細(xì)長(zhǎng)軸類鍛件加工變形的原因以及解決辦法

細(xì)長(zhǎng)軸類鍛件精車切槽后彎曲變形，分析各個(gè)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(xì)長(zhǎng)軸穹曲變形的主要原因。通過去應(yīng)力退火試驗(yàn)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(shí)際.確定調(diào)整后生產(chǎn)工序?yàn)樽罱K解決方案。

      近年來，我公司在加工細(xì)長(zhǎng)軸鍛件中發(fā)現(xiàn)，鍛件毛坯粗車時(shí)外圓徑向圓跳動(dòng)正常，而在隨后精車、切槽后檢測(cè)徑向圓跳動(dòng)，軸類件產(chǎn)生變形，徑向圓跳動(dòng)量嚴(yán)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(huì)有大約1/3的軸類件因精加工不合格而成為廢品，嚴(yán)重影響了車間生產(chǎn)的正常進(jìn)行。本文針對(duì)上述情況，從各個(gè)角度進(jìn)行分析，找出細(xì)長(zhǎng)軸類件加工變形的原因，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。

      我公司車間負(fù)責(zé)對(duì)某類型的二軸進(jìn)行精加工，該軸總長(zhǎng)637mm,最大外圓直徑為75mm,長(zhǎng)徑比為8.5。操作人員在對(duì)某批次該二軸精車后切槽進(jìn)行外圓徑向圓跳動(dòng)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)異常情況。機(jī)加工工藝要求：精車切槽后各外圓徑向圓跳動(dòng)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(dòng)量超工藝要求（0.04mm),嚴(yán)重的甚至有0.20mm。由于檢測(cè)不合格率過高，已經(jīng)超過加工允許誤差的范圍，并且嚴(yán)重影響了后續(xù)加工。

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

      (1)機(jī)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(dòng)量不合格現(xiàn)象，且此次設(shè)備精車切槽時(shí)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(duì)軸兩端中心孔的跳動(dòng)不大于0.15mm,檢測(cè)粗車件，符合工藝要求。因此，雖然在機(jī)加工的粗車、精車工序，從理論上講可能會(huì)由于中心孔錯(cuò)位、進(jìn)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(duì)比該軸的歷史生產(chǎn)參數(shù)，可以排除機(jī)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(cè)。該二軸的生產(chǎn)材料為8620H，其標(biāo)準(zhǔn)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(duì)軸兩端中心孔的跳動(dòng)不大于0.15mm,檢測(cè)粗車件，符合工藝要求。因此，雖然在機(jī)加工的粗車、精車工序，從理論上講可能會(huì)由于中心孔錯(cuò)位、進(jìn)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(duì)比該軸的歷史生產(chǎn)參數(shù)，可以排除機(jī)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(jī)加工變形的主要原因，為了進(jìn)一步驗(yàn)證該推論，對(duì)該二軸粗車件進(jìn)行去應(yīng)力退火試驗(yàn)。

      生產(chǎn)中對(duì)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(shí)，通過校直機(jī)向彎曲方向施加向下壓力，這時(shí)，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(dāng)軸類件校直后進(jìn)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(huì)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?yàn)椴煌蔚男Ｖ绷看笮〔煌拢鲝澢冃涡?，校直壓下；相?yīng)較少，校直引發(fā)的殘余應(yīng)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。通過在室溫下較長(zhǎng)時(shí)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(shí)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(jìn)行去應(yīng)力退火試驗(yàn)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(shí)間長(zhǎng)，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(qiáng)制吹風(fēng)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(shí)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(zhǔn)備。同時(shí)，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(jìn)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(fèi)用，提高了生產(chǎn)效率。

      該二軸的徑向圓跳動(dòng)超差問題的解決，也為我公司其他類似細(xì)長(zhǎng)軸類鍛件機(jī)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(duì)以往出現(xiàn)彎曲變形而導(dǎo)致外圓徑向跳動(dòng)超差的細(xì)長(zhǎng)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(jī)加工時(shí)再?zèng)]有出現(xiàn)徑向圓跳動(dòng)超差的現(xiàn)象。

      通過對(duì)二軸機(jī)加工生產(chǎn)中外圓徑向圓跳動(dòng)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(shí)間較長(zhǎng)。結(jié)合我公司的實(shí)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(jī)加工的合格率。