一种高强度耐磨无断裂的精密中空轴及制造工艺的制作方法

专利名称：一种高强度耐磨无断裂的精密中空轴及制造工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种高强度耐磨无断裂的精密中空轴，主要用于矿山、建材、冶金、电力、机械等行业。它是研磨、细化各种矿石原料或其半成品的各式卧旋磨机(亦称管磨)，如原料磨(生料磨)、熟料磨(水泥磨)、烘干磨、煤磨等设备中的关键部件。本发明还涉及一种高强度耐磨无断裂精密中空轴的制造工艺。
背景技术：
在现有技术领域中，不论是先进的中心传动还是落后的边缘传动方式的磨机，不论是以大动量旋转进行大规模研磨细化生产还是以小动量旋转进行小规模的研磨细化生产的磨机，普遍存在着中空轴强度低、抗冲击韧性差、不耐磨、易断裂、更换频繁、制造和使用成本高的现象。多年来，它一直是所及机械制造业和应用行业急需解决而始终未能从根本上全面解决的技术经济难题。
造成上述结果的原因多而复杂。首先，就结构而言，磨机有进料端和出料端，而每台磨机在磨机筒体的进料端必须装配一个薄壁T筒形中空轴(薄壁筒形体之一端带大法兰，法兰平面上均布多层铰制联接孔，另一端不带法兰)，这种中空轴俗称进料中空轴。而出料端又必须装配一件薄壁工筒形中空轴(薄壁筒形体之一端带大法兰，而另一端带小法兰，每法兰平面上也均布多层铰制孔，用于联接)，这种中空轴亦称出料中空轴。不论是进料还是出料中空轴，其法兰和筒形体必须一体浇铸后加工成形。
根据用途和规格不同而中空轴的最大外径、重量、轴向长度、壁厚也不同；一般在联接处最大外径为1500mm～5000mm之间，重量在2吨～12吨左右，轴向长度在1000mm～2000mm之间，轴瓦面壁厚为60mm～100mm。每台磨机通过磨机筒体左右两端的法兰平面由多个铰制孔螺栓分别与两件中空轴的大端法兰平面联接；而中空轴筒形体外圆上之轴瓦面是由两端等高的球面轴承磨中的等径巴氏合金球瓦面半包容状托起；它承受着磨机筒体，筒体内高锰钢全内衬板、研磨体——钢球或钢棒及被磨物料等总重为一百至几百吨的其间随筒体旋转而不断进行碰击研磨、掀起(瞬时减重)、跌落(急骤冲击)又进入碰击研磨，这样一个呈周期性变化的振荡碰撞冲击。
就磨机由生产工艺决定的应用工况而言，有烘干磨(即所进物料一边由吹入高达450℃～550℃的热风烘干，一边进行研磨细化)，所出物料为干粉状。此时，中空轴除受到振荡冲击外，还经受着近同低温回火般的热作用；有湿法磨(即所进定量物料注入定量水，一边随磨机旋转均化，一边自行研磨细化)，所出物料为浆泥状。此时，中空轴主要承受着研磨冲击；还有以常温进入磨机粒度较大的物料，虽未吹入热风，但在随磨机旋转中主研磨体钢球、钢棒和物料及磨机筒体内壁的高锰钢衬板之间会产生很大的研磨热，使磨机筒体内的温度高达180℃以上，且随转速之提高，而研磨热加大。无疑，中空轴必承受着重载振荡性冲击和强烈的热作用。
就磨机传动方式而言，有中心传动(由中心传动的减速机之输出轴和磨机之中空轴端盖联接，实现同步旋转，这种减速机一般由丹麦进口，每台价270～540万元不等)；这种传动方式中空轴承受着巨大扭矩应力和重载振荡周期性冲击。还有边缘传动(在磨机筒体上套一个大齿圈并用螺栓联接，由一台电动机带动减速机，减速机通过齿轮轴，带动大齿圈和磨机筒体同步旋转，其占地面积大，传动效率低，电耗高，燥声大)。该传动方式中，中空轴除承受着重载振荡周期性冲击外，还承受着重载剪切应力，对边缘传动的原料磨或烘干磨来说，中空轴还会受到强烈的研磨热或输入热的热变形作用，降低了中空轴的强度、韧性。
所以中空轴的强度、抗冲击性、轴瓦面的耐磨性及制造精度的高低是决定中空轴使用寿命长短的关键。
近几十年，日本、德国、俄罗斯和国内某些大厂如上海重型机器厂、洛阳矿山机械厂等普遍都是采用ZG35普通中碳铸钢来制造中空轴，尽管ZG35的铸造性、加工性和补焊性比较好，但由于中空轴形体结构属于大直径，长筒簿壁、T形或工形空心管件，浇铸时钢水散流面积大、路线长、通道窄，无疑钢水扩流速度慢。随着浇铸钢水温度的不断降低流动性越来越差，而浇口处长时间为高温状，易崩砂、熔砂。所以，中空轴毛坯铸件经常出现气孔、夹砂、偏析、裂纹、缩孔甚至断层，毛坯合格率很低。
不少厂家既要使中空轴有一定的强度、硬度又要节约制造成本，所以它们将ZG35毛坯正火后直接加工成形，于是残余的铸造应力和加工应力、未经回火处理的补焊应力均存在于中空轴成品之中。
近几年来，不少制造厂家一方面为降低成本，另一方面为便于切削加工和中空轴在粗车后对可见性铸造缺陷的补焊处理，采用了将ZG35或ZG45而制作的毛坯经完全退火后直接加工成形的工艺。殊不知，ZG35或ZG45铸钢经退火在消除或减少铸造应力，提高可加工性和焊接性的同时，其强度、硬度和耐磨性会大幅度地下降到和A3钢的性能接近；毛坯不论经正火或退火处理后的加工过程中对轴瓦面和R区域的大面积不经预热和回火的补焊处理，一方面在急剧增加变形应力的同时，又会导致轴瓦面硬度严重不均；另一方面，给用户以外观暂时合格或基本合格的假象。这就是中空轴在放置数月后复检时却发现严重不合格，少数产品还出现自裂现象或使用运转不平稳，在不足3个月便出现拉瓦或断裂现象的根本原因。
鉴于现有中空轴普通采用ZG35中碳铸钢材料制作，所以即便是在正火或调质后，其综合机械性能也并不太好，按GB11352-89或GB979-67之化学成份，分别经正火、回火或调质处理，机械性能数据最多也不过为σb＝51kg/mm2，δ＝18％，ψ＝25％，αk＝35J/cm2，HB＝154-160；中空轴采用ZG45制作，同样缺乏科学性。按GB5676-85或GB11352-89之化学成份，即便是在正火后回火其最好的机械性能也不能满足中空轴应用工况的需要，特别是冲击韧性较低，其具体数据为σb＝58kg/mm2；δz＝15％；ψ＝21％；αk＝30J/cm2。
值得指出的是对ZG35、ZG45的化学成份在我国现行标准中除在GB979-67中有成份控制范围外，而在GB5676-85和GB11352-89中均对各元素含量确定为唯一值，未明确指出其成份具体有效的控制范围量，除造成冶炼控制含量困难外，导致各厂实际出厂的ZG35或ZG45元素成份、性能差异很大。标准应是长期实践经验的总结和理论研究升华的综合结晶，它应对指导生产实践有特定的可操作性和权威性。显然，GB5676-85和GB11352-89尚有待完善。
况且现有中空轴是在完全退火或正火后直接加工成形，其综合机械性能数据会比上述数值低得多。再加上铸钢毛坯普遍存在的内部铸造性缺陷气孔、夹砂、裂纹、偏析等和多种内应力(如铸造残余应力、补焊、加工应力等)引起的变形，必然严重地影响了中空轴的制造质量、机械强度和使用寿命。
随着机械工业的发展，为进一步满足磨机中空轴应用工况的需要，在2000年初发现国内几家技术设备加工能力雄厚的企业已开始采用ZG35SiMn或ZG40Cr来浇铸中空轴毛坯，清整后经正火、回火后而直接加工成形的工艺。采用上述方式加工出来的中空轴虽在强度、硬度上较采用ZG35或ZG45有较大提高，但其抗冲击韧仍较低(αk＝32J/cm2)，仍不能满足中空轴应用工况的全面要求。现将它们的性能数据列表如下

另外由于ZG45，ZG40Cr和ZG35SiMn的浇铸性较ZG35差，所以采用它们浇铸中空轴毛坯时必须通过加大毛坯加工余量来扩大水路，以增加钢水流动性，这样不仅增加了毛坯重量费用，而且增加了加工台时费用和电耗费用，同时会给中空轴毛坯带来更多的铸造性缺陷。在粗车后，对铸造缺陷未经预热，整体回火的补焊应力会大量地潜伏在产品中。当中空轴受到旋转负载冲击和高达180℃以上的研磨热或450～550℃的热风的作用下必然会发生多种应力作用的变形，从而影响了使用寿命甚至当即断裂。特别是ZG40Cr在浇铸中空轴毛坯时其铸造性显得更差，回火时还常常产生裂纹，所以它仅可用于浇铸小型中空轴毛坯。
进口中空轴，使用寿命一般在8～10年，其价格昂贵，一般是60000元/吨左右；目前国内质量最好的中空轴，其使用寿命一般为3～5年，多数在1～2年之间；也有不少中空轴使用1～2个月便产生裂纹；导致经常停产或检修，严重地影响了生产厂家的生产进度和产品质量及经济效益，国内因制造中空轴报废率很高，所以其价格也很贵，一般在25000元/吨～30000元/吨左右。
中空轴使用寿命短，制造和使用成本高，一直是国内矿山、建材、冶金、电力等生产行业和机械制造业中多年急需解决而始终未能解决的一项技术、经济难题。

发明内容
本发明的目的是提供一种高强度耐磨无断裂的精密中空轴，它具有无气孔、无裂纹、无夹砂等铸造性缺陷，无制造性变形应力存在；强度高、抗冲击韧性好；负重载运转平稳，耐高温、无断裂；耐磨损，使用寿命长，制造和使用成本低的特点，充分地满足了磨机中空轴使用工况的要求。
本发明的另一个目的是提供一种本发明的高强度耐磨无断裂精密中空轴的制造工艺。
为达到以上目的，本发明人经长达5年反复地调查、分析、试验、研究，耗资高达30多万元，终于获得成功，其技术措施如下本发明选用的是以C、Si、Mn、Cr为主加元素，辅加少量Ni、Mo、V元素；这种铸钢的平均碳含量为0.2％，远小于1％，而平均合金含量仅为2.765％，小于3％；同时其平均含碳当量(Ceq)仅为0.4714866％，而其最高含碳当量Ceqmax也只不过为0.548196％；较ZG35(GB5676-85)的最高含碳当量Ceqmax＝0.670833％低0.121917％。因此，它比ZG35有更加良好的铸造性、补焊性、热处理性和加工性。
本发明所及铸钢之平均含碳当量较ZG45(GB979-67)、ZG35SiMn、ZG40Cr(JB/ZQ4297-86)之平均含碳当量分别低0.120388％、0.116013％、0.144343％，显然它较这三者有更加优越的铸造性、补焊性和热处理性。这是避免或减少中空轴毛坯铸造性缺陷，提高毛坯合格率，降低成本的关键基础。这种铸钢毛坯再经实施本发明所提供的制造工艺后，显微组织为均匀索氏体，它表现出良好的综合机械性能，特别强度和抗冲击韧性，到目前为止，国内还尚未发现有比它更合适地用来制造中空轴的材料。
本发明铸钢的组配元素重量百分比为C0.18～0.22；Si0.55～0.85；Mn0.65～0.90；Cr0.4～0.65Ni；0.35～0.60；Mo0.15～0.30；V0.04～0.085；P≤0.03；S≤0.03；Fe96.335～97.68。
本发明中的碳(C)一部份在固溶于α-Fe中形成铁素固溶体并和Fe形成渗碳体(Fe3C)，C还和固溶于铁素体中的多余合金元素形成合金碳化物VC(V不溶于渗碳体内，直接和C结合形成VC)、Mo2C、Mn7C3、Cr7C3；同时还和溶于渗碳体(Fe3C)合金元素共同形成晶格复杂的合金渗碳体(Fe.Cr)3C、(Fe.Mn)3C、(Fe.Mo)3C、(Cr.Fe)23C6、(Mo.Fe)23C6等；从而提高了合金钢的强度、硬度及耐磨性；为使热处理后晶粒最细晶粒度≤20μm2，既要有足够的强度又要有良好的抗冲击韧性，其含碳量在本发明中控制在0.18％～0.22％之间。
硅(Si)，Si常以脱氧剂配入，当含量≤0.85％时，全部固溶于铁素体内，强烈地提高铁素体之强度、硬度，其韧性变化甚小；当含量＞0.85％时，其韧性显著下降；Si除提高回火稳定性外，并有增加钢水流动性，改善铸造性能的作用。故本发明中Si之含量控制在0.55％～0.85％之间。
锰(Mn)是溶于铁素体形成合金铁素体α-Fe(Mn)和形成合金碳化物Mn7C3与合金渗碳体(Fe.Mn)3C提高淬透性，均化组织，提高强度、硬度和韧性的重要元素；此外，Mn能和杂质S形成MnS以熔渣形式自除，故Mn有净化钢水和自动除杂之功能。同时，Mn也是很好的脱氧剂，降低钢的脆性，改善钢的品质。因Mn含量在＜0.9％时，钢之强度、硬度是随其含量增加而增大，而抗冲击韧性在此范围内变化甚微；但当Mn含量＞0.9％时，其抗冲击韧性急剧下降。为既达到强化效果，又不使韧性下降，故本发明中含Mn量控制在0.65％～0.90％之间。
铬(Cr)、钼(Mo)它们一部份溶于铁素体，形成合金铁素体α-Fe(Cr)、α-Fe(Mo)；另一部份形成细粒、分散的稳定合金碳化物Cr7C3、Mo2C还有一部份溶于渗碳体(Fe3C)内，同样以细微、分散、弥漫稳定合金渗碳体(Fe.Cr)3C、(Fe.Mo)3C、(Cr.Fe)23C6等状态存在于高温奥氏体的晶界内和晶界间，除阻碍奥氏体晶粒长大之外，并为淬火获取细晶粒马氏体和回火后获取均匀细晶粒索氏体组织奠定了良好的基础，从而显著地提高其强度、硬度和耐磨性；同时Cr、Mo也有使C曲线右移而显著提高淬透性的作用。Cr元素含量在≤1％时，其强度、硬度和冲击韧性是随含Cr的增加而增大，但当Cr含量＞1％时，钢的冲击韧性值却急剧下降，为既达到强化效果，而韧性又不下降的目的，故本发明中Cr含量控制在0.40％～0.65％之间；而Mo含≤7％时，钢的强度和硬度随含Mo量的增加而增大，但钢的韧性却会随含Mo量的增加而由245J/cm2急剧下降至68.6J/cm2，特别是当钢中的含Mo量＞0.4％时，其韧性下降特别显著；另Mo的配入能提高回火稳定性，避免高温回火脆性。所以，Mo之含量应控制在0.15％～0.30％之间。
镍(Ni)是溶于铁素体，形成合金铁素体α-Fe(Ni)实现固溶强化的重要元素；当含Ni＜3％时，其钢之强度、硬度、韧性均随含Ni量的增加而增大。当其含量超过3％时，钢之韧性有下降趋势，既要达到强化效果，又要统筹各元素的有机组配，同时还要考虑到成本，故本发明中含Ni量控制在0.35％～0.60％范围内。
钒(V)，V和C形成分散、细小且硬度极高(HRC＝71-75)的碳化钒(VC)和(V2C)，它存在于高温奥氏体的晶界内和晶界间，强烈地阻碍着晶粒的长大；当V含量为0.04％～01％时，且温度为912℃～960℃，其奥氏体晶粒变化甚微，因此，V的配入能显著地细化淬火后马氏体及高温回火后的索氏体组织。无疑，它极大地提高了钢的强度、硬度及耐磨性。本发明中兼故其它各合金元素的有机组配，V之含量确定为0.04％～0.085％。
磷(P)，P使钢在常温下的塑性和韧性下降，并在钢的结晶过程中促进C、Mn产生偏析的倾向，故本发明中P含量确定为≤0.03％。
硫(S)，S在钢中以FeS和MnS的形式存在。MnS进入熔渣，但FeS和Fe可生成低熔点的共晶体，分布在晶界上，削弱了晶界结合力，使钢在热态受力时，极易破裂，故发明中S之含量控制在≤0.03％范围内。
本发明中由于S、P杂质量极少，Si、Mn、Mo、V之配选量是在既不使其韧性下降，又能提高其强度、硬度的范围内，而Cr、Ni的配入量不仅提高了其强度、硬度而且大大地提高了其抗冲击韧性；特别是多种合金碳化物和合金渗碳体VC、Mo2C、Mn3C、(Fe.Cr)3C、(Fe.Mn)3C、(Fe.Mo)3C等以细微、均匀、弥漫状分布于晶界内或晶界间，在提高其强度、硬度、耐磨性的同时显著地提高了其抗高温性能，所以它在540℃以下仍保持着极高的强度、耐磨性和抗冲击韧性。
本发明所述的一种高强度耐磨无断裂的精密中空轴其所用铸钢，采用电炉按化学成份进行配炉冶炼，可采用Al为进行最终脱氧处理，出钢温度为1570℃～1580℃，待光谱分析确认其化学成份符合要求，当钢液温度为1550℃～1560℃可进行浇铸。其具体生产工艺如下1.毛坯的浇铸出钢温度为1570℃～1580℃，浇铸温度为1550℃～1560℃，铸件应在260℃～280℃开箱，开箱后立即进行清砂和切割冒口工作，切割浇冒口铸件温度应为200℃～250℃。
2.对铸件缺陷的处理对铸件表面可见性的局部铸造缺陷经带温200℃～250℃打磨清除后，采用J507Cr-Ni焊条补焊，焊缝应连续、平整，焊渣应清除干净；焊后对飞边、毛刺、焊疤及焊溅物一并采用高速砂轮打磨干净或重新进炉整体预热至250℃～280℃进行上述磨、补工作。
3.退火处理将清整后的毛坯整体进炉加热至880℃～900℃并保温6～8小时随炉冷却。
4.机械加工(1)划线将毛坯吊上平台按工件中心线垂直于平台找正并涂白粉，按内、外径，各台阶，两端面内、外侧单边均留3mm～5mm进行划线。
(2)粗车将已划线好的毛坯中空轴吊上大立车，按线找正夹紧后进行粗车。
(3)对铸件内部铸造缺陷的处理对经粗车后的半成品进行超探，特别是R区域和轴瓦面100％进行超探，对发现的内在缺陷及可见性缺陷在清挖干净后，应用焊枪火焰局部预热至200℃～250℃采用J507Cr-Ni焊条进行补焊，焊渣必须清除干净，焊缝应连续、平整。
(4)调质处理将超探合格的半成品中空轴整体进炉加热至880℃～890℃，并保温3～5小时后油冷。再将它重新加热至580℃～620℃，并保温2～4小时油冷或空冷。
(5)精车将调质合格的半成品中空轴吊上大型车床，经找正后先将大端外径、外侧平面和内孔交接处的R区域精车成形，同时对内孔进行半精加工，并在轴瓦外圆上轻带一刀(宽约20mm，切入深度0.5mm)作为翻面找正的参考面。翻面后找正，精车内孔、小端外侧平面及其外径、轴瓦外径及左右限位R形台阶、大小两端内侧平面和轴瓦筒形体交界处的R区域，各处单边余量均留0.2mm～0.4mm，待精磨。
(6)精磨将精车的半成品中空轴按图纸尺寸要求进行精磨成形。
(7)划线将中空轴吊上大平台，在两端法兰平面上划铰制孔中心线并打洋冲眼。
(8)钻、铰孔按图纸要求钻孔，然后采用铰刀精铰各孔成形。按上述方法所制造的中空轴达到了令人空前满意的技术、经济效果。
现将本发明所及一种高强度耐磨无断裂的精密中空轴和国内现有顶级中空轴的具体技术、经济数据(含平均值)列表如下

本发明和现有技术相比，具有以下显著优点和明显的经济效果(1)强度(σb)、抗冲击韧性(αk)和表面硬度分别提高44％和227％、32％；(2)无气孔、裂纹、夹砂等铸造性缺陷，晶相组织均匀稳定，消除了因铸造性缺陷补焊及加工所致的残余应力，使高水准的制造精度得到久性保存，从而避免了在重载旋转冲击和强烈的热传导、热辐射下，中空轴因受内外变形应力夹击而断裂的现象；(3)制造精度大幅提高，其中不同中度提高6～15倍；两端对中心轴线的不垂直度提高5～7.5倍；轴瓦面的不圆度和圆锥度均提高1～2倍；(4)强度、韧性、耐磨性及制造精度的大幅提高，除显著地提高了中空轴使用寿命和磨机运载平稳性外，更重要的是为提高转速，从而提高了磨机台时产量而大幅提高所及应用企业的产品质量和经济效益；(5)使用寿命长，为现有中空轴产品的4～5倍，从而大大地降低了所及用户更换、使用中空轴的成本及因频繁更换而造成的停产损失和卸装中空轴的劳务费用；(6)毛坯完全合格率提高7.5倍，不仅大幅度地降低了中空轴制造中的因毛坯报废和返修所发生的生产成本，而且为中空轴制造合格率达100％奠定了坚实的基础；产品完全合格率提高67％，是严格执行本发明所述每一个工作环节的综合结果。所以在大幅提高制造精度保持相同销售价格的条件下，本发明中空轴产品每吨所获利润及所纳税(国税、地税)额均提高51％。
如果全国仅250家大中水泥厂，按每家平均10台磨机，每台磨机2件中空轴，每件中空轴平均净重5吨，按现有中空轴平均使用寿命为4年，而每吨中空轴到厂价(含吊装、捆扎、送货及17％之国税、地税)27500元计算，那么，每4年全国需更换中空轴净重为25000吨，毛坯重约40000吨；中空轴购置费为68.75亿元；中空轴订货、完工验收两次往返出差费用为200万元(每厂每次单乘为2人，每人每次单乘限1000元包干费用)；更换中空轴停产损失及劳务费5000万元(换中空轴很麻烦需卸物料、研磨体、钢球或钢棒及筒体衬板，待中空轴装好后再装衬板、主磨料钢球或钢棒和物料等。每台磨机更换中空轴大约需用7天，每台更换一次停产和劳务费用以20000元计算)；则4年全国所及使用中空轴仅250家企业共需69.27亿元。则16年全国仅建材行业250家主要大中型厂家需更换4次中空轴，其钢材用量和费用如下更换中空轴净重10万吨，毛坯重约16万吨，中空轴购置费为275亿元；中空轴订货，验收往返旅差费800万元；更换中空轴停产损失和劳务费20000万元(2亿元)；则总费用为277.08亿元(两佰柒拾柒亿零捌佰万元)。
如果应用本发明所及一种高强度耐磨无断裂的精密中空轴，那么在16～20年内也只需更换一次中空轴，其铸钢耗量和所发生总费用和现有中空轴在4年的数据相等，从而在16年内为国家节约中空轴制造用钢75％(12万吨)；节省资金75％(207.81亿元)。由于本发明所及一种高强度耐磨无断裂的精密中空轴在内含和外观制造质量上优于日本、德国、丹麦产品，如按其进口到中国的人民币价格60000元/吨，即使再优惠25％而美元汇率不变(1∶8.3)的条件下，每年出口20000吨，则每年可创产值9亿元，为国家创汇1.084337亿美元，若国家给予全退税优惠政策，除去远洋海远费及关税，则企业每年可获纯利5.0688亿元人民币，折合6107万美元。
所以本发明所涉及的一种高强度耐磨无断裂的精密中空轴具有质量好、成本低、投资少、见效快的特点，它可在短期内为企业和国家取得十分显著的经济效益。因此，它具有广泛积极地使用价值、推广价值和卓有成效的经济价值。
具体实施例方式
为进一步解释本发明，现将本发明所及一种高强度耐磨无断裂的精密中空轴及制造工艺给出三个实例，具体实施工艺如下1.按本发明所及化学成份配炉熔炼，待温度在1575℃时，检测其化学成份，除熔渣后在1550℃进行浇铸；当铸件冷却至270℃开箱清砂；清砂切割浇冒口温度为240℃。
2.对铸件缺陷的处理经仔细检查铸件中空轴中有少量小气孔，浅层夹砂一处，在采用高速砂轮打磨干净后，带温(215℃)进行补焊，焊条为J507Cr-Ni；焊缝连续、平整。
3.退火处理将清整后的毛坯整体进炉加热至890℃并保温7小时随炉冷却。
4.机械加工(1)划线将毛坯吊上平台按工件中心线垂直于平台找正并涂白粉，按内、外径，各台阶，两端面内、外侧单边均留4mm进行划线。
(2)粗车将已划线好的毛坯中空轴吊上大立车，按线找正夹紧后进行粗车。
(3)对铸件内部铸造缺陷的处理对经粗车后的半成品进行超探，R区域和轴瓦面是100％进行，仅发现R区域有≤0.3mm针孔状小气孔一个，在清挖干净后，应用焊枪火焰局部预热至230℃采用J507Cr-Ni焊条进行补焊，焊渣已清除干净，焊缝连续、平整。
(4)调质处理将超探合格的半成品中空轴整体进炉加热至885℃，并保温4小时后油冷。再将它重新加热至600℃，并保温2小时油冷。
(5)精车将调质合格的半成品中空轴吊上大型车床，经找正后先将大端外径、外侧平面和内孔交接处的R区域精车成形，同时对内孔进行半精加工，并在轴瓦外圆上轻带一刀(宽约20mm，切入深度约0.5mm)作为翻面找正的参考面。翻面后经找正，精车内孔、小端外侧平面及其外径，轴瓦外径及左右限位R形台阶、大小两端内侧平面和轴瓦筒形体交界处的R区域，各处单边余量均留0.25mm，待精磨。
(6)精磨将精车的半成品中空轴按图纸尺寸要求进行精磨成形。
(7)划线将中空轴吊上大平台，在两端法兰平面上划铰制孔中心线并打洋冲眼。
(8)钻、铰孔按图纸要求钻孔，然后采用铰刀精铰各孔成形。
以上为实例1的具体步骤，例2、3雷同。三例之具体化学成份和机械性能、用途及效果列表如下

权利要求
1.一种高强度耐磨无断裂的精密中空轴，其组配元素重量百分比为C0.18～0.22；Si0.55～0.85；Mn0.65～0.90；Cr0.4～0.65；Ni0.35～0.60；Mo0.15～0.30；V0.04～0.085；P≤0.03；S≤0.03；Fe96.335～97.68。
2.一种实现权利要求1的高强度耐磨无断裂的精密中空轴的制造工艺，它包括下列步骤(1)毛坯的浇铸出钢温度为1570℃～1580℃，浇铸温度为1550℃～1560℃，铸件应在260℃～280℃开箱，开箱后立即进行清砂和切割冒口工作，切割浇冒口铸件温度应为200℃～250℃；(2)对铸件缺陷的处理对铸件表面可见性的局部铸造缺陷经带温200℃～250℃打磨清除后，采用J507Cr-Ni焊条补焊，焊缝应连续、平整，焊渣应清除干净；焊后对飞边、毛刺、焊疤及焊溅物一并采用高速砂轮打磨干净或重新进炉整体预热至250℃～280℃进行上述磨、补工作；(3)退火处理将清整后的毛坯整体进炉加热至880℃～900℃并保温6～8小时随炉冷却；(4)机械加工①划线将毛坯吊上平台按工件中心线垂直于平台找正并涂白粉，按内、外径，各台阶、两端面内、外侧单边均留3mm～5mm进行划线；②粗车将已划线好的毛坯中空轴吊上大立车，按线找正夹紧后进行粗车；③对铸件内部铸造缺陷的处理对经粗车后的半成品进行超探，对R区域和轴瓦面100％超探，对发现的内在缺陷及可见性缺陷在清挖干净后，应用焊枪火焰局部预热至200℃～250℃，采用J507Cr-Ni焊条进行补焊，焊渣清除干净，焊缝应连续、平整；④调质处理将超探的半成品中空轴进炉加热至880℃～890℃，并保温3～5小时后油冷，再将它重新加热至580℃～620℃，并保温2～4小时油冷或空冷；⑤精车将调质合格的半成品中空轴吊上车床，经找正后先将大端外径、外侧平面和内孔交接处的R区域精车成形，同时对内孔进行半精加工，并在轴瓦外圆上轻带一刀作为翻面找正的参考面；翻面后找正，精车内孔、小端外侧平面及其外径，轴瓦外径及左右限位R形台阶、大小两端内侧平面和轴瓦筒形体交界处的R区域，各处单边均留0.2mm～0.4mm，待精磨；⑥精磨将精车的半成品中空轴进行精磨成形；⑦划线将中空轴吊上平台，在两端法兰平面上划铰制孔中心线并打洋冲眼；⑧钻、铰孔钻孔并采用铰刀精铰各孔成形。
全文摘要
本发明公开了一种高强度耐磨无断裂的精密中空轴及制造工艺,涉及矿山、建材、冶金、机械等行业。它采用C、Si、Mn、Cr为主要元素,辅加少量Ni、Mo、V元素,其余为Fe的低合金铸钢。其步骤是:配炉熔炼、浇铸毛坯、退火、粗车、调质、精车、磨削、钻、铰孔。组织为均匀索氏体。其强度、韧性、硬度分别较现有ZG35SiMn制造的中空轴提高:44%、227%、32%以上。具有无气孔、夹砂等铸造性缺陷,无制造应力、精度高、耐热耐磨耐冲击、使用寿命长、成本低。若出口2万吨,企业获纯利6107万美元。本发明具有广泛的推广价值。
文档编号B23P13/02GK1363444SQ0113364
公开日2002年8月14日 申请日期2001年11月7日 优先权日2001年11月7日
发明者刘承刚 申请人:刘承刚