高精度高硬度螺纹孔的加工

来源:金属热处理工艺学作者:马伯龙

  在螺旋锥齿轮的专业化生产中,必须首先确定高精度的定位基准,才能生产出高精度的齿轮产品。因此,定位基准的加工是齿坯加工中最为关键的加工环节。

  以图1所示格里森制螺旋锥齿轮工件为例。该齿轮为5 级精度,材质20Cr2Ni4A热处埋渗碳层厚度1.3-1.7mm淬火硬度HRC58 ~ 62。该齿轮的轮辐大、厚度薄(仅50nm)。在壁厚25mm、直径φ230nm的台阶面上有6 个M20 螺纹孔及2个φ5H6 销孔,距φ145 内孔距离仅7. 5mm。该台阶面为齿轮加工、安装定位的基准面,要求对φ145 孔的跳动误差小于0.02mm(定位面上0.01mm的跳动误差映射到齿圈上会放大到0.03mm。该基准面及其上这些孔的加工对于磨齿加工的找正、磨齿余量的分配、加工精度及最终安装精度都至关重要。

高精度高硬度螺纹孔的加工

  2工艺方案的制订

  (1)热处理性能分析

  基准面上这些孔在热处理之前还是之后进行加工,对于加工的难易程度及加工精度有着密切关系,对后序的磨齿加工精度也有重要影响。该齿

  轮工件材料为高淬透性低碳合金钢。淬透性是指在规定条件下,以淬硬深度和硬度分布来表征的钢件材料特性,它可以表征钢件淬火时形成马

  氏体的能力,是钢的主要热处理工艺性能之一。高淬透性低碳合金钢表明该材料形成马氏体的能力强、淬透层深度大。此外,该工件壁厚较薄

  ,表面和芯部组织均匀,硬度及性能差异不大。除齿部外,加工表面硬度为HRC45 ~ 55,芯部硬度为正RC40 左右。

  (2)工艺方案比较

  根据工件的精度要求和公司现有设备的加工能力,确定该定位面与大平面在热处理后一次装夹完成精车加工。因此,在热处理前该平面与大平

  面均留有精车余量。以此加工方案为前提,具体制订了以下两种工艺方案:

  1)热处理前加工:

  半精车时在下平面上留出去渗碳层的余量,渗碳后再进行一次半精车,然后将8 个孔加工成形,淬火时用铜螺栓堵塞螺纹孔和销孔起到保护作用,精车完成后再去掉铜螺栓。

  该方案的优点是:加工难度低,螺纹孔及销孔只需用普通钻头和绍锥即可加工,加工效率较高。缺点是:渗碳淬火时由于铜螺栓与工件材料不同,使螺纹孔口含碳量增加,淬火硬度加大,造成后续加工定位面时易产生断续切削,精车时易产生跳动,从而降低了工件精度,表面粗糙度易超差。此外,该方案中间多了一道半精车工序。

  2)案II:热处理后加工

  第一次半精车后,将工件除齿部外全部涂抹上防渗剂,渗碳淬火后先进行定位面的精加工,待磨齿完毕后再进行螺纹孔及销孔的加工,以确保磨齿时基准面的精度。

  该方案的优点是:工件加工次数少,加工累积误差小,在磨齿后加工螺纹孔,不仅可保证定位面精度,而且保证了工件精度,且加工周期较短。缺点是:渗碳淬火后,在高硬度材料上加工高精度螺纹孔是加工的一个难点,需要制定配套的工艺措施,并采用高质量进口钻头和丝锥,加工难度大、周期长、成本高。哪个好眼影怎样收缩脸部毛孔评价去黑眼圈眼霜排行榜护手美甲工具哪个好眼膜哪种润唇膏效果好

  通过对两种工艺方案的对比,为了保证加工精度,最后确定采用方案II。为保证方案顺利实施,制定了具体工艺路线和工艺措施。

  3加工方法与工艺措施

  (1)加工方法

  加工机床:根据公司当前设备状况,确定在Z35摇臂钻床上加工该工件。钻床精度要求:主轴径向跳动应调整到0.05mm 以内;装夹工件的夹具定位艾承面与钻床主轴申心C或丝锥中心)的垂直度误差应不大于0.05mm/100;工件螺纹底孔与丝锥的同轴度应不大于0.05mm。

  加工刀具:经过调研发现,粉末冶金成组丝锥在加工难加工材料、淬硬材料时具有抗弯强度高、耐磨性好的特点,对硬度HRC45 ~ 50 的镍基材料工件加工效果不错。确定采用硬质合金钻头和粉末冶金成组丝锥进行加工。

  切削速度:螺纹攻丝的切削速度主要根据工件材料、螺孔深度、丝锥中径和螺距等情况确定。该工件材料为20C讫N;4A,螺孔深度25nnm,选取攻丝速度为50 ~ 60m/min。

  切削液:机攻螺纹时,主要根据被加工材料来选择切削液。加工该工件时,我们选取美国产美孚MET443 冷却润滑油,并要求用足够的切削液喷向切削区,以降低切削区温度,保持切削区工件材料的冷脆性。

  (2)工艺措施

  加工螺纹孔时,由于攻丝深度小,而工件材料含镍量高,加工中容易出现粘刀现象,切屑呈粉末状,易造成刀具磨损。针对该问题,需采取以下工艺措施:

  半精车时增大该处所留余量;用于渗碳后去除渗碳层,以降低该处的淬火硬度。

  渗碳前,在工件上(除齿部外)涂抹防渗剂,以减小表面含碳量,降低加工难度。

  考虑到高淬透性合金钢的特性,加工孔时钻头磨损较快,且材料的弹性变形会使加工出的孔小于钻头直径,加工螺纹时还会因材料延展性使

  底孔缩小,因此,加TM20螺纹孔时应选用17.8mm 的底孔钻头。

  丝锥校准部分进人工件时,应在钻床进刀手柄上旋加均匀的压力,以协助丝锥进入底孔,并保持机床的稳定性,避免在加工开始几扣不完整螺纹时出现螺纹乱扣和丝锥折断现象。但在丝锥切削部分的攻削行程中,应依靠螺纹的自然旋迸进行攻削;以免将牙型"切瘦"。

  攻削螺纹时应特别注意:丝锥应一次攻丝至底,不能在攻丝过程中反转,并且要求丝锥有效部位攻丝时要全部露出头,快速反转退出丝锥,否则容易产生丝锥折断现象。

  采用上述加工方案和工艺措施加工高精度、高硬度螺纹孔,取得了不错的效果,较好地满足了螺旋锥齿轮的加工要求。

  朱玉胜 太原重型机械集团公司

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