CN105479104A - 一种17-4ph不锈钢材料细长轴加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于材料机加工技术领域，具体涉及一种17-4PH不锈钢材料细长轴加工方法。本发明的17-4PH不锈钢材料细长轴加工方法，至少包括：1)、去应力退火热处理步骤；2)、细长轴端面加工及钻孔步骤；3)、确定细长轴的磨削基准；4)、粗车、半精车削加工及渗透探伤步骤；5)、固溶及时效热处理步骤；6)、磨削处理步骤；7)、表面淬火及退火热处理步骤；8)、精磨7)步骤后的细长轴，去除堵头，再经由后续常规轴端微修或端部截取步骤，获得成品细长轴。采用本方法后，可有效杜绝目前17-4PH不锈钢材料细长轴加工报废率高的缺陷，从而在确保该细长轴的高精度的形状及表面粗糙度加工的同时，同步提升其加工效率及成品率。

Description

一种17-4PH不锈钢材料细长轴加工方法

技术领域

本发明属于材料机加工技术领域，具体涉及一种17-4PH不锈钢材料细长轴加工方法。

背景技术

17-4PH属于沉淀硬化型不锈钢，所谓沉淀硬化是指不锈钢通过热处理析出细小的金属间化合物和某些少量碳化物以产生硬化，从而获得高强度和一定耐蚀性相结合的高强不锈钢。该合金材料被广泛应用于制造耐热、耐蚀及高强度要求的机械设备及部件，如泵轴。但当该合金作为长度与直径比大于25的细长轴使用时，由于轴表面的粗糙度Ra要求在0.1～0.8之间，且细长轴本身的刚性差，故而在对细长轴表面进行机械加工时，在切削力和切削热等的作用下，极易产生振动及弯曲变形，导致轴的报废。如何在正视该材料作为细长轴材料的特殊性的同时，提高其加工成品率和成品精度，一直是本领域亟待解决的技术难题。

发明内容

本发明的其中一个目的即为克服上述现有技术的不足，提供一种17-4PH不锈钢材料细长轴加工方法，其可有效杜绝目前17-4PH不锈钢材料细长轴加工报废率高的缺陷，从而在确保该细长轴的高精度的形状及表面粗糙度加工的同时，同步提升其加工效率及成品率。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种17-4PH不锈钢材料细长轴加工方法，其特征在于：至少包括以下处理步骤：

1)、去应力退火热处理步骤：

取17-4PH材料制作的细长轴，于550℃温度中保温3小时，并随炉冷却；进入步骤2)；

2)、细长轴端面加工及钻孔步骤：

装夹待加工的细长轴，利用机床主轴箱中的三爪自定心卡盘夹住细长轴的左端部，并利用机床中的中心孔托架支撑细长轴的右端部；精车上述两端部的端面，并在上述两端面处均同轴加工出带螺纹的C型螺纹中心孔；

3)、确定细长轴的磨削基准：

增设由合金钢调质处理制成的堵头，该堵头一端同轴加工有与上述轴端面的C型螺纹中心孔间螺纹配合的螺柱，而堵头的另一端轴向开设有同轴的B型中心孔；上述堵头为螺纹固接于细长轴两端的两个，且以堵头的相对螺纹固接端的另一端处B型中心孔作为之后轴体车磨削的基准；

4)、粗车、半精车削加工及渗透探伤步骤：

以机床主轴箱中的三爪自定心卡盘夹住上述细长轴的左端部，通过机床尾架上的弹性活顶尖顶住位于细长轴右端部处堵头的B型中心孔；以该B型中心孔为加工基准，对细长轴进行车削加工；车削加工时，在细长轴轴线的车刀加工处的相对侧处布置跟刀架，以使得车刀与跟刀架在车床导轨上同步运动并相向抵住细长轴轴身；经过粗车及半精车之后细长轴外圆粗糙度为Ra3.2～Ra6.3，随后进行该细长轴的渗透探伤操作，之后进入步骤5)；

5)、固溶及时效热处理步骤：

固溶热处理工艺为将细长轴于1050℃温度内保温2.5小时，并水冷；之后的时效热处理工艺为将细长轴于520℃温度内保温4小时，并空冷；

6)、磨削处理步骤：

将5)步骤处理后的细长轴放置于磨床上，并以细长轴两端的堵头的B型中心孔为加工基准，执行轴身磨削处理；

7)、表面淬火及退火热处理步骤：

确定细长轴轴身的预安放轴承位置，将该部位进行高频淬火热处理，随后进行该细长轴的整体去应力退火热处理；去应力退火热处理工艺为550℃温度保温3小时，并随炉冷却；

8)、精磨7)步骤后的细长轴，去除堵头，再经由后续常规轴端微修或端部截取步骤，获得成品细长轴。

所述步骤1)中，细长轴下料时的长度大于标准加工长度，多出的预留长度作为后续中力学性能测试及材料成分检测试样用料。

所述步骤2)中，车削时，背吃刀量范围为0.2～0.5mm，进给量范围0.15～0.2mm/r，切削速度范围为40～50m/min。

所述步骤4)中，粗车时，背吃刀量范围为1～2mm，进给量范围0.3～0.4mm/r，切削速度范围为30～40m/min；半精车时，背吃刀量范围为0.5～1mm，进给量范围0.2～0.3mm/r，切削速度范围为30～40m/min。

所述步骤4)中的半精车削加工时在轴径向预留加工余量，并在5)步骤之前，在细长轴的左端部加工出M65×2-6h的外螺纹，并以此螺纹安装吊具。

所述的步骤6)及步骤8)中，磨削所采用砂轮为自锐性好的粒度为40～50粒的硬度中软、组织疏松的砂轮，砂轮组织号为6～8号；粗磨时，吃刀量范围为0.008～0.01mm，纵向进给速度为1.5～2m/min，工件转速160～180r/min；半精磨时，吃刀量范围为0.006～0.008mm，纵向进给速度为1.0～1.5m/min，工件转速140～160r/min；精磨时，吃刀量范围为0.003～0.06mm，纵向进给速度为0.5～1.0m/min，工件转速120～140r/min。

所述的步骤4)、步骤6)及步骤8)中，沿细长轴轴向均依次架设有两个用于径向托撑细长轴的中心孔托架。

所述的步骤6)及步骤8)中，磨削时提供充足的且含有极压冷却添加剂的磨削液，供给方式为喷射供给。

所述步骤1)、步骤2)、步骤3)、步骤4)、步骤6)以及步骤8)中，利用游标卡尺和外径千分尺控制细长轴的径向与轴向尺寸，适时利用百分表测量细长轴的外圆跳动。

本发明的主要优点在于：

1)、本发明提供的17-4PH不锈钢材料细长轴加工方法，通过先对轴材料的力学性能及成分进行测试，再通过细长轴的装夹找正、轴端面及中心孔加工后，安装由合金钢调质处理制成的堵头，之后进行粗车、半精车、固溶+时效热处理、安装轴承处表面高频淬火、去应力退火热处理、粗磨、精磨等步骤以进行细长轴的加工，最终完成其细长轴的指定需求加工操作。

本发明通过在车床、磨床上增设中心孔托架，提高了轴系统的刚度，降低了轴在加工过程中的振动及扎刀现象，有效降低轴弯曲的风险。同时，在车床车削时，利用刀架和跟刀架的配合使用，抵消了背向力，并同步增加工件的刚度，降低了切削力导致轴弯曲的影响，从而提高细长轴的形状精度并减小表面粗糙度，提高了细长轴加工的成品率。更为重要的是，由于车磨削过程都需要设置基准，而由于传统的夹持加工对于轴体端部的破坏性，导致位于轴身处的基准设置往往极其困难而又极易存在误差性。轴体加工时间愈长，其误差性往往愈高，这也是当前细长轴加工精度难以提高的一大原因。本发明依靠设置堵头结构，通过另辟蹊径的采用硬质合金调质加工成型的、硬度高、耐磨性好、强度更高、刚度更高且不易破坏的外置件来提供加工基准，有效的避免了以轴自身的中心孔作为加工基准，与加工机床顶尖旋转接触而导致相互咬合现象的发生，从而避免了因中心孔变形破坏而导致加工基准的破坏，保证了在进行后续所必须的车磨削操作时，能够有效确保其车磨削操作的持续高精度性。尤其可考虑对堵头直径的有意选取，从而避免往常直接在直径更细的细长轴中心处开基准孔并研磨该孔时的巨大操作难度，显然也有利于减少操作复杂性和强度，一举多得。

本发明的加工工艺方法，充分考虑了17-4PH不锈钢材料细长轴的加工难点，采用本发明提供的加工工艺及磨削工艺，能够很好的避免细长轴在加工过程中，细长轴的振动、扎刀及弯曲变形的风险，并可同步保证细长轴的形状精度及表面粗糙度的要求，其加工成品率及加工精度更高，加工效率亦可得到有效保证，显然符合了当前生产厂家所迫切要求的高效率、低成本及快节奏的现代生产需求。

2)、中心孔托架的设置，可起到径向托撑细长轴轴身的目的，以配合上述跟刀架，同步提高细长轴的加工刚性，并降低加工过程中细长轴的轴身振动。同时，磨削时所提供的充足的且含有极压冷却添加剂的磨削液，并以喷射的方式供给，目的是改善细长轴的冷却条件，减小磨削热对轴变形的影响。此外，随时利用游标卡尺、外径千分尺控制轴的径向与轴向尺寸，利用百分表测量轴的外圆跳动，以控制其径向跳动量，使其始终能够满足细长轴的初始工艺要求。各加工参数的调整，有利于在硬件配合以减少加工径向力等不利因素的同时，进一步的改进其加工性能，进而提升其加工精度及加工可靠性。

附图说明

图1为本发明的细长轴的成品结构示意图；

图2为细长轴于步骤4)进行车削加工时的装夹状态图；

图3为细长轴的右端部端面处的C型螺纹中心孔的结构示意图；

图4为堵头的结构示意图。

图示各标号与本发明的部件名称对应如下：

a-三爪自定心卡盘b-弹性活顶尖c-车刀

10-细长轴11-C型螺纹中心孔

20-堵头21-螺柱22-B型中心孔

30-跟刀架40-中心孔托架

具体实施方式

为便于理解，此处通过以下具体实施方式，以对本发明的具体工艺流程作进一步说明：

如图1-4所示，本发明的17-4PH不锈钢材料细长轴加工方法，具体包括以下步骤：

步骤1：下料：

截取17-4PH不锈钢圆钢作为细长轴10的轴坯料，并预留一定的长度，作为后续中力学性能测试及材料成分检测试样用料。

步骤2：

在力学性能测试及材料成分检测后，进行去应力退火热处理。热处理工艺为：550℃保温3小时，冷却方式为随炉冷却，其目的在于均匀化学成分、改善机械性能及工艺性能、消除或减少内应力。之后进行细长轴10的装夹，也即利用机床主轴箱中的三爪自定心卡盘a夹住细长轴10的左端部，利用机床中的中心孔托架40支撑该细长轴10的右端部。

步骤3：

加工细长轴10两个端面并于两端面处分别钻中心孔，具体为：首先通过车床刀架上的车刀c，对细长轴10的右端部端面进行车削，然后利用车床尾架上装配的中心钻，在轴的右端部端面加工出一个带螺纹的C型螺纹中心孔11，如图3所示，并利用机床刀架上的车刀c对细长轴10的右端部端面进行精车。采用同样的加工方式，继续在细长轴10的左端部端面上加工一带螺纹的C型螺纹中心孔11，并精车该端面。车削时，背吃刀量范围为0.2～0.5mm，进给量范围0.15～0.2mm/r，切削速度范围为40～50m/min。此外，为了保证在磨削时，以细长轴10端部的C型螺纹中心孔11作为磨削基准的精度误差性，及考虑到原本细长轴10中心孔研磨的难度及繁复性，故增设由合金钢调质处理制成的堵头20，如图3-4所示。该堵头20一端加工有与轴端部的C型螺纹中心孔11相适配的螺柱，以可与C型螺纹中心孔11旋紧贴合，最终与细长轴10结合成一体。而堵头20的另一端轴向开设有B型中心孔22并以此作为之后轴磨削的基准。通过堵头20的设置，其加工难度可得到进一步降低，同时其加工精准度和成品率可得到显著提升。

该处的细长轴10的左端部和右端部，以图1中视图的左、右视角为准。实际操作时亦可根据现场状况酌情而选定。

步骤4：粗车及半精车削加工：拆下车床中心钻，并在车床尾架上装入弹性活顶尖b，以此对该细长轴10进行一夹一顶的方式进行装夹。即机床主轴箱中的三爪自定心卡盘a夹住细长轴10的左端部，通过机床尾架上的弹性活顶尖b顶住开设有B型中心孔22且与细长轴10右端部螺纹配合的堵头20。以堵头20的B型中心孔22为加工基准，通过车床上刀架上的车刀c对细长轴10进行车削加工。该刀架与跟刀架30一起安装在机床上，且在车床导轨上同步运动。粗车时，背吃刀量范围为1～2mm，进给量范围0.3～0.4mm/r，切削速度范围为30～40m/min；半精车时，背吃刀量范围为0.5～1mm，进给量范围0.2～0.3mm/r，切削速度范围为30～40m/min。经过粗车及半精车之后细长轴外圆粗糙度达到Ra3.2～Ra6.3，随后进行细长轴的渗透探伤。

步骤5：固溶+时效热处理：需注意的是，在半精车预留加工余量后，进行固溶+时效热处理之前，在细长轴10的左端部加工出M65×2-6h的外螺纹，并通过此螺纹安装吊具，以方便进行后续的固溶时效热处理。固溶热处理工艺为1050℃保温2.5小时，水冷；时效热处理工艺为520℃保温4小时，空冷。

步骤6：整体磨削处理：以细长轴10两端堵头20的B型中心孔22为加工基准，将固溶+时效热处理后的细长轴放置于磨床的顶尖上，进行磨削。

步骤7：表面淬火及退火热处理：在细长轴10安放轴承的部位进行高频淬火热处理工艺进行处理，之后进行细长轴10的整体去应力退火热处理。去应力退火热处理工艺为：550℃保温3小时，冷却方式为随炉冷却。

步骤8：精磨：对去应力退火热处理后的细长轴10，进行精磨，再经由后续轴端微修或端部截取步骤，获得成品细长轴。该常规轴端微修或端部截取步骤，端部截取步骤即轴在前述下料时预留一定的长度后，留至最后轴后加工完成时，再将中心孔给车掉；轴端微修则是直接留下中心孔，后续对该轴端进行微修，可以继续使用，中心孔不影响轴的使用。

其中，在步骤6、步骤8中，磨削采用的磨削砂轮为自锐性好的粒度为40～50粒的硬度中软、组织疏松的砂轮，具体砂轮组织号为6～8号。考虑到在磨削过程中，砂轮极易磨损变钝，需及时修整。粗磨时，吃刀量范围为0.008～0.01mm，纵向进给速度为1.5～2m/min，工件转速160～180r/min。半精磨时，吃刀量范围为0.006～0.008mm，纵向进给速度为1.0～1.5m/min，工件转速140～160r/min。精磨时，吃刀量范围为0.003～0.06mm，纵向进给速度为0.5～1.0m/min，工件转速120～140r/min。

在步骤4、步骤6、步骤8中，在车床及磨床上设置有两个中心孔托架40支撑细长轴10，如图2所示，以提高系统的刚性，降低加工过程中细长轴的振动。

在步骤6、步骤8中，磨削时提供充足的且含有极压冷却添加剂的磨削液，并以喷射的方式供给，目的是改善细长轴10的冷却条件，减小磨削热对轴变形的影响。

在步骤2、3、4、6、8中，随时利用游标卡尺、外径千分尺控制轴的径向与轴向尺寸，利用百分表测量轴的外圆跳动，以控制跳动量，使其满足工艺要求。

综上所述，本发明的加工工艺方法，充分考虑了17-4PH不锈钢材料细长轴的加工难点，采用本发明提供的加工工艺及磨削工艺，能够很好的避免细长轴在加工过程中细长轴的振动、扎刀及弯曲变形的风险，保证了细长轴的形状精度及表面粗糙度的要求，并同步的提高了细长轴加工的成品率。其操作灵活可靠而工作效率高，成品率及制作精度均可得到有效保证，符合了当前生产厂家所迫切要求的高效率、低成本及快节奏的现代生产需求，市场前景广阔。

Claims (9)

1.一种17-4PH不锈钢材料细长轴加工方法，其特征在于：至少包括以下处理步骤：

1)、去应力退火热处理步骤：

取17-4PH材料制作的细长轴(10)，于550℃温度中保温3小时，并随炉冷却；进入步骤2)；

2)、细长轴端面加工及钻孔步骤：

装夹待加工的细长轴(10)，利用机床主轴箱中的三爪自定心卡盘(a)夹住细长轴(10)的左端部，并利用机床中的中心孔托架支撑细长轴(10)的右端部；精车上述两端部的端面，并在上述两端面处均同轴加工出带螺纹的C型螺纹中心孔(11)；

3)、确定细长轴的磨削基准：

增设由合金钢调质处理制成的堵头(20)，该堵头(20)一端同轴加工有与上述轴端面的C型螺纹中心孔(11)间螺纹配合的螺柱(21)，而堵头(20)的另一端轴向开设有同轴的B型中心孔(22)；上述堵头(20)为螺纹固接于细长轴(10)两端的两个，且以堵头(20)的相对螺纹固接端的另一端处B型中心孔(22)作为之后轴体车磨削的基准；

4)、粗车、半精车削加工及渗透探伤步骤：

以机床主轴箱中的三爪自定心卡盘(a)夹住上述细长轴(10)的左端部，通过机床尾架上的弹性活顶尖(b)顶住位于细长轴(10)右端部处堵头(20)的B型中心孔(22)；以该B型中心孔(22)为加工基准，对细长轴(10)进行车削加工；车削加工时，在细长轴(10)轴线的车刀加工处的相对侧处布置跟刀架(30)，以使得车刀(c)与跟刀架(30)在车床导轨上同步运动并相向抵住细长轴(10)轴身；经过粗车及半精车之后细长轴(10)外圆粗糙度为Ra3.2～Ra6.3，随后进行该细长轴的渗透探伤操作，之后进入步骤5)；

5)、固溶及时效热处理步骤：

固溶热处理工艺为将细长轴(10)于1050℃温度内保温2.5小时，并水冷；之后的时效热处理工艺为将细长轴(10)于520℃温度内保温4小时，并空冷；

6)、磨削处理步骤：

将5)步骤处理后的细长轴(10)放置于磨床上，并以细长轴(10)两端的堵头(20)的B型中心孔(22)为加工基准，执行轴身磨削处理；

7)、表面淬火及退火热处理步骤：

确定细长轴(10)轴身的预安放轴承位置，将该部位进行高频淬火热处理，随后进行该细长轴(10)的整体去应力退火热处理；去应力退火热处理工艺为550℃温度保温3小时，并随炉冷却；

8)、精磨7)步骤后的细长轴，去除堵头，再经由后续常规轴端微修或端部截取步骤，获得成品细长轴。

2.根据权利要求1所述的一种17-4PH不锈钢材料细长轴加工方法，其特征在于：所述步骤1)中，细长轴(10)下料时的长度大于标准加工长度，多出的预留长度作为后续中力学性能测试及材料成分检测试样用料。

3.根据权利要求1所述的一种17-4PH不锈钢材料细长轴加工方法，其特征在于：所述步骤2)中，车削时，背吃刀量范围为0.2～0.5mm，进给量范围0.15～0.2mm/r，切削速度范围为40～50m/min。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种17-4PH不锈钢材料细长轴加工方法，其特征在于：所述步骤4)中，粗车时，背吃刀量范围为1～2mm，进给量范围0.3～0.4mm/r，切削速度范围为30～40m/min；半精车时，背吃刀量范围为0.5～1mm，进给量范围0.2～0.3mm/r，切削速度范围为30～40m/min。

5.根据权利要求1或2或3所述的一种17-4PH不锈钢材料细长轴加工方法，其特征在于：所述步骤4)中的半精车削加工时在轴(10)径向预留加工余量，并在5)步骤之前，在细长轴(10)的左端部加工出M65×2-6h的外螺纹，并以此螺纹安装吊具。

6.根据权利要求4所述的一种17-4PH不锈钢材料细长轴加工方法，其特征在于：所述的步骤6)及步骤8)中，磨削所采用砂轮为自锐性好的粒度为40～50粒的硬度中软、组织疏松的砂轮，砂轮组织号为6～8号；粗磨时，吃刀量范围为0.008～0.01mm，纵向进给速度为1.5～2m/min，工件转速160～180r/min；半精磨时，吃刀量范围为0.006～0.008mm，纵向进给速度为1.0～1.5m/min，工件转速140～160r/min；精磨时，吃刀量范围为0.003～0.06mm，纵向进给速度为0.5～1.0m/min，工件转速120～140r/min。

7.根据权利要求1或2或3所述的一种17-4PH不锈钢材料细长轴加工方法，其特征在于：所述的步骤4)、步骤6)及步骤8)中，沿细长轴(10)轴向均依次架设有两个用于径向托撑细长轴的中心孔托架(40)。

8.根据权利要求1或2或3所述的一种17-4PH不锈钢材料细长轴加工方法，其特征在于：所述的步骤6)及步骤8)中，磨削时提供充足的且含有极压冷却添加剂的磨削液，供给方式为喷射供给。

9.根据权利要求1或2或3所述的一种17-4PH不锈钢材料细长轴加工方法，其特征在于：所述步骤1)、步骤2)、步骤3)、步骤4)、步骤6)以及步骤8)中，利用游标卡尺和外径千分尺控制细长轴(10)的径向与轴向尺寸，适时利用百分表测量细长轴(10)的外圆跳动。