鏈輪軸加工的問(wèn)題及難點(diǎn)分析

針對(duì)鏈輪軸零件加工過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，對(duì)加工方案進(jìn)行改進(jìn)，采用組合加工的方法，降低了加工難度和加工成本，達(dá)到了零件的尺寸和精度要求，提高了加工效率。

軸的主要功用是支承傳動(dòng)件(齒輪、鏈輪和帶輪等)、傳遞轉(zhuǎn)矩及承受載荷，其主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是長(zhǎng)度大于直徑，一般由同軸心的外圓、圓錐、內(nèi)孔、螺紋和鍵槽等組成。

1. 零件結(jié)構(gòu)及加工難點(diǎn)分析

鏈輪軸是我所設(shè)備SPL-1200印刷系統(tǒng)中烘干爐鏈輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的一種細(xì)長(zhǎng)軸，材料45鋼，調(diào)質(zhì)(T215)處理。零件直徑30mm，長(zhǎng)度1 171mm(見圖1)，長(zhǎng)徑比39，為細(xì)長(zhǎng)軸，剛性很差。加工要求兩端的尺寸精度φ 30 0-0.009mm，兩端φ 3 0 m m 外圓的同軸度0.02mm，表面粗糙度Ra=1.6μm。

 

 

圖1 鏈輪軸的結(jié)構(gòu)

從鏈輪軸的結(jié)構(gòu)可知，其最大的特點(diǎn)是剛性差，在加工過(guò)程中，切削力、切削熱和振動(dòng)等因素都將影響加工的尺寸精度和形位精度，加工難度大。該零件單臺(tái)產(chǎn)品需要18件，若采用常規(guī)的加工方法，加工周期長(zhǎng)，很難達(dá)到加工要求，容易造成零件的報(bào)廢，而且影響產(chǎn)品交付周期，增加了加工成本。

2. 加工時(shí)存在的問(wèn)題

在鏈輪軸試制時(shí)， 采用常規(guī)加工方法， 其加工工藝過(guò)程為：①下料。45鋼，毛坯尺寸φ 35mm×1 180mm。②熱處理。材料調(diào)質(zhì)處理。受熱處理工藝限制，調(diào)質(zhì)處理外部協(xié)作完成。③車。除兩端φ 30mm外圓留磨量外，其余各處車到尺寸。④銑。銑兩端鍵槽。⑤ 車。修研兩端中心孔。⑥ 外圓磨。頂磨兩端φ 30mm外圓達(dá)圖樣尺寸要求。⑦表面處理。黑色氧化處理。

由于鏈輪軸為細(xì)長(zhǎng)軸， 零件剛性差，結(jié)構(gòu)工藝性不好，車削時(shí)受切削力、裝夾力、自身重力、切削熱以及振動(dòng)等因素的影響，加工時(shí)會(huì)出現(xiàn)以下問(wèn)題：

(1)切削時(shí)產(chǎn)生的徑向切削力與裝夾徑向分力的合力會(huì)使工件彎曲，工件旋轉(zhuǎn)時(shí)引起振動(dòng)，從而影響加工精度和表面質(zhì)量。

(2)工件高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于離心力的作用，加劇了工件的彎曲和振動(dòng)。

(3)由于工件自重變形而加劇工件的自振，影響加工精度和表面質(zhì)量。

(4)鋼調(diào)質(zhì)處理造成毛坯彎曲變形，嚴(yán)重影響到后序的車削加工，需進(jìn)行校直處理，增加了加工成本。

若選用光軸加工，則鏈輪軸加工工藝過(guò)程變成：①定購(gòu)研磨光棒，保證尺寸公差。②車各處空刀、倒角。③銑兩端鍵槽。④表面氧化處理。由于光軸尺寸公差達(dá)不到0.009mm要求，并且鍍鉻光軸表面硬度能達(dá)到45HRC，造成后序鍵槽加工困難，所以該方法不太理想。

3. 解決方案

針對(duì)鏈輪軸在加工過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和使用要求，考慮采取組合焊接的加工方案。

根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)把零件拆分為3部分，如圖2、圖3所示。圖2為組合焊接圖，圖3為拆分件。將鏈輪軸拆分成3部分組焊而成。中間部分選用45鋼光軸，該部分加工工藝過(guò)程為： 定購(gòu)φ 30mm光棒→車兩端面，車兩端焊接工藝沉孔并倒焊接坡口。

 

 

圖2 鏈輪軸組焊圖

 

 

圖3 鏈輪軸拆分件

兩 端φ 3 0m m外圓有精度要求，部分選用45鋼毛坯加工而成， 其加工工藝過(guò)程為： ①下料。材料4 5 鋼， 毛坯尺寸φ 35mm×195mm。②熱處理。

材料調(diào)質(zhì)處理。③車。車兩端達(dá)尺寸要求;鉆中心孔，頂車外圓φ 30mm留磨量;車環(huán)槽成尺寸;車出焊接定位工藝把，倒焊接坡口。④銑鍵槽。⑤車。修研兩端中心孔。⑥ 外圓磨。雙頂， 磨φ 30mm外圓達(dá)圖樣尺寸要求。

等拆分的各件按圖樣加工完成后，把中間部分和兩端部分組裝在一起，以兩端中心孔為定位基準(zhǔn)，在雙頂夾持狀態(tài)下，用氬弧焊按圖樣組焊而成(見圖4)。

 

 

圖4 鏈輪軸焊接工裝示意圖

1.固定支座 2.前頂尖 3.鏈輪軸 4.后頂尖 5.調(diào)節(jié)支座 6.焊接平臺(tái)

為減少焊接變形，可采用預(yù)加熱和分層焊接的方法，在定位工裝上均勻旋轉(zhuǎn)工件，沿焊口均勻焊接，其工藝過(guò)程為：組合焊接→車(修平修光焊縫)→表面氧化處理。焊前要求校直光棒，用氬弧焊連續(xù)焊接牢固、可靠，焊完保證兩端φ 30mm同軸度不大于0.04mm，修平焊縫，保護(hù)零件表面。

4. 結(jié)語(yǔ)

對(duì)鏈輪軸的拆分組焊，降低了細(xì)長(zhǎng)軸的加工難度，比整體車削加工容易，節(jié)省了加工時(shí)間。

加工完成后檢測(cè)零件各處尺寸和精度，能夠達(dá)到圖樣要求。通過(guò)實(shí)際裝配，完全滿足設(shè)備的使用要求。改進(jìn)加工工藝后的鏈輪軸成品如圖5所示。

 

 

圖5 成品鏈輪軸

細(xì)長(zhǎng)軸的車削加工是機(jī)械加工中比較常見的一種加工方式。由于細(xì)長(zhǎng)軸剛性差，車削時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力、受熱變形較大，很難保證加工質(zhì)量。鏈輪軸的拆分與組焊加工為細(xì)長(zhǎng)軸的加工提供了一種解決思路，即根據(jù)細(xì)長(zhǎng)軸的實(shí)際結(jié)構(gòu)和使用要求，選擇相應(yīng)材料的光棒和研磨棒(45鋼、304不銹鋼等)，采用組合加工的方式來(lái)簡(jiǎn)化加工工藝，達(dá)到細(xì)長(zhǎng)軸的加工要求。