[发明专利]端面带凹槽的小轴面渗碳淬火阶梯轴的防裂加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及机械加工领域，具体涉及一种可以避免台阶处出现裂纹的阶梯轴的加工方法。

背景技术

轴是支承转动零件并与之一起回转以传递运动、扭矩或弯矩的机械零件。常见的轴类一般按照下料、粗车、调质、精车、磨削、检验入库的工序进行加工。有的轴在不同的位置需要装配不同的转动零件，因此为了便于定位、节约成本，轴的不同段可以设计成不同的直径，以满足装配和传递扭矩的需求。由于这种轴的各段之间存在台阶，所以一般称为阶梯轴或者台阶轴。

对于一些高载荷、高转速的场合，常规的轴类由于硬度、耐磨性不够而无法达到使用要求，此时，一般通过在轴的外表面进行渗碳处理再淬火的方式来提高硬度和耐磨性，以减少轴的磨损，延长轴的使用寿命。这种加工方法一般按照下料、粗车、调质、精车、渗碳、淬火、磨削、检验入库的工序进行加工。

对于一种如图1所示的端面带凹槽的阶梯轴，产品要求是轴段A的外圆以及靠近轴段A的轴段B的侧面必须经过渗碳淬火处理，以保证硬度和耐磨性，其余位置没有要求。生产上一般按照下料、粗车、调质、精车、铣端面的凹槽、渗碳、淬火、磨削、检验入库的工序进行加工，但是在上述加工过程中往往出现如下两个方面的问题：1）由于台阶根部容易出现应力集中，在渗碳以后台阶根部碳含量增大，淬火时台阶根部会集中较大的组织应力，而台阶的根部距离凹槽的距离较小，台阶的根部由于凹槽存在而使此处的材料较薄，因此台阶端面处经常出现放射状裂纹，严重影响了轴的加工合格率和生产效率；2）对于轴段B的外圆，渗碳淬火以后具有较高的硬度和耐磨性，因此后续加工难度大，加工效率低。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种避免台阶根部出现裂纹的阶梯轴加工方法，以解决传统加工工艺处理阶梯轴时阶梯根部容易出现裂纹的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。

端面带凹槽的小轴面渗碳淬火阶梯轴的防裂加工方法，所述阶梯轴的大直径的轴段B的端面上设置有凹槽，阶梯轴的轴段A和靠近轴段A的轴段B的侧面要求渗碳淬火，其它部位没有硬度要求，阶梯轴以20Cr钢为坯料，包括以下步骤：

a）下料：坯料的长度为阶梯轴长度的两倍加上10mm～16mm的切削余量；

b）粗加工：粗车坯料的端面和外圆，在坯料的中间部分车出一个大直径的轴段B，轴段B的直径为设计尺寸加上两倍的渗碳层深度尺寸，在坯料的两端分别车出小直径的轴段A，并在与轴段B连接处的轴段A的根部分别保留一个保护台阶；所述保护台阶的宽度和高度均在设计渗碳层深度的0.7～3倍之间；

c）渗碳处理：根据设计的渗碳层深度要求进行渗碳，渗碳后缓冷至室温；

d）半精加工：用车床车掉步骤b）中保留的保护台阶，并留出磨削加工余量；车掉步骤b）中的轴段B外圆的渗碳层使轴段B直径达到设计尺寸要求；

e）淬火：根据热处理工艺要求进行淬火并回火；

f）精加工：将轴段A的直径及长度磨削加工到设计尺寸要求；

g）切断：在轴段B的中间位置切断，保证切成的两部分长度均不小于阶梯轴的设计长度；然后精车切断处的端面，保证切成的两部分长度均为阶梯轴的设计长度；

h）铣凹槽：在切断处的轴段B的端面上铣出凹槽。

本发明的进一步改进在于：所述步骤d）中车掉保护台阶时，将台阶的根部车成一个圆角。

由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步如下。

本发明工艺简单、便于实现，通过在台阶根部设置保护台阶再进行渗碳，并在渗碳结束后车掉保护台阶再淬火，减少了淬火时台阶根部的组织应力，有效避免了淬火开裂，提高了生产效率，降低了生产成本；本发明中保护台阶的宽度和高度设定为渗碳层深度的0.7～3倍，可以根据台阶根部的硬度要求进行选择，当保护台阶的宽度和高度为渗碳层深度的0.7～1倍时，可以在台阶根部形成一个相对较浅、含碳量较低的渗碳层，从而使台阶根部在淬火以后具有一定的硬度和耐磨性；当保护台阶的宽度和高度为渗碳层深度的1～3倍时，台阶根部不会形成渗碳层，这样淬火时台阶根部虽然硬度和耐磨性较低，但是应力小，淬火开裂的可能性低，生产合格率高；本发明通过在淬火前车掉轴段B外圆上的渗碳层，降低了轴段B淬火后的硬度，提高了后续步骤的加工效率；本发明采用的生产方法是在加工初期两件产品共同加工，最后切断再铣凹槽的方法，具有生产效率高的特点。

本发明的d）步骤中车掉保护台阶时，将台阶的根部车成一个圆角，可以在后面的淬火过程中减少应力集中，进一步降低了淬火开裂的可能性。