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水上摩托艇传动轴加工工艺分析

作者:未知

  摘  要:水上摩托艇是一种以汽油机、柴油机等为动力的小型机动艇。工作时发动机旋转,并通过传动轴带动叶轮旋转,叶轮叶片旋转带动水流通过筒形通道和转向导流管喷出,推动摩托艇前进。由此可见传动轴在摩托艇的运动中起着重要作用。为保证摩托艇的稳定性、耐用性、安全性,传动轴必须具有较高耐腐蚀性、良好的耐磨性、较高的同轴度等工艺特性。为满足以上工艺要求,该文将从材料选择、热处理工艺和机械加工工艺等方面进行分析。
  关键词:水上摩托艇;传动轴;热处理工艺;机械加工工艺
  中图分类号:TH16                文献标志码:A
  中国有许多的水域资源,大量的码头和系泊区,水上旅游的前景良好。目前,主要滨水城市的水利规划项目已经启动,相关政策和管理规定已经出台。随着经济的发展,国民的人均财富继续增长,一群先富起来的年轻人将促进摩托艇市场的发展。主要用于观光、健身和水上运动的摩托艇和水上游乐设施的需求正在快速增长。许多旅游公司、集团公司和私营企业都有摩托艇和水上运动设备的需求,这显示了中国在这一领域的巨大市场发展潜力和贸易空间。
  1 摩托艇传动轴加工过程中遇到的问题
  摩托艇传动轴主要工作环境在水中,因此耐腐性是制造过程中首先需要考虑的问题。根据制造成本和可靠性,马氏体沉淀硬化不锈钢可以满足传动轴性能和耐腐蚀性的要求。最后确定0Cr17Ni4Cu4Nb是轴材料。0Cr17Ni4Cu4Nb是一种由铜和铌/铌组成的沉淀硬化马氏体不锈钢。该牌号不锈钢具有高强度,硬度和耐腐蚀性等特性。经过热处理后,产品的机械性能更加完善。
  由于0Cr17Ni4Cu4Nb材料硬度很高,并且细长轴加工容易变形,因此为改善加工性能,必须对材料进行合理地热处理。热处理工艺将直接影响摩托艇传动轴质量是否合格。
  长径比大于25的工件的轴向型工件被称为细长轴。摩托艇传动轴是典型的细长轴部件。在车削过程中容易产生振动变形,这使加工变得困难。
  2 摩托艇传动轴整体加工工艺
  摩托艇传动轴的整体加工工艺分为下料、热处理(退火处理,HRC26-28)、粗车、花键加工、热处理(固溶定型处理,HRC45)、精车、外圆磨加工。
  2.1 下料
  一般零件毛坯只需长度方向留5 mm~6 mm余量,直径尺寸留2 mm~3 mm余量,而传动轴与一般零件不同。传动轴是典型的细长轴零件,由于传动轴的刚性差,主轴旋转后所产生的离心力较大,工件在加工过程中,很容易脱落,引起安全事故。为了安全起见,卡盘爪夹持的长度不得小于20 mm,因此传动轴下料毛坯长度尺寸留取30 mm以上加工余量,直径留取5 mm~6 mm余量。
  2.2 热处理
  由于0Cr17Ni4Cu4Nb材料本身硬度较高,粗车时加工余量多,切削力和切削时产生的切削热较大,容易发生热伸长和热形变。第一次热处理是降低材料硬度,改善传动轴机械加工性能。0Cr17Ni4Cu4Nb材料本身硬度在35 HRC~37 HRC左右,第一次退火处理将材料硬度降低至26 HRC~28 HRC,减少径向切削力,改善机械加工性能。
  2.3 粗车
  粗车时控制好工件的长度尺寸。一端用卡盘爪夹紧,在尾座一端打上中心孔,即用一夹一顶装夹方式。粗车时切削量不应过大,单边切削不超过1 mm,最后一次切削单边不超过0.25 mm,并采用跟刀架加以固定。粗车结束要留有3 mm左右余量,主用用于后续热处理和精车,防止热处理和精车过程中,工件产生热变形,没有修车的余地。
  2.4 花键加工
  花键的加工方法有滚切、铣削和磨削。摩托艇传动轴精度要求较高,所以采用滚切法。滚切法用花键滚刀在花键轴铣床或滚齿机上按展成法加工,生产效率和精度均可保证。
  2.5 热处理
  该次热处理是为增加零件硬度,提高耐磨性。该次热处理时固溶和定型处理同时进行,将材料硬度提升至45HRC,并在炉内随炉冷却,以消除内应力对工件的影响,减少零件弯曲变形。
  2.6 精车
  在加工传动轴之前,先制作一个顶尖,在卡盘爪上夹持一根棒料,切削成顶尖状态,卡盘爪制作顶尖必须同尾座中心顶尖同轴。加工传动轴前先研磨传动轴一端中心孔,利用中心架打另一端中心孔,即用双顶尖装夹方式。粗车时已留有3 mm余量,分4次切削,前3次切削共2.8 mm,最后一次切削0.2 mm,并采用中心架和跟刀架加以固定。需要外圆磨加工部位留0.3 mm磨削余量。粗车和精车时注意车刀采用手磨车刀,车刀主偏角刃磨至85°~88°左右,主偏角越小,径向切削力越大,同时轴向切削力也减小。
  2.7 外圆磨加工
  外圆磨的加工方法有纵磨法、横磨法、复合磨削法和深磨法。根据设备情况采用纵磨法。纵磨法:主要通过砂轮的高速旋转,工件旋转,再通过砂轮在垂直方向上运动,从而实现对工件的削磨效果。削磨以后的工件表面质量比较好,工件表面粗糙度达标。
  3 摩托艇传动轴重要工艺—车削加工
  3.1 机床的调整
  调整车床尾座。用百分表校正检验棒,调整尾座,使校正好的尾座中心与主轴中心同轴度误差小于0.02 mm。调整车床各滑板之间的间隙,以防止间隙过大造成车削扎刀,并能准确控制进刀量。
  3.2 选择合适的装夹方式
  粗车时材料本身很硬并且具有大量的余量,所以该文粗车传动轴时,采用一夹一顶的装夹方式。其次是采用两顶尖装夹方式。该装夹方式,使工件定位準确,容易保证工件的同轴度。定位精度高,可以多次重复使用,并且定位精度不变,定位基准和设计基准、测量基准相重合,装夹也更为方便。精车传动轴时,车削余量较少,同轴度要求比较高,所以该文精车传动轴时,采用两顶尖装夹方式。
  3.3 采用跟刀架和中心架
  当采用两顶尖的装夹方式车削传动轴时,为了减少径向切削力对传动轴的弯曲变形的影响,通常使用移动跟刀架和移动中心架,这样不仅增加了工件的刚性,还减少了工件受力变形。
  3.4 采用反走刀切削法车削传动轴
  反向走刀加工法是指在传动轴的切削过程中,切削由卡盘方向向尾座方向加工。在车削时,工件夹在三爪自定心卡盘上,使夹紧端成为不能纵向倾斜的固定点。此时,切削时产生的纵向切削力沿工件轴线倾向于尾座方向,工件通过轴向力收紧,这增加了工件的实际刚度,不会引起弯曲变形。
  3.5 切削用量的选择
  选择不同的切削用量,切削所产生的切削力大小、热量、变形是不同的。粗车时:切削速度V=32 m/min,切削量S=0.3-0.35 mm/rev,切削深度t=2-4 mm,较大的切削用量可尽快切除多余金属,提高加工效率。精车时:切削速度V=1.5 m/min,切削量S=12-14 mm/rev,切削深度t=0.02-0.05 mm,为了减小切削力,减少工件的变形,提高加工质量,选择较小的切削用量。
  4 结语
  加工传动轴实际上是一个困难的加工过程。由于摩托艇的传动轴刚性差与材料的加工性能差,切削时产生热量与震动,导致轴很容易变形,并且引起表面粗糙度不达标,传动轴的尺寸与形位公差也很难保证。通过采用合适的加工工艺与加工方法,选择合理的热处理和切削用量等措施,可以保证水上摩托艇传动轴的加工质量要求。
  参考文献
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  [2]王博.浅议细长轴加工[J].金属世界,2007(5):29-31.
  [3]申东东.车削加工细长轴的工艺改进研究[J].机械工程与自动化,2010(3):169-170,172.
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