空心主軸錐部淬火工藝研討與實(shí)施

張文廣，呂長(zhǎng)君，于立泳，蔡春梅，黃鑫

齊重?cái)?shù)控裝備股份有限公司 黑龍江齊齊哈爾 161005

1 序言

齊重?cái)?shù)控裝備股份有限公司的前身是享有國(guó)家“十八羅漢廠”美譽(yù)的齊齊哈爾第一機(jī)床廠。1950年建廠，艱苦創(chuàng)業(yè)，幾經(jīng)變革沉浮仍傲然屹立并不斷地向高精端發(fā)展，產(chǎn)品也在不斷推陳出新。2018年生產(chǎn)的產(chǎn)品CK93200×50/20L-NC（201710004-1808）代碼（2959）數(shù)控氣缸套鏜車(chē)床，可一次性裝夾完成內(nèi)孔、外圓的加工，用于加工重型軸類和其他回轉(zhuǎn)類零件，具有數(shù)控重型車(chē)床和數(shù)控鏜的雙重功能。最大鏜孔深度5000mm，鏜孔直徑600～980mm，是目前國(guó)內(nèi)首臺(tái)最大數(shù)控氣缸套鏜車(chē)床。

該產(chǎn)品的零件30229空心主軸（見(jiàn)圖1），在鏜桿加工長(zhǎng)內(nèi)孔時(shí)，由于懸臂過(guò)長(zhǎng)，自重和切削力引起鏜桿的撓度變形。為提高大直徑長(zhǎng)內(nèi)孔加工精度和加工穩(wěn)定性，鏜桿內(nèi)部裝有兩端定位自定心高剛度支承軸，支承軸伸出后前端采用錐面定位方式，具有定位快速準(zhǔn)確的特點(diǎn)。為減小定位錐面的磨損，提高精度保持性，故錐面（A面）需要一定的硬度。

圖1 30229空心主軸結(jié)構(gòu)

2 工藝過(guò)程研討和試驗(yàn)實(shí)施

（1）工藝研討 該件采用材質(zhì)40Cr，如果采用感應(yīng)圈中頻淬火，一是錐面直徑不同，感應(yīng)圈與工件間隙變化太大，導(dǎo)致不同位置加熱效果不同；二是設(shè)備能力不夠，該件長(zhǎng)達(dá)9375mm，超出本地區(qū)所有廠家的中頻感應(yīng)淬火設(shè)備規(guī)格，還因?yàn)樯a(chǎn)周期短，外地廠家進(jìn)行淬火勢(shì)必難以保證周期。在此條件下，改變淬火工藝迫在眉睫。

設(shè)計(jì)人員、工藝人員通過(guò)緊張有效的研討，制定了幾項(xiàng)試驗(yàn)方案進(jìn)行驗(yàn)證。

方案1：仍然利用本公司熱處理車(chē)間中頻感應(yīng)淬火設(shè)備，首先需要改造一臺(tái)60機(jī)床主軸箱，做好支架，移至熱處理導(dǎo)軌淬火機(jī)床側(cè)面相應(yīng)位置，調(diào)整高度，并改造旋轉(zhuǎn)速度，減慢至每轉(zhuǎn)7min，配置機(jī)床電柜；淬火設(shè)備工作臺(tái)上放置旋轉(zhuǎn)支架，熱處理車(chē)間制作感應(yīng)器、噴水環(huán)。這種方式是工件以每轉(zhuǎn)5～7min的方式勻速旋轉(zhuǎn)，淬火設(shè)備采用平面連續(xù)加熱感應(yīng)器，沿著工件的錐面調(diào)整合適的距離旋轉(zhuǎn)淬火，這種淬火方式需要在錐面留一條寬約10mm的不淬區(qū)，以防止淬火面搭接而造成工件表面開(kāi)裂。

方案2：對(duì)該件錐部進(jìn)行切削，通過(guò)熱裝鑲上相應(yīng)的錐套，錐套采用42CrMo材料，進(jìn)行整體淬火，硬度48～53HRC。

方案3：改用火焰淬火，將工件放置軸加工廠的一臺(tái)機(jī)床上，用機(jī)床最慢的速度旋轉(zhuǎn)，操作者進(jìn)行錐部手工火焰淬火。

方案4：仍然采用火焰淬火，方式有所改變，制作合適的火焰噴焰器，順著錐度方向逐條地進(jìn)行淬火，為了防止淬火帶之間重復(fù)淬火而導(dǎo)致開(kāi)裂，需留寬3～10mm的軟帶，設(shè)計(jì)人員論證是否能滿足使用要求。

（2）方案的試驗(yàn)實(shí)施與結(jié)果

1）方案1由于投入較大，主軸箱改造困難，需要輔助設(shè)備如電箱電柜、旋轉(zhuǎn)支架等較多，周期長(zhǎng)，且后續(xù)感應(yīng)淬火效果（包括變形）不確定性的因素很多，所以此方案沒(méi)有實(shí)施。

2）方案2由于該件尺寸問(wèn)題，只能鑲嵌較薄的淬火套，無(wú)論加工、鑲嵌、使用效果和壽命仍然存在很多的不確定性，難以把控，在淬火套機(jī)械加工、淬火完畢后，該方案被放棄。

3）方案3在軸加工廠機(jī)床上得已實(shí)施，但是即使機(jī)床最慢的速度也是4r/min，這個(gè)速度對(duì)于淬火來(lái)說(shuō)仍然太快了，根本達(dá)不到淬火要求，工件不但加熱不到淬火溫度，水冷卻也存在很大問(wèn)題，故該方案沒(méi)有成功。

4）經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)人員的論證，方案4如果能實(shí)施成功，將不影響該件的使用，這時(shí)需要熱處理部門(mén)立即做出相應(yīng)的準(zhǔn)備工作，制作合適的火焰噴焰器，連接水路，測(cè)試水壓并由經(jīng)驗(yàn)極其豐富的操作工人進(jìn)行此項(xiàng)淬火操作。

3 確定淬火方案的實(shí)施過(guò)程與結(jié)果

火焰淬火不受設(shè)備、工件大小和廠地限制，靈活多用，但火焰溫度高達(dá)3000℃以上，對(duì)工件加熱控制稍有不慎就會(huì)燒熔導(dǎo)致工件報(bào)廢，所以此項(xiàng)工作需要常年的實(shí)踐操作從而積累經(jīng)驗(yàn)，方能保質(zhì)保量地完成淬火工序。

（1）制作火焰噴焰器 以前火焰噴焰器淬火長(zhǎng)度基本上均＜30mm，以保證氣瓶供氣，從而使噴火壓力充足均勻，操作者積累的多為30mm左右長(zhǎng)度的操作經(jīng)驗(yàn)，但是這次淬火面積較大，為保證淬火質(zhì)量，應(yīng)盡量減少淬火軟帶的條數(shù)。因此，綜合考慮操作者常年的操作經(jīng)驗(yàn)和操作習(xí)慣、氣瓶供氣能力、廠內(nèi)水路壓力情況，決定制作成長(zhǎng)70mm的仿形噴焰器，噴火孔（φ1.2mm）和噴水孔（φ1.5mm）較以前向兩個(gè)方向偏移10°左右。

（2）選用工裝 選用熱處理車(chē)間自制可調(diào)的軸承支撐手動(dòng)旋轉(zhuǎn)支架放置工件，便于淬火時(shí)工件進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。

（3）淬火試驗(yàn) 軸加工廠加工錐部仿形工件，進(jìn)行淬火試驗(yàn)，用于操作者熟悉噴焰器，觀察噴火、噴水、角度及溫度等主要參數(shù)，并記錄氣瓶的氣壓情況等準(zhǔn)備工作，為完工零件的成功淬火做好充足的準(zhǔn)備。

（4）空心主軸工件淬火 淬火前，確認(rèn)水壓是否足夠且不浮動(dòng)，水路是否暢通，氣體是否充足，以保證淬火不中斷，然后操作者對(duì)工件進(jìn)行淬火操作。淬火參數(shù)：淬火溫度860～880℃，氧氣壓力1.1MPa，乙炔壓力0.8MPa，噴水壓力0.3MPa，移動(dòng)速度9～11mm/s，噴焰器距工件表面13～15mm。

（5）淬火后檢驗(yàn) 錐面硬度50～57HRC，個(gè)別點(diǎn)38～42HRC，軟帶均勻分布，取得了較好的淬火效果。

4 結(jié)束語(yǔ)

空心主軸淬火后錐面硬度較高，當(dāng)工作時(shí)空心主軸伸出與機(jī)床尾座的錐孔配合，這種配合方式錐面存在一些軟帶不影響使用要求，對(duì)設(shè)備的精度和空心主軸的使用壽命均起到了應(yīng)有的作用；對(duì)于空心主軸由于受重力的影響伸長(zhǎng)存在撓度變形，在受力接觸面通過(guò)機(jī)床操作機(jī)構(gòu)可以控制，因此最終得出工件滿足使用要求結(jié)論。該淬火工藝投入使用后，通過(guò)觀察與驗(yàn)證，效果良好。