[发明专利]一种机械主轴的加工工艺

说明书

本发明属于轴加工技术领域，特别涉及一种机械主轴的加工工艺。具体工艺包括成型—调质处理—加工—渗氮处理，本发明采用低压脉冲两段渗氮工艺，以氮气和氨气作为氮源，严格控制二者的质量比，同时采用超低负压，控制渗氮层的厚度，最终获得的渗氮层具有优异的均匀性和致密性，从而大大提高了主轴的综合力学性能和耐磨性能。

技术领域

本发明属于轴加工技术领域，特别涉及一种机械主轴的加工工艺。

背景技术

在机床、汽车制造业中，主轴是其重要的动力传递零件，常承受着弯曲、扭转、冲击载荷以及疲劳的作用，故要求轴有较高的综合力学性能；承受摩擦的部位还要求有足够的硬度和耐磨性。零件大多经切削加工而制成，为兼顾切削加工性能和使用性能要求，必须制定出合理的加工工艺以保证车床主轴各方面的性能。

大多数情况下，人们以研究主轴的冷、热加工工艺为主，而忽略了其渗氮工艺的重要性。主轴加工过程中通过渗氮处理，在主轴中形成良好致密性的渗氮层，该渗氮层能有效提高主轴的硬度、耐磨性、抗疲劳强度及抗咬合性能。

传统的渗氮工艺为在一定的温度范围下，向渗氮炉中输入氨气，并保持一段时间。中国发明专利(CN104002111A)公开了一种中心主轴锥孔的渗氮工艺，具体为在520℃渗氮20-25h，输入氨气，氨分解率为15-25％，然后在540℃渗氮6-10h，氨分解率为45-65％，该渗氮工艺虽能提高主轴锥孔的抗疲劳强度及耐蚀性，但其必须配以前期的喷丸处理才能达到良好的效果，再者，此渗氮工艺只适合于材质为32Cr2MoV的合金钢，对于其他型号的合金钢性能起不到改善作用，尤其是38CrMoAl合金钢，如此就极大的限制了该渗氮工艺的使用范围。因此，目前迫切需要开发一种新型的渗氮工艺用于提高机械主轴的综合性能。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提供一种能提高机械主轴综合力学性能、耐磨性能的加工工艺。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种机械主轴的加工工艺，包括以下步骤：

S1、成型：将合金锭下料，熔炼成型制毛坯；

S2、调质处理：将毛坯进行调质处理；

S3、加工：将调质处理后的毛坯依次进行半精车加工、精车加工、半精磨加工、钻削、精铣加工、花键加工；

S4、渗氮处理：将加工后的毛坯先在低压脉冲作用下于530-550℃渗氮处理8-12h，然后在570-600℃渗氮处理5-8h，制得机械主轴成品，其中渗氮炉压力为－(0.05-0.01)MPa，渗氮层厚度为0.08-0.12mm。

本发明氮化处理阶段在低压脉冲作用下采用两段渗氮工艺，首先通过脉冲送气和抽气的方式，渗氮炉内的渗氮剂可以不断更新，避免出现滞留气体，使得主轴的各表面都能与新鲜的渗氮剂接触，进而得到更加均匀的渗氮层，同时，脉冲渗氮能降低渗氮炉内的压力，形成局部脱气的现象，这种现象使得主轴表面化合物层内的孔隙程度减少或消失，进而形成致密的化合物层，大大增加了主轴的耐磨性能。同时，低压脉冲配合两段渗氮工艺能有效降低渗层白亮层的厚度，第一阶段，先在低压脉冲作用下于530-550℃渗氮处理8-12h，此阶段在高氮势气氛中渗氮，由于渗氮剂的分解率低，采用脉冲送气和吸气提供较多的活性氮原子，使主轴能获得较深的扩散层，第二阶段，在570-600℃渗氮处理5-8h，此阶段在低氮势气氛中渗氮，由于渗氮剂的分解率高，使表面氮浓度下降，减少了氮化物网的形成，因而获得的氮化层脆性小，力学性能好。如果本发明采用现有技术中常规渗氮工艺，由于氮和主轴表面的金属原子具有很强的亲和力，致密的渗氮层将阻碍氮的深入，同时被氧化的金属原子在主轴表面形成的致密的氧化膜也将阻碍氮向内扩散，因此会导致渗氮速度慢、渗层薄、表层脆及处理时间过长等问题。