淬硬长丝杠的磨削工艺分析

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1 问题的提出
在非标设备和夹具中，长丝杠得以广泛应用，为了提高丝杠的使用寿命，广泛采用淬硬丝杠，这种丝杠以磨为主，精度靠螺纹磨床磨削来保证。在螺纹磨床上加工螺纹，是目前螺纹加工中获取高精度、低表面粗糙度最常用的切削方法，随着高精度淬硬螺纹零件的广泛应用，磨削加工螺纹的优越性得到充分体现。在现实生产中，为了获得较高精度和表面质量的丝杠，有必要对其磨削工艺进行深入探讨。现以生产实践中碰到的丝杠为例进行详尽分析。
: L9 J: w: A; \' F  A6 ?0 J2 丝杠材料的选择及热处理
( j9 H( ~" u# J# V丝杠材料直接影响加工工艺及热处理后工件的机械性能。因此高精度长丝杠的制造中一个很重要的问题就是合理选择材料，通常可从合金工具钢、合金结构钢、碳素工具钢中选择。根据图l所示零件的技术要求，综合热处理工艺性和机加工工艺性，选择65Mn，此材料可获得较高硬度55～60HRC，丝杠具备高强度、高耐磨性。
' ]. v! U$ g% r+ U, R2 y65Mn材料的丝杠采用的热处理工艺为淬火、回火、冰冷处理、回火。丝杠在粗磨(粗车)后须进行高温时效，半精磨(精车)后应采取低温时效，以消除机加工过程中产生的应力，提高丝杠的稳定性。
, e* ]( y- i' T丝杠在热处理过程中应注意避免产生弯曲变形，尽量不采用校直工序，必要时也只能采用热校直。因为在常温下校直的丝杠，虽然短时间内看起来已校直，但第2天或者一经磨削加工又会产生弯曲变形。
3 磨前工艺准备
3.1 基准的控制
丝杠的工艺基准是两端的中心孔，中心孔一般应采用B型中心孔，它可以防止端面碰伤而影响中心孔的精度，同时中心孔的硬度应达到6O～65HRC，中心孔的精度是保证丝杠精度的关键，在粗磨、精磨工序前即淬火、时效后必须安排中心孔修研工序。中心孔与顶尖的接触面积在粗磨时要求为75% ，精磨时要求达到80%以上。这里选用的修研方法是在机床上用六棱硬质合金顶尖刮研，它的刃带有微量切削作用和挤光作用，能修正中心孔的几何形状误差，且效率高，工具寿命长，粗糙度可达Ra0.8µm。研磨时对丝杠的轴向压力不可过大，以免丝杠变形。
3.2 机床的调整
除了按说明书进行机床的正确调整，精确选用及正确搭配挂轮、进行机床润滑外，应把机床前后顶尖重新修磨，提高60°锥面的直线性、角度的正确性和表面粗糙度，并严格控制其径向跳动，从而保证机床前后顶尖与丝杠中心孔之间的良好接触率，以达到提高丝杠磨削精度的目的。
4 P% A6 ]% u3 Y3.3 砂轮的选择
" Q6 X. U- q  `2 z磨削淬硬钢丝杠时，一般以用白刚玉磨料、陶瓷结合剂的砂轮为宜。因为它硬而脆，在磨削过程中不易磨钝，磨钝后的磨粒也容易破碎形成新的锋利刃口，有良好的切削性；它的发热量小，磨削力小，可减少丝杠变形及产生烧伤、裂纹等现象；砂轮外形的精度保持的时间较长。为了获得较低的粗糙度值，可选细粒度、硬度低一些的砂轮。
4 磨削方法及磨削用量的选择
4.1 磨削方法
精密丝杠的磨削有顺磨和逆磨2种。顺磨有利于冷却液的充分浇注，可减少磨削区域丝杠的热变形，缺点是切削性能差；逆磨不利于冷却液的充分浇注，丝杠易变形，但切削性能佳。通过工艺试验发现，应避免从头架开始的逆磨方法，因为此方法由于热变形会导致丝杠向尾架方向伸长，造成螺纹牙形右侧加大磨削用量，而左侧却逐渐减小，不仅难以达到磨削精度，而且容易产生单面烧焦和磨削裂纹。因此采用从头架开始的顺磨方法，不仅冷却性能好，丝杠不易产生热变形，而且砂轮进给方向使丝杠受拉应力，能有效地减少丝杠的径向跳动和振动，有利于获得较高的精度和粗糙度。
1 I% V8 y" s6 X/ Y4.2 磨削用量的选择
正确地选择磨削用量可以提高丝杠的精度和提高表面质量，减少波纹、烧伤等表面缺陷。磨削用量的选择应充分考虑工件的材料和热处理硬度、表面粗糙度、使用砂轮的粒度和硬度、粗精磨等因素。
螺纹磨削中常用砂轮的线速度通常为30～35m/s，螺距小、精度高时可选用较高的线速度。因本丝杠的硬度高，砂轮速度应适当降低。
3 b5 y" Y" V) C粗磨时，为提高生产率，可用较大的工件转速和切削深度，精磨时，为了获得高精度和表面质量，应采用较小的工件转速和切削深度。工件转速可选1～10r/min，切削深度可选0.01～O.03mm。
0 c: r7 N3 b; L2 ]$ S, I5 小结
综上所述，制造高精度的淬硬长丝杠，关键取决于材料的合理选择，制造过程中冷热工序的合理编排以保持其尺寸的稳定性，磨削过程中有关因素的选择和控制。通过生产实践证明，按以上磨削工艺进行生产的产品是符合设计要求的，质量是稳定的。
文章关键词： 磨削、材料、热处理、润滑