臥車鑄鐵床身滑動導(dǎo)軌面超音頻感應(yīng)淬火工藝研究

米萍萍，呂長君，謝宇蒙

齊重數(shù)控裝備股份有限公司 黑龍江齊齊哈爾 161005

1 序言

床身是臥式機(jī)床的核心部件，用來支撐床頭箱等運(yùn)動機(jī)構(gòu)平穩(wěn)運(yùn)行，對整個機(jī)床的精度起著至關(guān)重要的作用。床身滑動導(dǎo)軌的失效形式主要是導(dǎo)軌工作面磨損、拉傷及碰傷，從而喪失導(dǎo)軌應(yīng)用精度（平直度和表面粗糙度），使機(jī)床加工精度無法保證，因此必須提高床身導(dǎo)軌工作面的耐磨性和抗擦傷能力。為了使床身滑動導(dǎo)軌面有更好的硬度、耐磨性、精度保持性，并延長導(dǎo)軌工作面的使用壽命，研究合適的床身熱處理工藝是非常必要的。

2 鑄鐵床身滑動導(dǎo)軌面熱處理工藝現(xiàn)狀

臥式車床鑄鐵床身滑動導(dǎo)軌工作面原來采用以下兩種的工藝：一種工藝流程是鑄件→去應(yīng)力退火→粗加工→去應(yīng)力退火→精加工→磨削導(dǎo)軌面后直接使用，由于這種方法獲得的導(dǎo)軌面硬度也就是鑄件的基體硬度，因此導(dǎo)軌面耐磨性低，精度保持性差，使用壽命短；另一種工藝流程是鑄件→去應(yīng)力退火→粗加工→去應(yīng)力退火→精加工→導(dǎo)軌面鑲8mm厚的40Cr鋼淬火導(dǎo)軌板→磨削后使用，這種方法有效地提高了導(dǎo)軌面的硬度、精度保持性，使用壽命長，但工藝周期長，中間工序繁雜，生產(chǎn)成本高。

鑒于以上實際情況，不僅要保證機(jī)床的使用精度，延長工件使用壽命，還要縮短生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)成本。綜合探討，我公司決定采用功率300kW、型號為HKHC700數(shù)控導(dǎo)軌專用感應(yīng)淬火機(jī)床進(jìn)行超音頻感應(yīng)淬火，采用450kW、RZ450型7m罩式回火爐進(jìn)行整體回火，滿足床身滑動導(dǎo)軌工作面的使用性能。床身滑動導(dǎo)軌面現(xiàn)行工藝為：鑄件→粗加工→去應(yīng)力退火→機(jī)加工→導(dǎo)軌表面超音頻感應(yīng)淬火、整體回火→磨削→使用。

3 導(dǎo)軌面超音頻感應(yīng)淬火工藝研究

3.1 臥車床身導(dǎo)軌規(guī)格及技術(shù)要求

床身材質(zhì)為 HT250或HT300。

床身側(cè)面形狀如圖1所示，常用床身長度一般分為4m、5m、6m，圖樣要求a、b、c、d、e、f等各導(dǎo)軌面淬火硬度為42～51HRC，有效淬硬層深為1.2～1.5mm。

圖1 臥車床身側(cè)面形狀

3.2 臥車床身的加工工藝路線

為減少熱變形量及進(jìn)行導(dǎo)軌面超音頻感應(yīng)淬火，重新設(shè)計了臥車床身的加工工藝路線：鑄件→材料檢驗（合格）→劃線、數(shù)控銑鏜、修整→去應(yīng)力退火→劃線、數(shù)控鏜銑→振動時效→劃線、數(shù)控銑鏜、修整、數(shù)控鏜銑（數(shù)控差補(bǔ)上凸）、導(dǎo)軌磨、修整、檢驗（化學(xué)成分、金相組織）→表面超音頻感應(yīng)淬火→回火→搖臂鉆、龍門磨、鏜銑、修整、終檢→入庫待裝配。超音頻感應(yīng)淬火前后導(dǎo)軌面均采用磨削工序，降低表面粗糙度值，能有效地減小機(jī)加工應(yīng)力、淬火應(yīng)力導(dǎo)致的變形量。

3.3 超音頻感應(yīng)淬火前準(zhǔn)備工作

為確保淬火成功，預(yù)防淬火開裂及變形的影響，淬火前要做好以下幾個方面的工作[1]。

（1）預(yù)備熱處理 粗加工后進(jìn)行去應(yīng)力退火，加熱溫度500～550℃，保溫4～6h，隨爐冷至200℃以下出爐空冷，目的是消除機(jī)加工產(chǎn)生的加工應(yīng)力，防止淬火后產(chǎn)生較大變形。

（2）化學(xué)成分檢驗 臥車床身在機(jī)加工過程中取樣進(jìn)行化學(xué)成分檢驗，項目元素包括C、Si、Mn、P、S、Cr、Cu等。

（3）本體金相組織檢驗 項目包括石墨形態(tài)、石墨大小、珠光體、滲碳體及磷共晶含量，組織要求如下。

1）石墨：分布形狀以A型石墨為主，放大100倍，長度為5～30mm。

2）珠光體：數(shù)量在95%以上，以索氏體、細(xì)片狀珠光體為主，最大片間距在放大500倍的情況下≤2mm。

3）磷共晶：數(shù)量＜2%，小塊狀分散分布。4）游離碳化物：含量≤1%。

3.4 機(jī)加工反變形措施

為探索床身導(dǎo)軌面上凸量抵削淬火變形量的數(shù)據(jù)，積累超音頻感應(yīng)淬火工藝參數(shù)，提高工件淬火成功率，從而修定對機(jī)械加工的要求。

1）淬火前，根據(jù)長條類零件表面感應(yīng)淬火下凹的變形規(guī)律，并通過對現(xiàn)場一件廢舊4m段試驗件床身導(dǎo)軌表面進(jìn)行超音頻感應(yīng)淬火試驗，此結(jié)構(gòu)4m床身超音頻感應(yīng)淬火下凹變形量為0.5～0.9mm，因此確定通過機(jī)加工上凸來抵消部分淬火變形，機(jī)加工上凸量為0.3mm±0.1mm；床身的上導(dǎo)軌面留量0.5～0.6mm，側(cè)、下導(dǎo)軌面留量0.3～0.4mm，便于在后續(xù)機(jī)加工中消除淬火變形。

2）床身導(dǎo)軌面淬火前加工至表面粗糙度值Ra≤3.2μm，防止在淬火時開裂。

3）相關(guān)倒角為3mm×45°，倒角處圓角過渡，避免了由于淬火加熱時尖角部位溫度過高，減小了尖角冷卻時容易開裂的傾向。

4 超音頻感應(yīng)熱處理工藝參數(shù)的試驗及確定

4.1 預(yù)檢

現(xiàn)場試驗跟蹤的鑄鐵床身材質(zhì)控制wC≥2.0%、wCr≤0.25%；檢查零件各部尺寸是否符合圖樣及工藝要求的淬火留量；表面有無裂紋、砂眼、疏松及磕碰劃傷等缺陷。按對機(jī)加工要求逐項進(jìn)行檢查。

4.2 超音頻感應(yīng)淬火的試驗與實施

采用平面及直角仿形感應(yīng)器，將U形導(dǎo)磁體鑲嵌在仿形感應(yīng)器上，鑲嵌尺寸以淬火面尺寸為準(zhǔn)，在相同規(guī)格及相同成分、組織的淬火試塊上反復(fù)做淬火加熱試驗，不斷調(diào)整各參數(shù)直至滿足淬火要求。確定工藝參數(shù)后，將試塊送至理化室對硬度、淬硬層深及淬火組織等進(jìn)行檢驗，按技術(shù)要求評定合格后，采用確定工藝參數(shù)在床身上實施淬火[2]。

將床身找正、調(diào)平后開始參考試塊試驗工藝參數(shù)對床身進(jìn)行超音頻感應(yīng)淬火，淬火溫度為900～930℃，感應(yīng)器移動速度為300～360mm/min，感應(yīng)器與導(dǎo)軌面間隙為2～3mm，導(dǎo)軌兩端10～20mm不淬火，加熱后3～5s開始行走淬火，淬火冷卻介質(zhì)為4%～6%的水溶性淬火液，淬火冷卻介質(zhì)溫度為28℃±2℃；頻率為38～43kHz。試驗件及各長度床身淬火、回火數(shù)據(jù)見表1。

表1 試驗件及4m、5m、6m段床身超音頻感應(yīng)淬火和回火試驗數(shù)據(jù)

通過對試驗件和實際工件的超音頻感應(yīng)淬火，床身導(dǎo)軌越長，超音頻感應(yīng)淬火后的變形越大，5m、6m床身經(jīng)磨削后無法保證有效的淬硬層深度，就需要對淬火前的上凸反變形量進(jìn)行調(diào)整。經(jīng)調(diào)整后得出的數(shù)據(jù)見表2。

表2 調(diào)整上凸反變形量后4m、5m、6m段床身超音頻淬火變形量

4.3 回火

采用罩式爐整體回火，回火溫度220℃，保溫11h。

4.4 檢驗

經(jīng)改進(jìn)后，淬火面硬度為43～49HRC，表面無裂紋，有效淬硬層深為1.3～1.5mm，淬火組織為均勻針狀淬火馬氏體。

5 結(jié)束語

床身導(dǎo)軌面超音頻感應(yīng)淬火前后機(jī)加工均采用磨削工序，并且在淬火前預(yù)先機(jī)加工出上凸反變形曲線，減少了機(jī)加工應(yīng)力及熱應(yīng)力導(dǎo)致的變形，同時減輕了淬火開裂傾向。

為保證有效淬硬層深度，淬火、回火后精磨上導(dǎo)軌面時，見光最小去除量的最大值為0.5mm，側(cè)導(dǎo)軌面及下導(dǎo)軌面見光最小去除量的最大值為0.3mm，修改超音頻感應(yīng)淬火前機(jī)加工反變形量，其中4m段床身上導(dǎo)軌面預(yù)設(shè)上凸量0.7mm±0.1mm，5m段床身上導(dǎo)軌預(yù)設(shè)上凸量0.9mm±0.1mm，6m段床身預(yù)設(shè)上凸量1.2mm±0.1mm。此文總結(jié)的臥車床身導(dǎo)軌超音頻感應(yīng)淬火工藝參數(shù)及加工反變形要求，值得業(yè)界同行推廣使用。