非調(diào)質(zhì)鋼在精梳機(jī)錫林軸上的應(yīng)用

成慶紅，趙庭杰，胡立英

非調(diào)質(zhì)鋼具有節(jié)約能源、降低成本、減少工件變形、減少環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)，德國、瑞典和日本對非調(diào)質(zhì)鋼的研究與應(yīng)用在世界上處于領(lǐng)先水平，在國內(nèi)非調(diào)質(zhì)鋼已經(jīng)廣泛應(yīng)用于裝備制造業(yè)、汽車行業(yè)中，而在紡織機(jī)械行業(yè)的應(yīng)用還比較少。

1.精梳機(jī)錫林軸服役條件

精梳機(jī)在紡紗過程中主要作用是排除較短纖維、清除纖維中的扭結(jié)粒等雜質(zhì)，使纖維進(jìn)一步伸直平行，最終制成粗細(xì)較均勻的精梳條。

錫林部件是精梳機(jī)的核心部件，分段安裝在錫林傳動(dòng)軸的軸承檔部位，工作過程中喂給部分輸入一定長度纖維層，由鉗板握持纖維層后端，接受錫林對纖維的分梳。精梳機(jī)主傳動(dòng)置于機(jī)器頭部，動(dòng)力由兩對非圓齒輪傳給錫林軸，錫林軸貫通全機(jī)，由頭段和尾段一長一短兩根連接而成，軸端有分度盤，為全機(jī)各部動(dòng)作（定時(shí)定位）的基準(zhǔn)。非圓齒輪傳動(dòng)，瞬時(shí)傳動(dòng)比是變化的，所以錫林軸做變速運(yùn)動(dòng)，由變加速和變減速運(yùn)動(dòng)構(gòu)成。精梳機(jī)的技術(shù)發(fā)展以提高車速為重點(diǎn)，我公司的精梳機(jī)開車速度最初是290鉗次/min，新開發(fā)的JWF1278型精梳機(jī)預(yù)計(jì)速度將提高至420鉗次/min，所以導(dǎo)致原來的軸出現(xiàn)了變形、鍵槽被“啃掉”甚至是斷裂的問題。

目前我公司精梳機(jī)錫林軸采用55鋼調(diào)質(zhì)處理后加工，但調(diào)質(zhì)處理使軸的內(nèi)應(yīng)力增加，錫林軸屬于細(xì)長軸類，加工過程中變形大、校直難度大、效率低，有時(shí)還需增加數(shù)次去應(yīng)力處理，不僅成本高，還制約了正常的裝配和生產(chǎn)進(jìn)度。因此，錫林傳動(dòng)軸不僅要求軸承檔具有很高的硬度和耐磨性，還要有一定的抗扭、抗彎強(qiáng)度，以及好的沖擊韌度。

2.試驗(yàn)過程

（1）錫林軸工藝試驗(yàn) 本次工藝試驗(yàn)選取兩個(gè)零件件號各7根：JWF1276-0612Q1錫林傳動(dòng)軸（頭），規(guī)格：φ30mm×1630mm；JWF1276-0610Q1錫林傳動(dòng)軸（尾），規(guī)格：φ30mm×2238mm。錫林軸加工工藝流程：備料→車加工→粗磨→分段高頻感應(yīng)淬火→精磨→銑鍵槽→磷化。零件技術(shù)要求：該軸φ30mm各段熱處理后硬度60～64HRC，全長徑向圓跳動(dòng)量≤0.050mm，1m以內(nèi)徑向圓跳動(dòng)量≤0.030mm，圓度要求≤0.006mm。

（2）材料選擇 考慮到錫林傳動(dòng)軸的加工難度主要是在調(diào)質(zhì)后內(nèi)應(yīng)力大、變形大、校直困難，通過調(diào)研非調(diào)質(zhì)鋼的力學(xué)性能和加工性能，可選用一種合適的非調(diào)質(zhì)鋼來替代進(jìn)行工藝試驗(yàn)。根據(jù)國家非調(diào)質(zhì)機(jī)械結(jié)構(gòu)鋼標(biāo)準(zhǔn)GB/T15712—2008，選用直接切削加工用材料F45MnVST。原材料55鋼與F45MnVST化學(xué)成分對比見表1。

（3）力學(xué)性能對比 原材料55鋼與F45MnVST力學(xué)性能對比見表2。可見，兩種鋼的屈服強(qiáng)度相當(dāng)，55鋼調(diào)質(zhì)后的抗拉強(qiáng)度與F45MnVST相差較大，而F45MnVST的塑性和韌性稍差一點(diǎn)，二者硬度也相當(dāng)。

（4）試驗(yàn)數(shù)據(jù) 采用雙頻淬火機(jī)床對長軸進(jìn)行高頻感應(yīng)淬火（調(diào)頭兩次淬火），感應(yīng)線圈直徑36m m，加熱溫度（880±10）℃，噴水冷卻，深井式爐回火，150℃保溫120～150min。淬火后表面硬度要求60～64HRC，兩種材料實(shí)際檢測結(jié)果對比見表3，均符合要求。

磨削階段使用無心磨床加工，每次磨削完都需校直，磨削完工后檢驗(yàn)徑向圓跳動(dòng)量和淬火段圓度（見附圖）。測得最大徑向圓跳動(dòng)量和淬火段圓度數(shù)據(jù)見表4～表7。

經(jīng)過4～6次的磨削，百分表測量徑向圓跳動(dòng)量，全長范圍內(nèi)0.05mm，均達(dá)到要求；千分表測量淬火段圓度，要求圓度不超過0.006mm，均達(dá)到要求，原來55鋼調(diào)質(zhì)后變形量大，磨削階段完工檢驗(yàn)需將圓度要求放寬到0.010mm以內(nèi)。

3.兩種材料淬硬層對比

55鋼調(diào)質(zhì)后和F45MnVST兩種材料分別制作φ20mm×250mm試棒各一根，在同一臺雙頻淬火機(jī)床上采用相同的淬火參數(shù)進(jìn)行高頻感應(yīng)淬火后，分析其表面硬度及淬硬層深度，結(jié)果見表8。

55鋼淬火后表面硬度為890HV0.05，洛氏硬度66HRC，淬硬層深度1.5mm；F45MnVST淬火后表面硬度為800HV0.05，洛氏硬度63HRC，淬硬層深度1.75mm。

說明在同等淬火條件下，非調(diào)質(zhì)鋼的淬透性比55鋼高，而淬硬性比55鋼低。由于非調(diào)質(zhì)鋼中Si、Mn含量多，并且加入微量合金元素V、Ti等，所以淬透性高；而碳含量比55鋼低，故淬硬性低。

4.試驗(yàn)結(jié)果

（1）F45MnVST替代55鋼加工精梳機(jī)錫林軸的方法可行，熱處理和機(jī)加工后的數(shù)據(jù)均可滿足圖樣要求。

（2）非調(diào)質(zhì)鋼零件在高頻感應(yīng)淬火和磨削過程中與調(diào)質(zhì)零件零件相比變形量明顯減小，校直難度降低，生產(chǎn)效率大大提高，批量使用后可降低生產(chǎn)成本。

表1 化學(xué)成分對比（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

表2 力學(xué)性能對比

表3 熱處理硬度值（HRC）

檢測圓度

表4 錫林傳動(dòng)軸（頭）最大徑向圓跳動(dòng)量 （mm）

表5 錫林傳動(dòng)軸（尾）最大徑向圓跳動(dòng)量 （mm）

表6 錫林傳動(dòng)軸（頭）圓度

表7 錫林傳動(dòng)軸（尾）圓度

表8 淬硬層深度測試

（3）非調(diào)質(zhì)鋼在國內(nèi)汽車制造業(yè)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，在紡織機(jī)械行業(yè)也應(yīng)該大力推廣，尤其是要求微變形的長軸類零件。20140526