的核心部件，分段安装在锡林传动轴的轴承档部位，工作过程中喂给部分输入一定长度纤维层，由钳板握持纤维层后端，接受锡林对纤维的分梳。精梳机主传动置于机器头部，动力由两对非圆齿轮传给锡林轴，锡林轴贯通全机，由头段和尾段一长一短两根连接而成，轴端有分度盘，为全机各部动作（定时定位）的基准。非圆齿轮传动，瞬时传动比是变化的，所以锡林轴做变速运动，由变加速和变减速运动构成。精梳机的技术发展以提高车速为重点，我公司的精梳机开车速度最初是290钳次/min，新开发的JWF1278型精梳机预计速度将提高至420钳次/min，所以导致原来的轴出现了变形、键槽被“啃掉”甚至是断裂的问题。

目前我公司精梳机锡林轴采用55钢调质处理后加工，但调质处理使轴的内应力增加，锡林轴属于细长轴类，加工过程中变形大、校直难度大、效率低，有时还需增加数次去应力处理，不仅成本高，还制约了正常的装配和生产进度。因此，锡林传动轴不仅要求轴承档具有很高的硬度和耐磨性，还要有一定的抗扭、抗弯强度，以及好的冲击韧度。

2.试验过程

（1）锡林轴工艺试验 本次工艺试验选取两个零件件号各7根：JWF1276-0612Q1锡林传动轴（头），规格：φ30mm×1630mm；JWF1276-0610Q1锡林传动轴（尾），规格：φ30mm×2238mm。锡林轴加工工艺流程：备料→车加工→粗磨→分段高频感应淬火→精磨→铣键槽→磷化。零件技术要求：该轴φ30mm各段热处理后硬度60～64HRC，全长径向圆跳动量≤0.050mm，1m以内径向圆跳动量≤0.030mm，圆度要求≤0.006mm。

（2）材料选择 考虑到锡林传动轴的加工难度主要是在调质后内应力大、变形大、校直困难，通过调研非调质钢的力学性能和加工性能，可选用一种合适的非调质钢来替代进行工艺试验。根据国家非调质机械结构钢标准GB/T15712—2008，选用直接切削加工用材料F45MnVST。原材料55钢与F45MnVST化学成分对比见表1。

（3）力学性能对比 原材料55钢与F45MnVST力学性能对比见表2。可见，两种钢的屈服强度相当，55钢调质后的抗拉强度与F45MnVST相差较大，而F45MnVST的塑性和韧性稍差一点，二者硬度也相当。

（4）试验数据 采用双频淬火机床对长轴进行高频感应淬火（调头两次淬火），感应线圈直径36m m，加热温度（880±10）℃，喷水冷却，深井式炉回火，150℃保温120～150min。淬火后表面硬度要求60～64HRC，两种材料实际检测结果对比见表3，均符合要求。

磨削阶段使用无心磨床加工，每次磨削完都需校直，磨削完工后检验径向圆跳动量和淬火段圆度（见附图）。测得最大径向圆跳动量和淬火段圆度数据见表4～表7。

经过4～6次的磨削，百分表测量径向圆跳动量，全长范围内0.05mm，均达到要求；千分表测量淬火段圆度，要求圆度不超过0.006mm，均达到要求，原来55钢调质后变形量大，磨削阶段完工检验需将圆度要求放宽到0.010mm以内。

3.两种材料淬硬层对比

55钢调质后和F45MnVST两种材料分别制作φ20mm×250mm试棒各一根，在同一台双频淬火机床上采用相同的淬火参数进行高频感应淬火后，分析其表面硬度及淬硬层深度，结果见表8。

55钢淬火后表面硬度为890HV0.05，洛氏硬度66HRC，淬硬层深度1.5mm；F45MnVST淬火后表面硬度为800HV0.05，洛氏硬度63HRC，淬硬层深度1.75mm。

说明在同等淬火条件下，非调质钢的淬透性比55钢高，而淬硬性比55钢低。由于非调质钢中Si、Mn含量多，并且加入微量合金元素V、Ti等，所以淬透性高；而碳含量比55钢低，故淬硬性低。

4.试验结果

（1）F45MnVST替代55钢加工精梳机锡林轴的方法可行，热处理和机加工后的数据均可满足图样要求。

（2）非调质钢零件在高频感应淬火和磨削过程中与调质零件零件相比变形量明显减小，校直难度降低，生产效率大大提高，批量使用后可降低生产成本。

表1 化学成分对比（质量分数） （%）

表2 力学性能对比

表3 热处理硬度值（HRC）

检测圆度

表4 锡林传动轴（头）最大径向圆跳动量 （mm）

表5 锡林传动轴（尾）最大径向圆跳动量 （mm）

表6 锡林传动轴（头）圆度

表7 锡林传动轴（尾）圆度

表8 淬硬层深度测试

（3）非调质钢在国内汽车制造业已经得到广泛应用，在纺织机械行业也应该大力推广，尤其是要求微变形的长轴类零件。20140526