絲杠熱處理工藝及熱處理設(shè)備選擇

絲杠是各類機(jī)床上的關(guān)鍵傳動(dòng)件, 是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)、定位功能部件。機(jī)床絲杠主要有梯形絲杠和滾珠絲杠2 大類。其中滾珠絲杠傳動(dòng)效率高, 動(dòng)作靈敏,進(jìn)給均勻平穩(wěn), 低速無爬行, 定位精度與重復(fù)精度高,使用壽命長(zhǎng), 廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床與加工中心。

1 服役條件和性能要求

滾珠絲杠工作時(shí)常承受彎曲、扭轉(zhuǎn)、疲勞、沖擊,同時(shí)在滑動(dòng)與轉(zhuǎn)動(dòng)部位承受摩擦作用。絲杠的損壞形式主要是磨損和疲勞, 因此其性能要求整體必須具有較好的綜合力學(xué)性能( 即一定的強(qiáng)度與韌性配合) 和高的尺寸穩(wěn)定性, 相關(guān)工作部位( 滾道、軸徑)要求具備高硬度、高強(qiáng)度和足夠的耐磨性。

2 選材

根據(jù)前面所述工件的服役條件和性能要求, 我們可以選擇表面硬化鋼( 如20CrMo、20CrMnTi 等)進(jìn)行表面滲碳淬火; 也可以選用軸承鋼( GCr15、GCr15SiMn) 或合金工具鋼9Mn2V 采用球化退火或調(diào)質(zhì)處理作為預(yù)先熱處理, 然后在工作部位進(jìn)行表面淬火, 這樣既可滿足整體性能要求, 又能保證工作部位高硬度、高強(qiáng)度和足夠的耐磨性要求。

采用前1 種方案, 雖然工作部位硬度、強(qiáng)度和耐磨性能夠滿足產(chǎn)品要求, 但工件整體強(qiáng)度不如后1種, 特別是針對(duì)承載較大的大直徑絲杠, 采用后1種方案可提高絲杠疲勞強(qiáng)度。但由于合金工具鋼9Mn2V 過熱敏感性大, 工藝性能不如軸承鋼, 因此,最好采用GCr15 材料。

3 合理安排冷、熱工序, 編制加工工藝路線由于采用GCr15 鋼表面淬火作為最終熱處理

工序, 必須在淬火前作好原始組織準(zhǔn)備。根據(jù)GB/T18254 ∀ 2002 高碳鉻軸承鋼、JB/ T 1225 ∀ 2001高碳鉻軸承鋼滾動(dòng)軸承零件熱處理技術(shù)條件規(guī)定, 確定球退或調(diào)質(zhì)作為材料預(yù)先熱處理。從加工過程冷熱工序的配合及尺寸、精度控制方面考慮, 必須在相應(yīng)階段進(jìn)行去應(yīng)力處理。因此,我們可將滾珠絲杠加工工藝路線進(jìn)行如下安排:

備料#球化退火#機(jī)加工( 粗車) # 調(diào)質(zhì)處理#去應(yīng)力退火( 高回) # 工作面表面淬、回火# 機(jī)加工( 粗磨) # 時(shí)效去應(yīng)力處理#機(jī)加工( 精磨) 。

4 熱處理工藝分析及質(zhì)量檢測(cè)

4. 1 球化退火

可采用井式電阻爐進(jìn)行球化退火, 為盡量減少變形, 在常溫下批量集中吊掛裝爐, 每爐約400~ 600 kg 左右; 退火溫度為( 800±10) % , 保溫4~ 6 h; 保溫結(jié)束, 以〈30 % / h 速度

緩慢降溫至( 720 ±10) % , 保溫6~ 8 h; 保溫結(jié)束,隨爐冷卻至500 % 以下, 將工件出爐空冷。退火后應(yīng)進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn), 用布氏硬度計(jì)檢驗(yàn)硬度,要求在179~ 207 HBS; 還應(yīng)用大型工具顯微鏡, 切片檢查, 要求球狀珠光體應(yīng)為2~ 4 級(jí); 最后用滾輪托架、百分表檢查變形量, 要求全長(zhǎng)變形量〈 1-5 mm。

4. 2 調(diào)質(zhì)處理( 選擇進(jìn)行)

使用和球退相同的加熱設(shè)備和裝爐方法, 在( 850±10) % , 保溫2 h, 油冷; 然后在( 680±10)%回火, 保溫3~ 4 h, 空冷。調(diào)質(zhì)后要用布氏硬度計(jì)測(cè)定硬度, 要求為235- 265 HBS; 還要用滾輪托架、百分表檢驗(yàn)變形量，要求不大于1-5 mm/ 全長(zhǎng)。

4. 3 去應(yīng)力退火

仍然用以上井式電阻爐,( 560±20) % , 保溫2~ 3 h, 保溫結(jié)束, 隨爐冷卻至500 % 以下, 將工件出爐空冷。此時(shí)就應(yīng)進(jìn)行變形量檢測(cè), 要求不大于0. 5 mm/全長(zhǎng)。

4. 4 工作面表面( 滾道) 和加工面(中心孔) 淬、回火

1) 工藝

首先對(duì)絲杠滾道進(jìn)行淬火, 應(yīng)制作與導(dǎo)軌外形尺寸相匹配的淬火感應(yīng)器, 使用頻率為2��� 5 kHz 感應(yīng)淬火機(jī)床, 其工藝參數(shù)為輸出功率( 75±5) kW，連續(xù)淬火的移動(dòng)速度為6~ 7 mm/ s。

其次對(duì)絲杠中心孔進(jìn)行淬火, 用氧氣���乙炔火槍,在目測(cè)800~ 850 % 加熱水冷淬火。然后用氧氣- 乙炔火槍仍用目測(cè)在300~ 400 % 加熱15 s 先回1 次火。

最后將絲杠在300 % 低溫烘箱中, 進(jìn)行( 160 ±20 ) % 回火, 保溫8 h, 出爐空冷。

絲杠淬、回火過程控制要求: 設(shè)備、感應(yīng)器調(diào)整完畢后, 裝夾工件, 按工藝參數(shù)范圍選擇一定參數(shù)進(jìn)行試件淬火, 檢查試件的質(zhì)量( 淬硬層深度、金相組織、表面硬度) 是否符合檢測(cè)要求規(guī)定; 試件淬火質(zhì)量符合檢測(cè)要求后, 按試件淬火實(shí)際工藝參數(shù)對(duì)批量工件進(jìn)行淬火; 對(duì)淬火后工件檢查變形量, 校直后進(jìn)行回火; 對(duì)回火后工件檢查表面硬度、變形量, 變形量不合格件進(jìn)行校直后再次回火處理, 直至變形量合格。

2) 質(zhì)量檢測(cè)要求

滾道表面硬度: 用洛氏硬度計(jì)檢查, 硬度為58~ 63 HRC;

中心孔表面硬度: 用60 HRC 銼刀檢查, 銼檢硬度應(yīng)為40~ 50 HRC。

滾道淬硬層深度: 滾道頂〉4 mm, 滾道底〉mm, 通常各部位加工余量為1 mm。成品最終淬硬層深度要求滾道底〉1 mm。

滾道淬硬層組織: 馬氏體( 1~ 5 級(jí)) + 殘余奧氏體+ 碳化物。

工件變形量: 〈 0. 4 mm/ 全長(zhǎng)。

4. 5 時(shí)效去應(yīng)力處理

1) 工藝: 使用300 % 低溫烘箱, 在140~ 160% , 保溫8~ 20 h, 出爐空冷。

2) 質(zhì)量檢測(cè)要求: 變形量& 0. 1 mm/ 全長(zhǎng); 檢測(cè)工具: 檢測(cè)平臺(tái)、塞尺。

5 結(jié)語(yǔ)

目前, 國(guó)內(nèi)各生產(chǎn)廠家廣泛采用上述方法進(jìn)行選材與產(chǎn)品熱處理。這樣通過合理的熱處理設(shè)備和熱處理工藝, 滾珠絲杠的整體剛性、表面強(qiáng)度與耐磨性等使用性能要求可以有效保障。良好的內(nèi)在性能配合高精度的磨削加工可保障滾珠絲杠尺寸精度和定位精度, 對(duì)應(yīng)用該產(chǎn)品的機(jī)床精度提高提供有效保證。