【摘要】本文是針對（duì）YKD2940 數控錐齒輪拉齒機工件主軸夾緊裝置的失（shī）效導致整個（gè）齒輪加工機床不能充分發揮起加工效能，製約了其弧齒錐齒輪加工機床的數控化改造和數控化技術的（de）應用（yòng）和發展。因此對其改（gǎi）進，以滿足生產，提高（gāo）效率。本文主要通過對液性介質定心夾具的原（yuán）材料（liào）性能，焊口性能，受（shòu）力分析和試驗來說明其磨耗和（hé）失效並對相關重要（yào）問題有詳細分析介紹。
  
 
      齒輪加工機床是加工各種圓柱齒輪、錐齒輪和其他帶齒零件齒部（bù）的機床（chuáng）。廣泛應用在汽車、拖拉機、機床、飛機和（hé）航天器等各種機械製造（zào）業中。我國齒輪加工機床品種（zhǒng）齊全（quán），基礎較好，具有相當的行業優（yōu）勢，全行業齒輪機床年（nián）產（chǎn）超過4000 台。本（běn）文研究的（de）是YKD2940 數控錐齒輪拉齒機的工件（jiàn）主軸夾緊裝（zhuāng）置。

      1 、機床簡介

      YKD2140 型數控弧齒錐齒輪粗切（qiē）機是一種新型、高效粗加工中型和大型非範成準雙曲麵齒輪和弧齒錐齒輪機床。本（běn）項目新研究的主軸夾緊裝（zhuāng）置，主要在YKD2140 型數（shù）控弧齒錐齒（chǐ）輪粗切機上試用。本機床是一種靈活方（fāng）便的專門化機床，適用於品種的大批（pī）輛生產。

      圖1 YKD2140 型數控數控錐齒輪拉齒機
 

     2 、內套疲勞失效分析

    夾緊裝置的主要失效形式（shì）是在工作一（yī）段時（shí）間後（一般是7-30天），內套（tào）不能與主軸分離而影響（xiǎng）主軸分（fèn）度。如圖2 所示的焊口（kǒu）部位磨損痕跡，說明內套已經產生明顯的塑性變形。

      圖2 夾緊裝置取樣照片

     內套受力分（fèn）析得出內套在工作時的周向（xiàng）應力為174Mpa， 由於夾緊裝置的一般使用周期為20 天，其使用壽命經過計（jì）算大（dà）約為148000次（cì），說明內套（tào）的（de）失效屬於低周失效。

     失效（xiào）形式（shì）及使用壽命失效形式為累計塑性（xìng）變形超過設計（jì）要（yào）求導致內套（tào）彈性下降而失效。

 
     3 、內套熱處理對性能的影響

     3.1 焊（hàn）口處的（de）組（zǔ）織分（fèn）析

     焊口處受（shòu）力複雜（包括焊接應力、工作（zuò）應力和過盈（yíng）配合的（de）壓應力）有應力集（jí）中現象。而且焊口處的組織差異較大，存在強度低的區域，導致（zhì）內套在受力時焊口處（chù）的（de）局（jú）部區域出去塑性（xìng）變形狀態。

     3．2 夾緊裝置（zhì）的油壓試驗
 

     從以下試驗數據中可以看（kàn）出（chū），在第一次加（jiā）壓循環時，內套（tào）就出現參與變形，雖然隻是（shì）微量的塑性變形，但在循環載荷的反複作用下，積累塑性變形量將逐漸增大。如表格1 所示，最終導致失效。

       表1 內套內徑的變化（huà）與油壓的關係數（shù）據

     注：1號HRc 42———43；2號HRc 46———47 中間（jiān）不加筋；3號HRc 46———47

     4 、顯微組織分析

     4.1 內套過盈的材料為：覫15mm 棒料，材料為60Si2Mn 為彈簧鋼，因此套的工作應力（lì）必須在彈（dàn）性範圍內以避免產生塑性變形（xíng），因此彈性極限盡量提高，又由於（yú）內套在交（jiāo）變載荷下工作（zuò），所以要求材料應具有較高的疲（pí）勞強度。

     原材料組織（zhī）：鐵素體（帶狀）+珠光體（圖3）

     圖（tú）3 60Si2Mn 原材料（liào）組織照片
 

     4.2 鍛後退火組織（zhī）

     為了保證組織的均勻性， 采用鍛後球（qiú）化退火工藝以提高疲勞性（xìng）能。

     球化退火工藝：850℃，保溫2-3 小時。爐溫至720℃，保（bǎo）溫4-5 小時。爐（lú）冷至500℃出爐。組（zǔ）織：珠光體+鐵素體（tǐ）（圖4）

     圖4 球化退火後的組織照片

 
     4.3 淬火回火後組織

     為了提高（gāo）彈性極限（xiàn），采取（qǔ）淬火後種溫回火工藝：淬火加熱806℃，保溫20 分鍾。油冷，回火460℃保溫4 小時空冷。由於組織會有少量鐵塑體，將會降低疲勞強度。組（zǔ）織：回（huí）火（huǒ）屈氏體+少量鐵素（sù）體在（圖5）

      圖5 淬火+回火後的組織

     由於采用油液介質，且（qiě）該夾具（jù）在工作時還承受扭矩（120Kg/m）因此為（wéi）了防止漏油不能采用密封圈，而采用焊接，本夾具（jù）采用（yòng）的是氬弧焊。

     5 、夾緊（jǐn）裝置的改進

   
     本夾緊裝置用（yòng）液性介質定心（xīn）夾具，這種（zhǒng）夾具已廣泛應用於要（yào）求高定（dìng）心精度的加工中心。它的特點是靠液性介質傳遞（dì）壓強，迫使彈性元件均勻變形而將工件定心，夾緊的。這種機（jī）構（gòu）夾緊可（kě）靠，定心精度（dù）高，一般可保證同軸度在0.01-0.02mm 之內。這是一般（bān）彈簧卡頭或芯軸難以達到（dào）的，但彈性元件的變形量較（jiào）小，故自使用於精加（jiā）工。這種（zhǒng）夾具在使用時還應注意，為了防油的滲漏，同時保證能承受150 Mpa 的扭矩，我們（men）考慮采用內套（tào）和外套過盈配合來取代焊接。

     若去除焊接，用增大內套和外套（tào）的過（guò）盈量的方法來（lái）承受工作時產生的（de）扭矩，再用電子束焊來（lái）代替氬弧焊，以防止（zhǐ）漏油。由於真空電子束焊接，氣體非（fēi）常純淨，焊縫所含（hán）氧、氮、氫量遠較氬氣焊低，在加以其（qí）熱影響區很狹窄及晶粒長大減小到最低程度，所以整個焊（hàn）接（jiē）接頭性能良好。