轴锻件 - 山西永鑫生锻造

　　轴锻件是穿在轴承中间或车轮中间或齿轮中间的圆柱形物件，但也有少部分是方型的。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。一般为金属圆杆状，各段可以有不同的直径。机器中作回转运动的零件就装在轴上。

　　中文名 轴锻件

　　类 型  转轴，心轴，传动轴

　　材料使用

　　1、碳素钢

　　35、45、50等优质碳素结构钢因具有较高的综合力学性能，应用较多，其中以45钢用得最为广泛。

　　为了改善其力学性能，应进行正火或调质处理。不重要或受力较小的轴，则可采用Q235、Q275等碳素结构钢。

　　2、合金钢

　　合金钢具有较高的力学性能，但价格较贵，多用于有特殊要求的轴。

　　例如采用滑动轴承的高速轴，常用20Cr、20CrMnTi等低碳合金结构钢，经渗碳淬火后可提高轴颈耐磨性；

　　汽轮发电机转子轴在高温、高速和重载条件下工作，必须具有良好的高温力学性能，常采用40CrNi、38CrMoAlA等合金结构钢。

　　轴的毛坯以锻件优先、其次是圆钢；

　　尺寸较大或结构复杂者可考虑铸钢或球墨铸铁。

　　例如，用球墨铸铁制造曲轴、凸轮轴，具有成本低廉、吸振性较好，对应力集中的敏感性较低、强度较好等优点。

　　轴的力学模型是梁、多数要转动，因此其应力通常是对称循环。

　　其可能的失效形式有:疲劳断裂、过载断裂、弹性变形过大等。

　　轴上通常要安装一些带轮毂的零件，因此大多数轴应作成阶梯轴，切削加工量大。

　　结构分类

　　结构设计

　　轴的结构设计是确定轴的合理外形和全部结构尺寸，为轴设计的重要步骤。它由轴上安装零件类型、尺寸及其位置、零件的固定方式，载荷的性质、方向、大小及分布情况，轴承的类型与尺寸，轴的毛坯、制造和装配工艺、安装及运输，对轴的变形等因素有关。设计者可根据轴的具体要求进行设计，必要时可做几个方案进行比较，以便选出最佳设计方案，以下是一般轴结构设计原则:

　　1、节约材料，减轻重量，尽量采用等强度外形尺寸或大的截面系数的截面形状；

　　2、易于轴上零件精确定位、稳固、装配、拆卸和调整；

　　3、采用各种减少应力集中和提高强度的结构措施；

　　4、便于加工制造和保证精度。

　　轴的分类

　　常见的轴根据轴的结构形状可分为曲轴、直轴、软轴、实心轴、空心轴、刚性轴、挠性轴（软轴）。

　　直轴又可分为:①转轴，工作时既承受弯矩又承受扭矩，是机械中最常见的轴，如各种减速器中的轴等。②心轴，用来支承转动零件只承受弯矩而不传递扭矩，有些心轴转动，如铁路车辆的轴等，有些心轴则不转动，如支承滑轮的轴等。③传动轴，主要用来传递扭矩而不承受弯矩，如起重机移动机构中的长光轴、汽车的驱动轴等。轴的材料主要采用碳素钢或合金钢，也可采用球墨铸铁或合金铸铁等。轴的工作能力一般取决于强度和刚度，转速高时还取决于振动稳定性。

　　用途应用

　　扭转刚度

　　轴的扭转刚度校核是计算的轴的工作时扭转变形量，是用每米轴长的扭角 度量的。轴的扭转变形要影响机器的性能和工作精度，如内燃机凸轮轴的扭转角过大，会影响气门的正确启闭时间；龙门式起重机运动机构传动轴的扭转角会影响驱动轮的同步性；对有发生扭转振动危险的轴以及操纵系统中的轴，都需要有较大的扭转刚度。

　　技术要求

　　1、加工精度

　　1)尺寸精度 轴类零件的尺寸精度主要指轴的直径尺寸精度和轴长尺寸精度。按使用要求，主要轴颈直径尺寸精度通常为IT6-IT9级，精密的轴颈也可达IT5级。轴长尺寸通常规定为公称尺寸，对于阶梯轴的各台阶长度按使用要求可相应给定公差。

　　2)几何精度 轴类零件一般是用两个轴颈支撑在轴承上，这两个轴颈称为支撑轴颈，也是轴的装配基准。除了尺寸精度外，一般还对支撑轴颈的几何精度（圆度、圆柱度）提出要求。对于一般精度的轴颈，几何形状误差应限制在直径公差范围内，要求高时，应在零件图样上另行规定其允许的公差值。

　　3)相互位置精度 轴类零件中的配合轴颈（装配传动件的轴颈）相对于支撑轴颈间的同轴度是其相互位置精度的普遍要求。通常普通精度的轴，配合精度对支撑轴颈的径向圆跳动一般为0.01-0.03mm，高精度轴为0.001-0.005mm。

　　此外，相互位置精度还有内外圆柱面的同轴度，轴向定位端面与轴心线的垂直度要求等。

　　2、表面粗糙度

　　根据机械的精密程度，运转速度的高低，轴类零件表面粗糙度要求也不相同。一般情况下，支撑轴颈的表面粗糙度 Ra值为0.63-0.16 μm ；配合轴颈的表面粗糙度Ra值为2.5-0.63 μ m

　　加工工艺

　　1、轴类零件的材料

　　轴类零件材料的选取，主要根据轴的强度、刚度、耐磨性以及制造工艺性而决定，力求经济合理。

　　常用的轴类零件材料有 35、45、50优质碳素钢，以45钢应用最为广泛。对于受载荷较小或不太重要的轴也可用Q235、Q255等普通碳素钢。对于受力较大，轴向尺寸、重量受限制或者某些有特殊要求的可采用合金钢。如40Cr合金钢可用于中等精度，转速较高的工作场合，该材料经调质处理后具有较好的综合力学性能；选用Cr15、65Mn等合金钢可用于精度较高，工作条件较差的情况，这些材料经调质和表面淬火后其耐磨性、耐疲劳强度性能都较好；若是在高速、重载条件下工作的轴类零件，选用20Cr、20CrMnTi、20Mn2B等低碳钢或38CrMoA1A渗碳钢，这些钢经渗碳淬火或渗氮处理后，不仅有很高的表面硬度，而且其心部强度也大大提高，因此具有良好的耐磨性、抗冲击韧性和耐疲劳强度的性能。

　　球墨铸铁、高强度铸铁由于铸造性能好，且具有减振性能，常在制造外形结构复杂的轴中采用。特别是我国研制的稀土——镁球墨铸铁，抗冲击韧性好，同时还具有减摩、吸振，对应力集中敏感性小等优点，已被应用于制造汽车、拖拉机、机床上的重要轴类零件。

　　2、轴类零件的毛坯

　　轴类零件的毛坯常见的有型材（圆棒料）和锻件。大型的，外形结构复杂的轴也可采用铸件。内燃机中的曲轴一般均采用铸件毛坯。

　　型材毛坯分热轧或冷拉棒料，均适合于光滑轴或直径相差不大的阶梯轴。

　　锻件毛坯经加热锻打后，金属内部纤维组织沿表面分布，因而有较高的抗拉、抗弯及抗扭转强度，一般用于重要的轴。

　　加工方法

　　1、外圆表面的加工方法及加工精度

　　轴类、套类和盘类零件是具有外圆表面的典型零件。外圆表面常用的机械加工方法有车削、磨削和各种光整加工方法。车削加工是外圆表面最经济有效的加工方法，但就其经济精度来说，一般适于作为外圆表面粗加工和半精加工方法；磨削加工是外圆表面主要精加工方法，特别适用于各种高硬度和淬火后的零件精加工；光整加工是精加工后进行的超精密加工方法（如滚压、抛光、研磨等），适用于某些精度和表面质量要求很高的零件。

　　由于各种加工方法所能达到的经济加工精度、表面粗糙度、生产率和生产成本各不相同，因此必须根据具体情况，选用合理的加工方法，从而加工出满足零件图纸上要求的合格零件。

　　序号 加工方法 经济精度 （公差等级） 经济粗糙度 Ra值/ μ m 适用范围

　　1 粗车 IT13-IT11 50-12.5 适用于淬火钢以外的各种金属

　　2 粗车 -半精车 IT10-IT8 6.3-3.2

　　3 粗车 -半精车-精车 IT8-IT7 1.6-0.8

　　4 粗车 -半精车-精车-滚压 IT8-IT7 0.2-0.025

　　5 粗车 -半精车-磨削 IT8-IT7 0.8-0.4 主要用于淬火钢，也可用于未淬火钢，但不适用于有色金属

　　6 粗车 -半精车-粗磨-精磨 IT7-IT6 0.4-0.1

　　7 粗车 -半精车-粗磨-精磨-超精加工（或轮式超精磨） IT5 0.1-0.012

　　（或 Rz 0.1）

　　8 粗车 -半精车-精车-精细车（金刚车） IT7-IT6 0.4-0.025 主要用于要求较高的有色金属

　　9 粗车 -半精车-粗磨-精磨-超精磨（或镜面磨） IT5以上 0.025-0.006

　　（或 Rz 0.1） 极高精度的外圆加工

　　10 粗车 -半精车-粗磨-精磨-研磨 IT5以上 · 012 （或 Rz 0.1）

　　2、外圆表面的车削加工

　　(1)外圆车削的形式

　　轴类零件外圆表面的主要加工方法是车削加工。主要的加工形式有:

　　荒车 自由锻件和大型铸件的毛坯，加工余量很大，为了减少毛坯外圆形状误差和位置偏差，使后续工序加工余量均匀，以去除外表面的氧化皮为主的外圆加工，一般切除余量为单面1-3mm。

　　粗车

　　中小型锻、铸件毛坯一般直接进行粗车。粗车主要切去毛坯大部分余量（一般车出阶梯轮廓），在工艺系统刚度容许的情况下，应选用较大的切削用量以提高生产效率。

　　半精车

　　一般作为中等精度表面的最终加工工序，也可作为磨削和其它加工工序的预加工。对于精度较高的毛坯，可不经粗车，直接半精车。

　　精车

　　外圆表面加工的最终加工工序和光整加工前的预加工。

　　精细车

　　高精度、细粗糙度表面的最终加工工序。适用于有色金属零件的外圆表面加工，但由于有色金属不宜磨削，所以可采用精细车代替磨削加工。

　　但是，精细车要求机床精度高，刚性好，传动平稳，能微量进给，无爬行现象。车削中采用金刚石或硬质合金刀具，刀具主偏角选大些（ 45 o -90 o ）,刀具的刀尖圆弧半径小于0.1-1.0mm。以减少工艺系统中弹性变形及振动。

　　(2)车削方法的应用

　　1）普通车削 适用于各种批量的轴类零件外圆加工，应用十分广泛。单件小批量常采用卧室车床完成车削加工；中批、大批生产则采用自动、半自动车床和专用车床完成车削加工。

　　2)数控车削 适用于单件小批和中批生产。应用愈来愈普遍，其主要优点为柔性好，更换加工零件时设备调整和准备时间短；加工时辅助时间少，可通过优化切削参数和适应控制等提高效率；加工质量好，专用工夹具少，相应生产准备成本低；机床操作技术要求低，不受操作工人的技能、视觉、精神、体力等因素的影响。对于轴类零件，具有以下特征适宜选用数控车削。

　　结构或形状复杂，普通加工操作难度大，工时长，加工效率低的零件。

　　加工精度一致性要求较高的零件。

　　切削条件多变的零件，如零件由于形状特点需要切槽，车孔，车螺纹等，加工中要多次改变切削用量。

　　批量不大，但每批品种多变并有一定复杂程度的零件。

　　对带有键槽，径向孔（含螺钉孔）、端面有分布的孔（含螺钉孔）系的轴类零件，如带法兰的轴，带键槽或方头的轴，还可以在车削加工中心上加工，除了能进行普通数控车削外，零件上的各种槽、孔（含螺钉孔）、面等加工表面也可一并能加工完毕。工序高度集中，其加工效率较普通数控车削更高，加工精度也更为稳定可靠。

　　（3）外圆表面的磨削加工

　　用磨具以较高的线速度对工件表面进行加工的方法称为磨削。磨削加工是一种多刀多刃的高速切削方法，它使用于零件精加工和硬表面的加工。

　　磨削的工艺范围很广，可以划分为粗磨、精磨、细磨及镜面磨。

　　磨削加工采用的磨具（或磨料）具有颗粒小，硬度高，耐热性好等特点，因此可以加工较硬的金属材料和非金属材料，如淬硬钢、硬质合金刀具、陶瓷等；加工过程中同时参与切削运动的颗粒多，能切除极薄极细的切屑，因而加工精度高，表面粗糙度值小。磨削加工作为一种精加工方法，在生产中得到广泛的应用。由于强力磨削的发展，也可直接将毛坯磨削到所需要的尺寸和精度，从而获得了较高的生产率。

　　工艺分析

　　1、轴类零件加工的工艺路线

　　1)基本加工路线

　　外圆加工的方法很多，基本加工路线可归纳为四条。

　　① 粗车—半精车—精车

　　对于一般常用材料，这是外圆表面加工采用的最主要的工艺路线。

　　② 粗车—半精车—粗磨—精磨

　　对于黑色金属材料，精度要求高和表面粗糙度值要求较小、零件需要淬硬时，其后续工序只能用磨削而采用的加工路线。

　　③ 粗车—半精车—精车—金刚石车

　　对于有色金属，用磨削加工通常不易得到所要求的表面粗糙度，因为有色金属一般比较软，容易堵塞沙粒间的空隙，因此其最终工序多用精车和金刚石车。

　　④ 粗车—半精—粗磨—精磨—光整加工

　　对于黑色金属材料的淬硬零件，精度要求高和表面粗糙度值要求很小，常用此加工路线。

　　2)典型加工工艺路线

　　轴类零件的主要加工表面是外圆表面，也还有常见的特特形表面，因此针对各种精度等级和表面粗糙度要求，按经济精度选择加工方法。