轴类锻件的制造方法及热处理

(1)材料

轴类锻件毛坯在单件小批量生产中，常采用热轧棒。

对于直径差较大的阶梯轴，为了节省材料，减少机械加工的劳动量，经常使用锻件。自由锻一般用于单个小批量生产的阶梯轴，模锻用于大批量生产。

（2）热处理

45钢，经过调质处理(235HBS)，再经过局部高频淬火，可使局部硬度达到HRC62～再经过适当的回火处理，可降低到所需硬度(例如，CA6140主轴规定为HRC52)。

9Mn2V是一种锰钒合金工具钢，含碳0.9%左右，淬透性、机械强度、硬度均优于45钢。适用于高精度机床主轴的尺寸精度稳定性要求，经适当热处理后。举例来说，这种材料用于外圆磨床M1432A头架和砂轮主轴。

38CrMoAl是一种中碳合金氮化钢，由于氮化温度比一般淬火温度低540-550℃，变形较小，硬度较高。（HRC＞HRC中心硬度65＞28)并且具有优异的耐疲劳性能，因此MBG1432高精度半自动外圆磨床的头架轴和砂轮轴均采用这种钢材。

此外，40Cr等合金结构钢多用于中等精度、高转速的轴锻件。经过调质和高频淬火后，这种钢具有较高的综合机械性能，能够满足使用要求。一些轴件也使用滚珠轴承钢，如GCr15和66Mn等弹簧钢。．经过调质和表面淬火，这些钢具有很高的耐磨性和耐疲劳性。当要求在高速和重载条件下工作时，可以选择18CrMnTi、低碳含金钢，如20Mn2B，这些钢经过渗碳淬火后具有较高的表面硬度、冲击韧性和心强度，但热处理引起的变形大于38CrMoAl。

对于需要局部高频淬火的主轴，应在前一道工序中进行调质处理(部分钢材采用正火)。当空白余量较大(如锻件)时，调质应放在粗车后面和半精车前面，以消除粗车产生的内应力。当空白余量较小时(如棒料)时，调质可以在粗车(相当于锻件的半精车)前进行。高频淬火处理一般放在半精车后面。因为主轴只需要局部淬火，所以对精度有一定的要求，不需要淬火部分的加工，比如车螺纹、铣键槽等。，所有这些都安排在局部淬火和粗磨之后。

轴锻件二、定位基准的选择

对于实心轴锻件，精基准面为顶孔，符合基准重叠和基准统一要求。对于CA6140A这样的空心主轴，除了顶孔之外，还有轴颈外圆面，两者交替使用，相互基准。

第三，分割加工阶段

主轴加工过程中的每个加工过程和热处理过程都会产生不同程度的加工误差和应力，因此需要划分加工阶段。主轴加工基本分为以下三个阶段。

（1）、粗加工阶段

1)对毛坯备料、锻造及正火进行毛坯处理。

二是粗加工锯去多余部分，铣削端面，钻孔中心孔，荒车外圆等。

（2）、半精加工阶段

1)对45钢进行半精加工前热处理一般采用调质处理，达到220～240HBS。

二是半精加工车工艺锥面(定位锥孔)半精车外圆端面及钻孔等。

（3）、精加工阶段

1)局部高频淬火在精加工前热处理。

二是精加工前各种加工粗磨定位锥面、粗磨外圆、铣键槽、花键槽、车螺纹等。

为了保证主轴重要的表面精度，对外圆和内外锥面进行精加工。

轴锻件四、加工顺序的安排和工序的确定

在考虑支撑轴颈、一般轴颈、内锥等主要表面的加工顺序时，具有空心和内锥特征的轴类锻件可采用以下方案。

①外表面粗加工→钻深孔→精加工外表面→锥孔粗加工→锥孔精加工；

②外表面粗加工→钻深孔→锥孔粗加工→锥孔精加工→精加工外表面；

③外表面粗加工→钻深孔→锥孔粗加工→精加工外表面→锥孔精加工。

对于CA6140车床主轴的加工顺序，可以进行这样的分析比较：

种方案:锥孔粗加工时，这种方案不宜采用，因为使用经过精加工的外圆表面作为精度基准面，会破坏外圆表面的精度和粗糙度。

第二种方案:在精加工外圆表面时，再次插入锥形堵塞，会破坏锥形孔的精度。此外，在加工锥形孔时，不可避免地会出现加工误差(锥形孔的磨削条件比外圆形孔的磨削条件差，锥形堵塞本身的误差会导致外圆形表面和内圆形表面之间的不同轴，因此不应采用这种方案。

第三种方案:在锥孔精加工过程中，虽然精加工过的外圆表面也应用作精基准面；但由于锥面精加工余量小，磨削力小；同时，锥孔的精加工已经处于轴加工的阶段，对外圆表面的精度影响不大；此外，该方案的加工顺序可以以外圆表面和锥孔为基准，交替使用，可以逐渐提高同轴度。

通过这个对比可以看出，像CA6140主轴这样的轴锻件的加工顺序，以第三方案为佳。

通过对方案的分析和比较，我们也可以看到轴锻件各表面的加工顺序在很大程度上与定位基准的转换有关。当选择零件加工用的粗细基准时，加工顺序可以大致确定。因为每个阶段开始总是先加工定位基准面，也就是先进的工序必须为后进的工序准备好定位基准。比如CA6140主轴工艺过程，一开始就在铣削端面打中心孔。这是为粗车和半精车外圆准备定位基准；半精车外圆为深孔加工准备了定位基准；半精车外圆也为前后锥孔的加工准备了反向定位。

轴锻件五、工序的确定应按加工顺序进行，应掌握两个原则：

1、工序中的定位基准面应安排在工序前进行加工。比如深孔加工安排在外圆表面粗车后，就是为了有更准确的轴颈作为定位基准面，保证深孔加工时壁厚均匀。

2、每个表面的加工都要粗细分离，先粗后精，多次加工，以逐步提高其精度和粗糙度。应安排主要表面的精加工。

热处理工序，如退火、正火等，一般应安排在机械加工前，以提高金属组织和加工性能。

热处理工序，如调质、时效处理等。，为了提高轴锻件的机械性能，消除内应力，一般应安排在粗加工和精加工之前。