轴类零件加工工艺

轴类零件加工工艺
一、轴类零件的功用、结构特点及技术要求
轴类零件是机器中经常遇到的典型零件之一。

它主要用来支承传动零部件，传递扭矩和承受载荷。

轴类零件是旋转体零件，其长度大于直径，一般由同心轴的外圆柱面、圆锥面、内孔和螺纹及相应的端面所组成。

根据结构形状的不同，轴类零件可分为光轴、阶梯轴、空心轴和曲轴等。

轴的长径比小于5的称为短轴，大于20的称为细长轴，大多数轴介于两者之间。

轴用轴承支承，与轴承配合的轴段称为轴颈。

轴颈是轴的装配基准，它们的精度和表面质量一般要求较高，其技术要求一般根据轴的主要功用和工作条件制定，通常有以下几项：
(一)尺寸精度
起支承作用的轴颈为了确定轴的位置，通常对其尺寸精度要求较高（IT5～IT7）。

装配传动件的轴颈尺寸精度一般要求较低（IT6～IT9）。

(二)几何形状精度
轴类零件的几何形状精度主要是指轴颈、外锥面、莫氏锥孔等的圆度、圆柱度等，一般应将其公差限制在尺寸公差范围内。

对精度要求较高的内外圆表面，应在图纸上标注其允许偏差。

(三)相互位置精度
轴类零件的位置精度要求主要是由轴在机械中的位置和功用决定的。

通常应保证装配传动件的轴颈对支承轴颈的同轴度要求，否则会影响传动件（齿轮等）的传动精度，并产生噪声。

普通精度的轴，其配合轴段对支承轴颈的径向跳动一般为0.01～0.03mm，高精度轴（如主轴）通常为0.001～0.005mm。

(四)表面粗糙度
一般与传动件相配合的轴径表面粗糙度为Ra2.5～0.63μm，与轴承相配合的支承轴径的表面粗糙度为Ra0.63～0.16μm。

二、轴类零件的毛坯和材料
(一)轴类零件的毛坯
轴类零件可根据使用要求、生产类型、设备条件及结构，选用棒料、锻件等毛坯形式。

对于外圆直径相差不大的轴，一般以棒料为主；而对于外圆直径相差大的阶梯轴或重要的轴，常选用锻件，这样既节约材料又减少机械加工的工作量，还可改善机械性能。

根据生产规模的不同，毛坯的锻造方式有自由锻和模锻两种。

中小批生产多采用自由锻，大批大量生产时采用模锻。

(二)轴类零件的材料
轴类零件应根据不同的工作条件和使用要求选用不同的材料并采用不同的热处理规范（如调质、正火、淬火等），以获得一定的强度、韧性和耐磨性。

45钢是轴类零件的常用材料，它价格便宜经过调质（或正火）后，可得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能，淬火后表面硬度可达45～52HRC。

40Cr等合金结构钢适用于中等精度而转速较高的轴类零件，这类钢经调质和淬火后，具有较好的综合机械性能。

轴承钢GCr15和弹簧钢65Mn，经调质和表面高频淬火后，表面硬度可达50～58HRC，并具有较高的耐疲劳性能和较好的耐磨性能，可制造较高精度的轴。

精密机床的主轴（例如磨床砂轮轴、坐标镗床主轴）可选用38CrMoAIA氮化钢。

这种钢经调质和表面氮化后，不仅能获得很高的表面硬度，而且能保持较软的芯部，因此耐冲击韧性好。

与渗碳淬火钢比较，它有热处理变形很小，硬度更高的特性。

三、轴类零件典型工艺路线
对于7级精度、表面粗糙度Ra0.8～0.4μm的一般传动轴，其典型工艺路线是：正火－车端面钻中心孔－粗车各表面－精车各表面－铣花键、键槽－热处理－修研中心孔－粗磨外圆－精磨外圆－检验。

轴类零件一般采用中心孔作为定位基准，以实现基准统一的方案。

在单件小批生产中钻中心孔工序常在普通车床上进行。

在大批量生产中常在铣端面钻中心孔专用机床上进行。

中心孔是轴类零件加工全过程中使用的定位基准，其质量对加工精度有着重大影响。

所以必须安排修研中心孔工序。

修研中心孔一般在车床上用金刚石或硬质合金顶尖加压进行。

对于空心轴（如机床主轴），为了能使用顶尖孔定位，一般均采用带顶尖孔的锥套心轴或锥堵。

若外圆和锥孔需反复多次、互为基准进行加工，则在重装锥堵或心轴时，必须按外圆找正或重新修磨中心孔。

轴上的花键、键槽等次要表面的加工，一般安排在外圆精车之后，磨削之前进行。

因为如果在精车之前就铣出键槽，在精车时由于断续切削而易产生振动，影响加工质量，又容易损坏刀具，也难以控制键槽的尺寸。

但也不应安排在外圆精磨之后进行，以免破坏外圆表面的加工精度和表面质量。

在轴类零件的加工过程中，应当安排必要的热处理工序，以保证其机械性能和加工精度，并改善工件的切削加工性。

一般毛坯锻造后安排正火工序，而调质则安排在粗加工后进行，以便消除粗加工后产生的应力及获得良好的综合机械性能。

淬火工序则安排在磨削工序之前。

四、细长轴加工工艺特点
由于细长轴刚性很差，在加工中极易变形，对加工精度和加工质量影响很大。

为此，生产中常采用下列措施予以解决。

(一) 改进工件的装夹方法
粗加工时，由于切削余量大，工件受的切削力也大，一般采用卡顶法，尾座顶尖采用弹性顶尖，可以使工件在轴向自由伸长。

但是，由于顶尖弹性的限制，轴向伸长量也受到限制，因而顶紧力不是很大。

在高速、大用量切削时，有使工件脱离顶尖的危险。

采用卡拉法可避免这种现象的产生。

精车时，采用双顶尖法（此时尾座应采用弹性顶尖）有利于提高精度，其关键是提高中心孔精度。

(二)采用跟刀架
跟刀架是车削细长轴极其重要的附件。

采用跟刀架能抵消加工时径向切削分力的影响，从而减少切削振动和工件变形，但必须注意仔细调整，使跟刀架的中心与机床顶尖中心保持一致。

(三)采用反向进给
车削细长轴时，常使车刀向尾座方向作进给运动（此时应安装卡拉工具），这样刀具施加于工件上的进给力方向朝向尾座，因而有使工件产生轴向伸长的趋势，而卡拉工具大大减少了由于工件伸长造成的弯曲变形。

(四)采用车削细长轴的车刀
车削细长轴的车刀一般前角和主偏角较大，以使切削轻快，减小径向振动和弯曲变形。

粗加工用车刀在前刀面上开有断屑槽，使断屑容易。

精车用刀常有一定的负刃倾角，使切屑流向待加工面。

数控火焰切割工艺
图9-1 在相同的氧气压力下，氧气纯度对切割时间和氧气消耗量的影响。

采用液氧切割，虽然一次性投资大，但从长远看，其综合经济指标比想象的要好得多。

气体压力的稳定性对工件的切割质量也是至关重要的。

波动的氧气压力将使切割断面质量明显劣变。

气压压力是根据所使用的割嘴类型、切割的钢板厚度而调整的。

切割时如果采用了超出规定数值的氧气压力，并不能提高切割速度，反而使切割断面质量下降，挂渣难清，增加了切割后的加工时间和费用。

表9-1是国内常用的上海气焊机厂生产的GK1系列快速割嘴（即采用拉伐尔喷管结构的割嘴）的使用参数（厂家可能随时对参数进行修改，应以割嘴所附说明书为准，此表仅供参考）。

（2）可燃性气体火焰切割中，常用的可燃性气体有乙炔、煤气、天然气、丙烷等，国外有些厂家还使用MAPP，即：甲烷+乙烷+丙烷。

一般来说，燃烧速度快、燃烧值高的气体适用于薄板切割；燃烧值低、燃烧速度缓慢的可燃性气体更适用于厚板切割，尤其是厚度在200mm以上的钢板，如采用煤气或天然气进行切割，将会得到理想的切割质量，只是切割速度会稍微降低一些。

相比较而言，乙炔比天然气要贵得多，但由于资源问题，在实际生产中，一般多采用乙炔气体，只是在切割大厚板同时又要求较高的切割质量以及资源充足时，才考虑使用天然气。

（3）火焰的调整通过调整氧气和乙炔的比例可以得到三种切割火焰：中性焰（即正常焰），氧化焰，还原焰，见图9-2。

正常火焰的特征是在其还原区没有自由氧和活性碳，有三个明显的区域，焰芯有鲜明的轮廓（接近于圆柱形）。

焰芯的成分是乙炔和氧气，其末端呈均匀的圆形和光亮的外壳。

外壳由赤热的碳质点组成。

焰芯的温度达1000℃。

还原区处于焰芯之外，与焰芯的明显区别是它的亮度较暗。

还原区由乙炔未完全燃烧的产物——氧化碳和氢组成，还原区的温度可达3000℃左右。

外焰即完全燃烧区，位于还原区之外，它由二氧化碳和水蒸气、氮气组成，其温度在1200~2500℃之间变化。

还原区之外，它由二氧化碳和水蒸气、氮气组成，其温度在1200~2500℃之间变化。

氧化焰是在氧气过剩的情况下产生的，其焰芯呈圆锥形，长度明显地缩短，轮廓也不清楚，亮度是暗淡的；同样，还原区和外焰也缩短了，火焰呈紫蓝色，燃烧时伴有响声，响声大小与氧气的压力有关，氧化焰的温度高于正常焰。

如果使用氧化焰进行切割，将会使切割质量明显地恶化。

还原焰是在乙炔过剩的情况下产生的，其焰芯没有明显的轮廓，其焰芯的末端有绿色的边缘，按照这绿色的边缘来判断有过剩的乙炔；还原区异常的明亮，几乎和焰芯混为一体；外焰呈黄色。

当乙炔过剩太多时，开始冒黑烟，这是因为在火焰中乙炔燃烧缺乏必须的氧气造成的。

预热火焰的能量大小与切割速度、切口质量关系相当密切。

随着被切工件板厚的增大和切割速度的加快，火焰的能量也应随之增强，但又不能太强，尤其在割厚板时，金属燃烧产生的反应热增大，加强了对切割点前沿的预热能力，这时，过强的预热火焰将使切口上边缘严重熔化塌边。

太弱的预热火焰，又会使钢板得不到足够的能量，逼使减低切割速度，甚至造成切割过程中断。

所以说预热火焰的强弱与切割速度的关系是相互制约的。

一般来说，切割200mm以下的钢板使用中性焰可以获得较好的切割质量。

在切割大厚度钢板时应使用还原焰预热切割，因为还原焰的火焰比较长，火焰的长度应至少是板厚的1.2倍以上。

2．切割速度
钢板的切割速度是与钢材在氧气中的燃烧速度相对应的。

在实际生产中，应根据所用割嘴的性能参数、气体种类及纯度、钢板材质及厚度来调整切割速度。

切割速度直接影响到切割过程的稳定性和切割断面质量。

如果想人为地调高切割速度来提高生产效率和用减慢切割速度来最佳地改善切割断面质量，那是办不到
的，只能使切割断面质量变差。

过快的切割速度会使切割断面出现凹陷和挂渣等质量缺陷，严重的有可能造成切割中断；过慢的切割速度会使切口上边缘熔化塌边、下边缘产生圆角、切割断面下半部分出现水冲状的深沟凹坑等等。

通过观察熔渣从切口喷出的特点，可调整到合适的切割速度。

在正常的火焰切割过程中，切割氧流相对垂直的割炬来说稍微偏后一个角度，其对应的偏移叫后拖量（见图9-3）。

速度过低时，没有后拖量，工件下面割口处的火花束向切割方向偏移。

如提高割炬的运行速度，火花束就会向相反的方向偏移，当火花束与切割氧流平行时，就认为该切割速度正常。

速度过高时，火花束明显后偏，见图9-4。

3．割嘴与被切工件表面的高度
在钢板火焰切割过程中，割嘴到被切工作表面的高度是决定切口质量和切割速度的主要因素之一。

不同厚度的钢板，使用不同参数的割嘴，应调整相应的高度。

为保证获得高质量的切口，割嘴到被割工件表面的高度，在整个切割过程中必须保持基本一致。

9.2 热变形的控制
在切割过程中，由于对钢板的不均匀的加热和冷却，材料内部应力的作用将使被切割的工件发生不同程度的弯曲或移位——即热变形，具体表现是形状扭曲和切割尺寸偏差。

由于材料内部应力不可能平衡和完全消除，所以只能采取一些措施来设法减少热变形
9.3 钢板表面预处理
钢板从钢铁厂经过一系列的中间环节到达切割车间，在这段时间里，钢板表面难免产生一层氧化皮。

再者，钢板在轧制过程中也产生一层氧化皮附着在钢板表面。

这些氧化皮熔点高，不容易燃烧和熔化，增加了预热时间，降低了切割速度；同时经过加热，氧化皮四处飞溅，极易对割嘴造成堵塞，降低了割嘴的使用寿命。

所以，在切割前，很有必要对钢板表面进行除锈预处理。

常用的方法是抛丸除锈，之后喷漆防锈。

即将细小铁砂用喷丸机喷向钢板表面，靠铁砂对钢板的冲击力除去氧化皮，再喷上阻燃、导电性好的防锈漆。

钢板切割之前的除锈喷漆预处理已成为金属结构生产中一个不可缺少的环节。

9.4 数控火焰切割质量缺陷与原因分析
在实际生产过程中，经常会产生这样或那样的质量问题，一般有如下几种缺陷：
边缘缺陷，切割断面缺陷，挂渣、裂纹等。

而造成质量事故的原因很多，如果氧气纯度保证正常，设备运行正常，那么造成火焰切割质量缺陷的原因主要表现在如下几个方面：割炬、割嘴、钢材本身质量、钢板材质。

二氧化碳气体保护焊工
1 适用范围
本标准适用于本公司生产的各种钢结构，标准规定了碳素结构钢的二氧化碳气体保
护焊的基本要求。

1.1 编制参考标准《气焊、手工电弧焊及气体保护焊焊缝坡口的基本形
成与尺寸》GB.985-88
1.2 术语
2.1 母材：被焊的材料
2.2 焊缝金属：熔化的填充金属和母材凝固后形成的部分金属。

2.3 层间温度：多层焊时，停后续焊接之前，相邻焊道应保持的最低温
度。

2.4 船形焊：T形、十字形和角接接头处于水平位臵进行的焊接.
3 焊接准备
3.1按图纸要求进行工艺评定。

3.2材料准备
3.2.1产品钢材和焊接材料应符合设计图样的要求。

3.2.2焊丝应储存在干燥、通风良好的地方，专人保管。

3.2.3焊丝使用前应无油锈。

3.3坡口选择原则
焊接过程中尽量减小变形，节省焊材，提高劳动生产率，降低成本。

3.4 作业条件
3.4.1 当风速超过2m/s时，应停止焊接，或采取防风措施。

3.4.2 作业区的相对湿度应小于90％，雨雪天气禁止露天焊接。

4 施工工艺
4.1 工艺流程
清理焊接部位
检查构件、组装、加工及定位
按工艺文件要求调整焊接工艺参数
按合理的焊接顺序进行焊接
自检、交检
焊缝返修
焊缝修磨
合格
交检查员检查
关电源
现场清理
4 操作工艺
4.1 焊接电流和焊接电压的选择
不同直径的焊丝,焊接电流和电弧电压的选择见下表
焊丝直径短路过渡细颗粒过渡
电流（A）电压（V）电流（A）电压（V）
0.8 50--100 18--21
1.0 70--120 18--22
1.2 90--150 19--23 160--400 25--38
1.6 140--200 20--24 200--500 26--40
4.2 焊速：半自动焊不超过0.5m/min.
4.3 打底焊层高度不超过4㎜，填充焊时，焊枪横向摆动，使焊道表面
下凹，且高度低于母材表面1.5㎜――2㎜：盖面焊时，焊接熔池边缘应超过坡口棱边0.5――1.5㎜防止咬边。

4.4 不应在焊缝以外的母材上打火、引弧。

4.5 定位焊所用焊接材料应与正式施焊相当，定位焊焊缝应与最终焊缝
有相同的质量要求。

钢衬垫的定位焊宜在接头坡口内焊接，定位焊厚度不宜超过设计焊缝厚度的2/3，定位焊长度不宜大于40㎜，填满弧坑，且预热高于正式施焊预热温度。

定位焊焊缝上有气孔和裂纹时，必须清除重焊。

4.9焊接工艺参数见表一和表二
接头形式板厚层数焊接电流（A）电弧电压(V) 焊丝外伸（mm）焊机速度m/min 气体流量L*min 装配间隙（mm）
6 1 270 2
7 12-14 0.55 10-15 1.0-1.5
6 2 190210 1930 15 0.25 15 0-1
8 2 120-130130-140 26-2728-30 15 0.55
20 1-1.5
10 2 130-140280-300 20-3030-33 15 0.55
20 1-1.5
10 2 300-320300-320 37-3937-39 15 0.55
0 1-1.5
12 310-330 32-33 15 0.5 20 1-1.5
16 3 120-140300-340300-340 25-2733-3535-37
15 0.4-0.50.3-0.40.2-03 20 1-1.5
16 4 140-160260-280270-290270-290 24-2631-3334
-3634-36 15 0.2-0.30.33-0.40.5-0.60.4-0.5 20 1-1.5
20 4 120-140300-340300-340300-340 25-2733-3533
-3533-37 15 0.4-0.50.3-0.40.3-0.40.12-0.15 25 1-1.5
20 4 140-160260-280300-320300-320 24-2631-3335
-3735-37 15 0.25-0.3
0.45-0.50.4-0.50.4-0.45 20 1-1.5
表二: Φ1.2焊丝CO2气体保护焊T形接头,
板厚(㎜) 焊丝直径(㎜) 焊接电流(A) 电弧电压(v) 焊接速度(m/m in) 气体流量(L/min) 焊角尺寸(㎜)
2.3 Φ1.2 120 20 0.5
10-15 3.0
3.2 Φ1.2 140 20.5 0.5
10-15 3.0
4.5 Φ1.2 160 21 0.45
10-15 4.0
6 Φ1.2 230 23 0.55
10-15 6.0
12 Φ1.2 290 28 0.5
10-15 7.0
4.9.1控制焊接变形,可采取反变形措施.
4.9.2在约束焊道上施焊,应连续进行,因故中断,再施焊时, 应对已焊的焊缝局部做预热处理.
4.9.3采用多层焊时,应将前一道焊缝表面清理干净后,再继续施焊.
4.9.4变形的焊接件,可用机械(冷矫)或在严格控制温度下加热(热矫)的方法,
进行矫正.
5 交检。