空心轴套热处理工艺

jin414760385

请教各位高手下面的轴选材，热处理方式，可行吗？轴套中间的孔是一个(Y2-132m-4)4KW转速1440/min电机的输出轴，外花键连接是一个减速器，热处理后个人认为应在54-58HRC。全长60mm，内径28mm，花键大经50mm，键槽最高点为28nn+3mm
这个初步的方案还请各位经验丰富的同行不惜指导，觉得有那些不可行，那些还可以更好？
轴套材料采用40cr，经调质后材料的性能我有点有难确定，因为轴套最薄处只有5mm，{轴键采用的是30°平键}，
想事先计算一下可行不，是不是可以按标准上的抗拉强度750，扭转疲劳强度200计算，
因为涉及热处理后的材料力学性能各各部位不一至，不能确定轴套内圈键槽部位（危险截面）的力学性能是否能按上面的标准算。
请看帖的仁兄都能说上两句，指点一二。

[ 本帖最后由 wangqinghua196 于 2008-9-10 11:07 编辑 ]

luodan1661

凌云谷

这种服役状态的连接件：
1、调质到28HRC以上整体强度绝对足够了，因为一般情况下轴也就这个强度，且轴的直径比套小，要断也是轴先断。
2、键槽和花键侧面需要抗压，一般达到45HRC以上也就够了，花键和扭力输出件之间应该不是频繁的抽插吧？

如果是以上情况，则以下工艺流程可以选择：
车外圆－－钻孔－－调质－－镗孔（注意要留热处理变形余量：一般这种结构为孔收缩，）－－开键槽（注意键槽底部要有倒角）－－加工花键－－氮化，根据氮化后的尺寸决定是否需要磨削内孔（内孔尺寸公差有必要这么紧吗？）

jin414760385

谢谢，疑惑点解决，花键和扭力输出件之间有轴向8mm的间隙，电机和减速器之间用螺栓紧固。内孔为过盈配合原因（1）电机有正反转，有制动（急停），而电机输出轴的连接键都小于电机的键槽， 考虑到会不会有启动和制动冲击，（2）花键和扭力输出件之间有轴向8mm的间隙，本来想把轴套加长把这个间隙做的很小，但觉的又没必要。经验所限，又不能确定以后在设备运作特别是启动和制动时会不会出现抽插，这样就算是给轴套加了一个约束。本来键槽底部昨晚加的是2mm*2mm的倒角，听了你的指导已更正为1mm*1mm的倒角。镗孔（注意要留热处理变形余量：一般这种结构为孔收缩（loveliness: 留0.1mm行吗？

还想问版主两的问题，（1）40cr经过我们的调质后，硬度在30HRC左右（再高就轴套就应该有点翠了），再经过什么样处理才能把3楼说的键槽和花键侧面硬度达到45HRC”。(2)这种方式的周期要多长，和第一步的调质有那些时间和工序的重合。

[ 本帖最后由 stigershu 于 2008-9-9 21:42 编辑 ]

luodan1661

1、在加工好后进行软氮化（氮碳共渗），要求为层深0.1～0.3mm，硬度≥HV450。软氮化后只对要求尺寸公差很小和表面粗糙度要求很高的部位进行小余量（一般只有5丝左右）精加工。
2、软氮化一般4～6小时，凌云谷说的是氮化，氮化包括硬氮化（渗氮）和软氮化（氮碳共渗），硬氮化时间一般是几十个小时，单价也要高很多，软氮化成本低得多。软氮化后40Cr一般的硬度大概在450～750之间。软氮化后可以是随炉冷（出炉后零件是银灰色），也可以是油冷（出炉后是黑色）。
3、在软氮化之前最好再进行一次600左右保护气氛中的去应力处理。要注意在这里有个技巧，你的中孔要留余量，在去应力后进行精加工，这个零件的中孔在去应力后应该要涨大点，所以要注意多点余量。内孔精加工时还要考虑软氮化的变形，这个零件因为相对于内孔来说属于壁厚偏薄的件，软氮化后该内孔可能会有微量（一般1～4丝）的涨大，不是凌云谷判断的缩小。所以还要多留点软氮化后的精磨余量，一般余留磨量5～8丝，你可以留8～10丝。
4、因为你前工序已经调质处理了，如果说还要注意些细节的话，你就要注意这样的问题。1）调质的时候内孔最好加工到20，这样能保证整个零件调透。2）各部位的余量一般要留2mm左右，以保证在后续的加工中能把表面的脱碳层加工掉。这样的话对于软氮化质量和以后的使用都有好处。

[ 本帖最后由 stigershu 于 2008-9-9 21:42 编辑 ]

激光淬火

赞成3楼的工艺流程.另外关于硬化,我觉得可以考虑渗氮改为淬火,是否更好?
因为这个件有受冲击的情况,而大家都知:渗氮对于冲击载荷没有优势,只是用于磨擦的情况.
如果要提高零件的强度,除了考虑轴向的滑动摩擦,更好考虑周向的弯曲应力,危险点当然是齿根.
渗氮工艺对花键齿根的疲劳弯曲屈服强度没有贡献, 且有负面影响哦.
而淬火工艺的全齿淬火工艺可以提高齿根的弯曲强度.
如果感应淬火变形大,可以考虑激光逐齿淬.

jin414760385

对于硬化的方式各位是仁者见仁，智者见智，给了我这个新手很大的帮助，在这再次表示感谢，预祝大家有个祥和的教师节。想问 六楼的说是把软氮化改为淬火吗？1）轴套的内孔如何才能实现淬火？2）表面花键高频淬火我这厂里还能做到，但我不知经过调质过的40cr （硬度在30HRC）的花键还能不能高频淬火？3）激光逐齿淬目前的确不具备条件，我们这只有真空的氮化炉，淬火炉，回火炉.4）软氮化（氮碳共渗）以后轴套的的性能是？我认为应该是很硬的了，具体的性能和使用适合使用条件我真还不太清楚，还请你不惜指导。
请问版主1）“600左右保护气氛中的去应力处理”这是一种什么样去除应力的方式，600是摄氏度吗？2）“调质的时候内孔最好加工到20” 是在钻孔时内孔直径钻成20mm吗？要求内孔直径最终是28mm。

凌云谷

1、齿侧和键槽硬度，5楼已经说过了氮化后能够 远高于45HRC，他指出的氮碳共渗工艺应该能找到供应商来处理。但变形量是氮化小点，可能也容易找到氮化的供应商。
以前为了减少硬氮化时间，1）进炉时放置淬渗剂：组织和硬度梯度分布不是最好，表层空隙度大。2）改造设备，将井式氮化炉改成了真空脉冲氮化炉，效果非常明显，主要用于汽车套管叉的批量热处理。
2、虽然有紧急制动（启动和停车的冲击力比紧急制动小多了），还是要看载荷，如果受冲击不大，提供的工艺流程已经足够使用了。
间隙8mm是什么概念？有总成示意图吗？花键套长度一般在1（经过表面热处理）至1.5（不经过表面热处理）倍花键节圆直径的已经足够应付传递扭距了然后加上伸缩抽插的长度就是设计长度。
如果冲击载荷特别大,还是请先去打一下马达输出轴的硬度,如果轴的硬度没有套的高,也还是轴先断。
最好的失效模式,应该是键先断,注意选用的键的尺寸和硬度,考虑一下键的强度吧。
３、载荷特别大、冲击力特别高的套，呵呵，就采用：
车外圆－－钻孔－－调质－－开键槽（注意键槽底部要有倒角）－－粗加工花键（尺寸仿形做小单边１．５－２ｍｍ左右）－－花键中频感应淬火－－回火至４５－５０HRC－－花键涂塑（接触部分即可）－－花键挤塑成形－－镗孔。此时，内孔和轴之间的运动，完全靠键来约束，内孔尺寸公差没必要这么紧。
呵呵，不是大批量生产，没必要这么做啊，相关涂塑、挤塑的技术需要专机，工艺也是保密的，不过做出来的轴，花键抗扭转强度、抗冲击也是其它方法无法达到的，个中原因留给大家思考吧。
４、另外设计时，请注意内孔、外圆的倒角、表面热处理前的去毛刺问题（氮化后，毛刺坚硬难以去除）以及认向，不然影响装配和维护保养。

凌云谷

１、调质对感应淬火有好处。
２、如果按你以前说的准备内孔采用过盈配合和如果键也采用过盈配合的话，钻孔后再调质，外表面达到３０HRC的话，内孔的强度已经足够了、也不存在内孔耐磨性要求，故内孔没必要再做表面耐磨性处理了。
　　另外带键槽的情况，要表面处理提高花键和内孔的耐磨性，经过调质的件，往真空氮化炉内走一遍就完事了，也不用去管深度、表面硬度了。
　　如果花键变形要求不高或有磨花键的手段，则可以花键采用用感应热处理，但和内孔表面热处理之间有矛盾的（高频感应热处理内孔，键侧很难淬硬，并且变形量不易控制需要内孔硬车或磨削）。
　　６００℃去应力回火，对变形有好处，但在这个零件上可能不采用也没问题：是钻孔后调质的，后续的镗孔、花键加工应力应该不大。如果以后采用调质后钻孔，应力就大些，就需要去应力回火，但这种工艺流程浪费能源、内孔强度又不高，不推荐。
　　关于内孔钻孔余量，钻孔后这样薄的零件，调质时，很快加热透了，保温时间也不需要很长，故脱碳很少，单边不会高于０.５ｍｍ，主要还是考虑变形量。而花键齿顶不受力不接触，略为贫碳也不咋的，外圆也不用考虑放过多的余量。　
　　花键根部设计考虑了磨削根切（如果有后续磨削）和圆弧过渡了吗？

激光淬火

赞成楼上的说法.设计高手!
要从工件的受力来分析.
冲击的大小直接影响热处理工艺,深有同感.