細長軸類鍛件加工變形的原因以及解決辦法
2023-05-02 16:34:20
細長軸類鍛件精車切槽后彎曲變形，分析各個相關(guān)工序?qū)澢冃蔚挠绊?結(jié)果表明：校直后的殘余應(yīng)力是導(dǎo)致細長軸穹曲變形的主要原因。通過去應(yīng)力退火試驗和調(diào)整生產(chǎn)工序的方式，消除了殘余應(yīng)力，結(jié)合生產(chǎn)實際.確定調(diào)整后生產(chǎn)工序為最終解決方案。
近年來，我公司在加工細長軸鍛件中發(fā)現(xiàn)，鍛件毛坯粗車時外圓徑向圓跳動正常，而在隨后精車、切槽后檢測徑向圓跳動，軸類件產(chǎn)生變形，徑向圓跳動量嚴重超差。這種不合格現(xiàn)象出現(xiàn)頻次不多，但每次一旦出現(xiàn)都會有大約1/3的軸類件因精加工不合格而成為廢品，嚴重影響了車間生產(chǎn)的正常進行。本文針對上述情況，從各個角度進行分析，找出細長軸類件加工變形的原因，并提出切實可行的改善措施，從而保證了生產(chǎn)的順利進行。
我公司車間負責對某類型的二軸進行精加工，該軸總長637mm,最大外圓直徑為75mm,長徑比為8.5。操作人員在對某批次該二軸精車后切槽進行外圓徑向圓跳動進行檢測時，發(fā)現(xiàn)異常情況。機加工工藝要求：精車切槽后各外圓徑向圓跳動應(yīng)小于0.04mm，然而該批次有1/3精車切槽后外圓徑向圓跳動量超工藝要求0.04mm，嚴重的甚至有0.20mm。由于檢測不合格率過高，已經(jīng)超過加工允許誤差的范圍，并且嚴重影響了后續(xù)加工。
通過現(xiàn)場初步分析，導(dǎo)致二軸加工不合格的直接原因是該軸長徑比較大，加工時發(fā)生了彎曲變形，從而導(dǎo)致外圓的徑向圓跳動檢測不合格。為此，我們針對導(dǎo)致軸類件彎曲變形的工序逐步査找原因。
(1)機加工根據(jù)以往生產(chǎn)記錄，該二軸在我公司精車切槽后，從未出現(xiàn)大批零件外圓徑向圓跳動量不合格現(xiàn)象，且此次設(shè)備精車切槽時的切削量與以往參數(shù)完全相同，因此分析可知精車工序不是導(dǎo)致該軸變形的主要原因。而在精車之前的加工為毛坯件粗車，粗車工序要求：各外圓及端面對軸兩端中心孔的跳動不大于0.15mm，檢測粗車件，符合工藝要求。因此雖然在機加工的粗車、精車工序，從理論上講可能會由于中心孔錯位、進給量過大或是頂緊力過大導(dǎo)致軸加工彎曲變形，但綜合對比該軸的歷史生產(chǎn)參數(shù)，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—校直一拋丸一粗車一精車一最終熱處理。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(shù)完全相同，因此分析可知精車工序不是導(dǎo)致該軸變形的主要原因。而在精車之前的加工為毛坯件粗車，粗車工序要求：各外圓及端面對軸兩端中心孔的跳動不大于0.15mm,檢測粗車件，符合工藝要求。因此，雖然在機加工的粗車、精車工序，從理論上講可能會由于中心孔錯位、進給量過大或是頂緊力過大導(dǎo)致軸加工彎曲變形，但綜合對比該軸的歷史生產(chǎn)參數(shù)，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(yīng)力可能是導(dǎo)致后續(xù)機加工變形的主要原因，為了進一步驗證該推論，對該二軸粗車件進行去應(yīng)力退火試驗。
生產(chǎn)中對軸類件經(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(nèi)部出現(xiàn)了相互平衡的內(nèi)力，這些內(nèi)力在變形終止后，仍繼續(xù)保留在鍛件內(nèi)部，即成為殘余應(yīng)力。校直時，通過校直機向彎曲方向施加向下壓力，這時，軸的上層受到壓應(yīng)力，下層受到拉應(yīng)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(qū)，里層為彈性變形區(qū)。當軸類件校直后進行粗車、精車和切槽后，表面塑形變形區(qū)被去掉，殘余應(yīng)力的平衡遭到破壞，里層的彈性區(qū)開始恢復(fù)，殘余應(yīng)力重新分布，軸發(fā)生彎曲變形，導(dǎo)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(nèi)部保留了殘余應(yīng)力，如果不消除，會在后續(xù)的加工中引發(fā)新的變形。而該二軸的以往生產(chǎn)并沒有出現(xiàn)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(yīng)較少，校直引發(fā)的殘余應(yīng)力較小，同時由于生產(chǎn)安排，毛坯校直后可能在庫房中放置一段時間。通過在室溫下較長時間的停放，零件內(nèi)部的殘余應(yīng)力也可以得到釋放，因而以往該軸類件的生產(chǎn)未遇到大批不合格現(xiàn)象。去應(yīng)力退火是將工件加熱至Ac,以下某一溫度，保溫一定時間后冷卻，使工件發(fā)生回復(fù)，從而消除殘余內(nèi)應(yīng)力。此次利用該軸類件進行去應(yīng)力退火試驗消除了校直引發(fā)的殘余應(yīng)力，減小了彎曲變形。但去應(yīng)力退火時間長，我公司模具車間退火爐裝爐量較小，無法滿足正常的生產(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，采用強制吹風冷卻快冷到珠光體轉(zhuǎn)變的某一溫度，并保溫以獲得珠光體型組織。工件等溫正火時重新奧氏體化再結(jié)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(yīng)力，通過奧氏體化再結(jié)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(nèi)部的殘余應(yīng)力，為減小最終熱處理變形做準備。同時，我公司擁有5條等溫正火線能夠滿足正常的生產(chǎn)需要。將二軸校直后等溫正火，一方面保證了后續(xù)加工的正常進行，提升了產(chǎn)品加工合格率，另一方面節(jié)省了去應(yīng)力退火的費用，提高了生產(chǎn)效率。
該二軸的徑向圓跳動超差問題的解決，也為我公司其他類似細長軸類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(xiàn)彎曲變形而導(dǎo)致外圓徑向跳動超差的細長軸類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(xiàn)后續(xù)機加工時再沒有出現(xiàn)徑向圓跳動超差的現(xiàn)象。
通過對二軸機加工生產(chǎn)中外圓徑向圓跳動超差現(xiàn)象的分析和討論，可以得知：
(1)校直后產(chǎn)生的殘余應(yīng)力是導(dǎo)致彎曲變形的原因。
(2)去應(yīng)力退火和等溫正火都能消除工件內(nèi)部的殘余應(yīng)力，但去應(yīng)力退火時間較長。結(jié)合我公司的實際狀況，通過調(diào)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(nèi)部的殘余應(yīng)力，提高了工件機加工的合格率。
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