轴类零件的加工工艺的介绍

1）轴类零件及技术要求

轴类零件是机械加工中的典型零件之一。在机器中它主要用来支承传动零件、传递运动和扭矩。轴类零件是回转体零件，其长度大于直径，加工表面通常有内外圆柱面、圆锥面以及螺纹、花键、键槽、横向孔、沟槽等。根据结构形状特点，可将轴分为光滑轴、阶梯轴、空心轴和异形轴（包括曲轴、凸轮轴、偏心轴和十字轴等）。轴类零件的主要技术要求有以下3点。

（1）尺寸精度和几何形状精度。轴颈是轴类零件的主要表面。轴颈尺寸精度按照配合关系确定，轴上非配合表面及长度方向的尺寸要求不高，通常只规定其基本尺寸。轴颈的几何形状精度是指圆度、圆柱度。这些误差将影响其与配合件的接触质量。一般轴颈的几何形状精度应限制在直径公差范围之内，对几何形状精度要求较高时，要在零件图上规定形状公差。

（2）相互位置精度。保证配合轴颈（装配传动件的轴颈）对于支承轴颈（装配轴承的轴颈）的同轴度，是轴类零件相互位置精度的普遍要求，其次对于定位端面与轴心线的垂直度也有一定要求。这些要求都是根据轴的工作性能制定的，在零件图上注有位置公差。普通精度的轴，配合轴颈对支承轴颈的径向圆跳动一般为0.01～0.03 mm，高精度轴为0.001～0.005 mm。

（3）表面粗糙度。支承轴颈表面粗糙度比其他轴颈要求严格，取Ra 0.63～0.16 μm，其他轴颈取Ra 2.5～0.63 μm。

2）轴类零件的材料

轴类材料一般常用45号钢，并根据不同的工作条件采用不同的热处理工艺，以获得一定的强度、韧性和耐磨性。对中等精度、转速较高的轴类零件，可选用40Cr等合金结构钢，经调质和表面淬火处理后，具有较高的综合力学性能。精度较高的轴可选用轴承钢GCr15和弹簧钢65Mn及低变形的CrMn或CrWMn等材料，通过调质和表面淬火及其他冷热处理，具有更高的耐磨、耐疲劳或结构稳定性能。对于高速、重载荷等条件下工作的轴可选用20CrMnTi、20Mn2B、20Cr等低合金钢或38CrMoAl氮化钢。低合金钢经渗碳淬火处理后，具有很高的表面硬度、耐冲击韧性及心部强度，但热处理变形大。氮化钢经调质和表面氮化后，具有很高的心部强度优良的耐磨性能及耐疲劳强度，热处理变形却很小。

3）轴类零件的毛坯

轴类零件最常用的毛坯是轧制圆棒料和锻件。只有某些大型的、结构复杂的轴，才采用铸件。因毛坯经过加热锻造后，能使金属内部纤维组织沿表面均匀分布，从而获得较高的抗拉、抗弯及扭转强度，所以除光轴、直径相差不大的阶梯轴可使用热轧圆棒料和冷拉圆棒料外，一般比较重要轴大都采用锻件毛坯。其中，自由锻造毛坯多用于轴的中小批量生产，模锻毛坯则只适用于轴的大批量生产。

4）轴类零件的热处理

轴的锻造毛坯在机械加工前需进行正火或退火处理，以使晶粒细化、消除锻造内应力、降低硬度和改善切削加工性能。要求局部表面淬火的轴要在淬火前安排调质处理或正火。毛坯余量较大时，调质放在粗车之后半精车之前进行；毛坯余量较小时，调质可安排在粗车之前进行。表面淬火一般放在精加工之前，可使淬火变形得到纠正。对于精度高的轴，在局部淬火或粗磨后须进行低温时效处理，以消除磨削内应力、淬火内应力和继续产生内应力的残余奥氏体，保持加工后尺寸的稳定。对于氮化钢需在氮化前进行调质和低温时效处理，不仅要求调质后获得均匀细致的索氏体组织，而且要求离表面8～10 mm层内铁素体含量不超过5%，否则会造成氮化脆性，导致轴的质量低劣。从此可见，轴的精度越高，对其材料及热处理要求越高，热处理次数也越多。

5）轴类零件的一般加工工艺路线

轴类零件的加工主要是轴颈表面的加工，常见工艺路线如下。

渗碳钢轴类零件：备料—锻造—正火—钻中心孔—粗车—半精车、精车—渗碳（或碳氮共渗）—淬火、低温回火—粗磨—次要表面加工—精磨。

整体淬火轴类零件：备料—锻造—正火（退火）—钻中心孔—粗车—调质—半精车、精车—次要表面加工—整体淬火—粗磨—低温时效—精磨。

6）轴类零件加工工艺过程及分析

【实例8-6】图8-46为减速器传动轴，该轴在工作时要承受扭矩，采用材料为45钢，调质处理28～32 HRC。现按中批生产拟定加工工艺规程。

图8-46　减速器传动轴

解：1）零件的工艺分析

该零件是减速器的重要零件，其结构呈阶梯状，属于阶梯轴。

分析该传动轴的零件图可知，两个支承轴颈φ（20±0.07）mm、φ（25±0.07）mm和配合轴颈是该零件的3个主要表面，其主要技术要求为：

（1）两个支承轴颈φ（20±0.07）mm和φ（25±0.07）mm的表面粗糙度值为Ra0.8 μm。

（2）配合轴颈的表面粗糙度值为Ra0.8 μm，且与支承轴颈的同轴度公差为0.02 mm。

（3）键槽宽度为（8±0.018）mm，深度为，表面粗糙度值为Ra3.2 μm。

2）毛坯的选择

由于该轴采用的材料为45钢，成批生产，且其为一般传动轴，强度要求不高，工作时受力相对稳定，台阶尺寸相差较小，因此根据毛坯的选择原则，可选择φ45 mm冷轧圆钢作毛坯。

3）定位基准的选择

选择两中心孔作为统一的精基准，选择毛坯的外圆作为粗基准。(www.xing528.com)

4）加工方法的选择和加工阶段的划分

（1）加工方法的选择。由于两支承轴颈和配合轴颈的精度要求较高，最终加工方法应为磨削。磨外圆前要进行粗车—半精车，并完成其他次要表面的加工。

根据键槽的加工精度和表面粗糙度要求，其加工方法定为粗铣—精铣。

（2）加工阶段的划分。该轴的加工工艺过程可分为3个阶段：粗加工阶段（包括车端面、钻中心孔，粗车外圆、车槽、倒角）、半精加工阶段（包括修研中心孔、半精车各外圆、铣键槽）和精加工阶段（包括粗磨、精磨3个主要外圆表面）。

5）工序余量和工序尺寸的确定

根据有关工艺手册和资料查表可得以下结果。

（1）精磨工序余量为0.1 mm，3个主要表面的工序尺寸即为设计尺寸φ（20±0.07）mm、φ（25±0.07）mm和。

（2）粗磨工序余量为0.3 mm，公差取-0.1～0 mm，3个主要表面的工序尺寸为、和mm。

（3）半精车工序余量为3 mm，公差取-0.15～0 mm，3个主要表面的工序尺寸为、和。

（4）粗车工序余量根据各外圆直径确定，余量较大的可分几次走刀完成。

（5）在外圆表面半精车后铣键槽时，其键槽深度要通过磨削后才能保证，因此，铣键槽深度尺寸必须经过工艺尺寸链计算才能确定。

①根据加工过程建立工艺尺寸链，如图8-47所示。

图8-47　尺寸链

②尺寸是经磨削加工最后得到的，故为封闭环；尺寸A和为增环，尺寸为减环。则尺寸A的计算如下。

基本尺寸的计算

31=A+17.5-17.7

A=31.2 mm

上偏差的计算

0=ES(A)+0-(-0.075)

ES(A)=-0.075 mm

下偏差的计算

-0.2=EI(A)+(-0.008 5)-0

EI(A)=-0.191 5 mm

因而，工序尺寸A=。按照入体原则标注为A=mm。

综合以上分析计算，传动轴的加工工艺过程如表8-10所示。

表8-10　传动轴的加工工艺过程