CN109175925A - 一体式高速转子轴的工艺制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一体式高速转子轴的工艺制造方法，属于机械领域，包括以下步骤：第一道粗车，通过车床对坯件轴进行粗加工，轴径留有余量，进行调质处理，调质处理包括淬火与高温回火，第二道半精车，通过数控机床对轴件加工，轴径留有余量，将坯件轴的齿轮部滚齿加工达到放磨余量；热处理，去预应力操作；第三道半精加工车削，留有余量；第一道粗磨，消除轴件弯曲度；油煮人工时效；第二道半精磨，消除微量弯曲；第四道精车，达到最后的图纸要求；第三道超精磨外缘，将轴件打磨至尺寸精度。使得加工出的转子轴具有高成品率、高精度、高硬度、高抗震性的优点。

Description

一体式高速转子轴的工艺制造方法

技术领域

本发明涉及机械领域，特别是涉及一体式高速转子轴的工艺制造方法。

背景技术

目前，中高速齿轮传动装置广泛应用于冶金、化学、石油工业中，作用主要是把主动电机输出的动力变矩增速，实现高转速动力输出，拖动相关设备运行。现有的高速齿轮装置，大多采用平行抽齿轮啮合实现增速功能，即以低速轴为输入轴，上面设置大齿轮，以高速轴为输出轴，上面设置小齿轮，大齿轮和小齿轮相互啮合。齿轮箱均采用油润滑，润滑油发生泄漏后，将影响齿轮、轴承等的使用寿命，而且还可能污染环境。而外部油、水等杂物进入齿轮箱后，将影响润滑油的使用性能，也会对齿轮、轴承运行产生影响。因此需要设计一体式的多齿高速转子轴从而减少与齿轮箱的组装复杂度，提高一体化的结合性，进而优化高速齿轮箱的品质。

高速转子轴承***空间振动轨迹较为复杂，但其振动信号多呈现平稳信号特征，例如纯失衡振动，以及对中不良、周期性切削激励、热变形、周期性环境干扰等因素导致的振动。因而一体化的高速转子轴的设计及加工对精度的要求较高，要求能够承受高达几万转的转速时产生的振动及激励变形。因而高质量、高精度的一体化高速转子轴的加工工艺则显得尤为重要。

公告号为CN102240832B的一种高温耐磨齿轮制造工艺，包括以下工序：A、齿坯加工；B、喷焊；C、外圆加工；D、轮齿加工；先制作出带有方形齿槽和方形齿结构的普通材料齿坯，再在方形齿槽内喷涂硬质合金材料，最后将方形齿部位加工为齿轮齿槽，该方法既加工出了硬质合金轮齿，又避免了制齿时刀具对硬质合金材料部位的切削，从而大大降低了对刀具的要求，同时最大限度地降低了对硬质合金材料的使用，有效地减少了高温耐磨齿轮的制造成本。

但上述为单独制造加工齿轮，并非齿轮自身与轴件为一体化固定，未展现在同一根轴上加工多种不同精度、尺寸、大小的齿轮的工艺方法，齿轮与轴分开加工的高速轴无法满足高速齿轮箱的装配需要，结构稳定性与硬度均不足以支撑上万转速的高速运转，震荡较大，且上述齿轮的加工过程为直接开槽滚齿，无回转余地，次品率较高，缺少循序渐进的操作优化，产品内部的预应力去除不足，产品内部易产生断裂与变形隐患，补偿定位不足。

发明内容

本发明的目的是提供一种一体式高速转子轴的工艺制造方法，使得加工出的转子轴具有高成品率、高精度、高硬度、高抗震性的优点。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一体式高速转子轴的工艺制造方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一：坯件成型，按照图纸要求选取合适尺寸的坯件；

步骤二：第一道车削，为粗车，通过车床对坯件轴进行粗加工，轴径留有余量为4～6mm，进行调质处理，调质处理包括淬火与高温回火，提高坯件轴的内部硬度，达到图纸要求；

步骤三：第二道车削，为半精车，通过数控机床对轴件加工，轴径留有余量为3～5mm，将坯件轴的齿轮部加工达到放磨余量；

步骤四：滚齿加工，通过展成法对齿轮部进行齿坯加工、齿槽加工；

步骤五：热处理，对粗车完毕的坯件轴进行淬火、喷丸、去预应力操作；

步骤六：第三道车削，为半精加工，通过数控机床对轴件加工，轴径留有余量为2.5mm～4mm；

步骤七：第一道磨床，为粗磨，消除轴件弯曲度，达到图纸要求；

步骤八：油煮处理，要求人工时效，油煮温度控制在100℃～180℃，时间依据轴件直径大小控制在24h左右，消除并释放猝火后轴件内的微观应力、机械加工残余应力等前道所有工序的内部应力；

步骤九：第二道磨床，为半精磨，将油煮完毕的轴件的微量弯曲与变形进行磨削加工，达到图纸要求；

步骤十：第四道车削，为精加工，通过数控机床对轴件处理，将尺寸精度、位置精度、连接精度，进行超精细车加工，达到最后的图纸要求；

步骤十一：第三道磨床，为超精磨外缘，将轴件打磨至尺寸精度。

通过采用上述技术方案，通过循序渐进的四道车与三道磨逐步对轴坯件进行处理，从而减少次品率，并在7次的逐步优化中补偿定位精度，保证加工质量，经检验达到图纸要求，整套工艺方案经济实惠，生产效率高，并通过油煮人工时效等热处理穿插在车磨处理过程中，去除并释放前道工序的内部应力，防止轴件开裂与变形，提高轴件寿命。

作为优选，步骤三所述的滚齿操作包括一下具体步骤：

a.多件加工，将几个齿坯串装在心轴上加工，可以减少滚刀对每个齿坯的切入切出时间及装卸时间；

b.采用径向切入，滚齿时滚刀切入齿坯的方法有两种:径向切入和轴向切入；

c.采用轴向窜刀和对角滚齿，负荷最重的刀齿磨损到一定程度时，将滚刀沿其轴向移动一段距离后继续切削。

通过采用上述技术方案，径向切入比轴向切入行程短，可节省切入时间，对大直径滚刀滚齿时尤为突出，滚刀参与切削的刀齿负荷不等，磨损不均，当负荷最重的刀齿磨损到一定程度时，应将滚刀沿其轴向移动一段距离后继续切削，以提高刀具的使用寿命。对角滚齿是滚刀在沿齿坯轴向进给的同时，还沿滚刀刀杆轴向连续移动，两种运动的合成，使齿面形成对角线刀痕，不仅降低了齿面粗糙度，而且使刀齿磨损均匀，提高了齿轮与刀具的使用寿命和耐用度，进一步优化了制造工艺。

作为优选，步骤五中包括喷丸，喷丸采用合金弹丸，硬度最低不小于6-7莫氏而且有一定的韧性，成圆率最低不小于90％，成圆率要求最低75％。

通过采用上述技术方案，如果将普通喷丸加工时破碎率较高，且加工强度较高的工件时几乎是一次破碎，成本较高，且合金弹丸以适应清理工件表面的不同要求；清理的灵活性大，容易清理复杂工件的内、外表面和管件的内壁，并且不受场地限制。

综上，本发明具有以下有益效果：

1.通过循序渐进的四道车与三道磨逐步对轴坯件进行处理，从而减少次品率；

2.并在7次的逐步优化中补偿定位精度，保证加工质量，经检验达到图纸要求，整套工艺方案经济实惠，生产效率高；

3.并通过油煮人工时效等热处理穿插在车磨处理过程中，去除并释放前道工序的内部应力，防止轴件裂纹与变形，提高轴件寿命。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

实施例：一体式高速转子轴的工艺制造方法，包括以下步骤：

步骤一：坯件成型，按照图纸要求选取合适尺寸的坯件；坯件一般选取直径略大于图纸要求的坯件，选取完毕后对坯件进行以下的逐步操作；

步骤二：第一道车削，为粗车，通过车床对坯件轴进行粗加工，轴径留有余量为4～6mm，125mm的粗车刀，切削速度为：119m/min，切削深度t＝2mm。并进行调质处理，调质处理包括淬火与高温回火，目的是提高坯件轴的内部硬度，达到图纸要求；

步骤三：第二道车削，为半精车，通过数控机床对轴件加工，轴径留有余量为3～5mm，将坯件轴的齿轮部达到放磨余量；半精车采用直径为：200mm的粗车刀，切削速度为：119m/min，切削深度t＝2.2mm。

步骤三的滚齿操作包括一下具体步骤：

a.多件加工，将几个齿坯串装在心轴上加工，可以减少滚刀对每个齿坯的切入切出时间及装卸时间。

b.采用径向切入，滚齿时滚刀切入齿坯的方法有两种:径向切入和轴向切入。径向切入比轴向切入行程短，可节省切入时间，对大直径滚刀滚齿时尤为突出。

c.采用轴向窜刀和对角滚齿，滚刀参与切削的刀齿负荷不等，磨损不均，当负荷最重的刀齿磨损到一定程度时，应将滚刀沿其轴向移动一段距离后继续切削，以提高刀具的使用寿命。对角滚齿是滚刀在沿齿坯轴向进给的同时，还沿滚刀刀杆轴向连续移动，两种运动的合成，使齿面形成对角线刀痕，不仅降低了齿面粗糙度，而且使刀齿磨损均匀，提高了齿轮与刀具的使用寿命和耐用度，进一步优化了制造工艺。

步骤四：滚齿加工，通过展成法对齿轮部进行齿坯加工、齿槽加工，切削速度为：133m/min，进给速度为：80mm/min；

步骤五：热处理，对粗车完毕的坯件轴进行淬火、喷丸、去预应力操作；步骤五的中包括喷丸，进行表面强化，即使用丸粒轰击工件表面并植入残余压应力，提升工件疲劳强度的冷加工工艺，喷丸采用合金弹丸，硬度最低不小于6-7莫氏而且有一定的韧性，成圆率最低不小于90％，成圆率要求最低75％。如果将普通喷丸加工时破碎率较高，且加工强度较高的工件时几乎是一次破碎，成本较高，且合金弹丸以适应清理工件表面的不同要求；清理的灵活性大，容易清理复杂工件的内、外表面和管件的内壁，并且不受场地限制。

步骤六：第三道车削，为半精加工，通过数控机床对轴件加工，轴径留有余量为2.5mm～4mm；精车采用直径为：125mm的精车刀，切削速度为：149.2m/min，切削深度t＝0.3mm。采用干式切削，使平面度达到：0.03mm，粗糙度为：Ra＝1.6μm；定位销孔的位置度为：0.03mm；

步骤七：第一道磨床，为粗磨，消除轴件弯曲度，达到图纸要求；

步骤八：油煮处理，要求人工时效，油煮温度控制在100℃～180℃，时间依据轴件直径大小控制在24h左右，将工件加热到150℃的温度，长时间保温后(10-24小时)随炉冷却，或在空气中冷却。它比自然时效节省时间，残余应力去除较为彻底，但相比自然时效应力释放不彻底，但效率更高，消除并释放猝火后轴件内的微观应力、机械加工残余应力等前道所有工序的内部应力；

步骤九：第二道磨床，为半精磨，将油煮完毕的轴件的微量弯曲与变形进行磨削加工，达到图纸要求；

步骤十：第四道车削，为精加工，通过数控机床对轴件处理，将尺寸精度、位置精度、连接精度，进行超精细车加工，达到最后的图纸要求；精车采用直径为：200mm的精车刀，切削速度为：149.5m/min，切削深度t＝0.3mm。采用干式切削，使平面度达到：0.05mm，粗糙度为：Ra＝3.2μm；

步骤十一：第三道磨床，为超精磨外缘，将轴件打磨至尺寸精度。用直角附件加工各个侧面，用延伸附件加工齿轮平面，注：在加工前检测附件精度，补偿附件的定位和回转精度。保证定位精度在0.005mm/500mm以下。

高速转子轴上还包括轴承孔，各定位销孔；精镗轴承孔采用防震镗杆。镗刀直径分别为￠85.960+0.025、￠101.960+0.025、￠138.20+0.025、￠138+0.01+0.04、￠148+0.01+0.04、￠1700+0.03，切削速度均为：110m/min，切削深度均为t＝0.15mm。轴承孔之间的间距公差达到0.03mm；轴承孔与轴封孔的同轴度达到：0.03mm；粗糙度为：Ra＝2.0μm；采用切削液切削，切削液型号为巴索870，12％的水溶液；

通过循序渐进的四道车与三道磨逐步对轴坯件进行处理，从而减少次品率，并在7次的逐步优化中补偿定位精度，保证加工质量，经检验达到图纸要求，整套工艺方案经济实惠，生产效率高，并通过油煮人工时效等热处理穿插在车磨处理过程中，去除并释放前道工序的内部应力，防止轴件开裂与变形，提高轴件寿命。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本发明做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (3)

1.一体式高速转子轴的工艺制造方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一：坯件成型，按照图纸要求选取合适尺寸的坯件；

步骤二：第一道车削，为粗车，通过车床对坯件轴进行粗加工，轴径留有余量为4～6mm，进行调质处理，调质处理包括淬火与高温回火，提高坯件轴的内部硬度，达到图纸要求；

步骤三：第二道车削，为半精车，通过数控机床对轴件加工，轴径留有余量为3～5mm，将坯件轴的齿轮部加工达到放磨余量；

步骤四：滚齿加工，通过展成法对齿轮部进行齿坯加工、齿槽加工；

步骤五：热处理，对粗车完毕的坯件轴进行淬火、喷丸、去预应力操作；

步骤六：第三道车削，为半精加工，通过数控机床对轴件加工，轴径留有余量为2.5mm～4mm；

步骤七：第一道磨床，为粗磨，消除轴件弯曲度，达到图纸要求；

步骤八：油煮处理，要求人工时效，油煮温度控制在100℃～180℃，时间依据轴件直径大小控制在24h左右，消除并释放淬火后轴件内的微观应力、机械加工残余应力等前道所有工序的内部应力；

步骤九：第二道磨床，为半精磨，将油煮完毕的轴件的微量弯曲与变形进行磨削加工，达到图纸要求；

步骤十：第四道车削，为精加工，通过数控机床对轴件处理，将尺寸精度、位置精度、连接精度，进行超精细车加工，达到最后的图纸要求；

步骤十一：第三道磨床，为超精磨外缘，将轴件打磨至尺寸精度。

2.根据权利要求1所述的一体式高速转子轴的工艺制造方法，其特征在于：步骤三所述的滚齿操作包括一下具体步骤：

a.多件加工，将几个齿坯串装在心轴上加工，可以减少滚刀对每个齿坯的切入切出时间及装卸时间；

b.采用径向切入，滚齿时滚刀切入齿坯的方法有两种:径向切入和轴向切入；

c.采用轴向窜刀和对角滚齿，负荷最重的刀齿磨损到一定程度时，将滚刀沿其轴向移动一段距离后继续切削。

3.根据权利要求2所述的一体式高速转子轴的工艺制造方法，其特征在于：步骤五中包括喷丸，喷丸采用合金弹丸，硬度最低不小于6-7莫氏而且有一定的韧性，成圆率最低不小于90％，成圆率要求最低75％。