【文章內(nèi)容簡(jiǎn)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(zhǔn)的轉(zhuǎn)換有關(guān)，即先行工序必須為后續(xù)工序準(zhǔn)備好定位基準(zhǔn)。粗、精基準(zhǔn)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(shí)，還 應(yīng)注意下面幾點(diǎn) : (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(kāi)始就降低主軸剛度。 (2)就基準(zhǔn)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(guò)程中會(huì)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(lái)。 (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(huì)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(xué)本科生畢業(yè)論文 風(fēng)力發(fā)電機(jī)主軸加工工藝的研究 9 序之后進(jìn)行，以防在反復(fù)運(yùn)輸中碰傷主要表面。 (4)因主軸的螺紋對(duì)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(jìn)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(yàn)工序。檢驗(yàn)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(fèi)工時(shí)較多的工序前后，總檢驗(yàn)則放在最后。必要時(shí)，還應(yīng)安排探傷工序。 五 、 定位基準(zhǔn)的選擇 以兩頂尖孔作為軸類零件的定位基準(zhǔn)，既符合基準(zhǔn)重合原則，又能使基準(zhǔn)統(tǒng)一。所以，只要有可能，就盡量采用頂尖作為定位基準(zhǔn)。 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(zhǔn)的 。 兩頂尖孔的質(zhì)量好壞，對(duì)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(huì)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(wèn)題之一。 深孔加工后，因頂尖孔所處的實(shí)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(zhǔn)，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(zhǔn)原則。如 CA6140 主軸車小端 1:20 錐孔和大端莫氏 6 號(hào)內(nèi)錐孔時(shí)，用的是與前支承軸頸相鄰而又是用同一基準(zhǔn)加工出來(lái)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(zhǔn)當(dāng)然更好，但由于軸頸有錐度 ，在制造托架時(shí)會(huì)增加困難 )。工序 14 精車各外圓包括支承軸頸的 1:12 錐度時(shí)，即是以上述前后錐孔內(nèi)所配錐堵的頂尖作為定位基準(zhǔn)面 。在工序 16 粗磨莫氏 6 號(hào)內(nèi)錐孔時(shí)，又是以兩圓柱表面為定位基準(zhǔn)面，這就符合互為基準(zhǔn)原則 。在工序 21 和 22 中，粗精磨兩個(gè)支承軸頸 1:12 錐度時(shí)，再次以粗磨后的錐孔所配錐堵的頂尖孔為定位基準(zhǔn) 。在工序 23 中，最后精磨莫氏 6 號(hào)內(nèi)錐孔時(shí)，直接以精磨后的前支承軸頸和另一圓柱面為基準(zhǔn)面，基準(zhǔn)再一次轉(zhuǎn)換。隨著基準(zhǔn)的不斷轉(zhuǎn)換，定位精度不斷提高。轉(zhuǎn)換過(guò)程就是提高過(guò)程，使加工過(guò)程有一次比一次精度更高的定位基準(zhǔn) 面?；鶞?zhǔn)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(fēng)力發(fā)電機(jī)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(jiǎn)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(jìn)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(guò)程?，F(xiàn)代機(jī)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(duì)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(jì)性；同時(shí)它的適應(yīng)性較廣，且具有較好的綜合機(jī)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(jī)、造型機(jī)、造芯機(jī)、落砂機(jī)、拋丸機(jī)等）較多，且會(huì)產(chǎn)生粉塵、有害氣體和噪聲而污染環(huán)境。 河海大學(xué)本科生畢業(yè)論文 風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(dá)米亞出現(xiàn)銅青蛙鑄件。公元前 13～前 10 世紀(jì)之間，中國(guó)已進(jìn)入青銅鑄件的全盛時(shí)期，工藝上已達(dá)到相當(dāng)高的水平，如商代的重 875 千克的司母戊方鼎、戰(zhàn)國(guó)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(guó)鑄出了世界上最早見(jiàn)于文字記載的鑄鐵件 —— 晉國(guó)鑄鼎（約 270 千克重）。公元 8 世紀(jì)前后，歐洲開(kāi)始生產(chǎn)鑄鐵件。 18 世紀(jì)的工業(yè)革命后，鑄件進(jìn)入為大工業(yè)服務(wù)的新時(shí)期。進(jìn)入 20 世紀(jì)，鑄造的發(fā)展速度很快，先后開(kāi)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(duì)灰鑄鐵進(jìn)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(xué)硬化砂造型和造芯、負(fù)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(xí) 慣上分為： ① 普通砂型鑄造，包括濕砂型、干砂型和化學(xué)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(fù)壓鑄造、實(shí)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(zhǔn)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(zhǔn)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(yàn)，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(jī)械對(duì)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(jī)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(guò)鍛造能消除金屬的鑄態(tài)疏松，焊合孔洞，鍛件的機(jī)械性能一般優(yōu)于同樣材料的鑄件。機(jī)械中負(fù)載高、工作條件嚴(yán)峻的重要零件，除形狀較簡(jiǎn)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(kāi)式鍛造（自由鍛）。利用沖擊力或壓力使金屬在上下兩個(gè)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(jī)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(duì)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(diǎn)： （ 1）改善金屬組織，提高材料機(jī)械性能。因?yàn)殄懺焓窃诟邷叵碌乃苄宰冃?，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(xì)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(shí)使金屬材料通過(guò)流動(dòng)轉(zhuǎn)移，把原材料變成接近零件的形狀，實(shí)現(xiàn)移多補(bǔ)少。 （ 3）具有較高的生產(chǎn)效率。因?yàn)樵阱懺鞎r(shí)，只經(jīng)過(guò)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(diǎn)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?？慑懺斐鲂螤詈?jiǎn)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(dá)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(xué)本科生畢業(yè)論文 風(fēng)力發(fā)電機(jī)主軸加工工藝的研究 11 通過(guò)以上的分析我們可以得出： 一般說(shuō)來(lái)， 鍛件 的力學(xué)性能 要高于 同材質(zhì)的 鑄件 力學(xué)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(xué)性能與長(zhǎng)的使用壽命采用精密模鍛、冷擠壓、溫?cái)D壓等 工藝生產(chǎn)的鍛件，都是鑄件所無(wú)法比擬的。 綜上所述 ，對(duì)于我們需要加工的風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(jiàn)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(shí)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(jī)械性能、工藝性能、物理性能和化學(xué)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(jī)械零件；工具鋼主要用來(lái)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(xué)性能，用于特殊的場(chǎng)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(fēng)力發(fā)電機(jī)主軸要承擔(dān)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(qiáng)度、 淬透性高，韌性好，淬火時(shí)變形小，高溫時(shí)有高的蠕變強(qiáng)度和持久強(qiáng)度 。其化學(xué)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(guò)一系列的鍛造變形而成的，也即其變形過(guò)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(guò)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(zhǎng)、沖孔、擴(kuò)孔、彎曲、扭轉(zhuǎn)、錯(cuò)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(kāi)坯、分段壓痕、壓肩等工序。 修整工序 為 達(dá)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(shí)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(xué)本科生畢業(yè)論文 風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(zhǎng)度增加的變形工序 稱為拔長(zhǎng)。它是自由鍛最基本工序之一。拔長(zhǎng)是通過(guò)逐次送進(jìn)和反復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)坯料，進(jìn)行壓縮變形，相當(dāng)于一系列局部鐓粗的組合?？梢?jiàn)它是耗費(fèi)工時(shí)最多的變形工序。 有 平砧拔長(zhǎng)和型砧拔長(zhǎng)之分， 如圖 22 所示。 圖 22 拔長(zhǎng)工藝 ：在芯軸上使空心坯長(zhǎng)度增加，外徑（壁厚） 減小的變形工序稱為芯軸拔長(zhǎng)。 同一般拔長(zhǎng)相比 ，僅坯料不同， 為空心料，因此是拔長(zhǎng)的一種變態(tài)工序，但又是它自身的工藝特點(diǎn)。芯軸拔長(zhǎng)用于長(zhǎng)筒形鍛件的成形。適用于鍛件長(zhǎng)度和外徑之比大于 ，即 L。 ：利用沖子在經(jīng)過(guò)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(kuò)孔。用于圓環(huán)形鍛件的鍛制。生產(chǎn)中河海大學(xué)本科生畢業(yè)論文 風(fēng)力發(fā)電機(jī)主軸加工工藝的研究 13 當(dāng)圓環(huán)形件的 D/d 時(shí)，均采用先沖小孔，后擴(kuò)孔成形的工藝。擴(kuò)孔的方法有：沖頭擴(kuò)孔和芯軸擴(kuò)孔兩種型式 ， 如圖 24 所示 。 圖 24 擴(kuò)孔工藝 以上五個(gè)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)主軸毛坯制造加工的主要工序，通過(guò)這些過(guò)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