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科學技術論文

大型法蘭叉頭調質余量優化研究

時間:2019年07月18日 所屬分類:科學技術論文 點擊次數:

摘要:通過對大型法蘭叉頭調質余量進行優化研究,從熱處理工藝、硬度、力學性能、變形等方面進行分析,得出將法蘭叉頭型腔精加工后進行調質,可有效縮短其加工周期,降低生產成本,提高其力學性能,改善使用性能。 關鍵詞:法蘭叉頭;調質余量;切削加工 法蘭叉

  摘要:通過對大型法蘭叉頭調質余量進行優化研究,從熱處理工藝、硬度、力學性能、變形等方面進行分析,得出將法蘭叉頭型腔精加工后進行調質,可有效縮短其加工周期,降低生產成本,提高其力學性能,改善使用性能。

  關鍵詞:法蘭叉頭;調質余量;切削加工

河北煤炭

  法蘭叉頭是萬向接軸產品的關鍵零部件,其材料一般選用34CrNi1Mo、34CrNi3Mo等,因含有較高的Cr、Ni元素,調質后具有高硬度、高韌性的特點[1]。法蘭叉頭按常規熱處理工藝方法,在調質前僅加工簡單U型槽輪廓,調質后,還有大量的加工余量,因其調質后的高硬度、高韌性特點,使得切削加工十分困難,從而導致加工周期長,刀具消耗量大,加工成本高,成為生產加工瓶頸。另外,由于法蘭叉頭調質后加工余量大,淬硬層被去除量過多,其力學性能下降,使用性能不是最佳狀態。

  為了解決上述問題,基于法蘭叉頭以下兩個特點:(1)法蘭叉頭在調質前,工件處于鍛后正回火狀態,基體組織為珠光體型組織,硬度在170~200HBW之間,切削加工十分容易[2];(2)法蘭叉頭的型腔在工作中屬于非接觸面,其尺寸十分自由。從熱處理工藝、硬度、力學性能、變形等方面進行試驗,分析將法蘭叉頭型腔精加工后進行調質的可行性,以減少調質后的加工余量,達到優化調質余量的目的。

  1試驗材料及方法

  為驗證精加工型腔后調質的方案是否可行,選取4件直徑為1180mm、材料為34CrNi1Mo的法蘭叉頭進行試制,同時進行工藝試驗分析。將試驗件法蘭叉頭型腔以及法蘭盤處的環槽精加工完成,外圓、兩端面及軸承孔各單邊留調質余量5mm。為了盡量減少法蘭叉頭的調質變形,采用3000mm井式電爐進行調質。

  法蘭叉頭精加工型腔后,其結構形狀復雜,所以在調質工藝上,通過控制升溫速度,采用兩段均溫時間來減少升溫過程中因熱應力造成的變形,同時,回火結束后,隨爐冷卻一段時間后出爐,避免快速降溫造成變形。調質結束后,將法蘭叉頭進行噴丸處理,去除調質后的表面氧化皮,可保證型腔面以及法蘭盤處環槽等調制后的非加工面滿足表面粗糙度Ra6.3μm要求。

  2試驗結果及分析

  2.1調質硬度

  調質后,分別在法蘭叉頭的叉頭部、型腔外圓部、法蘭盤外圓部檢測調質硬度。從硬度檢測結果來看,法蘭叉頭各處調質硬度最低275HBW,最高292HBW,表面硬度均勻一致,滿足硬度差在40HBW以內的要求,此外,型腔的硬度達到280HBW左右,可顯著提高叉頭處的力學性能。

  2.2調質變形

  法蘭叉頭精加工型腔后調質,最大尺寸變形為3.52mm。使用4000mm立車對法蘭叉頭外圓橢圓度和端面跳動進行檢查。將4個叉頭分別編號為1號、2號、3號、4號,外圓橢圓度及端面跳動。叉頭外圓橢圓度以及端面跳動都較小,在調質工藝留量可控制范圍內。通過以上分析,法蘭叉頭的型腔精加工后進行調質,4件法蘭叉頭變形結果均勻一致,有規律可循,可通過調質工藝留量加工消除變形。

  2.3力學性能

  抽取2件法蘭叉頭,從法蘭盤處預留的試料區切環后取試進行力學性能檢測。對法蘭叉頭調質后表面硬度、變形情況、力學性能的檢測結果顯示,均能滿足設計技術要求,同時,由于型腔調質后不再加工,完整的保留了淬硬層,使得叉頭處的機械強度更高。

  3經濟效果分析

  將調質前加工型腔和調質后加工型腔兩種工藝方法從刀具消耗和加工周期兩個方面進行對比,通過現場實際調查。調質前加工型腔,法蘭叉頭為正回火狀態,工件切削性能更好,所需要的加工周期以及消耗的刀具都比調質后少,每件可縮短加工周期25%,可節約刀具消耗50%。

  4結論

  (1)通過優化熱處理工藝,采用多段均溫,限速升溫等方法,將法蘭叉頭精加工型腔后進行調質,其調質后的變形量、表面硬度、力學性能均滿足設計技術要求,可優化法蘭叉頭調質余量。

  (2)法蘭叉頭調質余量優化后,每件法蘭叉頭可縮短加工周期25%,可節約刀具消耗50%,有效解決了生產加工的瓶頸問題。

  (3)法蘭叉頭調質余量優化后,由于型腔調質后不再加工,完整地保留了淬硬層,使得叉頭處的力學性能更高,有效改善了法蘭叉頭的使用性能。

  參考文獻

  [1]孫琦琳.淺析合金元素在鋼中的作用[J].河北煤炭,1996(8):20-23.

  [2]徐林紅.難加工材料的可加工性分析方法的研究[D].武漢:武漢理工大學,2010.

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