螺紋短軸零件機械加工工藝設計分析

涂小華 張正

摘要：本文首先闡述機械制造工業(yè)生產(chǎn)的背景及軸類零件在機械制造工業(yè)中的作用，通過對螺紋短軸零件的分析確定螺紋短軸零件的材料，選擇零件毛坯的生產(chǎn)方式，根據(jù)工作條件要求安排適當?shù)臒崽幚砉ば颍詈蟠_定螺紋短軸零件的機械加工工藝路線。

Abstract： This paper first describes the background of the mechanical manufacturing industry and the role of shaft parts in the mechanical manufacturing industry. Through the analysis of the threaded stub shaft parts， determine the material of the threaded stub shaft parts， select the production mode of the parts blank， arrange the appropriate heat treatment process according to the requirements of the working conditions， and finally determine the machining process route of the threaded stub shaft parts.

關鍵詞：螺紋軸;機械加工;工藝設計

Key words： threaded shaft;machining;process design

中圖分類號：TP241? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2020）23-0095-02

1? 背景

機械制造產(chǎn)業(yè)衡量一個國家科技發(fā)展水平以及在國際上的影響力。機械制造業(yè)產(chǎn)品，已經(jīng)廣泛地應用在多種領域，比如工業(yè)領域、農(nóng)業(yè)領域、國防醫(yī)療領域、交通領域以及軍事和民用領域，這也使得機械制造業(yè)成為了一個國家重點支持和發(fā)展的主要產(chǎn)業(yè)。在這些機械產(chǎn)品中，軸類零件是機械加工設計中經(jīng)常碰見的典型零件之一，正是因為軸有以下作用：支承回轉體、傳遞扭矩、受載，所以軸在機械制造工業(yè)發(fā)揮了重要的作用。

2? 零件分析

2.1 零件圖分析

如圖1所示螺紋短軸，零件表面包含圓表面、螺紋、倒角、退刀槽等，零件尺寸完整，具有較好的加工性。該零件我選45鋼來作為材料，直徑為？準50mm×80mm，未注倒角為C2，表面粗糙度都是Ra3.2μm，未注長度尺寸許可誤差±0.1mm，每批數(shù)量1000件。

2.2 零件的功用和特點

軸類零件在很多方面都會被經(jīng)常應用，它的基本功用是用來傳遞運動和力、承受工作載荷以及支承工作零部件，因此在它的表面中含有圓表面、軸肩、螺紋、退刀槽和鍵槽等。外圓面裝支撐軸的軸承、齒輪和聯(lián)軸器等;軸與安裝零件的軸向定位可以用到軸肩;連接其他零件以及固定也可以用螺紋;鍵用鍵槽固定，發(fā)揮其周向定位的作用。軸類零件按照不同標準劃分有很多種類，比如直軸、階梯軸、螺紋軸、撓性軸、曲軸等等。

2.3 零件的工作條件和性能要求

2.3.1 零件工作條件

該零件屬于短軸類零件，軸上螺紋用于連接和緊固，所以該零件工作時主要受到拉壓應力和一定的沖擊載荷。該零件材料選擇45鋼，它是優(yōu)質碳素結構鋼的一種，通過淬火熱處理然后回火就有了非常好的綜合性能，這極大地提高了強度和剛度，一般其塑性和韌性也較好，可以用來制造受到小的載荷的零件，用于工作環(huán)境要求精密的場合。

2.3.2 零件性能要求

零件軸徑、內(nèi)孔配合中有確定的尺寸精度要求，零件軸徑、內(nèi)孔等主要輪廓有圓度和圓柱度幾何外形精度要求，零件圓柱面之間有同軸度位置精度要求，軸的中心線和基準平面要有垂直度要求，另外還有徑向圓跳動要求，零件表面粗糙度要求為Ra3.2μm。

3? 零件材料選擇

3.1 零件材料選擇的原則

軸類零件材料一般從合金鋼和碳素鋼中選擇。選擇軸類零件材料首先需要考慮滿足強度、剛度以及軸的耐磨性要求，其次考慮加工軸的時候涉及熱處理以及工藝問題，最后考慮經(jīng)濟性問題。

3.2 零件選材方法

軸類零件種類五花八門，選材時主要考慮載荷大小、載荷類型等。合金鋼多用于受載較大及軸的外形、尺寸和重量等參數(shù)受到約束的軸;如果軸的受載較小，比如車床主軸，通常用經(jīng)過調(diào)質或正火的45鋼加工。

4? 零件毛坯的選擇

零件加工之前要選取適合此零件的毛坯，毛坯選擇是否合適，直接影響機械零件加工進程和加工成本。選擇零件毛坯應考慮這些因素：加工所處環(huán)境、加工類型、加工成本及性能指標等。故選擇毛坯時，應按照與該零件類似的形狀和結構零件來確定毛坯，這樣的話，我們既可以達到機械加工中要求的經(jīng)濟性能，又可以提高加工效率，同時減輕了零件加工時候的工作量和材料浪費的損失。

4.1 毛坯的分類

軸類零件的毛坯有型材、鍛件和鑄件等。鑄件用來制造一些復雜或軸徑大的軸，如內(nèi)燃機主軸就使用鑄件制造。熱鍛主要制造重要的軸。型材毛坯適用于制造一些表面光滑的軸及各段軸徑差距比較小的階梯軸。

4.2 零件毛坯選擇原則

軸類零件的毛坯主要有棒料、鍛件。選棒料毛坯用于制造外圓直徑差距不大的軸;選用鍛件這種毛坯形式就是為了加工一些階梯軸以及相對重要的軸。以上選取方式不僅可以降少材料浪費，還可以減輕機械加工中的工作難度，同時又有利于改善零件機械加工性能。工廠的生產(chǎn)方式分大規(guī)模和小規(guī)模，自由鍛和模鍛是毛坯鍛造的兩種方式，對于生產(chǎn)量小的采取自由鍛，對于生產(chǎn)量大的采取模鍛。該零件為短軸且外圓直徑大小差異不太大，根據(jù)上面的毛坯選取原則采用棒料毛坯;該零件按照要求每批要生產(chǎn)1000件，是中等產(chǎn)量的生產(chǎn)，因此可以對其采用自由鍛造。

5? 確定零件加工工藝路線

5.1 選擇定位基準、確定裝夾方式

確保零件尺寸精度和其他精度要求首先要看選取的定位精準是否合理。通過以上對零件圖進行分析，我們以毛坯的外圓作為粗基準，先加工出一側的平面再加工出外圓面;接著用加工好的外圓面作為基準，毛坯用三爪卡盤夾住，在加工出右端平面切削出右端外圓以及在右端鉆中心孔。進行精加工用加工好的外圓和中心孔作為基準。

5.2 機械加工工序安排

5.2.1 加工階段劃分

加工零件要求有較高的表面質量，我們單單使用一個工序是很難確保加工零件需要的精度和表面質量的，為了使零件加工更加合乎常理，在進行機械加工時的加工階段有以下三個過程：第一進行粗加工，第二進行半精加工，第三進行精加工。考慮到該零件的尺寸數(shù)目不多，所以加工余量也不是很大，我們可以只采取第一步和第三步就可以完成加工。①粗加工階段：去掉原始毛坯的大部分余量，讓毛坯的形狀接近目標零件的形狀，這樣做的目的是為了提高效率，去掉表面上絕大多數(shù)的余量，并且為后面的加工提供基準。②精加工階段：去掉的余量比較少，目的是保證表面的加工質量和精度合格。

5.2.2 工序順序安排

①基準先行。零件在進行加工時一般都先加工基準面隨后再以基準面為基準加工其他表面。粗車加工時先加工基準面然后在鉆中心孔，隨后以中心孔為基準加工其他表面，用以確保位置精度要求。②先粗后精。加工好基準平面之后，我們需要按照先粗后精的要求來對零件加工。加工時我們首先要進行粗加工，等到粗加工完成之后再進行精加工。如果零件表面要求精度高時，我們在精加工要求每個表面都進行，使之可以達到零件要求的精度的大小。③先主后次。零件表面可以按照技術要求有主次之分，因此加工時我們也需要按照主次進行。我們在加工零件時先要加工出零件的主要表面然后再加工出次要表面，加工次要表面時我們可以以主要表面為基準。④先面后孔。對于平面尺寸較大的零件，我們可以先用其平面當做精基準對孔進行加工，這時加工就相對容易，還可以確?？椎木?。倘若我們先加工孔再加工面，這就很難達到零件的加工質量要求和精度要求。

5.2.3 熱處理工序安排

熱處理是使零件在加熱處理后冷卻下來從而使加工零件改變其內(nèi)部組織并獲得要求的加工性能的一種加工工藝。熱處理可以很大程度上改善材料的內(nèi)部結構并且有利于加工，一般分為預備熱處理和最終熱處理。預備熱處理是為了改變零件組織以獲得相應性能并且除去材料加工內(nèi)應力和給最終熱處理提供前提，有正火、退火、時效等。最終熱處理的目的是大大地提高零件的強度和剛度等性能。

①為改善切削性能我們可以在還沒加工時做正火、退火的熱處理。②粗加工后，為消除材料的內(nèi)應力可以進行時效處理。③用來改善材料綜合性能的熱處理一般放在半精加工與精加工之間。④我們在工藝過程的最后安排鍍鉻、鍍鋅等熱處理可以更好滿足零件的耐磨性要求。

本文選用毛坯材料為45鋼，切削加工時先進行粗加工然后精加工便可以達到要求。在零件還未開始加工時進行正火處理，完成粗加工之后，對零件進行調(diào)質處理。

5.3 確定零件加工工藝路線

①根據(jù)零件尺寸下料？準50mmx80mm，正火處理。②粗車加工。其加工順序為：毛坯一頭被三爪卡盤夾住，伸出毛坯長度20mm。平左端面，保證長度為78±0.1mm，留單邊余量1mm。粗車外圓柱面？準30mm。（注意在粗車外圓柱面？準32時留有退刀槽4×2mm）繼續(xù)伸出長度18mm，粗車外圓面？準35mm，留單邊邊余量1mm。調(diào)頭，粗車另一頭外圓柱面？準40mm并鉆中心孔？準20mm，深度為20mm，然后進行擴孔至？準26mm。③熱處理。毛坯用45鋼，后面進行調(diào)質。④精車加工。裝夾和工步為：左端面精加工M30×1.5外螺紋至要求尺寸。精車加工剩余？準50mm原始表面，使之達到規(guī)定尺寸？準48-0.03mm，長度為12-0.05mm。精車加工？準36mm外圓面，使之達到設計尺寸？準35-0.03mm，倒角。右端面精車加工并切制內(nèi)螺紋M24×1.5。

此次零件的加工工藝順序如下：下料→正火→粗車→調(diào)質→精車→表面淬火、回火→粗磨→精磨→終驗。

6? 結語

機械加工工藝是一門歷史悠久的學科。當前機械加工在普通的加工方法上已經(jīng)有了一個完備又成熟的體系，所需加工設備也在漸漸完善，現(xiàn)在的機械加工已經(jīng)朝著精密加工、特種加工以及自動化方向發(fā)展。近年來，現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展迅速使得對于機械加工的要求變得越來越高，所以為了滿足要求我們要不斷進行改進和創(chuàng)新，這是未來機械加工工藝發(fā)展的必然趨勢。

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