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細長(cháng)軸類(lèi)鍛件加工變形的原因以及解決辦法

發(fā)布時(shí)間:2023-08-09 人氣:

細長(cháng)軸類(lèi)鍛件精車(chē)切槽后彎曲變形,分析各個(gè)相關(guān)工序對彎曲變形的影響.結果表明:校直后的殘余應力是導致細長(cháng)軸穹曲變形的主要原因。通過(guò)去應力退火試驗和調整生產(chǎn)工序的方式,消除了殘余應力,結合生產(chǎn)實(shí)際.確定調整后生產(chǎn)工序為最終解決方案。

微信圖片_20230809101850.jpg

      近年來(lái),我公司在加工細長(cháng)軸鍛件中發(fā)現,鍛件毛坯粗車(chē)時(shí)外圓徑向圓跳動(dòng)正常,而在隨后精車(chē)、切槽后檢測徑向圓跳動(dòng),軸類(lèi)件產(chǎn)生變形,徑向圓跳動(dòng)量嚴重超差。這種不合格現象出現頻次不多,但每次一旦出現都會(huì )有大約1/3的軸類(lèi)件因精加工不合格而成為廢品,嚴重影響了車(chē)間生產(chǎn)的正常進(jìn)行。本文針對上述情況,從各個(gè)角度進(jìn)行分析,找出細長(cháng)軸類(lèi)件加工變形的原因,并提出切實(shí)可行的改善措施,從而保證了生產(chǎn)的順利進(jìn)行。

      我公司車(chē)間負責對某類(lèi)型的二軸進(jìn)行精加工,該軸總長(cháng)637mm,最大外圓直徑為75mm,長(cháng)徑比為8.5。操作人員在對某批次該二軸精車(chē)后切槽進(jìn)行外圓徑向圓跳動(dòng)進(jìn)行檢測時(shí),發(fā)現異常情況。機加工工藝要求:精車(chē)切槽后各外圓徑向圓跳動(dòng)應小于0.04mm,然而該批次有1/3精車(chē)切槽后外圓徑向圓跳動(dòng)量超工藝要求(0.04mm),嚴重的甚至有0.20mm。由于檢測不合格率過(guò)高,已經(jīng)超過(guò)加工允許誤差的范圍,并且嚴重影響了后續加工。

      通過(guò)現場(chǎng)初步分析,導致二軸加工不合格的直接原因是該軸長(cháng)徑比較大,加工時(shí)發(fā)生了彎曲變形,從而導致外圓的徑向圓跳動(dòng)檢測不合格。為此,我們針對導致軸類(lèi)件彎曲變形的工序逐步査找原因。

      (1)機加工根據以往生產(chǎn)記錄,該二軸在我公司精車(chē)切槽后,從未出現大批零件外圓徑向圓跳動(dòng)量不合格現象,且此次設備精車(chē)切槽時(shí)的切削量與以往參數完全相同,因此分析可知精車(chē)工序不是導致該軸變形的主要原因。而在精車(chē)之前的加工為毛坯件粗車(chē),粗車(chē)工序要求:各外圓及端面對軸兩端中心孔的跳動(dòng)不大于0.15mm,檢測粗車(chē)件,符合工藝要求。因此,雖然在機加工的粗車(chē)、精車(chē)工序,從理論上講可能會(huì )由于中心孔錯位、進(jìn)給量過(guò)大或是頂緊力過(guò)大導致軸加工彎曲變形,但綜合對比該軸的歷史生產(chǎn)參數,可以排除機加工工序引發(fā)變形的可能。

      (2)原材料、正火及校直工序分析該二軸生產(chǎn)工序是:原材料下料一軋制一等溫正火—校直一拋丸一粗車(chē)一精車(chē)一最終熱處理。首先,原材料化學(xué)成分檢測。該二軸的生產(chǎn)材料為8620H,其標準化學(xué)成分和該批參數完全相同,因此分析可知精車(chē)工序不是導致該軸變形的主要原因。而在精車(chē)之前的加工為毛坯件粗車(chē),粗車(chē)工序要求:各外圓及端面對軸兩端中心孔的跳動(dòng)不大于0.15mm,檢測粗車(chē)件,符合工藝要求。因此,雖然在機加工的粗車(chē)、精車(chē)工序,從理論上講可能會(huì )由于中心孔錯位、進(jìn)給量過(guò)大或是頂緊力過(guò)大導致軸加工彎曲變形,但綜合對比該軸的歷史生產(chǎn)參數,可以排除機加工工序引發(fā)變形的可能。綜上分析可知:校直工序引發(fā)的殘余應力可能是導致后續機加工變形的主要原因,為了進(jìn)一步驗證該推論,對該二軸粗車(chē)件進(jìn)行去應力退火試驗。

      生產(chǎn)中對軸類(lèi)件經(jīng)常采用使鍛件產(chǎn)生反向彎曲的塑性變形的冷校直方法。由校直引起的相鄰晶粒位向的不均勻變形,使在鍛件內部出現了相互平衡的內力,這些內力在變形終止后,仍繼續保留在鍛件內部,即成為殘余應力。校直時(shí),通過(guò)校直機向彎曲方向施加向下壓力,這時(shí),軸的上層受到壓應力,下層受到拉應力,整體上保持力的平衡。軸的受壓部位外表層為塑形變形區,里層為彈性變形區。當軸類(lèi)件校直后進(jìn)行粗車(chē)、精車(chē)和切槽后,表面塑形變形區被去掉,殘余應力的平衡遭到破壞,里層的彈性區開(kāi)始恢復,殘余應力重新分布,軸發(fā)生彎曲變形,導致尺寸超差。因此,冷校直后雖然減少了零件彎曲,但也在零件內部保留了殘余應力,如果不消除,會(huì )在后續的加工中引發(fā)新的變形。而該二軸的以往生產(chǎn)并沒(méi)有出現大批次不合格產(chǎn)品,可能是因為不同批次的校直量大小不同所致,毛坯彎曲變形小,校直壓下;相應較少,校直引發(fā)的殘余應力較小,同時(shí)由于生產(chǎn)安排,毛坯校直后可能在庫房中放置一段時(shí)間。通過(guò)在室溫下較長(cháng)時(shí)間的停放,零件內部的殘余應力也可以得到釋放,因而以往該軸類(lèi)件的生產(chǎn)未遇到大批不合格現象。去應力退火是將工件加熱至Ac,以下某一溫度,保溫一定時(shí)間后冷卻,使工件發(fā)生回復,從而消除殘余內應力。此次利用該軸類(lèi)件進(jìn)行去應力退火試驗消除了校直引發(fā)的殘余應力,減小了彎曲變形。但去應力退火時(shí)間長(cháng),我公司模具車(chē)間退火爐裝爐量較小,無(wú)法滿(mǎn)足正常的生產(chǎn)需要,因此需要尋找其他便捷的解決辦法。我公司采用等溫正火,其原理是將鍛件毛坯加熱到奧氏體化后,采用強制吹風(fēng)冷卻快冷到珠光體轉變的某一溫度,并保溫以獲得珠光體型組織。工件等溫正火時(shí)重新奧氏體化再結晶,相鄰晶粒由于位向不同引起變形大小的不同而形成的殘余應力,通過(guò)奧氏體化再結晶,大大得到消除。等溫正火一方面改善了鍛件組織,促使晶粒均勻一致,另一方面也有效地消除了鍛件內部的殘余應力,為減小最終熱處理變形做準備。同時(shí),我公司擁有5條等溫正火線(xiàn)能夠滿(mǎn)足正常的生產(chǎn)需要。將二軸校直后等溫正火,一方面保證了后續加工的正常進(jìn)行,提升了產(chǎn)品加工合格率,另一方面節省了去應力退火的費用,提高了生產(chǎn)效率。

      該二軸的徑向圓跳動(dòng)超差問(wèn)題的解決,也為我公司其他類(lèi)似細長(cháng)軸類(lèi)鍛件機加工彎曲變形的解決提供了一種新的思路。在隨后的生產(chǎn)中,對以往出現彎曲變形而導致外圓徑向跳動(dòng)超差的細長(cháng)軸類(lèi)件也采用了在校直后再等溫正火的生產(chǎn)工藝,跟蹤發(fā)現后續機加工時(shí)再沒(méi)有出現徑向圓跳動(dòng)超差的現象。

      通過(guò)對二軸機加工生產(chǎn)中外圓徑向圓跳動(dòng)超差現象的分析和討論,可以得知:

      (1)校直后產(chǎn)生的殘余應力是導致彎曲變形的原因。

      (2)去應力退火和等溫正火都能消除工件內部的殘余應力,但去應力退火時(shí)間較長(cháng)。結合我公司的實(shí)際狀況,通過(guò)調整等溫正火和校直工序的順序,將校直工序放在等溫正火工序之前,有效地消除了工件內部的殘余應力,提高了工件機加工的合格率。

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