解决螺纹辊零件动平衡问题

赵国华,李军超

（许昌烟草机械有限责任公司,河南 许昌 461000）

机械的平衡是现代机械的一个重要问题[1]。在平衡技术中，常把作定轴转动的构件称为转子，对长柱状转子往往要进行动平衡设计，以保证转子运转平稳、可靠[1-2]。动平衡技术在现代制造业中得到广泛应用，但相关工艺制造技术报道的不多。

在我公司产品中有一种零件螺纹辊，根据设计要求其动平衡指标应满足G6.3。

1 存在问题

螺纹辊零件，如图所示。其材质为30Cr13，淬火要求50～55HRC。

首批试制时有10件螺纹辊零件，机加工结束进行动平衡检测时发现以φ116H7（+0.015/0）为基准的动平衡G6.3超标（标准去重≤3g），单件去除材料量最大达到10g。

图1 螺纹辊零件简图

2 加工工艺及原因分析

2.1 加工工艺

粗车——调质（220-250 HB）——精车——粗磨φ165外圆——车螺纹——钻孔——真空淬火——精磨孔φ116H7、φ138、φ141——精磨外圆φ165（0/-0.05）——抛光螺纹——动平衡。

真空淬火工艺：550 C、850 C梯次加热，1040 C保温～980 C预冷4Bar氮气淬火——180 C×2h回火。

2.2 工艺分析

查询生产检验记录发现，淬火后硬度平均值HRC52.5，单件外圆圆柱面直径最大相差0.32mm。针对不合格螺纹辊进行检测发现φ150内孔相对φ165（0/-0.05）的跳动最大达到0.47mm。由此可知，真空淬火引起的畸变对螺纹辊的几何公差影响，在试验工艺中没有得到合理控制。

3 工艺改进及验证

3.1 工艺改进

（1）优化真空淬火工艺，减小畸变[3]。将淬火工艺改为：550 C、850 C、950 C梯次加热，1020 C保温～920 C预冷4Bar氮气淬火---180 C×2h回火。经实验验证，新工艺淬火硬度平均值HRC51.2，外圆圆柱面直径最大相差0.17 mm。

（2）优化工艺规程，控制内孔、外圆几何公差[4]。将工艺规程改为：粗车——调质（220-250 HB）——精车（内外圆、端面留余量）——钻孔——真空淬火——（加长软爪装卡φ165外圆）粗磨φ141、φ138、φ116内孔——（芯轴装卡φ116内孔）粗磨φ165外圆——车螺纹——半精磨φ165外圆---精磨内孔φ116H5、φ138、φ141及φ150（保证φ150内孔与其余各孔同轴度≤0.02mm）——精磨外圆成φ165（0/-0.05）——抛光螺纹——动平衡。芯轴装卡工装分粗磨、半精磨、精磨三套。

（3）采用CBN刀具[5]，实施硬切螺纹。

3.2 验证

工艺优化后，总计生产4批次120件螺纹辊，质量稳定合格。

4 结论

（1）550 C、850 C、950 C 三段梯次加热，实施1020 C淬火保温、920 C预冷4Bar氮气淬火，可以有效控制螺纹辊零件的真空淬火畸变。

（2）在编制有动平衡要求的零件工艺时，必须在保证零件尺寸公差的同时，明确并实现各加工要素的几何公差。

[1]孙桓，陈作模.机械原理（第五版）[M].高等教育出版社,1996(05).

[2]邹慧君，傅祥志，张春林，李杞仪.机械原理[M].高等教育出版社,1999(06).

[3]王健安.金属学与热处理（下册）[M].机械工业出版社,1980(07).

[4]郑修本,冯冠大.金属制造工艺学[M].机械工业出版社,1992(05).

[5]蓝春录.CBN刀具特性及其应用[J].设备管理与维修,2005(S1):417～420.