【文章內(nèi)容簡介】 各類機電產(chǎn)品，大多是 種類繁多、性能各異的工程材料通過加工制成的零件構(gòu)成的。工程材料分為金屬材料和非金屬材料，其中金屬材料是工程中應(yīng)用最廣泛的。 金屬材料的性能包括使用性能和工藝性能。使用性能是指金屬材料在使用過程種應(yīng)具備的性能，它包括力 學(xué)性能（強度、塑性、硬度、沖擊韌度、疲勞強度等）、物理性能（密度、熔點、熱膨脹性、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性等）和化學(xué)性能（耐蝕性、抗氧化性等）。 工藝性能是金屬材料從冶煉到成品的生產(chǎn)過程中，適應(yīng)各種加工工藝（如冶煉、鑄造、冷熱壓力加工、焊接、切削加工、熱處理等）應(yīng)具備的性能。 軸類零件的材料及毛坯選擇 （ 1）材料的選擇 軸類零件材料常用 45 鋼；對于中等精度而轉(zhuǎn)速較高的軸，可選用 40Cr 等合金結(jié)構(gòu)鋼；精度較高的軸，可選用軸承鋼 GCr15 和彈簧鋼 65Mn 等；對于形狀復(fù)雜的軸，可選用球墨鑄鐵；對于高轉(zhuǎn)速、重載荷條件下 工作的軸，選用20CrMnTi、 20Mn2B、 20Cr 等合金滲碳鋼或 38CrMoAl 氮化鋼。 軸類零件的設(shè)計與加工工藝 6 軸類零件應(yīng)根據(jù)不同的工作條件和使用要求選用不同的材料并采用不同的熱處理規(guī)范（如調(diào)質(zhì)、正火、淬火等），以獲得一定的強度、韌性和耐磨性。 45 鋼是軸類零件的常用材料，它價格便宜經(jīng)過調(diào)質(zhì)（或正火）后，可得到較好的切削性能，而且能獲得較高的強度和韌性等綜合機械性能，淬火后表面硬度可達45～ 52HRC。 40Cr 等合金結(jié)構(gòu)鋼適用于中等精度而轉(zhuǎn)速較高的軸類零件，這類鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)和淬火后，具有較好的綜合機械性能。 軸承鋼 GCr15 和 彈簧鋼 65Mn，經(jīng)調(diào)質(zhì)和表面高頻淬火后，表面硬度可達 50～58HRC，并具有較高的耐疲勞性能和較好的耐磨性能，可制造較高精度的軸。 精密機床的主軸（例如磨床砂輪軸、坐標鏜床主軸）可選用 38CrMoAIA 氮化鋼。這種鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)和表面氮化后，不僅能獲得很高的表面硬度，而且能保持較軟的芯部，因此耐沖擊韌性好。與滲碳淬火鋼比較，它有熱處理變形很小，硬度更高的特性。 （ 2）毛坯的選擇 軸類零件可根據(jù)使用要求、生產(chǎn)類型、設(shè)備條件及結(jié)構(gòu)，選用棒料、鍛件等毛坯形式。 軸類零件最常用的毛坯是圓棒料和鍛件；有些大型軸或結(jié)構(gòu)復(fù)雜的 軸采用鑄件。鋼料經(jīng)過加熱鍛造后，可使金屬內(nèi)部獲得纖維組織，雜質(zhì)的分布也比較均勻，從而獲得較高的強度和韌性，故一般比較重要的軸，多采用鍛件。 常用圓棒料， 軸類零件可根據(jù)使用要求、生產(chǎn)類型、設(shè)備條件及結(jié)構(gòu)，選用棒料、鍛件等毛坯形式。對于外圓直徑相差不大的軸，一般以棒料為主；而對于外圓直徑相差大的階梯軸或重要的軸，常選用鍛件，這樣既節(jié)約材料又減少機械加工的工作量，還可改善機械性能。 根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模的不同，毛坯的鍛造方式有自由鍛和模鍛兩種。中小批生產(chǎn)多采用自由鍛，大批大量生產(chǎn)時采用模鍛。 鍛件 — 毛坯經(jīng)過加熱鍛造后，可使金屬內(nèi)部纖維組織沿表面均勻分布，獲得較高的抗拉強度、抗彎強度及抗扭強度； 鑄件 — 大型或結(jié)構(gòu)復(fù)雜的軸。 軸類零件的熱處理工藝 熱處理分為兩大類：①預(yù)備熱處理：目的是改善加工性能、消除內(nèi)應(yīng)力和為最終熱處理做好組織準備。一般安排在精加工之前。常用的方法有退火、正火、時效和調(diào)質(zhì)等。 ②最終熱處理：目的是提高材料的強度和硬度。常用的方法有：淬火、滲碳軸類零件的設(shè)計與加工工藝 7 淬火、滲氮淬火等。 軸類零件的加工性能和使用性能除與所選用鋼材種類有關(guān)外，還與所采用的熱處理方法有關(guān)。鍛造毛坯在加工前，均需 要正火或退火處理（碳的質(zhì)量分數(shù)大于w(c)=%的碳鋼和合金鋼），以使鋼材內(nèi)部晶粒細化，消除鍛造應(yīng)力，降低材料硬度，改善切削加工性能。 為了獲得較好的綜合力學(xué)性能，軸類零件常要求調(diào)質(zhì)處理。毛坯余量大時，調(diào)質(zhì)一般安排在粗車之后、半精車之前，以便消除粗車時產(chǎn)生的殘余應(yīng)力；毛坯雨量小時，調(diào)質(zhì)安排在粗車之前進行。如果進行局部表面淬火，一般安排在精車之前，這樣可糾正因淬火引起的局部變形。對于精度要求高的軸，早局部淬火后或粗磨后，還需進行低溫時效處理（在 160℃ 油中進行長時間的低溫時效），以保證尺寸的穩(wěn)定。 對于氮 化鋼（如 38GrMoAl） ，需在滲氮之前進行調(diào)質(zhì)和低溫時效處理。對調(diào)質(zhì)的質(zhì)量要求也很嚴格，不僅要求調(diào)質(zhì)后索氏體組織要均勻細化，而且要求離表面 8～10mm層內(nèi)鐵素體含量不超過 w(c)=5%，否則會造成氮化脆性而影響其質(zhì)量。 軸類零件應(yīng)根據(jù)不同的工作條件和使用要求選用不同的材料并采用不同的熱處理規(guī)范（如調(diào)質(zhì)、正火、淬火等），以獲得一定的強度、韌性和耐磨性。 45 鋼是軸類零件的常用材料，它價格便宜經(jīng)過調(diào)質(zhì)（或正火）后，可得到較好的切削性能，而且能獲得較高的強度和韌性等綜合機械性能，淬火后表面硬度可達45～ 52HRC。 40Cr 等合金結(jié)構(gòu)鋼適用于中等精度而轉(zhuǎn)速較高的軸類零件，這類鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)和淬火后，具有較好的綜合機械性能。 軸承鋼 GCr15 和彈簧鋼 65Mn，經(jīng)調(diào)質(zhì)和表面高頻淬火后，表面硬度可達 50～58HRC，并具有較高的耐疲勞性能和較好的耐磨性能，可制造較高精度的軸。 精密機床的主軸（例如磨床砂輪軸、坐標鏜床主軸）可選用 38CrMoAIA 氮化鋼。這種鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)和表面氮化后，不僅能獲得很高的表面硬度，而且能保持較軟的芯部，因此耐沖擊韌性好。與滲碳淬火鋼比較，它有熱處理變形很小，硬度更高的特性。 正火或退火：鍛造毛坯，可以細化晶粒，消除應(yīng)力，降低硬度，改善切削加工性能。 調(diào)質(zhì)處理：安排在粗車之后、半精車之前，已獲得良好的物理力學(xué)性能。 45 號鋼經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理后， 可得到較好的切削性能，而且能獲得較高的強度和韌性等綜合機械性能，淬火后表面硬度可達 45~52HRC。 軸類零件的設(shè)計與加工工藝 8 表面淬火：安排在精加工之前，這樣可以糾正因淬火引起的局部變形。 低溫時效處理：精度要求較高的軸類零件，在局部淬火或粗磨之后進行。 6 軸類零件 的 一般加工要求及方法 軸類零件加工工藝規(guī)程注意點 在學(xué)校機械加工實習(xí)課中，軸類零件的加工是學(xué)生練 習(xí)車削技能的最基本也最重要的項目，但學(xué)生最后完工工件的質(zhì)量總是很不理想，經(jīng)過分析主要是學(xué)生對軸類零件的工藝分析工藝規(guī)程制訂不夠合理。 軸類零件中工藝規(guī)程的制訂，直接關(guān)系到工件質(zhì)量、勞動生產(chǎn)率和經(jīng)濟效益。一零件可以有幾種不同的加工方法，但只有某一種較合理，在制訂機械加工工藝規(guī)程中，須注意以下幾點 ： （ 1） 零件圖工藝分析中，需理解零件結(jié)構(gòu)特點、精度、材質(zhì)、熱處理等技術(shù)要求，且要研究產(chǎn)品裝配圖，部件裝配圖及驗收標準。 （ 2） 滲碳件加工工藝路線一般為：下料→鍛造→正火→粗加工→半精加工→滲碳→去碳加 工（對不需提高硬度部分）→淬火→車螺紋、鉆孔或銑槽→粗磨→低溫時效→半精磨→低溫時效→精磨。 （ 3） 粗基準選擇：有非加工表面，應(yīng)選非加工表面作為粗基準。對所有表面都需加工的鑄件軸，根據(jù)加工余量最小表面找正。且選擇平整光滑表面，讓開澆口處。選牢固可靠表面為粗基準，同時，粗基準不可重復(fù)使用。 （ 4） 精基準選擇：要