大型法兰叉头调质余量优化研究

时间：2019年07月18日分类：科学技术论文次数：

摘要:通过对大型法兰叉头调质余量进行优化研究，从热处理工艺、硬度、力学性能、变形等方面进行分析，得出将法兰叉头型腔精加工后进行调质，可有效缩短其加工周期，降低生产成本，提高其力学性能，改善使用性能。关键词:法兰叉头;调质余量;切削加工法兰叉

　　摘要:通过对大型法兰叉头调质余量进行优化研究，从热处理工艺、硬度、力学性能、变形等方面进行分析，得出将法兰叉头型腔精加工后进行调质，可有效缩短其加工周期，降低生产成本，提高其力学性能，改善使用性能。

　　关键词:法兰叉头;调质余量;切削加工

河北煤炭

　　法兰叉头是万向接轴产品的关键零部件，其材料一般选用34CrNi1Mo、34CrNi3Mo等，因含有较高的Cr、Ni元素，调质后具有高硬度、高韧性的特点[1]。法兰叉头按常规热处理工艺方法，在调质前仅加工简单U型槽轮廓，调质后，还有大量的加工余量，因其调质后的高硬度、高韧性特点，使得切削加工十分困难，从而导致加工周期长，刀具消耗量大，加工成本高，成为生产加工瓶颈。另外，由于法兰叉头调质后加工余量大，淬硬层被去除量过多，其力学性能下降，使用性能不是最佳状态。

　　为了解决上述问题，基于法兰叉头以下两个特点:(1)法兰叉头在调质前，工件处于锻后正回火状态，基体组织为珠光体型组织，硬度在170～200HBW之间，切削加工十分容易[2];(2)法兰叉头的型腔在工作中属于非接触面，其尺寸十分自由。从热处理工艺、硬度、力学性能、变形等方面进行试验，分析将法兰叉头型腔精加工后进行调质的可行性，以减少调质后的加工余量，达到优化调质余量的目的。

　　1试验材料及方法

　　为验证精加工型腔后调质的方案是否可行，选取4件直径为1180mm、材料为34CrNi1Mo的法兰叉头进行试制，同时进行工艺试验分析。将试验件法兰叉头型腔以及法兰盘处的环槽精加工完成，外圆、两端面及轴承孔各单边留调质余量5mm。为了尽量减少法兰叉头的调质变形，采用3000mm井式电炉进行调质。

　　法兰叉头精加工型腔后，其结构形状复杂，所以在调质工艺上，通过控制升温速度，采用两段均温时间来减少升温过程中因热应力造成的变形，同时，回火结束后，随炉冷却一段时间后出炉，避免快速降温造成变形。调质结束后，将法兰叉头进行喷丸处理，去除调质后的表面氧化皮，可保证型腔面以及法兰盘处环槽等调制后的非加工面满足表面粗糙度Ra6.3μm要求。

　　2试验结果及分析

　　2.1调质硬度

　　调质后，分别在法兰叉头的叉头部、型腔外圆部、法兰盘外圆部检测调质硬度。从硬度检测结果来看，法兰叉头各处调质硬度最低275HBW，最高292HBW，表面硬度均匀一致，满足硬度差在40HBW以内的要求，此外，型腔的硬度达到280HBW左右，可显著提高叉头处的力学性能。

　　2.2调质变形

　　法兰叉头精加工型腔后调质，最大尺寸变形为3.52mm。使用4000mm立车对法兰叉头外圆椭圆度和端面跳动进行检查。将4个叉头分别编号为1号、2号、3号、4号，外圆椭圆度及端面跳动。叉头外圆椭圆度以及端面跳动都较小，在调质工艺留量可控制范围内。通过以上分析，法兰叉头的型腔精加工后进行调质，4件法兰叉头变形结果均匀一致，有规律可循，可通过调质工艺留量加工消除变形。

　　2.3力学性能

　　抽取2件法兰叉头，从法兰盘处预留的试料区切环后取试进行力学性能检测。对法兰叉头调质后表面硬度、变形情况、力学性能的检测结果显示，均能满足设计技术要求，同时，由于型腔调质后不再加工，完整的保留了淬硬层，使得叉头处的机械强度更高。

　　3经济效果分析

　　将调质前加工型腔和调质后加工型腔两种工艺方法从刀具消耗和加工周期两个方面进行对比，通过现场实际调查。调质前加工型腔，法兰叉头为正回火状态，工件切削性能更好，所需要的加工周期以及消耗的刀具都比调质后少，每件可缩短加工周期25%，可节约刀具消耗50%。

　　4结论

　　(1)通过优化热处理工艺，采用多段均温，限速升温等方法，将法兰叉头精加工型腔后进行调质，其调质后的变形量、表面硬度、力学性能均满足设计技术要求，可优化法兰叉头调质余量。

　　(2)法兰叉头调质余量优化后，每件法兰叉头可缩短加工周期25%，可节约刀具消耗50%，有效解决了生产加工的瓶颈问题。

　　(3)法兰叉头调质余量优化后，由于型腔调质后不再加工，完整地保留了淬硬层，使得叉头处的力学性能更高，有效改善了法兰叉头的使用性能。

　　参考文献

　　[1]孙琦琳.浅析合金元素在钢中的作用[J].河北煤炭，1996(8):20-23.

　　[2]徐林红.难加工材料的可加工性分析方法的研究[D].武汉:武汉理工大学，2010.

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