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車床方刀架的表面熱處理工藝研究

2016-11-10 來源：武漢理工大學能源與動力工程學院作者：白洋鄭衛剛

摘要：傳統車床方刀架在使用過程中經常出現偏移現象，主要原因是小滑板銷孔套筒耐磨性差，磨損嚴重，降低了加工精度和工作效率。通過表面熱處理工藝強化45 4鋼，使其耐磨性增強，從而解決了生產中車床方刀架的偏移問題。

關鍵詞：車床方刀架；磨損；表面熱處理

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

1. 車床方刀架結構

車床方刀架結構如圖1所示。

圖1方刀架結構

1．凸輪；2、6、13．彈簧；3．墊圈；4．套筒的外花鍵；

5．套筒的內花鍵；7．軸；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

車床在長期使用過程中往往需要更換刀具，傳統車床更換刀具時需要依靠刀架手柄的轉動來實現，由于刀架手柄部分的頻繁旋轉，使銷孑L套與定位銷之間容易產生過度磨損，橫截面由圓形成為橢圓形，導致方刀架運動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，如操作人員采用手動調節的方法調整這一偏移量需要一定的輔助時間，影響加工效率。

傳統CA6140車床小滑板磨損如圖2所示。從圖2中可以看到銷孑L套磨損嚴重，其截面幾乎為橢圓形。

圖2銷孔套磨損

3. 車床方刀架偏移解決方案

磨損是機械零件的主要失效形式之一，在一定磨損條件下，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、周圍介質等)、材料因素(成分、力學性能等)、零件表面質量和物理化學特性等。為了提高鋼的表面硬度和耐磨性，傳統的做法是采用淬火和回火工藝進行處理。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期使用的要求舊J。下面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。

3．1亞臨界淬火

在提高鋼的強度和韌性的同時也會提高其耐磨性。亞臨界淬火的淬火溫度范圍在AC3兩相區(奧氏體+鐵素體相區)，由于鐵素體相的存在，使工件具有良好的韌性；亞臨界淬火溫度下，淬火后馬氏體的含碳量比傳統淬火形成馬氏體的含碳量高(馬氏體形成硬度高的奧氏體要經過預熱)，亞臨界淬火和高溫回火加熱比傳統的退火或正火效果更好。因此，如果采取適當的預熱+亞溫淬火工藝，可以提高鋼的強度和韌性，即提高其耐磨性。

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所示為XJl一02立式金相顯微鏡觀察到的45。鋼730℃亞臨界淬火、770℃亞溫淬火工藝處理后的鋼顯微組織。分析表l可知，45’鋼的770℃亞溫淬火+200 oC回火樣品的強度、韌性遠遠高于850℃傳統淬火+200℃回火；此外，45。鋼730℃亞臨界淬火+200 oC回火樣品的強度、韌性高于傳統850℃淬火+560℃回火。說明了45。鋼的強度和韌性在適當的熱處理條件下得到了加強，將其用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后的力學性能比較

3．2表面處理

零件表面質量是影響其耐磨性的重要因素之一，通過表面處理可以很好地解決銷孔套的磨損問題。加熱或機械／jⅡ-r_表面處理技術不改變材料表面的化學成分，但可以改變其結構和性能，表面處理可使零件獲得一定深度的表面硬化層，而且其中心部分仍保持良好的韌性，從而提高零件的耐磨性。通過采用幾種不同的表面處理工藝，對45。鋼的耐磨性進行研究，可以得出45’鋼在不同表面處理條件下的性能差異H J。采用不同表面處理工藝對454鋼樣品(調質態)進行處理的結果見表2，為便于比較對數據進行了歸一化處理，幾種工藝處理樣品性能之間的比較見表3。其中，碳氮共滲處理采用RR叮25—9T井式氣體滲碳爐，煤油分解氣作為滲碳劑，液氨(氣化后，干燥)作為滲氮劑；采用GJ—l橫流激光器，其輸出功率500～2 000 W，連續可調，光斑直徑為3 mm，激光淬火試樣表面做磷化處理。表2中，P和V分別為激光功率和掃描速度；P1和P2分別是氧氣和乙炔氣體的壓力；Q1和Q2分別是氧氣和乙炔氣體流量；綜合系數是將硬度值、耐磨性、耐腐蝕性除以3所獲得的成本值。從表2可以看出，454鋼在不同的表面處理工藝條件下可得出不同的硬化層深度和硬化范圍，采用表面處理工藝可提高試樣的硬化層深度。從表3可以看出，由于表面處理工藝的改進，大大改善了樣品處理表面的性能，提高了樣品的硬度和耐磨性。其中，激光熔覆可提高試樣的耐磨性，但成本最高；高頻淬火也能提高耐磨性，且與其他工藝相比成本最低。對普通車床的小滑板銷孔套來說，這幾種表面處理工藝都可以提高其耐磨性能，延長部件使用壽命，從而解決生產中的實際問題。

表2表面處理工藝條件