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硬度细长空心双头花键轴的工艺方法研究
作者:admin 发布日期:2022/9/8 关注次数: 二维码分享

本文阐述了某高硬度细长空心双头花键轴的结构特点,通过对花键轴在实际加工过程中出现的细长孔的加工、热处理变形、渐开线外花键等分性及两端花键扭转偏差等难点进行研究。总结了具有特殊要求花键轴加工工艺难点及其控制方法,最终确定加工路线,对其他结构的花键轴类零件加工具有一定的参考价值。

渐开线花键具有良好的导向性、定心性及大的扭矩传输能力,被广泛应用于航空减速器、航空发动机涡轮泵等动力传输系统中。航空花键副在飞机起飞、巡航、着陆过程中承受变扭矩、轴向力以及弯矩形式的波动载荷,因此航空花键副使用过程中的稳定性和安全性显得尤为重要。本文研究的高硬度细长空心双头花键轴是一种特殊结构的渐开线花键, 是发动机附件传动系统中重要零件之一,属于轴类零件,特点是长径比大(大于27),两端都有需要氰化处理的渐开线花键,在实际工作中,靠花键与功率输入输出轴连接,具体地,发动机各个附件的动力都是涡轮的动力,经过双头花键轴的渐开线花键副从涡轮的主轴传递到附件机匣的各个运动中去的。由于双头花键轴它所传递的功率十分庞大,且转速较高, 因而要求渐开线花键副传动非常平稳。鉴于此,以高硬度细长空心双头花键轴为研究对象,基于其结构特点及加工工艺难点,拟定多条工艺路线并进行验证,以达到提高该类零件批量加工的稳定性。

01高硬度细长空心双头花键轴的结构特点

限于发动机的结构,要求其主传动零部件的结构小巧、传动功率大、工作可靠性高。本文研究的花键轴零件属于典型的细长杆类传动轴。

花键轴的材料为16Cr3NiWoMVNbE,是一种渗碳合金钢(仿俄材料),长度为378mm;零件两端分别是需要氰化的外花键,其齿面硬度达 HR15N≥ 88,氰化目的是提高花键的抗扭强度;两端花键要求镀银,目的是防止花键工作时与相配的内花键粘连;花键齿面对中心孔的跳动要求 0.036,目的是提高传动的平稳性;两端花键齿顶圆直径大(准28.5 mm),中间杆部直径小(准24 mm),并有一个准14mm的通孔贯穿零件,通孔的表面粗糙度要求为 Ra1.6,通孔与外圆的同轴度要求为 0.08;渐开线花键参数为:EXT:18Z × 1.5 m × 30R5h;两端花键齿的角向扭转偏差不大于0.3°。

02工艺难点

榆林机械制造

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高硬度细长空心双头花键轴加工所涉及工艺主要有调质处理、车加工、齿部加工、磨加工、氰化处理、抛修齿面氧化皮、镀银、磷酸盐氧化等。从常规的工艺编制来考虑,花键轴类零件加工的工艺安排首先是粗车外形、钻孔、滚两端花键、花键氰化、精加工 外形、成品检验。但是本文这种特殊结构的细长空心 双头花键轴的加工,不能采用常规的加工方法。其加工工艺难点主要体现在以下几方面:

深孔加工: 在长为378mm的花键轴上钻有一个贯穿零件通孔(直径为准14mm,粗糙度Ra1.6),其长径比达27∶1。虽然通孔的尺寸精度不高,但要保证零件的基准外圆对内孔的同轴度准0.08 mm 和Ra1.6粗糙度, 内孔必须要保持很高直线度。加工实验显示,在加工过程中刀具因悬臂长,导致刚性不好,会影响同轴度,也会导致排屑不好,影响内孔表面粗糙度和散热不好,刀具磨损过快,进而影响到零件精度。

零件热处理变形: 零件两端的外花键需要进行氰化处理,对于长为378mm,且两端直径大(准28.5mm)中间杆部直径小(准24mm),并钻有一个贯穿零件的准14 mm 通孔的细长杆类花键轴来说,零件极易翘曲变形,从而导致外圆与内孔的同轴度超差。另外,花键氰化后,齿面有微量不规则变形,从而影响花键的使用性能(如齿厚变大,导致花键在使用时与相配件出现干涉现象;粗糙度变差,影响花键镀银时的表面质量)。

外花键热处理后齿面粗糙度难以保证 ①外花键的综合误差检查一般是用与其相配花 键的可通过性来检查,而与该零件相配的零件都不在本公司加工,无法利用相配零件的可通过性来检 查花键的综合误差,只能检查两端花键的滚棒间尺 寸,这样则有可能在装配时造成花键轴与相配花键 干涉的现象;②由于零件两端花键是采用的滚齿加工,加工出来的齿面表面粗糙度也只能达到Ra1.6, 且工厂也没有磨花键的设备,齿面镀银前粗糙度很难达到设计要求Ra0.8。

难以保证两端花键扭转偏差不大于±0.3° 两端花键的加工是需要分两次(两端花键分别加 工)加工完成,因此依据通常加工的方法(即采用人工目视对刀法),它加工出的两端花键齿的相对角向位置误差较大,通常为1.5°~2°,满足不了设计要求。

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