【文章內(nèi)容簡介】 四 、 工序順序的安排 軸類零件各表面的加工順序，與定位基準的轉(zhuǎn)換有關(guān)，即先行工序必須為后續(xù)工序準備好定位基準。粗、精基準選定后，加工順序也就大致排定。主軸的工藝路線安排大體如下 :毛坯制造 ~~正火 ~~車 端面鉆中心孔 ~~粗車 ~~調(diào)質(zhì) ~~半精車表面淬火 ~~粗、精磨外圓錐面 ~~磨錐孔。在安排工序順序時，還 應(yīng)注意下面幾點 : (1)外圓加工順序安排要照顧主軸本身的剛度，應(yīng)先加工大直徑后加工小直徑， 以免一開始就降低主軸剛度。 (2)就基準統(tǒng)一而言，希望始終以頂尖定位，避免使用錐堵，深孔加工應(yīng)安排在最后。但深孔加工是粗加工工序，要切除大量金屬，加工過程中會引起主軸變形，所以最好在粗車外圓之后就把深孔加工出來。 (3)花鍵和鍵槽加工應(yīng)安排在精車之后粗磨之前。如在精車之前就銑出鍵槽，將會造成斷續(xù)車削，既影響質(zhì)量又易損壞刀具，而且也難以控制鍵槽的尺寸精度。但這些表面也不宜安排在主要表面最終加工工河海大學本科生畢業(yè)論文 風力發(fā)電機主軸加工工藝的研究 9 序之后進行，以防在反復(fù)運輸中碰傷主要表面。 (4)因主軸的螺紋對支承軸頸有一定的同軸度要求，故放在淬火之后的精加工階 段進行，以免受半精加工所產(chǎn)生的應(yīng)力以及熱處理變形的影響。 (5)主軸是加工要求很高的零件，需安排多次檢驗工序。檢驗工序一般安排在各加工階段前后，以及重要工序前后和花費工時較多的工序前后，總檢驗則放在最后。必要時，還應(yīng)安排探傷工序。 五 、 定位基準的選擇 以兩頂尖孔作為軸類零件的定位基準，既符合基準重合原則，又能使基準統(tǒng)一。所以，只要有可能，就盡量采用頂尖作為定位基準。 工序中的粗車、半精車、精車、粗磨、精磨各外圓表面和端面、銑花鍵和車螺紋等工序，都是以頂尖孔作為定位基準的 。 兩頂尖孔的質(zhì)量好壞，對加工精度影響 很大，應(yīng)盡量做到與頂尖孔軸線重合，頂尖接觸面積大、表面粗糙度低。否則，將會因工件與頂尖間的接觸剛度變化而產(chǎn)生加工誤差。因此經(jīng)常注意保持 .兩頂尖孔的質(zhì)量，是軸類零件加工的關(guān)鍵問題之一。 深孔加工后，因頂尖孔所處的實體材料已不復(fù)存在，所以采用帶頂尖孔的錐堵作為定位基準，為了保證支承軸頸與兩端錐孔的同軸度要求，需要應(yīng)用互為基準原則。如 CA6140 主軸車小端 1:20 錐孔和大端莫氏 6 號內(nèi)錐孔時，用的是與前支承軸頸相鄰而又是用同一基準加工出來的外圓柱表面為定位基面 (直接用前支承軸頸作為定位基準當然更好，但由于軸頸有錐度 ，在制造托架時會增加困難 )。工序 14 精車各外圓包括支承軸頸的 1:12 錐度時，即是以上述前后錐孔內(nèi)所配錐堵的頂尖作為定位基準面 。在工序 16 粗磨莫氏 6 號內(nèi)錐孔時，又是以兩圓柱表面為定位基準面，這就符合互為基準原則 。在工序 21 和 22 中，粗精磨兩個支承軸頸 1:12 錐度時，再次以粗磨后的錐孔所配錐堵的頂尖孔為定位基準 。在工序 23 中，最后精磨莫氏 6 號內(nèi)錐孔時，直接以精磨后的前支承軸頸和另一圓柱面為基準面，基準再一次轉(zhuǎn)換。隨著基準的不斷轉(zhuǎn)換，定位精度不斷提高。轉(zhuǎn)換過程就是提高過程，使加工過程有一次比一次精度更高的定位基準 面。基準轉(zhuǎn)換次數(shù)的多少，要根據(jù)加工精度要求而定。 第二節(jié) 風力發(fā)電機主軸加工工藝 一 、 主軸 毛坯的選擇和制造 鑒于普通 毛坯選擇 因素，我們可以采用鑄件和鍛件兩種。 下面我們分別 簡單介紹一下鑄造和鍛造 兩種毛坯制造方法并加以比較 。 鑄造： 將金屬熔煉成符合一定要求的液體并澆進鑄型里，經(jīng)冷卻凝固、清整處理后得到有預(yù)定形狀、尺寸和性能的鑄件（零件或毛坯）的工藝過程?，F(xiàn)代機械制造工業(yè)的基礎(chǔ)工藝。鑄造生產(chǎn)的毛坯成本低廉，對于形狀復(fù)雜、特別是具有復(fù)雜內(nèi)腔的零件，更能顯示出它的經(jīng)濟性；同時它的適應(yīng)性較廣，且具有較好的綜合機械性 能。但鑄造生產(chǎn)所需的材料（如金屬、木材、燃料、造型材料等）和設(shè)備（如冶金爐、混砂機、造型機、造芯機、落砂機、拋丸機等）較多，且會產(chǎn)生粉塵、有害氣體和噪聲而污染環(huán)境。 河海大學本科生畢業(yè)論文 風力發(fā)電機主軸加工工藝的研究 10 鑄造是人類掌握較早的一種金屬熱加工工藝，已有約 6000 年的歷史。公元前 3200 年，美索不達米亞出現(xiàn)銅青蛙鑄件。公元前 13～前 10 世紀之間，中國已進入青銅鑄件的全盛時期，工藝上已達到相當高的水平，如商代的重 875 千克的司母戊方鼎、戰(zhàn)國的曾侯乙尊盤和西漢的透光鏡等都是古代鑄造的代表產(chǎn)品。早期的鑄造受陶器的影響較大，鑄件大多為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、宗教、生活等方 面的工具或用具，藝術(shù)色彩較濃。公元前 513 年，中國鑄出了世界上最早見于文字記載的鑄鐵件 —— 晉國鑄鼎（約 270 千克重）。公元 8 世紀前后，歐洲開始生產(chǎn)鑄鐵件。 18 世紀的工業(yè)革命后，鑄件進入為大工業(yè)服務(wù)的新時期。進入 20 世紀，鑄造的發(fā)展速度很快，先后開發(fā)出球墨鑄鐵，可鍛鑄鐵，超低碳不銹鋼以及鋁銅、鋁硅、鋁鎂合金，鈦基、鎳基合金等鑄造金屬材料，并發(fā)明了對灰鑄鐵進行孕育處理的新工藝。 50 年代以后，出現(xiàn)了濕 砂高壓造型，化學硬化砂造型和造芯、負壓造型以及其他特種鑄造、拋 光 清理等新工藝。 鑄造種類很多，按造型方法習 慣上分為： ① 普通砂型鑄造，包括濕砂型、干砂型和化學硬化砂型 3 類。② 特種鑄造，按造型材料又可分為以天然礦產(chǎn)砂石為主要造型材料的特種鑄造（如熔模鑄造、泥型鑄造、鑄造車間殼型鑄造、負壓鑄造、實型鑄造、陶瓷型鑄造等）和以金屬為主要鑄型材料的特種鑄造（如金屬型鑄造、壓力鑄造、連續(xù)鑄造、低壓鑄造、離心鑄造等）兩類。鑄造工藝通常包括： ① 鑄型（使液態(tài)金屬成為固態(tài)鑄件的容器）準備，鑄型按所用材料可分為砂型、金屬型、陶瓷型、泥型、石墨型等，按使用次數(shù)可分為一次性型、半永久型和永久型，鑄型準備的優(yōu)劣是影響鑄件質(zhì)量的主要因素； ② 鑄 造金屬的熔化與澆注，鑄造金屬（鑄造合金）主要有鑄鐵、鑄鋼和鑄造有色合金； ③ 鑄件處理和檢驗，鑄件處理包括清除型芯和鑄件表面異物、切除澆冒口、鏟磨毛刺和披縫等凸出物以及熱處理、整形、防銹處理和粗加工等。 鍛造： 利用鍛壓機械對金屬坯料施加壓力，使其產(chǎn)生塑性變形以獲得具有一定機械性能、一定形狀和尺寸鍛件的加工方法。鍛壓的兩大組成部分之一。通過鍛造能消除金屬的鑄態(tài)疏松，焊合孔洞，鍛件的機械性能一般優(yōu)于同樣材料的鑄件。機械中負載高、工作條件嚴峻的重要零件，除形狀較簡單的可用軋制的板材、型材或焊接件外，多采用鍛件。鍛造 按成形方法可分為： ① 開式鍛造（自由鍛）。利用沖擊力或壓力使金屬在上下兩個抵鐵（砧塊）間產(chǎn)生變形以獲得所需鍛件，主要有手工鍛造和機械鍛造兩種。 ② 閉模式鍛造。金屬坯料在具有一定形狀的鍛模膛內(nèi)受壓變形而獲得鍛件，可分為模鍛、冷鐓、旋轉(zhuǎn)鍛、擠壓等。按變形溫度鍛造又可分為熱鍛（加工溫度高于坯料金屬的再結(jié)晶溫度）、溫鍛（低于再結(jié)晶溫度）和冷鍛（常溫）。鍛造用料主要是各種成分的碳素鋼和合金鋼，其次是鋁、鎂、鈦、銅等及其合金。材料的原始狀態(tài)有棒料、鑄錠、金屬粉末和液態(tài)金屬等。金屬在變形前的橫斷面積與變形后的模斷面積之比稱為 鍛造比。正確地選擇鍛造比對提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本有很大關(guān)系。 與其他加工方法相比，鍛造有以下特點： （ 1）改善金屬組織，提高材料機械性能。因為鍛造是在高溫下的塑性變形，可消除材料的疏松、縮孔、偏析、發(fā)裂、氣泡等鑄造缺陷；把粗大的晶粒擊碎成細小的晶粒；使非金屬夾雜物的分布得到改善；易變形的硫化物形成流線，按鍛件形狀合理分布。 （ 2）節(jié)省金屬材料。鍛造是在外力作用下發(fā)生塑性變形，變形時使金屬材料通過流動轉(zhuǎn)移，把原材料變成接近零件的形狀，實現(xiàn)移多補少。 （ 3）具有較高的生產(chǎn)效率。因為在鍛造時，只經(jīng)過幾次鍛擊就完成 了塑性變形，使原材料變的接近于零件形狀，比切削加工一點一滴的去處多余材料要容易和快得多。 （ 4）具有較高的靈活性和適用范圍。可鍛造出形狀簡單、也可鍛造出形狀復(fù)雜、甚至精密的鍛件；鍛件的質(zhì)量可小至幾十克，大的可達數(shù)百噸以上；既可單件、小批量生產(chǎn)，也可成批大量的生產(chǎn)。 河海大學本科生畢業(yè)論文 風力發(fā)電機主軸加工工藝的研究 11 通過以上的分析我們可以得出： 一般說來， 鍛件 的力學性能 要高于 同材質(zhì)的 鑄件 力學性能。此外，鍛造加工能保證金屬纖維組織的連續(xù)性， 使鍛件的纖維組織與鍛件外形保持一致，金屬流線完整，可保證零件具有良好的力學性能與長的使用壽命采用精密模鍛、冷擠壓、溫擠壓等 工藝生產(chǎn)的鍛件，都是鑄件所無法比擬的。 綜上所述 ，對于我們需要加工的風力發(fā)電機主軸的毛坯制造選擇方法是鍛造中的自由鍛。 二 、 材料的選擇 鍛造生產(chǎn)用材料為鋼和有色金屬兩大類，常見的是鋼。鋼由生鐵冶煉而成，根據(jù)其成分的不同可分為碳鋼和合金鋼。鋼在冶煉時還伴有微量的有害雜質(zhì)元素：硫、磷等，應(yīng)加以限制。鋼的含碳量為~%，低于 %的稱為工業(yè)純鐵，高于 %的稱為生鐵。碳鋼是指鋼種除鐵外，還含有碳和一定量的硫、磷、硅、錳等元素的一類鋼。合金鋼是指在鋼中加入了一定量的合金元素 ，可以改善鋼的機械性能、工藝性能、物理性能和化學性能。加入的合金元素大都有：鉻（ Cr）、鎳（ Ni）、硅（ Si）、錳（ Mn）、釩（ V）、鉬（ Mo）、鎢（ W）等。根據(jù)合金總含量的多少，合金鋼又可分為三種：低合金鋼（含量低于 5%）、中合金鋼（含量為 5~10%）和高合金鋼（含量高于 10%）。 按照不同的用途鋼又可以分為結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼和特殊用途鋼。結(jié)構(gòu)鋼主要用于建筑工程結(jié)構(gòu)、制造機械零件；工具鋼主要用來制造各種工具、量具、刃具、模具等；特殊用途鋼則具有特殊的物理和化學性能，用于特殊的場合，如不銹耐酸鋼、耐熱不起皮鋼、磁性材料和電熱合金等 。 由于 風力發(fā)電機主軸要承擔很大的載荷， 較高 的耐磨性能，良好 的減震作用， 良好 的熱傳遞和 大的耐用度，故在毛坯材料選擇方面，我們選擇 結(jié)構(gòu)鋼 42CrMo，該優(yōu)質(zhì)鋼 強度、 淬透性高，韌性好，淬火時變形小，高溫時有高的蠕變強度和持久強度 。其化學成分為： 碳 C ： ～ ； 硅 Si： ～ ； 錳 Mn： ～ ； 硫 S ：允許殘余含量 ≤ ； 磷 P ：允許殘余含量 ≤ ； 鉻 Cr： ～ ； 鎳 Ni：允許殘余含量 ≤ ； 銅 Cu：允許殘余含量 ≤ ； 鉬 Mo： ～ 三 、 主軸毛坯自由鍛工序 任何形狀的鍛件，均可視為由原材料經(jīng)過一系列的鍛造變形而成的，也即其變形過程是由一系列的變形工序組成的。根據(jù)工序的變形性質(zhì)和變形過程的不同，自由鍛的工序可分為：基本工序、輔助工序、修整工序三類。 基本工序 使坯料發(fā)生較大的變形，獲得鍛件形狀、尺寸和性能的變形工序。如鐓粗、拔長、沖孔、擴孔、彎曲、扭轉(zhuǎn)、錯移、鍛焊等工序。 輔助工序 為完成基本工序，而使坯料預(yù)先產(chǎn)生某種變形的工序。如鋼錠預(yù)壓鉗把、倒棱、開坯、分段壓痕、壓肩等工序。 修整工序 為 達到鍛件圖的要求，用于最后精整鍛件形狀和尺寸的工序或糾正變形時產(chǎn)生的不需要變形的工序。如平整端面、校正彎曲、清除毛刺、鼓形滾圓等工序。 自由鍛造的基本工序分析如下： 鐓粗： 使坯料高度減小，橫截面積增大的變形工序稱為鐓 粗。它是鍛造工序中最重要的工序，也是許多其他鍛造變形工序的基礎(chǔ)， 如果 21 所示。 河海大學本科生畢業(yè)論文 風力發(fā)電機主軸加工工藝的研究 12 圖 21 鐓粗工藝 ：使坯料橫截面積（或部分）減小，長度增加的變形工序 稱為拔長。它是自由鍛最基本工序之一。拔長是通過逐次送進和反復(fù)轉(zhuǎn)動坯料，進行壓縮變形，相當于一系列局部鐓粗的組合?？梢娝呛馁M工時最多的變形工序。 有 平砧拔長和型砧拔長之分， 如圖 22 所示。 圖 22 拔長工藝 ：在芯軸上使空心坯長度增加，外徑（壁厚） 減小的變形工序稱為芯軸拔長。 同一般拔長相比 ，僅坯料不同， 為空心料，因此是拔長的一種變態(tài)工序，但又是它自身的工藝特點。芯軸拔長用于長筒形鍛件的成形。適用于鍛件長度和外徑之比大于 ，即 L。 ：利用沖子在經(jīng)過鐓粗的坯料上，沖出透孔或 不透孔的變形工序稱為 沖孔。沖孔工序用于圓環(huán)、套同等空心件的鍛制，用的工具為各種沖子， 如圖 23 所示。 圖 23 沖孔工藝 ：減小空心坯料壁厚，增大其內(nèi)外直徑的變形工序稱為擴孔。用于圓環(huán)形鍛件的鍛制。生產(chǎn)中河海大學本科生畢業(yè)論文 風力發(fā)電機主軸加工工藝的研究 13 當圓環(huán)形件的 D/d 時，均采用先沖小孔，后擴孔成形的工藝。擴孔的方法有：沖頭擴孔和芯軸擴孔兩種型式 ， 如圖 24 所示 。 圖 24 擴孔工藝 以上五個是風力發(fā)電機主軸毛坯制造加工的主要工序，通過這些過程可以得到質(zhì)地較好的主軸毛坯。 四、 主軸 毛坯的熱處理 熱處理順序安排為：正火 —— 高溫回火 — — 鍛造 —— 粗加工 —— 調(diào)質(zhì) —— 精加工 —— 表面淬火。 所用材料合金鋼 40CrMn 在鍛造之前，需要安排正火處理。其具體正火處理是：將鍛件加熱到 Ac3 或