探讨螺纹短轴零件机械加工工艺设计

宋玲

摘要：借助于科技的不断发展，我国在机械制造业领域获得了快速的发展，具体表现在零件加工工艺的日益成熟，各种耐磨、可承受较大弯曲应力的优质零件正广泛应用于机床和拖拉机等机械变速箱领域。零件制造工艺虽然不复杂，但其制造过程涉及多个方面，尤其是螺纹短轴零件加工工艺更具代表性。本文试图分析螺纹轴类零件的定义，探讨螺纹轴类零件加工工艺过程及应用。

Abstract： With the continuous development of science and technology， China has achieved rapid development in the field of machinery manufacturing industry， which is manifested in the increasingly mature parts processing technology. All kinds of wear-resistant， high quality parts that can withstand greater bending stress are widely used in machine tools and tractors and other mechanical transmission fields. Although the manufacturing process of parts is not complicated， the manufacturing process involves many aspects， especially the processing technology of screw stub shaft parts is more representative. This paper tries to analyze the definition of screw shaft parts and discuss the processing process and application of screw shaft parts.

关键词：螺纹短轴;零件;机械加工

Key words： screw stub shaft;parts;mechanical processing

中图分类号：TP241                                   文献标识码：A                                文章编号：1674-957X（2021）06-0087-02

1  螺纹的定义

螺纹，顾名思义，是指螺旋线形的突起部分，在目前机械制造领域，一般存在于一些圆柱体或者圆锥体表面，因此常见的螺纹分为圆柱螺纹或者圆锥螺纹。此外，由于特定截面形状的不同，又可以分為矩形螺纹、三角形螺纹和其他特殊的螺纹形状。在机械制造领域，从功能上说，三角形螺纹承担着联接的功能，一些矩形类的螺纹主要应用于传动。螺旋线方向一般可以分为左和右两个方向;按照螺旋线分类，可以分为单线螺纹、双线螺纹和多线螺纹。总之，螺纹还可以从牙的大小、使用场合等方面进行多种分类。

2  零件分析

2.1 零件分析

螺纹加工，是指在圆柱体或者圆锥体上制造出螺旋槽的整个过程。如前所述，螺纹常常应用于连接、加固或者传递运动等功能。一般来说，给螺纹加工的方法有滚丝、攻丝、车削等等。比如，要加工一个应用于连接和加固的轴类零件，应及时考虑到拉压应力和冲击载荷两个方面的影响。该零件材料选择一种优质结构的钢，经过淬火、回火两道程序，可以使这个零件拥有比较好的性能，无论是刚度还是强度都能获得大大提升，甚至能获得一定的韧性和塑性。这种零件就可以应用于精密度要求较高的领域。

2.2 零件性能要求

以目前的机械制造工艺水平，该零件经过一定工序处理，在各方面性能都获得比较好的数据。在轴径和内孔要求上，需要设置一定的尺寸精度。[1]比如，这两个部位的圆柱和圆柱度几何外形需要有一定的精度要求，零件的圆柱之间有一定的精度要求，轴的中心线和基准平面最好达到一个垂直的角度。因此，对于该零件来说，如果这些要求都能达到一定的设置标准，那就是一个可以应用于工艺领域的优质零件。

3  零件材料选择

3.1 零件材料选择的原则

有关轴类零件材料选择一般有两种，从目前的机械制造领域来说，工作人员的选择一般有合金钢和碳素钢这两种。工作人员在轴类零件材料的选择上一般有以下几种考虑，首先是制成的零件可以达到一定的强度和刚度，这是最基本的要求。[2]另外，轴的耐磨性要十分良好，如果达不到该要求，那这种材料的选择就毫无意义;其次，关于轴的加工上需要考虑热处理上的工序问题，如果零件的选择在热处理工序上会出现问题，那么也不能选择这种材料。最后，这种材料的成本不能太高，如果投入与产出不能成正比，那么这种材料最好放弃。

3.2 零件选材方法

现在的机械制造领域中，轴类零件的种类非常丰富，工作人员在选择材料的时候，一般而言是要看这种材料载荷大小是否合适，载荷类型十分符合等等。如果是要制造受载较大的轴，或者是制造轴的外形、尺寸和重量都有要求，那么一般要用到合金钢;如果是一些车床主轴这种受载较小的轴，一般是采用经过处理的45钢。在目前的机械制造领域，零件选材方法关乎到轴类零件成品的质量，因此，一定要根据实际需要选择合适的零件材料。不管选择哪种材料，最终都要以生产到优质的成品为最终目的。

4  零件毛坯的选择

无论是加工哪种零件，在此之前，都要选择与该零件相适应的毛坯，包括螺纹短轴零件也是一样。一个契合零件的优质毛坯，关注到加工该零件的速度、成本以及成品质量。因此，毛坯的选择对于目前的机械制造业来说，是必须予以重视的环节。一般而言，有关毛坯的选择应该首先考虑加工时所处的环境，环境不同，毛坯的选择要适应当时周围的环境;其次，加工零件的类型不同，毛坯也随之变。此外，因为加工成本和性能指标等都能影响到毛坯的选择。[3]

因此，工作人员在选择毛坯时，应该根据该零件的各方面性能指标来选择合适毛坯，只有这样制作出来的零件，才能达到一定的性能和使用价值以及社会效益。此外，合适的毛坯还能加快加工效率，同时减少加工过程中的经济成本和不必要的损失。

4.1 毛坯的分类

在目前的机械制造领域，工作人员面对轴类零件毛坯的选择时，一般有型材毛坯、锻件毛坯和铸件毛坯可供选择。一些复杂或轴径比较大的轴，一般需要用到铸件毛坯。如需制造比较重要的轴，则需要锻件。制造一些表面光滑的轴，或者制造轴径差距较小的轴，则会用到型材毛坯。因此，毛坯的选择要有一定的标准和要求，合适的毛坯才能制作出品质优良的零件成品。

4.2 零件毛坯选择原则

在目前的机械制造业中，轴类零件的毛坯包括有锻件和棒料。如果需要制造外圆直径差距不大的轴，需要用到棒料毛坯;一些相对重要的轴则需要选择锻件毛坯。无论选择哪一种，都可以减少材料浪费，减轻加工过程的难度，同时还能获得一个综合性能比较好的零件成品。[4]在目前的工厂或者企业中，无论企业规模大小，要锻造毛坯，无外乎自由锻和模锻这两种方法，如果是规模比较小、生产量比较小的企业，一般采用自由锻的方式;如果是规模较大、生产量比较大的企业，则一般采取模锻方式。因此，假设需要一个该短轴且外圆直径差异不大的轴类零件，依照上述原则，适合采用棒料毛坯。如果该轴类零件生产量不大，则应该采用自由锻造的方式对其进行加工生产。

5  确定零件加工工艺

5.1 选择定位基准、确定装夹方式

假设该零件是一个普通的螺纹短轴零件，如前所述，应当选取毛坯的外圆作为粗基准，加工工序开始第一步，首先应制作出一侧的平面，再制作出外圆面;第二步，利用加工好的外圆面作为基准，用三爪卡盘夹住已选好的合适毛坯，再制作出右端平面，选择合适工具，切削出右端外圆，然后在右端钻一个符合标准的中心孔，对该中心孔进行精加工，然后再用加工好的外圆和中心孔作为基准。

5.2 机械加工工序安排

5.2.1 加工阶段划分

在现在的机械制造业，表面质量对于零件加工至关重要，如果仅仅使用一道工序是很难获得符合标准的零件表面的。为了使零件加工获得更好的成品，在对该零件进行机械加工时应包括以下三个阶段：粗加工、半精加工和精加工。

如前所述，该零件的尺寸加工数量不多，因此加工余量也不是很大。考虑到零件实际，可以只采取粗加工和精加工就可以完成整个过程。进行粗加工时，首先要去掉毛坯的大部分余量，使毛坯的形状跟目标零件的形状相差不大。之所以这样做，是要清除表面的余量，并为后面的制作提供基准，减少加工时间。在进行精加工时，只要粗加工工作完成得好，那么只需要保证表面的加工质量和精度符合标准即可。

5.2.2 工序顺序安排

第一步，保证基准。在加工该零件时候，一般是要制作出基准面，然后以该基准面为基准，再对其他表面进行加工。在进行粗车加工这道工序时，则首先要加工基准面，然后再钻一个中心孔，随后，要以中心孔为基准，在对其他表面进行加工，这个过程中要注意确保位置、精度都要符合要求。

第二步，粗精结合。基准平面加工好之后，需要粗加工与精加工相结合，一般要求是先粗后精。在制作该零件时，首先要进行粗加工，完成粗加工再进行精加工。假如零件表面要求的精度参数较高，要在每个表面都进行精加工，让该零件在精度上更加符合要求。

第三步，分好主次。按照技术要求，零件表面加工要分好主次。在对该零件进行加工时，要先加工出零件的主要表面，然后再加工出零件的次要表面，这个过程中要以主要表面作为标准。

第四步，先面后孔。如果这个零件表面尺寸较大的话，可以首先利用这个平面当做精基准，对孔进行加工，这样做是为了获得更容易的加工过程，同时还能保证孔的精度。如果采取相反措施，那么该零件成品的精度和其他方面性能要求则很难获得。

5.2.3 热处理工序安排

加工零件有一道非常重要的工序就是热处理。意思是零件在进行热处理之后，使它冷却下来，从而使零件内部结构得以改变，并获得工作人员所需的性能。零件的内部结构如果被改变，则有利于工作人员对其进行加工，热处理一般分为预备热处理和最终热处理。

其中，预备热处理是可以改变零件组织，获得工作人员所需要的零件性能。如果要提高零件的强度和刚度，那么就要进行最终热处理。

第一步，假如在还没加工时做正火、退火的热处理，则可以改善切削性能。第二步，进行粗加工后进行时效处理，可以去除一部分材料的内应力。第三步，在半精加工与精加工之间，进行热处理，可以获得更好的材料性能。第四步，在加工工艺过程的最后，可以进行镀铬、镀锌等操作，增强材料的耐磨性能。

如前所述，如果选用毛坯材料为45钢，可以先进行粗加工，然后进行精加工，便可以达到要求，材料还没进行加工时完成正火处理，然后快速完成粗加工，最后再进行调质处理。

5.3 确定零件加工工艺路线

因此，我们可以确定，该螺纹短轴零件的加工工艺可以分成以下四步骤：第一步，根据零件尺寸下料，然后正火处理。第二步，进行粗加工。第三步，热处理。毛坯用45钢，再进行调质。第四步，进行精加工。

6  结语

机械加工工艺，是一门从古至今流传下来的学科，我国历史源远流长，因此机械加工工艺也一直在传承和发展，并不断获得改进与创新。当前，我国在机械制造体系日渐成熟，加工设备在逐渐完善，现在的机械加工已经朝着更加自动化和智能化方向发展。近年來，现代工业获得了迅速发展，对机械制造业也提出了更高的要求。因此，我们需要更加努力探讨一套成熟的机械加工工艺标准体系，以便能更好地适应未来机械制造业的竞争趋势。

参考文献：

[1]白海清.典型零件工艺设计[M].北京大学出版社，2012.

[2]周凤云.工程材料及应用[M].武汉华中科技大学出版社，2012.

[3]段名扬.《现代机械制造工艺设计》实训教程[M].广西师范大学出版社，2017.

[4]徐嘉元.机械制造工艺学[M].机械工业出版社，2014.