臺(tái)階銷(xiāo)軸墩粗工藝的研發(fā)與應(yīng)用

馮艷 王通 殷文星

摘要：在液壓支架實(shí)際生產(chǎn)中，臺(tái)階銷(xiāo)軸使用普遍，但實(shí)際加工中需要利用車(chē)床切削加工銷(xiāo)軸毛坯，產(chǎn)生的廢料較多，浪費(fèi)情況嚴(yán)重。通過(guò)分析研究發(fā)現(xiàn)，可以利用一種墩粗工藝改變現(xiàn)有切削加工方式，重點(diǎn)研究解決臺(tái)階銷(xiāo)軸材料利用率低問(wèn)題，采用墩粗工藝，提高材料利用率，降低成本支出，提高生產(chǎn)效率。

Abstract： In the actual production of hydraulic support， the step pin shaft is commonly used， but in the actual processing， it needs to use lathe to process the blank of pin shaft， which produces more waste and serious waste. Through the research， it is found that a kind of pier rough process can be used to change the existing cutting processing mode， focusing on the research to solve the problem of low material utilization ratio of the step pin shaft， adopting the pier rough process to improve the material utilization ratio， reduce the cost expenditure and improve the production efficiency.

關(guān)鍵詞：切削;銷(xiāo)軸;墩粗;車(chē)床;液壓支架;工藝;毛坯

Key words： cutting;Pin;Pier coarse;lathe;hydraulic support;process;blank

中圖分類(lèi)號(hào)：TF142;TG333.17? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2020）23-0104-02

0? 引言

軸類(lèi)零件是常見(jiàn)的典型零件之一，是一類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)化的緊固件，既可靜態(tài)固定連接，亦可與被連接件做相對(duì)運(yùn)動(dòng)，主要用于兩零件的鉸接處，構(gòu)成鉸鏈連接。按軸類(lèi)零件結(jié)構(gòu)形式不同，一般可分為光軸、階梯軸和異形軸三類(lèi);或分為實(shí)心軸、空心軸等。

機(jī)械加工工藝流程是工件或者零件制造加工的步驟，采用機(jī)械加工的方法，直接改變毛坯的形狀、尺寸和表面質(zhì)量等，使其成為零件的過(guò)程稱(chēng)為機(jī)械加工過(guò)程。軸類(lèi)零件的技術(shù)要求主要是支撐軸頸和配合軸頸的徑向尺寸精度和形位精度，軸向一般要求不高。幾何形狀精度主要是圓度和圓柱度，一般要求限制在直徑公差范圍之內(nèi)。相互位置精度主要是同軸度和圓跳動(dòng);保證配合軸頸對(duì)于支撐軸頸的同軸度，是軸類(lèi)零件位置精度的普遍要求之一。

臺(tái)階軸的加工工藝較為典型，反映了軸類(lèi)零件加工的大部分內(nèi)容與基本規(guī)律。下面以液壓支架中的鉸接軸為例，介紹一般臺(tái)階軸的加工工藝。

1? 零件圖樣分析

圖1所示為鉸接銷(xiāo)軸，屬于一般階梯軸零件，由圓柱面和軸肩組成。此類(lèi)銷(xiāo)軸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在液壓支架生產(chǎn)制造中應(yīng)用較為廣泛。

2? 確定毛坯

本例銷(xiāo)軸為液壓支架鉸接軸，通常選用30CrMnTi材質(zhì)。30CrMnTi鋼的強(qiáng)度高、淬透性高，但沖擊韌性略低。主要用作滲碳鋼，滲碳后可降溫直接淬火，彎曲強(qiáng)度較高，耐磨性能好。常用于機(jī)械制造行業(yè)中截面較大的重負(fù)荷滲碳件及受力較大的齒輪、齒輪軸、蝸桿等。圖中Φ35圓柱面為非加工面，故應(yīng)當(dāng)選用Φ35圓鋼制作毛坯。

3? 確定主要表面的加工方法

鉸接軸大都是回轉(zhuǎn)表面，主要采用車(chē)削和外圓磨削成形。一般來(lái)說(shuō)，粗車(chē)的尺寸公差等級(jí)為（IT12～I(xiàn)T11），半精車(chē)為（IT10～I(xiàn)T9），精車(chē)為（IT8～I(xiàn)T7）。粗車(chē)的表面粗糙度Ra為25-12.5μm，半精車(chē)Ra為6.3-3.2μm，精車(chē)Ra為1.6-0.8μm（精車(chē)有色金屬Ra可達(dá)0.8-0.4μm）。圖1顯示該鉸接軸的主要表面的公差等級(jí)（IT8）較高，表面粗糙度Ra值（Ra=6.3）較小，固外圓表面加工粗車(chē)，將精加工前大量的加工余量去掉，再進(jìn)行半精車(chē)，滿(mǎn)足精加工的余量均勻性要求。

4? 確定定位基準(zhǔn)

合理的選擇定位基準(zhǔn)，對(duì)于保證零件的尺寸和位置精度有著決定性的作用。數(shù)控車(chē)床多采用三爪自定心卡盤(pán)、尾座頂尖、和液壓高速動(dòng)力卡盤(pán)等。

由于該鉸接軸主要配合表面對(duì)基準(zhǔn)軸線沒(méi)有徑向圓跳動(dòng)和端面圓跳動(dòng)的要求，并且該軸是實(shí)心軸，所以應(yīng)選擇三爪卡盤(pán)裝夾、頂尖定位。

該軸采用三爪卡盤(pán)裝夾圓鋼的毛坯外圓，車(chē)端面，頂錐固定后粗車(chē)Φ25外圓，留半精車(chē)余量1.0-1.5mm。

綜合上述分析，鉸接軸的工藝路線如下：

下料→車(chē)兩端面→粗車(chē)外圓→半精車(chē)外圓→鉆孔? ?熱處理→檢驗(yàn)

鉸接軸兩端面車(chē)削余量可取5mm，半精車(chē)余量可取1.5mm。加工尺寸可由此而定，見(jiàn)該軸加工工藝卡的工序內(nèi)容。

車(chē)削用量的選擇，單件、小批量生產(chǎn)時(shí)，可根據(jù)加工情況由工人確定;一般可由《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》或者《切削用量手冊(cè)》中選取。

由此可見(jiàn)，傳統(tǒng)臺(tái)階銷(xiāo)軸加工工藝需要7個(gè)工序來(lái)完成，工序較多，較為復(fù)雜，加工效率低，且由Φ35圓鋼毛坯加工至成品，至少產(chǎn)生廢料重量M=M毛坯-M成品=7.85Π×（35/2）2×130-7.85Π×[（25/2）2×120+（35/2）2×5]=0.98kg-0.5kg=0.48kg，占毛坯重量的49%，材料浪費(fèi)嚴(yán)重。

據(jù)統(tǒng)計(jì)常用的掩護(hù)式液壓支架單架銷(xiāo)軸種類(lèi)平均有30種，臺(tái)階銷(xiāo)軸種類(lèi)占比53%，單架銷(xiāo)軸數(shù)量平均100件，臺(tái)階銷(xiāo)軸占比64%。公司每年承攬近100種（約4700架）不同架型支架，由此可見(jiàn)臺(tái)階銷(xiāo)軸在液壓支架生產(chǎn)中種類(lèi)和數(shù)量需求龐大，同時(shí)因銷(xiāo)軸切削加工產(chǎn)生的材料浪費(fèi)也頗為嚴(yán)重。

通過(guò)研究分析，可以利用墩粗工藝改變現(xiàn)有機(jī)加工方式，重點(diǎn)研究解決臺(tái)階銷(xiāo)軸材料利用率低的問(wèn)題。鐓粗是使坯料高度減小而橫截面增大的鍛造工序。鐓粗的作用包括由橫截面較小的坯料得到橫截面較大而高度較小的鍛件;沖孔前增大坯料橫截面和平整端面;提高下一步拔長(zhǎng)時(shí)的鍛造比;提高鍛件的橫向力學(xué)性能和減少各向異性;反復(fù)鐓粗和拔長(zhǎng)以打碎合金工具鋼中的碳化物，使其分布均勻。

墩粗工藝的實(shí)施應(yīng)用包括上模組件和下模組件。上摸組件借用壓力機(jī)模具，下模組件包括下模具和下模芯。使用鐓粗模具加工銷(xiāo)軸臺(tái)階時(shí)，首先上模組件和下模組件安裝在壓力機(jī)上，安裝時(shí)確保上模腔的中心線和下模腔的中心線重合，然后將銷(xiāo)軸需要進(jìn)行加工成臺(tái)階的部位進(jìn)行加熱，加熱結(jié)束后，將銷(xiāo)軸首先放置到下模腔內(nèi)，此時(shí)啟動(dòng)壓力機(jī)，沖床帶動(dòng)上模組件滑行，從而銷(xiāo)軸的頂端進(jìn)入到上模腔內(nèi)，上模組件繼續(xù)滑行，對(duì)銷(xiāo)軸頂端施加向下的壓力，由于銷(xiāo)軸加工部位經(jīng)高溫加熱后，硬度低，易壓縮變形，在壓力機(jī)的擠壓下，加熱部位變形為臺(tái)階形狀。壓縮結(jié)束，冷卻成型后，沖床向上移動(dòng)，上模組件脫開(kāi)工件，將下模腔內(nèi)加工后的銷(xiāo)軸取出，鑄造程序完成。

鐓粗工藝采用與成品加工尺寸規(guī)格相同的圓鋼為毛坯，依據(jù)重量與體積公式m=pv計(jì)算所需材料長(zhǎng)度，制作上下工裝模具。

①首先對(duì)常見(jiàn)臺(tái)階銷(xiāo)軸尺寸范圍進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果調(diào)研具有加工能力的設(shè)備，最終確定臺(tái)式壓力機(jī)能夠滿(mǎn)足加工要求。

②按照銷(xiāo)軸墩粗計(jì)算公式（如圖2）計(jì)算鐓粗所需材料長(zhǎng)度：

銷(xiāo)軸鐓粗臺(tái)階加工方法采用適用鍛造加熱的中頻電源感應(yīng)圈進(jìn)行加熱，感應(yīng)圈長(zhǎng)度及孔徑與銷(xiāo)軸臺(tái)階長(zhǎng)度及毛坯直徑相匹配，以保證最佳加熱效果，防止出現(xiàn)過(guò)燒，或欠熱影響熱鍛成型。感應(yīng)圈孔徑比毛坯外徑大1～1.5mm，同時(shí)要求坯料加熱時(shí)周邊間隙均勻;感應(yīng)圈長(zhǎng)度按臺(tái)階長(zhǎng)度的1.5～2倍設(shè)計(jì)，以保證銷(xiāo)軸臺(tái)階及銑扁尺寸鍛造成型充分，輪廓清晰。

綜上所述，墩粗工藝加工工藝路線如下：

下料→加熱→壓力機(jī)沖壓→鉆孔→熱處理→檢驗(yàn)

通過(guò)與傳統(tǒng)銷(xiāo)軸切削加工方式進(jìn)行對(duì)比，采用墩粗工藝，減少了車(chē)床加工的工序，同時(shí)，銷(xiāo)軸可直接采用Φ25圓鋼毛坯加工，避免了材料浪費(fèi)，材料利用率和采購(gòu)成本有效降低。

5? 結(jié)論

墩粗工藝的研究與應(yīng)用，將傳統(tǒng)切削加工方式轉(zhuǎn)化為更加簡(jiǎn)單有效地墩粗加工方式，進(jìn)一步提高了銷(xiāo)軸加工效率，避免了材料浪費(fèi)，有效解決了材料利用率低的問(wèn)題。同時(shí)減少了材料采購(gòu)價(jià)格，控制了采購(gòu)成本支出，降低了加工和人力成本，提升了產(chǎn)品機(jī)械性能，便于大批量生產(chǎn)，為今后的銷(xiāo)軸加工方式起到了參考作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]華茂發(fā).數(shù)控機(jī)床加工工藝[M].北京機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

[2]曾淑暢.機(jī)械制造工藝及計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)[M].北京：高等教育出版社，2003.

[3]周虹.數(shù)控車(chē)床編程與操作實(shí)訓(xùn)教程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2008.

[4]楊可楨，程光蘊(yùn)，李仲生.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，2006.

[5]趙美卿，王鳳娟.公差配合與技術(shù)測(cè)量[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2008.