摩擦盘式假捻器细长轴制造工艺改进

曹希新，刘红斌，邹友民

(湖南长宏锅炉科技股份有限公司，湖南 衡阳 421007)

0 引言

在机械加工中，长度与直径之比大于7的轴称为“细长轴”。细长轴的刚性较差，在加工过程中因机床、刀具、切削热的影响易产生变形，其直线度、圆柱度易出现诸多缺陷[1]。由于其尺寸精度和表面粗糙度要求高，加之为提高细长轴的硬度及表面耐磨性，一般都采取整体淬火或高频淬火、表面镀铬等措施进行处理；而磨加工时的切削热更容易引起工件变形。

1 细长轴加工问题

我公司加工的HN2850-N1型轴承，是一种用在弹力丝机上的摩擦盘式假捻器轴承，其结构如图1所示。假捻器轴承是弹力丝机的核心部件，多组摩擦盘和导盘依次装在细长轴上，使用时细长轴和摩擦盘及导盘发生摩擦，因此要求细长轴有非常高的表面硬度及耐磨性；此外，为防止轴承锈蚀，细长轴表面应具有良好的防锈性能。为此，我们对细长轴进行高频淬火和表面镀铬处理。

图1 假捻器轴承

由于假捻器细长轴长度与直径之比为L/D=18,材质为GCr15轴承钢[2]，高频淬火热处理后的表面硬度为61 HRC～65 HRC，之后再进行表面镀硬铬。因为假捻器细长轴既是加工轴承沟道的基准面，又是轴承使用时的安装配合面，所以加工精度要求特别高。为此，公司购买了多台MGT1050型高精度无心磨床，但其加工时需要多次通磨外圆，且进给速度和加工余量须严格控制，导致加工效率低，无法满足日益增加的产量和质量要求。

2 工艺流程及问题原因分析

2.1 工艺流程

假捻器轴承细长轴常规加工工艺流程[3]：落料→软磨外圆→倒一端角→表面淬火→粗磨外圆→钻、攻螺孔→倒另一端角→铣槽→镀前精磨→表面镀硬铬→镀后修磨→磨端面→硬倒圆弧角→精磨外圆→磨双沟→超精双沟→总检入库。

2.2 问题原因分析

该类假捻器轴承细长轴硬度高、刚性差，加工非常困难；特别是细长轴表面电镀硬铬时，因为电极的尖角效应会造成镀层极不均匀，特别是细长轴外圆两端与其中部直径的尺寸差为0.08 mm～0.12 mm,且其圆度、锥度、跳动非常大，不能满足其直径尺寸极差控制在9μm的要求。为此，电镀硬铬后的细长轴需反复精磨外圆才能合格，而且镀后修磨外圆工序就需要在无心磨床上通磨4次；而无心磨床通磨细长轴外圆时，由于细长轴两端的镀层厚，砂轮进给的切削力、切削热量及冷却不均匀等原因影响，也会造成个别细长轴镀层脱落，脱落的镀铬层一旦粘附在导轮上就会严重划伤细长轴表面，严重影响细长轴的加工质量，甚至导致细长轴报废。上述诸多因素直接造成制造工艺复杂，加工难度大、成本高、表面质量有缺陷、加工效率低等问题，严重制约公司的扩大再生产。

3 工艺改进

为了提高假捻器细长轴加工效率、降低加工成本，笔者分析认为化学镀镍磷表面处理可以代替电镀处理。这是因为化学镀镍磷层具有特殊的机械性能[4]，如镀层硬度高、厚度均匀、耐磨性优异、耐腐蚀性强、光泽度高，工件镀后的表面粗糙度不受影响，无须再加工和抛光处理。另外，镀镍磷工艺相对于电镀硬铬工艺不需要昂贵的沉钯，加工成本低。综合考虑后，公司联系多家镀镍磷公司进行多次试验对比，并根据工件在镀槽内不同的摆放方式不断调整化学镀镍磷配方，最终获得理想的假捻器细长轴镀镍磷工艺。采用该工艺后，细长轴硬度、耐磨性以及恶劣环境下的耐锈蚀能力都得到大幅提升，而且镀层非常均匀，圆度、尺寸、锥度、跳动、表面粗糙度全部合格，细长轴的加工质量得到保障。小批量试制后，我们将细长轴制造工艺流程改进为：落料→软磨外圆→倒一端角→表面淬火→粗磨外圆→钻、攻螺孔→倒另一端角→铣槽→磨端面→硬倒圆弧角→镀前精磨→表面镀镍磷→磨双沟→超精双沟→总检入库(该项假捻器细长轴制造工艺的改进已申请发明专利，专利申请号为：201510702052.8)。

4 结语

相较于假捻器轴承细长轴常规加工工艺，改进后的工艺省略镀后修磨和精磨外圆两道工序。这是因为使用化学镀镍磷工艺，操作者可以根据电镀时间精准控制细长轴镀后尺寸和镀层均匀度，各种形位公差都能得到很好的保障。细长轴化学镀镍磷后可以一步成形，加工效率得到极大提高，镀层厚度仅为电镀硬铬的1/4，加工成本较电镀硬铬低廉，且镀层硬度高、耐磨性好、韧性高、内应力小、耐腐蚀性能强，在满足假捻器轴承使用功能的同时，降低生产成本，确保加工质量，极大地提高加工效率，全面推广后，公司取得了很好的经济效益。