夹具轴类件的热处理优化方案

1.夹具轴类件常用材料、热处理工艺及力学性能和工艺性能

夹具轴类零件常用材料、热处理工艺及力学性能和工艺性能如表5⁃3所示。

表5-3 夹具轴类零件常用材料、热处理工艺及主要性能

（续）

2.夹具轴类零件的热处理实例

（1）车、磨外圆夹具主轴的热处理 车、磨零件外圆时，需要增加一套车、磨夹具，其主轴是热处理的关键件之一。

1）夹具主轴所用材料及技术要求。图5-1所示为车、磨长轴所用夹具的主轴。其材料为65Mn钢，要求整体调质后硬度为235～265HBW，ϕ100mm和ϕ125mm各段经中频感应淬火后的硬度≥58HRC。各序加工预留余量和热处理变形允差参照附录C。

图5-1 车、磨用夹具主轴的结构图

2）工艺分析。该主轴工作时因转速较高，需要较高的抗弯强度和抗扭强度。为了提高调质后的硬化层深度，选择65Mn钢制作。

65Mn钢锻造空冷后，硬度过高不便切削加工，应进行退化软化。调质处理时，由于结构简单且有效直径较大（ϕ100mm以上），故采用较低的温度加热后，用水或盐、碱水溶液冷却淬火，并控制在水中的冷却终止温度不低于200℃，然后空冷到室温再回火。

该主轴调质后，变形一旦超过允许值，可选用冷压校正法校直。表面淬火后的变形可用热点校正法校直。

3）工艺路线为：下料→锻造→退火→机械粗加工→调质→校直→机械精加工→钳工倒角、去毛刺→表面淬火→校直→粗磨削加工→时效→精磨加工→涂油防锈。

4）热处理工艺如下。

①退火。锻造后在箱式炉中加热，于810～830℃保温3h后，随炉冷却到550℃以下出炉空冷。

②调质。在井式炉中加热，于800～820℃保温2.5h后，先在质量分数10%的NaCl水溶液中冷却20s，然后立即转入油中冷却。最后于590～610℃井式回火炉中保温4h后空冷。

③表面淬火。利用中频感应装置加热，工艺参数如表5-4所示。

表5-4 车、磨用夹具的主轴中频淬火工艺参数

5）处理结果，调质硬度为239～265HBW，表面淬火硬度为58～61HRC，表面淬火后校直到0.20～0.25mm（精磨加工量为0.5～0.6mm），达到技术要求。

（2）车、镗夹具镗杆的热处理 在车床上镗削零件内孔时，需要增加一套车镗夹具，其镗杆是热处理的关键件之一。

1）夹具镗杆所用材料及技术要求。图5-2所示为车、镗夹具的镗杆。其材料为38CrMoAl钢，要求整体调质后硬度为269～302HBW，表面渗氮后硬度≥900HV。各序加工预留余量和热处理变形允差参照附录C。

2）工艺分析。该镗杆工作时需要较高的抗弯强度和抗扭强度。为了增加表面耐磨性和基体强度选择38CrMoAl钢制作，并进行表面渗氮处理。

图5-2 车、镗用夹具的镗杆结示意图

38CrMoAl钢锻造后进行正火，以使组织均匀化，改善切削加工性能。半成品调质处理时，由于结构细长，故采用较低温度加热后，用油冷却淬火，并控制在油中的冷却终止温度不低于300℃。在继续空冷过程进行趁热校直到室温，然后再回火。调质后，变形一旦超过允许值，可选用冷压校正法校直，其后进行去应力回火，以便提高尺寸稳定性。精磨后进行时效，最后进行渗氮处理。

3）工艺路线为：下料→锻造→正火→机械粗加工→调质淬火→趁热校直→高温回火→机械精加工→钳工倒角、去毛刺→去应力回火→磨外圆→时效→表面渗氮处理。

4）热处理工艺如下。

①正火。锻造后在井式炉中加热，于930～950℃保温3h后空冷。

②调质。在井式炉中加热，于500～600℃保温1.5～2h预热后，将温度提升到850～870℃，保温3h后在油中冷却并趁热校直。然后于560～580℃井式回火炉中保温4h后空冷。

③去应力回火。在≤300℃装炉，随炉升温到580～600℃，保温6～8h后随炉冷却到≤300℃出炉空冷。

④时效。于180～200℃，保温8～12h后空冷。

⑤渗氮。在气体渗氮炉中，按下述规程操作：先在氨分解率为18%～25%的气氛中，经500～510℃，保温20h的第1次渗氮后，再于氨分解率为40%～50%的气氛中，进行510～520℃，保温70h的第2次渗氮，最后在氨分解率≥90%的气氛中，退氮2h后炉冷到≤150℃出炉。

5）处理结果，镗杆基体硬度为269～285HBW，表面硬度为900～930HV，圆周最大径向圆跳动量为0.05mm。(www.xing528.com)

（3）铣床夹具丝杠的热处理

1）夹具丝杠所用材料及技术要求。图5-3所示为铣床夹具丝杠。其材料为20Cr钢，要求整体调质后硬度为269～302HBW，表面渗氮后硬度≥900HV。各序加工预留余量和热处理变形允差参照附录C。

2）工艺分析。该丝杠工作时需要较高的抗弯强度和抗扭强度。为了增加表面耐磨性和基体强度，选择20Cr钢制作，经调质处理后进行渗氮处理。

图5-3 铣床夹具丝杠结构示意图

20Cr钢锻造后进行正火，以使组织均匀化，改善切削加工性能。半成品调质处理时，由于结构细长，在油中淬火冷却的终止温度不低于300℃。在继续空冷过程进行趁热校直到室温，然后再回火。调质后，变形一旦超过允许值，可选用冷压校正法校直，其后进行去应力回火，以便提高尺寸稳定性。精磨后进行时效，最后进行渗氮处理。

3）工艺路线为：下料→机械粗加工外圆→调质淬火→趁热校直→高温回火→机械粗加工外圆和螺纹→去应力回火→钳工倒角、去毛刺及研中心孔→精加工外圆和螺纹→时效→表面渗氮处理。

4）热处理工艺如下。

①调质。在井式炉中加热，于500～600℃保温1.5～2h预热后，将温度提升到850～870℃，保温3h后在油中冷却并趁热校直。然后于560～580℃井式回火炉中保温4h后空冷。

②去应力回火。在≤300℃装炉，随炉升温到580～600℃，保温8～10h后随炉冷却到≤300℃出炉空冷。

③时效。于180～200℃，保温8～12h后空冷。

④采用离子渗氮法。在炉中垂直吊挂，在温度为520～540℃，压力为266～285Pa，保持18h后随炉冷却至≤150℃出炉。。

5）处理结果，渗氮层总深度≥0.38mm，表面硬度≥650HV，圆周最大径向圆跳动量为0.08mm。

（4）夹具心轴的热处理

1）夹具心轴所用材料及技术要求。图5-4所示为夹具心轴。其材料为45钢，要求整体调质后硬度为220～256HBW，ϕ72mm表面淬火区硬度≥58HRC，淬硬层深度为1.2～1.6mm。各序加工预留余量和热处理变形允差参照附录C。

2）工艺分析。该心轴工作时需要较高的抗扭强度。为了增加表面耐磨性和基体强度，选择45钢制作，经调质处理后局部进行表面淬火。

45钢粗加工后进行调质处理旨在提高心轴整体的综合力学性能。精加工后进行表面淬火旨在提高局部区域耐磨性。该心轴热处理的关键在于ϕ72mm淬火区加热时，热量将会导致ϕ75mm段的16H7键槽的1.5mm薄边发生熔化或产生裂纹。因此，有必要在表面淬火后再将16H7键槽加工出来。或者在键槽内镶以紧密的铜块，以使1.5mm处的热量很快传递到其他部位。

图5-4 夹具心轴结构图

3）工艺路线为：下料→机械粗加工外圆→调质淬火→机械精加工外圆、内孔和铣键槽→钳工倒角、去毛刺→局部表面淬火→回火→磨外圆。

4）热处理工艺如下。

①调质。在830～850℃盐浴炉中加热，透烧后水中冷却；在550～570℃，保温2.5～3h后空冷。

②高频淬火采用连续淬火法。加热温度为870～900℃，喷水冷却；心轴移动速度约1.5mm/s；感应器高度10mm；喷水圈与感应圈为一体。

③回火。在180～200℃，保温1.5～2h后空冷。

5）处理结果，淬火区硬化层总深度为1.2～1.4mm，表面硬度58～60HRC，其余部分硬度为25～27HRC。

（5）夹具小型轴、销、套的热处理

1）夹具轴、销、套所用材料及技术要求。图5-5所示为夹具的小型简单的轴、销和套。其材料为45钢，要求整体调质后硬度为25～30HRC或38～43HRC，各序加工预留余量和热处理变形允差参照附录C。

2）工艺分析。机床上所用夹具的典型小轴、小销和小套类零件，工作时需要一定的强度和较好的韧性及塑性。通常数量少，且急用。为了适应急需和节约能耗，可以采用淬火后利用余热自回火工艺。

3）工艺路线为：下料→机械加工成形（预留磨量）→淬火自回火→磨外圆及内孔。

图5-5 夹具小型轴、销、套的结构图

a）小轴 b）小销 c）小套

4）热处理淬火自回火工艺。在830～850℃盐浴炉中加热，透烧后在水中冷却一定时间后提出观测回火色，决定空冷（不会过度回火情况下）或水冷（余热仍过多情况下）。其中，图5-5a所示小轴（要求25～30HRC）在水中停留约1.5s（回火色为黑红色）；图5-5b所示小销（要求38～43HRC）停留约2.5s（回火色为暗褐色）；图5-5c小套（要求25～30HRC）停留约1.5s（回火色为黑红色）后决定空冷。

5）处理结果，小轴硬度为25～28HRC，小销硬度为42～44HRC（比要求高1～2HRC），小套硬度为25～27HRC。