台阶销轴墩粗工艺的研发与应用

冯艳 王通 殷文星

摘要：在液压支架实际生产中，台阶销轴使用普遍，但实际加工中需要利用车床切削加工销轴毛坯，产生的废料较多，浪费情况严重。通过分析研究发现，可以利用一种墩粗工艺改变现有切削加工方式，重点研究解决台阶销轴材料利用率低问题，采用墩粗工艺，提高材料利用率，降低成本支出，提高生产效率。

Abstract： In the actual production of hydraulic support， the step pin shaft is commonly used， but in the actual processing， it needs to use lathe to process the blank of pin shaft， which produces more waste and serious waste. Through the research， it is found that a kind of pier rough process can be used to change the existing cutting processing mode， focusing on the research to solve the problem of low material utilization ratio of the step pin shaft， adopting the pier rough process to improve the material utilization ratio， reduce the cost expenditure and improve the production efficiency.

关键词：切削;销轴;墩粗;车床;液压支架;工艺;毛坯

Key words： cutting;Pin;Pier coarse;lathe;hydraulic support;process;blank

中图分类号：TF142;TG333.17                       文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2020）23-0104-02

0  引言

轴类零件是常见的典型零件之一，是一类标准化的紧固件，既可静态固定连接，亦可与被连接件做相对运动，主要用于两零件的铰接处，构成铰链连接。按轴类零件结构形式不同，一般可分为光轴、阶梯轴和异形轴三类;或分为实心轴、空心轴等。

机械加工工艺流程是工件或者零件制造加工的步骤，采用机械加工的方法，直接改变毛坯的形状、尺寸和表面质量等，使其成为零件的过程称为机械加工过程。轴类零件的技术要求主要是支撑轴颈和配合轴颈的径向尺寸精度和形位精度，轴向一般要求不高。几何形状精度主要是圆度和圆柱度，一般要求限制在直径公差范围之内。相互位置精度主要是同轴度和圆跳动;保证配合轴颈对于支撑轴颈的同轴度，是轴类零件位置精度的普遍要求之一。

台阶轴的加工工艺较为典型，反映了轴类零件加工的大部分内容与基本规律。下面以液压支架中的铰接轴为例，介绍一般台阶轴的加工工艺。

1  零件图样分析

图1所示为铰接销轴，属于一般阶梯轴零件，由圆柱面和轴肩组成。此类销轴结构简单，在液压支架生产制造中应用较为广泛。

2  确定毛坯

本例销轴为液压支架铰接轴，通常选用30CrMnTi材质。30CrMnTi钢的强度高、淬透性高，但冲击韧性略低。主要用作渗碳钢，渗碳后可降温直接淬火，弯曲强度较高，耐磨性能好。常用于机械制造行业中截面较大的重负荷渗碳件及受力较大的齿轮、齿轮轴、蜗杆等。图中Φ35圆柱面为非加工面，故应当选用Φ35圆钢制作毛坯。

3  确定主要表面的加工方法

铰接轴大都是回转表面，主要采用车削和外圆磨削成形。一般来说，粗车的尺寸公差等级为（IT12～IT11），半精车为（IT10～IT9），精车为（IT8～IT7）。粗车的表面粗糙度Ra为25-12.5μm，半精车Ra为6.3-3.2μm，精车Ra为1.6-0.8μm（精车有色金属Ra可达0.8-0.4μm）。图1显示该铰接轴的主要表面的公差等级（IT8）较高，表面粗糙度Ra值（Ra=6.3）较小，固外圆表面加工粗车，将精加工前大量的加工余量去掉，再进行半精车，满足精加工的余量均匀性要求。

4  确定定位基准

合理的选择定位基准，对于保证零件的尺寸和位置精度有着决定性的作用。数控车床多采用三爪自定心卡盘、尾座顶尖、和液压高速动力卡盘等。

由于该铰接轴主要配合表面对基准轴线没有径向圆跳动和端面圆跳动的要求，并且该轴是实心轴，所以应选择三爪卡盘装夹、顶尖定位。

该轴采用三爪卡盘装夹圆钢的毛坯外圓，车端面，顶锥固定后粗车Φ25外圆，留半精车余量1.0-1.5mm。

综合上述分析，铰接轴的工艺路线如下：

下料→车两端面→粗车外圆→半精车外圆→钻孔   热处理→检验

铰接轴两端面车削余量可取5mm，半精车余量可取1.5mm。加工尺寸可由此而定，见该轴加工工艺卡的工序内容。

车削用量的选择，单件、小批量生产时，可根据加工情况由工人确定;一般可由《机械加工工艺手册》或者《切削用量手册》中选取。

由此可见，传统台阶销轴加工工艺需要7个工序来完成，工序较多，较为复杂，加工效率低，且由Φ35圆钢毛坯加工至成品，至少产生废料重量M=M毛坯-M成品=7.85Π×（35/2）2×130-7.85Π×[（25/2）2×120+（35/2）2×5]=0.98kg-0.5kg=0.48kg，占毛坯重量的49%，材料浪费严重。

据统计常用的掩护式液压支架单架销轴种类平均有30种，台阶销轴种类占比53%，单架销轴数量平均100件，台阶销轴占比64%。公司每年承揽近100种（约4700架）不同架型支架，由此可见台阶销轴在液压支架生产中种类和数量需求庞大，同时因销轴切削加工产生的材料浪费也颇为严重。

通过研究分析，可以利用墩粗工艺改变现有机加工方式，重点研究解决台阶销轴材料利用率低的问题。镦粗是使坯料高度减小而横截面增大的锻造工序。镦粗的作用包括由横截面较小的坯料得到横截面较大而高度较小的锻件;冲孔前增大坯料横截面和平整端面;提高下一步拔长时的锻造比;提高锻件的横向力学性能和减少各向异性;反复镦粗和拔长以打碎合金工具钢中的碳化物，使其分布均匀。

墩粗工艺的实施应用包括上模组件和下模组件。上摸组件借用压力机模具，下模组件包括下模具和下模芯。使用镦粗模具加工销轴台阶时，首先上模组件和下模组件安装在压力机上，安装时确保上模腔的中心线和下模腔的中心线重合，然后将销轴需要进行加工成台阶的部位进行加热，加热结束后，将销轴首先放置到下模腔内，此时启动压力机，冲床带动上模组件滑行，从而销轴的顶端进入到上模腔内，上模组件继续滑行，对销轴顶端施加向下的压力，由于销轴加工部位经高温加热后，硬度低，易压缩变形，在压力机的挤压下，加热部位变形为台阶形状。压缩结束，冷却成型后，冲床向上移动，上模组件脱开工件，将下模腔内加工后的销轴取出，铸造程序完成。

镦粗工艺采用与成品加工尺寸规格相同的圆钢为毛坯，依据重量与体积公式m=pv计算所需材料长度，制作上下工装模具。

①首先对常见台阶销轴尺寸范围进行统计，根据统计结果调研具有加工能力的设备，最终确定台式压力机能够满足加工要求。

②按照销轴墩粗计算公式（如图2）计算镦粗所需材料长度：

销轴镦粗台阶加工方法采用适用锻造加热的中频电源感应圈进行加热，感应圈长度及孔径与销轴台阶长度及毛坯直径相匹配，以保证最佳加热效果，防止出现过烧，或欠热影响热锻成型。感应圈孔径比毛坯外径大1～1.5mm，同时要求坯料加热时周边间隙均匀;感应圈长度按台阶长度的1.5～2倍设计，以保证销轴台阶及铣扁尺寸锻造成型充分，轮廓清晰。

综上所述，墩粗工艺加工工艺路线如下：

下料→加热→压力机冲压→钻孔→热处理→检验

通过与传统销轴切削加工方式进行对比，采用墩粗工艺，减少了车床加工的工序，同时，销轴可直接采用Φ25圆钢毛坯加工，避免了材料浪费，材料利用率和采购成本有效降低。

5  结论

墩粗工艺的研究与应用，将传统切削加工方式转化为更加简单有效地墩粗加工方式，进一步提高了销轴加工效率，避免了材料浪费，有效解决了材料利用率低的问题。同时减少了材料采购价格，控制了采购成本支出，降低了加工和人力成本，提升了产品机械性能，便于大批量生产，为今后的销轴加工方式起到了参考作用。

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