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硬度細長空心雙頭花鍵軸的工藝方法研究
作者:admin 發布日期:2022/9/8 關注次數: 二維碼分享

本文闡述了某高硬度細長空心雙頭花鍵軸的結構特點,通過對花鍵軸在實際加工過程中出現的細長孔的加工、熱處理變形、漸開線外花鍵等分性及兩端花鍵扭轉偏差等難點進行研究。總結了具有特殊要求花鍵軸加工工藝難點及其控制方法,最終確定加工路線,對其他結構的花鍵軸類零件加工具有一定的參考價值。

漸開線花鍵具有良好的導向性、定心性及大的扭矩傳輸能力,被廣泛應用于航空減速器、航空發動機渦輪泵等動力傳輸系統中。航空花鍵副在飛機起飛、巡航、著陸過程中承受變扭矩、軸向力以及彎矩形式的波動載荷,因此航空花鍵副使用過程中的穩定性和安全性顯得尤為重要。本文研究的高硬度細長空心雙頭花鍵軸是一種特殊結構的漸開線花鍵, 是發動機附件傳動系統中重要零件之一,屬于軸類零件,特點是長徑比大(大于27),兩端都有需要氰化處理的漸開線花鍵,在實際工作中,靠花鍵與功率輸入輸出軸連接,具體地,發動機各個附件的動力都是渦輪的動力,經過雙頭花鍵軸的漸開線花鍵副從渦輪的主軸傳遞到附件機匣的各個運動中去的。由于雙頭花鍵軸它所傳遞的功率十分龐大,且轉速較高, 因而要求漸開線花鍵副傳動非常平穩。鑒于此,以高硬度細長空心雙頭花鍵軸為研究對象,基于其結構特點及加工工藝難點,擬定多條工藝路線并進行驗證,以達到提高該類零件批量加工的穩定性。

01高硬度細長空心雙頭花鍵軸的結構特點

限于發動機的結構,要求其主傳動零部件的結構小巧、傳動功率大、工作可靠性高。本文研究的花鍵軸零件屬于典型的細長桿類傳動軸。

花鍵軸的材料為16Cr3NiWoMVNbE,是一種滲碳合金鋼(仿俄材料),長度為378mm;零件兩端分別是需要氰化的外花鍵,其齒面硬度達 HR15N≥ 88,氰化目的是提高花鍵的抗扭強度;兩端花鍵要求鍍銀,目的是防止花鍵工作時與相配的內花鍵粘連;花鍵齒面對中心孔的跳動要求 0.036,目的是提高傳動的平穩性;兩端花鍵齒頂圓直徑大(準28.5 mm),中間桿部直徑小(準24 mm),并有一個準14mm的通孔貫穿零件,通孔的表面粗糙度要求為 Ra1.6,通孔與外圓的同軸度要求為 0.08;漸開線花鍵參數為:EXT:18Z × 1.5 m × 30R5h;兩端花鍵齒的角向扭轉偏差不大于0.3°。

02工藝難點

榆林機械制造

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高硬度細長空心雙頭花鍵軸加工所涉及工藝主要有調質處理、車加工、齒部加工、磨加工、氰化處理、拋修齒面氧化皮、鍍銀、磷酸鹽氧化等。從常規的工藝編制來考慮,花鍵軸類零件加工的工藝安排首先是粗車外形、鉆孔、滾兩端花鍵、花鍵氰化、精加工 外形、成品檢驗。但是本文這種特殊結構的細長空心 雙頭花鍵軸的加工,不能采用常規的加工方法。其加工工藝難點主要體現在以下幾方面:

深孔加工: 在長為378mm的花鍵軸上鉆有一個貫穿零件通孔(直徑為準14mm,粗糙度Ra1.6),其長徑比達27∶1。雖然通孔的尺寸精度不高,但要保證零件的基準外圓對內孔的同軸度準0.08 mm 和Ra1.6粗糙度, 內孔必須要保持很高直線度。加工實驗顯示,在加工過程中刀具因懸臂長,導致剛性不好,會影響同軸度,也會導致排屑不好,影響內孔表面粗糙度和散熱不好,刀具磨損過快,進而影響到零件精度。

零件熱處理變形: 零件兩端的外花鍵需要進行氰化處理,對于長為378mm,且兩端直徑大(準28.5mm)中間桿部直徑小(準24mm),并鉆有一個貫穿零件的準14 mm 通孔的細長桿類花鍵軸來說,零件極易翹曲變形,從而導致外圓與內孔的同軸度超差。另外,花鍵氰化后,齒面有微量不規則變形,從而影響花鍵的使用性能(如齒厚變大,導致花鍵在使用時與相配件出現干涉現象;粗糙度變差,影響花鍵鍍銀時的表面質量)。

外花鍵熱處理后齒面粗糙度難以保證 ①外花鍵的綜合誤差檢查一般是用與其相配花 鍵的可通過性來檢查,而與該零件相配的零件都不在本公司加工,無法利用相配零件的可通過性來檢 查花鍵的綜合誤差,只能檢查兩端花鍵的滾棒間尺 寸,這樣則有可能在裝配時造成花鍵軸與相配花鍵 干涉的現象;②由于零件兩端花鍵是采用的滾齒加工,加工出來的齒面表面粗糙度也只能達到Ra1.6, 且工廠也沒有磨花鍵的設備,齒面鍍銀前粗糙度很難達到設計要求Ra0.8。

難以保證兩端花鍵扭轉偏差不大于±0.3° 兩端花鍵的加工是需要分兩次(兩端花鍵分別加 工)加工完成,因此依據通常加工的方法(即采用人工目視對刀法),它加工出的兩端花鍵齒的相對角向位置誤差較大,通常為1.5°~2°,滿足不了設計要求。

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