螺纹短轴零件机械加工工艺设计分析

张鑫 冯清

（江苏联合职业技术学院南京工程分院，江苏 南京211135）

1 零件分析

1.1 螺纹短轴

纹，是指螺旋线形的凸出部分。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，由于横截面形状的不同，又可以分为矩形螺纹、三角形螺纹以及其他样式的螺纹形状。就其机械制造的功能而言，三角形螺纹承担着联通的功能，大多数矩形类的螺纹主要应用于传递动能。螺旋线方向一般可以分为前、后两个方向；按照螺旋线的数量分类，可以分为单线螺纹、双线螺纹和多线螺纹。螺纹还可以按照螺纹纹牙的大小、不同使用场景等多种标准进行不同的分类。

1.2 零件分析

螺纹加工，是指在柱状或锥状的毛坯体上制造出螺旋状凹槽的机械加工制造过程。螺纹零件的原材料一般选用优质结构的钢材，钢材经过淬火、回火两道工序，可以使零件拥有较强的性能，螺纹零件的刚度以及强度都能获得一大截的提升，同时零件也具有了较强的韧性和塑性。

1.3 零件的工作条件和性能要求

1.3.1 零件的工作条件

短轴螺纹零件属于短轴类零件，连通作用和固定作用是轴上的螺纹最主要的功用，因此该零件工作时主要受到一定程度的冲击载荷负重的影响，以及不同程度、不同方向的拉力、压力的影响。该零件材料选择优质的碳素结构钢材，经过淬火的热工艺处理后的钢材，之后再加以回火，使得零件有了非常强的综合性能，也在一定程度上大大地提高了零件的强度和硬度，同时，其塑性和韧性也大大提高。

1.3.2 零件的性能要求

目前，机械制造工艺水平逐渐发展，零件在经过严格的加工工序和特殊的工艺处理后，能获得比较高水平的性能。零件要求其轴径和零件内孔要严格设置一定精度的尺寸[1]。短轴螺纹零件在几何外观上具有一定的精度要求，对于轴柱的垂直度和粗糙度要求较高。零件的轴中心线和轴基准面必须设置有精密且准确的垂直度。另外，对于零件表面粗糙度也是有一定要求的。

2 零件的材料选择

2.1 零件毛坯

2.1.1 零件毛坯的选择

在对零件进行的加工之前，需要选取恰当的毛坯用于零件的加工。毛坯选择得是否合适和得当，直接影响零件加工的成本以及加工的成品效果。在选择零件的毛坯时，应考虑如下因素：加工的场合、加工的工艺、加工的成本及成品的功用等。所以在选择螺纹短轴零件的毛坯时，应当根据所要加工零件的形状和结构来选定毛坯，如此一来，既可以满足机械加工的成品的功用性要求，又可以提高加工的效率，同时减少了工作量以及原材料的浪费情况。

2.1.2 毛坯的分类

螺纹短轴零件的毛坯有型材、锻件和铸件等类型。一些工艺复杂或轴径较大的轴类零件使用铸件来制造，如一些大型内燃机、柴油机的主轴即使用铸件方式制造。而锻件主要用于制造在机械运行过程中起重要作用的轴，型材毛坯适用于制造一些表面光洁度较高的轴类以及轴径差距比较小的阶梯轴。

2.1.3 零件毛坯选择原则

螺纹短轴零件毛坯的选择应当有一定的原则和标准，品质上乘的零件成品只有依托于优质的毛坯才能制作出。零件的毛坯主要包含有棒料、锻件等，制造轴径差距比较小的轴件，主要选择棒料毛坯；选用锻件则主要为了加工高低轴以及机械运行过程中相对重要的轴件。由于工厂的生产方式的规模大小有别，而对于生产规模小的工厂可以采取自由锻方式，对于生产规模大的工厂而言，则可以采取模锻方式。根据实际情况来为零件选取毛坯，不仅可以减少加工过程中原材料的浪费，同时又有利于改善零件的性能。

2.2 零件材料选择

2.2.1 零件材料选择的原则

选择轴类零件材料，首先需要考虑零件材料的强度、刚度以及零件件轴的耐磨性是否满足机械要求；其次考虑加工轴的时候应重点关注热处理以及工艺问题；最后还应当考虑材料的经济性。满足零件的强度和刚度以及耐磨性，这是材料选择最基本的要求[2]。

2.2.2 零件材料选择的方法

螺纹短轴零件种类繁多、多样性强，各类工作人员在选材时应聚焦负重大小、载荷类型等。合金类钢材多用于制作承载能力较强的轴件，而制作车床或机床的主轴这种受载量较小的轴件时，一般使用经过调质或钢进行加工处理。选择零件材料，一定要从实际需要出发，以产出制作精良的成品为出发点和落脚点。

3 零件的加工步骤

3.1 零件的加工工艺

第一步，固定零件并确定基准，选取原材料毛坯的外接大圆面作为基准面，先制作出一边的平面，再制作出外圆面；第二步，以制作好的外圆面为基准面，使用卡盘固定选定的毛坯材料；第三步，制作出另一边的平面和外接圆平面，在右端打出一个尺寸一定的中心孔，使用加工好的外接圆和中心孔作为基准。

3.2 零件加工工序

3.2.1 零件加工工序的阶段划分

进行零件的机械加工时，通常分为以下三个阶段：粗加工过程、半精加工过程和精加工过程。进行粗加工时，首先要除去原材料毛坯的大部分多余的材料，确保目标零件的形状与毛坯的形状相似。这一举动为后面的制作打下基础，减少了再次加工的耗时。精加工则是在完成粗加工工作的基础上，对零部件采取进一步处理的加工方式，精加工可以保证零部件的质量和精度符合标准。

3.2.2 零件加工工序的顺序

（1）确定基准面。零件加工时，一般都先对基准面进行加工，确定基准后再加工其他零件，以确保后续的加工能够在一定的基准上顺利进行。

（2）遵循先粗后精原则。加工好基准平面之后，需要按照先粗略后精细的要求对各零部件进行加工。

（3）遵循先主要后次要原则。按照技术要求，零件表面可以有主次之分，故加工时需要按照主次顺序进行。

（4）遵循先面后孔原则。对于平面尺寸较大的零件，先借助其平面基准面，对平面加工完成后，在对孔进行加工，如此做法可以确保孔的精密度符合生产要求。

3.2.3 零件加工中的热处理工序

热处理是一种机械加工工艺，这种工艺是让零件在加热处理后冷却下来，使已加工的螺纹短轴零件改变其内部组织结构，从而获得要求的加工性能[3]。零件材料的内部结构可以通过这种工艺得到大大改善，分为预备、最终热处理两个过程。预备热处理主要目的是更改原零件材料的组织结构，为最终热处理提供条件，最终的目的是大幅度提高零件的强度和刚度等参数，从而使零件获取更高的性能。

3.2.4 零件加工的工艺路线

综上，螺纹短轴零件的加工工艺主要可以分为以下四步：首先，根据零件的尺寸下料，然后正火处理；其次是进行粗加工处理；再次进行热处理；最后进行精加工处理。

4 结语

随着现代科技的进步与发展，螺纹短轴零件的加工工艺已经形成了一个完善又成熟的体系，零件加工的设备也在升级换代。如今的零件机械加工的工艺已经朝着精密加工、特种加工以及自动化加工的方向发展。未来，机械加工必须不断进行改革和创新工艺，以满足现代工业的迅速发展对于机械加工工艺的高要求。