液壓支架用大鉸接銷軸加工余量分析

胡相捧

(平頂山平煤機煤礦機械裝備有限公司,河南 平頂山 467199)

在機械加工時，都會在工件上預留一定的加工余量，目的是為了消除諸如氧化皮、夾砂、冷硬層等表面缺陷及加工誤差[1]。在實際生產中，機械加工余量的大小直接影響制造的成本和質量[2]。

液壓支架用大鉸接銷軸直徑最大已達到φ220 mm，采用的工藝路線是“粗加工─熱處理─精加工”，工藝人員根據銷軸直徑大小選擇毛料規格，一般外圓留有的總加工余量為5～10 mm。對于較大直徑的銷軸，工藝人員若為節約材料選用較細的圓鋼，可能會造成粗加工后外表面存在較多的氧化皮而影響到熱處理效果，導致銷軸強度降低；若為保證銷軸加工精度和強度選用較粗的圓鋼，可能會造成材料的浪費，特別是較大直徑的銷軸更為明顯(因為直徑越大，尺寸偏差、不圓度、彎曲度越大)。

雖然最新的《GB/T 702-2008 熱軋圓鋼和方鋼尺寸外形重量及允許偏差》(以下簡稱GB/T 702)規定φ170 mm以下規格為5 mm進制，但市場上采購的直徑大于φ130 mm的規格還是10 mm進制。因此，從設計角度來看，若支架銷軸設計為φ130 mm、φ140 mm，…，10 mm的加工余量是否偏大，若設計為φ135 mm、φ145 mm，…，5 mm的加工余量是否偏小。因此，制定合理的銷軸加工余量工藝，不僅可以提高加工效率，而且也是節能降耗的重要舉措。

工序加工余量由三大部分組成，即上工序的加工精度、上工序的表面質量和本工序的安裝誤差[3-4]。鑒于目前設計和市場方面的原因，大銷軸的加工余量均在10 mm左右，所以本文的分析和試驗從基本尺寸考慮，不考慮尺寸偏差。

為此，我們選取35CrMnSiA熱軋圓鋼材料、試樣規格為φ190 mm×700 mm進行驗證。首先按照GB/T 702對其進行理論分析，然后按照工藝路線對每一步工序進行跟蹤測量，最終得出此規格圓鋼加工余量推薦值。

1 理論分析

影響圓鋼外圓加工量的因素主要有尺寸偏差、不圓度和彎曲度(如圖1和圖2所示)。下面將依據GB/T 702的表1《熱軋圓鋼和方鋼的尺寸允許偏差》、表9《熱軋圓鋼不圓度及方鋼對角線長度》和表10《熱軋圓鋼和方鋼彎曲度》分別計算試樣的理論極限尺寸偏差、不圓度和彎曲度[5]。

理論極限尺寸偏差。因為采購合同未注明特殊要求，按GB/T 702中表1的第3組允許偏差執行，即為±2.00 mm；

理論極限不圓度。由理論極限尺寸偏差可得公稱直徑公差為2-(-2)=4 mm，依據GB/T 702中表9可得試樣的不圓度不大于2.8 mm(4×70%)。

理論極限彎曲度。因為采購合同未注明特殊要求，按GB/T 702中表10的第2組執行，則試樣的總彎曲度不大于2.8 mm(700×0.4%)。

理論極限加工余量分兩種情況：第一種是不考慮彎曲度，以端面為準劃取中心孔位置；第二種是考慮彎曲度，需要調整端面中心孔位置。

第一種情況，不考慮彎曲度，以端面為準劃取中心孔位置，即中心孔選定為端面圓心，則保有加工余量為不圓度+彎曲度×2，即為

2.8+ 2.8×2=8.4 mm

也就是說，銷軸的最終尺寸≤D1(圖2所示)。

第二種情況，考慮彎曲度，需要調整端面中心孔位置，即中心孔位置要偏離端面圓心，則保有加工余量為不圓度+彎曲度，即為

2.8+ 2.8=5.6 mm

也就是說，銷軸的最終尺寸≤D2(圖2所示)。

綜上所述，考慮到隨機性，不考慮熱處理的影響，在最惡劣的情況下，銷軸保有加工余量≥8.4 mm。

2 實驗過程

選取的試樣數量為3，具體步驟為：

第一步，在距端面165 mm、335 mm、485 mm的位置處用游標卡尺對原材料外圓尺寸進行測量，如圖3所示，測量結果如表1所示。

由表1可見，3個試樣的外徑最大值均大于GB/T 702的要求(尺寸偏差±2.0 mm)，最小值滿足國標要求，不圓度僅3號試樣滿足國標要求。

表1 φ190 mm圓鋼原材料外圓測量結果 mm

第二步，粗車。按照每次進刀0.5 mm進行兩次粗車，每次粗車后都進行測量，測量結果見表2和表3。

表2 φ190 mm圓鋼粗加工至φ189 mm外圓尺寸測量結果 mm

表3 φ190 mm圓鋼粗加工至φ188 mm外圓尺寸測量結果 mm

由表2中的數據可以看出(第一次粗車至φ189 mm)，由于使用了刀具補償，因此各組數據偏差很小，1號、2號試樣均比較接近φ189mm；3號試樣存在較大偏差，原因是該試樣存在較大彎曲，彎曲部位氧化皮的存在造成外形不規則。

此外，1號試樣存在中心孔打偏問題，2號試樣存在小程度彎曲，3號試樣存在較嚴重彎曲，而且存在較嚴重軋制缺陷。故認為1號和2號試樣在較小加工量下能車圓，3號試樣需要較大加工量。

由表3中數據可以看出(第二次粗車至φ188 mm)，由于使用了刀具補償，加工質量較好的1號、2號試樣數據偏差很小，均非常接近φ188 mm，3號試樣由于缺陷影響，進刀量變為0.75 mm。

經過兩次粗車后，1號試樣達到了光整加工；2號試樣左端存在小范圍微小缺陷，右側存在較小范圍的黑皮；3號試樣整體仍存在較嚴重彎曲，左端部軋制缺陷范圍有所縮小，但依然明顯。

第三步，按正常銷軸加工工藝調扣、熱處理、精車，精車時按進刀1 mm進行精車，精車后測量結果如表4。

由表4中數據可以看出，由于使用了刀具補償，各組數據偏差很小，1號和2號試樣均高質量完成外圓加工工序，整體光亮，無缺陷；3號試樣在原彎曲部位還存在較大塊黑皮，呈平面狀。

對3號試樣進行了進一步加工，結果見表5。精車至φ184.55 mm，缺陷明顯變??；進一步精車至φ183.80 mm，完全去除氧化皮，此時3號試樣相對于公稱直徑共加工掉約190-183.8=6.2 mm。

由3組試樣的試驗結果可知，相對于公稱尺寸，粗加工量、精加工量和總加工量分別為：

粗加工后表面光整，1號試樣加工掉2 mm；2號試樣需大于2 mm；3號試樣需要更大的加工量。

精加工后表面光整，1號試樣加工掉2 mm；2號試樣加工掉2 mm；3號試樣需要更大的加工量。

總加工量，1號和2號試樣共加工掉約4 mm，3號試樣共加工掉約6.2 mm。

3 結語

由于表面氧化皮的存在會大幅度降低淬火冷卻速度，從而造成熱處理過程出現淬火軟點和軟面等缺陷，嚴重影響材料的最終熱處理效果，造成熱處理后材料性能低于預期，故對受力較大的大鉸接銷軸類材料在粗加工時應盡量實現整體光整加工(完全去除氧化皮)，結合前面理論分析和上述實驗過程，35CrMnSiA材料的φ190×700 mm圓鋼試樣粗加工余量不宜小于5 mm(相對于公稱直徑)，精加工余量不宜小于2 mm，總加工余量不宜小于7 mm。

表4 φ190 mm圓鋼精加工至φ186 mm外圓尺寸測量結果 mm

表5 3號試樣精加工外圓尺寸測量結果 mm

采購尺寸偏差、不圓度和彎曲度較小的原材料也可以減小加工余量。

在生產過程中出現的試樣3類型明顯彎曲情況，可以在加工前增加原材料校直工序，從而減小加工量。

對于非關鍵受力銷軸，對熱處理質量要求不高時，可簡單粗車后即進行熱處理。

[1]瞿繼九.合理確定機械加工余量的意義[J].科技資訊,2010(35):85.

[2]李淑娟,李言,袁啟龍,等.鑄件機械加工余量及尺寸公差快速確定方法的研究[J].鑄造技術,2005,26(1):10-13.

[3]劉璇,沈曉紅,黃志剛.加工余量的自動確定[J].現代制造工程,2001(9):14-16.

[4]李宏.軸承保持架鑄造加工過程利潤率優化模型[J].鑄造,2014, 63(3):283-285.

[5]中國鋼鐵工業協會.GB/T 702-2008 熱軋圓鋼和方鋼尺寸外形重量及允許偏差[S] .北京：中國標準出版社，2008.