水上摩托艇傳動軸加工工藝分析

劉贛華 李可

摘? 要：水上摩托艇是一種以汽油機、柴油機等為動力的小型機動艇。工作時發(fā)動機旋轉(zhuǎn)，并通過傳動軸帶動葉輪旋轉(zhuǎn)，葉輪葉片旋轉(zhuǎn)帶動水流通過筒形通道和轉(zhuǎn)向?qū)Я鞴車姵?，推動摩托艇前進。由此可見傳動軸在摩托艇的運動中起著重要作用。為保證摩托艇的穩(wěn)定性、耐用性、安全性，傳動軸必須具有較高耐腐蝕性、良好的耐磨性、較高的同軸度等工藝特性。為滿足以上工藝要求，該文將從材料選擇、熱處理工藝和機械加工工藝等方面進行分析。

關鍵詞：水上摩托艇;傳動軸;熱處理工藝;機械加工工藝

中圖分類號：TH16? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

中國有許多的水域資源，大量的碼頭和系泊區(qū)，水上旅游的前景良好。目前，主要濱水城市的水利規(guī)劃項目已經(jīng)啟動，相關政策和管理規(guī)定已經(jīng)出臺。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，國民的人均財富繼續(xù)增長，一群先富起來的年輕人將促進摩托艇市場的發(fā)展。主要用于觀光、健身和水上運動的摩托艇和水上游樂設施的需求正在快速增長。許多旅游公司、集團公司和私營企業(yè)都有摩托艇和水上運動設備的需求，這顯示了中國在這一領域的巨大市場發(fā)展?jié)摿唾Q(mào)易空間。

1 摩托艇傳動軸加工過程中遇到的問題

摩托艇傳動軸主要工作環(huán)境在水中，因此耐腐性是制造過程中首先需要考慮的問題。根據(jù)制造成本和可靠性，馬氏體沉淀硬化不銹鋼可以滿足傳動軸性能和耐腐蝕性的要求。最后確定0Cr17Ni4Cu4Nb是軸材料。0Cr17Ni4Cu4Nb是一種由銅和鈮/鈮組成的沉淀硬化馬氏體不銹鋼。該牌號不銹鋼具有高強度，硬度和耐腐蝕性等特性。經(jīng)過熱處理后，產(chǎn)品的機械性能更加完善。

由于0Cr17Ni4Cu4Nb材料硬度很高，并且細長軸加工容易變形，因此為改善加工性能，必須對材料進行合理地熱處理。熱處理工藝將直接影響摩托艇傳動軸質(zhì)量是否合格。

長徑比大于25的工件的軸向型工件被稱為細長軸。摩托艇傳動軸是典型的細長軸部件。在車削過程中容易產(chǎn)生振動變形，這使加工變得困難。

2 摩托艇傳動軸整體加工工藝

摩托艇傳動軸的整體加工工藝分為下料、熱處理（退火處理，HRC26-28）、粗車、花鍵加工、熱處理（固溶定型處理，HRC45）、精車、外圓磨加工。

2.1 下料

一般零件毛坯只需長度方向留5 mm～6 mm余量，直徑尺寸留2 mm～3 mm余量，而傳動軸與一般零件不同。傳動軸是典型的細長軸零件，由于傳動軸的剛性差，主軸旋轉(zhuǎn)后所產(chǎn)生的離心力較大，工件在加工過程中，很容易脫落，引起安全事故。為了安全起見，卡盤爪夾持的長度不得小于20 mm，因此傳動軸下料毛坯長度尺寸留取30 mm以上加工余量，直徑留取5 mm～6 mm余量。

2.2 熱處理

由于0Cr17Ni4Cu4Nb材料本身硬度較高，粗車時加工余量多，切削力和切削時產(chǎn)生的切削熱較大，容易發(fā)生熱伸長和熱形變。第一次熱處理是降低材料硬度，改善傳動軸機械加工性能。0Cr17Ni4Cu4Nb材料本身硬度在35 HRC～37 HRC左右，第一次退火處理將材料硬度降低至26 HRC～28 HRC，減少徑向切削力，改善機械加工性能。

2.3 粗車

粗車時控制好工件的長度尺寸。一端用卡盤爪夾緊，在尾座一端打上中心孔，即用一夾一頂裝夾方式。粗車時切削量不應過大，單邊切削不超過1 mm，最后一次切削單邊不超過0.25 mm，并采用跟刀架加以固定。粗車結束要留有3 mm左右余量，主用用于后續(xù)熱處理和精車，防止熱處理和精車過程中，工件產(chǎn)生熱變形，沒有修車的余地。

2.4 花鍵加工

花鍵的加工方法有滾切、銑削和磨削。摩托艇傳動軸精度要求較高，所以采用滾切法。滾切法用花鍵滾刀在花鍵軸銑床或滾齒機上按展成法加工，生產(chǎn)效率和精度均可保證。

2.5 熱處理

該次熱處理是為增加零件硬度，提高耐磨性。該次熱處理時固溶和定型處理同時進行，將材料硬度提升至45HRC，并在爐內(nèi)隨爐冷卻，以消除內(nèi)應力對工件的影響，減少零件彎曲變形。

2.6 精車

在加工傳動軸之前，先制作一個頂尖，在卡盤爪上夾持一根棒料，切削成頂尖狀態(tài)，卡盤爪制作頂尖必須同尾座中心頂尖同軸。加工傳動軸前先研磨傳動軸一端中心孔，利用中心架打另一端中心孔，即用雙頂尖裝夾方式。粗車時已留有3 mm余量，分4次切削，前3次切削共2.8 mm，最后一次切削0.2 mm，并采用中心架和跟刀架加以固定。需要外圓磨加工部位留0.3 mm磨削余量。粗車和精車時注意車刀采用手磨車刀，車刀主偏角刃磨至85°～88°左右，主偏角越小，徑向切削力越大，同時軸向切削力也減小。

2.7 外圓磨加工

外圓磨的加工方法有縱磨法、橫磨法、復合磨削法和深磨法。根據(jù)設備情況采用縱磨法?？v磨法：主要通過砂輪的高速旋轉(zhuǎn)，工件旋轉(zhuǎn)，再通過砂輪在垂直方向上運動，從而實現(xiàn)對工件的削磨效果。削磨以后的工件表面質(zhì)量比較好，工件表面粗糙度達標。

3 摩托艇傳動軸重要工藝—車削加工

3.1 機床的調(diào)整

調(diào)整車床尾座。用百分表校正檢驗棒，調(diào)整尾座，使校正好的尾座中心與主軸中心同軸度誤差小于0.02 mm。調(diào)整車床各滑板之間的間隙，以防止間隙過大造成車削扎刀，并能準確控制進刀量。

3.2 選擇合適的裝夾方式

粗車時材料本身很硬并且具有大量的余量，所以該文粗車傳動軸時，采用一夾一頂?shù)难b夾方式。其次是采用兩頂尖裝夾方式。該裝夾方式，使工件定位準確，容易保證工件的同軸度。定位精度高，可以多次重復使用，并且定位精度不變，定位基準和設計基準、測量基準相重合，裝夾也更為方便。精車傳動軸時，車削余量較少，同軸度要求比較高，所以該文精車傳動軸時，采用兩頂尖裝夾方式。

3.3 采用跟刀架和中心架

當采用兩頂尖的裝夾方式車削傳動軸時，為了減少徑向切削力對傳動軸的彎曲變形的影響，通常使用移動跟刀架和移動中心架，這樣不僅增加了工件的剛性，還減少了工件受力變形。

3.4 采用反走刀切削法車削傳動軸

反向走刀加工法是指在傳動軸的切削過程中，切削由卡盤方向向尾座方向加工。在車削時，工件夾在三爪自定心卡盤上，使夾緊端成為不能縱向傾斜的固定點。此時，切削時產(chǎn)生的縱向切削力沿工件軸線傾向于尾座方向，工件通過軸向力收緊，這增加了工件的實際剛度，不會引起彎曲變形。

3.5 切削用量的選擇

選擇不同的切削用量，切削所產(chǎn)生的切削力大小、熱量、變形是不同的。粗車時：切削速度V=32 m/min，切削量S=0.3-0.35 mm/rev，切削深度t=2-4 mm，較大的切削用量可盡快切除多余金屬，提高加工效率。精車時：切削速度V=1.5 m/min，切削量S=12-14 mm/rev，切削深度t=0.02-0.05 mm，為了減小切削力，減少工件的變形，提高加工質(zhì)量，選擇較小的切削用量。

4 結語

加工傳動軸實際上是一個困難的加工過程。由于摩托艇的傳動軸剛性差與材料的加工性能差，切削時產(chǎn)生熱量與震動，導致軸很容易變形，并且引起表面粗糙度不達標，傳動軸的尺寸與形位公差也很難保證。通過采用合適的加工工藝與加工方法，選擇合理的熱處理和切削用量等措施，可以保證水上摩托艇傳動軸的加工質(zhì)量要求。

參考文獻

[1]王紹林.機械制造工藝與裝備[M].北京：中國社會勞動保障出版社，1999.

[2]王博.淺議細長軸加工[J].金屬世界，2007（5）：29-31.

[3]申東東.車削加工細長軸的工藝改進研究[J].機械工程與自動化，2010（3）：169-170，172.