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車床方刀（dāo）架的表麵熱處理工藝研究

2016-11-10 來源：武漢理（lǐ）工大學能源與（yǔ）動（dòng）力工程學院作者：白洋鄭衛剛

摘要：傳統車床方（fāng）刀架在使用過程中經常出現偏（piān）移（yí）現象，主要原因是小（xiǎo）滑板銷孔套筒耐磨（mó）性差，磨（mó）損（sǔn）嚴重，降低了加工精度（dù）和工作效率。通過（guò）表（biǎo）麵熱處理工藝強化45 4鋼，使其耐磨性增強，從而解決了生產中車床（chuáng）方刀架的偏移問題。

關鍵詞：車床方刀架；磨損；表麵熱處理

傳（chuán）統車床是工業生產的重要設備，車床表麵熱處理技術在車床生（shēng）產中占有（yǒu）重要地位。車床的方刀架對車床的加工精度影響很大，然（rán）而方刀架在使用中的（de）偏移、磨損等問題都將影響產品的加工精度，降低（dī）生產效率。本研究主要對車床的方刀架表麵熱處理工藝進行分析，探討解決方刀架耐磨性差的問題。

1. 車（chē）床方刀架結構

車床方刀架結構如圖1所示。

圖1方刀（dāo）架（jià）結構

1．凸輪（lún）；2、6、13．彈簧；3．墊圈；4．套筒的外花鍵；

5．套（tào）筒的內花鍵（jiàn）；7．軸（zhóu）；8．跨銷；9．架體；10．手柄；

11．銷；12．滾珠；14．小滑板；15．定位銷

2.車床方刀架產生偏移的原因

車床在（zài）長期使（shǐ）用過程中往往需要更換刀（dāo）具，傳統車床更換刀具時需要依靠刀架手柄的轉動來實現，由於刀（dāo）架手柄部分的頻繁旋轉，使銷（xiāo）孑L套與定（dìng）位銷之間容易產生過度磨（mó）損，橫截麵由圓形成為橢圓形，導致方刀架運動（dòng）時經常產生一定的偏移量。此偏移對工件加工精度影響很大，如操（cāo）作人（rén）員采用手動調節的方（fāng）法（fǎ）調整這一偏（piān）移量需（xū）要一定（dìng）的輔助時間，影響加工效（xiào）率。

傳統CA6140車床小（xiǎo）滑板磨損如圖2所示。從圖2中可以（yǐ）看到銷孑L套（tào）磨（mó）損嚴重，其截麵幾乎為橢圓形。

圖2銷孔套（tào）磨損

3. 車（chē）床方刀架偏（piān）移解決方案

磨損是機械零（líng）件的主要失效形式之一，在一定磨（mó）損條件下，影響鋼耐磨性的因素很多，包括工作條件(載荷速度、運動等)、潤滑狀態、環境因素(溫度、濕度、周圍介質（zhì）等)、材料因素(成分、力學（xué）性能等)、零件表麵質量和物理化學特（tè）性等。為了提高鋼的表麵硬度和耐磨性，傳統的做法是采用淬火和回火工藝（yì）進行處（chù）理。通過對銷孔套筒磨損的情況分析可知，普通熱處理方法不能滿足車床方刀架長（zhǎng）期使用的要求舊J。下麵探討兩種熱處理工藝對45。鋼硬度和耐磨性的影響，以提高45。鋼小滑板銷孔套筒的耐磨性能（néng）。

3．1亞臨界（jiè）淬火

在提高鋼的強度和韌性的同時也會提高其耐磨性。亞臨界淬（cuì）火的淬火溫（wēn）度範圍在AC3兩相區(奧（ào）氏體+鐵素體相區)，由於鐵素體相的存在（zài），使工件具有良好的韌（rèn）性；亞臨界淬火溫度（dù）下，淬火後馬氏體的含碳量比（bǐ）傳統淬火形成馬（mǎ）氏體的含（hán）碳量（liàng）高(馬氏體形成硬度高的奧氏體要（yào）經過預熱)，亞（yà）臨界淬火和高溫回火加熱比（bǐ）傳統的退火或正（zhèng）火效果更好。因此，如果采取適當的預熱+亞溫淬火工藝，可以提高（gāo）鋼（gāng）的（de）強度和韌性，即（jí）提高其耐磨性。

45.鋼亞l臨界淬火與傳統淬火的力學性能比較見表1。圖3所（suǒ）示為XJl一02立式金相顯（xiǎn）微鏡觀察到的45。鋼730℃亞臨界淬火、770℃亞溫（wēn）淬火工藝處理後（hòu）的鋼顯（xiǎn）微組織。分析表l可（kě）知，45’鋼的770℃亞溫淬火+200 oC回火樣品的強度、韌性遠遠高於850℃傳（chuán）統淬火+200℃回火；此外，45。鋼730℃亞臨界淬火+200 oC回火（huǒ）樣（yàng）品的強度、韌性高於（yú）傳統850℃淬火+560℃回火。說明（míng）了45。鋼的強度和韌性在（zài）適當的熱處理條（tiáo）件下（xià）得到了加（jiā）強，將其用（yòng）作銷孔套管能顯著提高耐磨性。

圖3 45。鋼工藝處理顯微組織

表1 45。鋼亞I臨界淬火和傳統淬火後（hòu）的力學性能（néng）比較

3．2表麵（miàn）處理

零件（jiàn）表麵質量是影響其耐磨（mó）性（xìng）的（de）重要因（yīn）素之一，通過表（biǎo）麵處理可以很好地解決銷孔套的磨損問題。加熱或機械／jⅡ-r_表（biǎo）麵處理技術（shù）不改變材（cái）料表（biǎo）麵（miàn）的化學成分，但可以（yǐ）改變其結（jié）構和性能，表麵處理可使零件（jiàn）獲（huò）得一定深度（dù）的表麵硬化層，而且其中心部分（fèn）仍保持良好的韌性（xìng），從而提高零件的耐磨性。通過采用幾種不同（tóng）的表麵處理（lǐ）工藝，對45。鋼的耐磨性進行研究，可以（yǐ）得出45’鋼在不同（tóng）表麵處理條件下的性能差異H J。采用不（bú）同表麵處理工藝對（duì）454鋼樣品(調（diào）質態)進行處理的結果見表（biǎo）2，為便於比較對（duì）數據進行了歸一化處理，幾種工藝處理樣品性（xìng）能之間的比較見表3。其中，碳氮共滲處理采用RR叮25—9T井式氣體滲碳爐（lú），煤油分解（jiě）氣作為滲碳劑，液氨（ān）(氣（qì）化後，幹燥)作為滲（shèn）氮劑；采用GJ—l橫流激光器，其輸出功率500～2 000 W，連續可調（diào），光斑直徑為3 mm，激（jī）光淬火試樣表麵做磷化處理。表2中，P和V分別為激（jī）光功率（lǜ）和掃描速度；P1和（hé）P2分別是（shì）氧氣和乙炔氣體的壓力；Q1和（hé）Q2分別（bié）是（shì）氧氣和（hé）乙炔氣體流量；綜（zōng）合係數是將硬度值、耐磨性、耐腐蝕性除以3所獲得的成本（běn）值（zhí）。從表2可以（yǐ）看出，454鋼在不同的表麵處理工藝條件下可（kě）得出不同的硬化層深度和硬化範圍，采用表麵處理工藝可提高試樣的硬化層深度。從表3可以看出，由於表麵處理工藝的改進，大大（dà）改善了（le）樣品（pǐn）處（chù）理表麵（miàn）的性能，提高了樣品的硬度和耐磨性。其中，激光熔覆可提（tí）高試樣的耐磨性，但成本最高；高頻淬火也能提（tí）高耐磨性，且與其他工藝相比成本最（zuì）低（dī）。對普（pǔ）通（tōng）車（chē）床（chuáng）的小滑板銷（xiāo）孔套來說，這幾種表麵處理工藝都可（kě）以提高其耐磨性能，延長部件使用壽命，從而解決生產中的（de）實際問題。

表（biǎo）2表麵處理工藝條件（jiàn）

表3 幾種工藝的樣品性能

4. 結論

(1)在車床方刀（dāo）架的使用過程中，傳統的車床拖板經（jīng）常會出現一定的偏移量，這是由小滑板銷孔套過度磨損造成的。銷孔套管材料（liào）為45。鋼，經傳統淬火後，經過透射電鏡觀察其組織，其耐磨（mó）性沒有（yǒu）達到生（shēng）產要求。

(2)與傳統（tǒng）淬火相比，亞臨界淬火（huǒ）可以顯著提高45。鋼的強度、硬度、韌性，從而提（tí）高454鋼的耐磨性（xìng），如果將此工藝應用於（yú）銷孔，也（yě）可以大大提高其壽命周期。

(3)采用表麵熱處理可以提高454鋼的耐磨性，不同的表麵熱（rè）處理工藝成本也不同，生產企業可依據小滑板上銷孔套（tào）筒的具體要求選擇適當的表麵處理工藝。

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