车床方刀架的表面热处理工艺研究

　　工具车表面热处理技术在工业生产中占有重要地位，数控车床在生产中应用许多年，取得了巨大的成功，但传统的车床与其相比仍有着不可替代的作用，是工业生产的重要设备。车床方形刀架是确定其精度的重要因素，但由于使用中出现偏移、磨损等问题严重影响了其精度，直接导致了效率的降低。本文对淬火传统的车床方刀架故障进行分析，探讨了几种现代热处理技术，解决方刀架存在的问题。

1.故障分析

1.1 方刀架结构图如下图所示

图1 方刀架的结构原理图

（1凸轮、2,6,13弹簧、3垫圈、4、套筒的外花键5、.套筒的内花键，7、轴8、跨销9、架体10、手柄11、销12、滚珠14、小滑板15、定位销）

方刀架的工作原理^[1]：在手柄逆时针旋转手柄，释放架体，通过销轴连接转动的内花键套，带动外花键套的旋转，通过其下端使凸轮转动，带动凸轮的拔出定位销针的斜面，缺口b触摸架体的定位销，使架体旋转时，钢球滑出进入另一个定位孔，然后再顺时针旋转手柄，顺次插销定位加紧。

1.2引起故障的原因

车床在长期使用时往往需要更换刀具，而传统的车床工具的变化则是靠刀架手柄的转动来实现的。由于刀架手柄部分频繁旋转，反复暴露于销孔套之间的摩擦小滑板和定位销头和钢在方刀架套过度磨损和其横截面引起的球很容易成为椭圆形，导致经常发生一定的偏移量。锁紧方刀架，如果没有注意到这个偏移，直接对工件进行车工，其精度会受到很大影响，容易引发工件浪费。如果工作人员观察到这一偏移量，就需要手动纠正，无疑大大延长了处理时间，影响了效率。

传统CA6140车床磨损图如图2所示。从图1中可以观察到，销孔套管的横截面是圆形的，存在一定的磨损；从图2中可以观察到，销孔套有严重的磨损，其截面有几乎椭圆形。

图2 销孔套在CA640车床小滑板的磨损

2.解决方案

.磨损是机械零件的主要失效形式之一。钢是在一定的工作条件下抵抗磨损的能力，到目前为止，科学界没有一个简洁可靠的耐磨损的方法。在一定磨损条件下，影响钢耐磨性的因素很多，包括工作条件（载荷速度、运动等）润滑状态、环境因素（温度、湿度、周围介质等）、材料因素（成分）、力学性能等）、零件表面质量和物理化学特性。为了提高其表面硬度和耐磨性，传统的做法是淬火和回火的方法，通过销孔套筒磨损分析，普通热处理显然不能满足长期使用的要求^【2】。根据磨损机理探讨这两种热处理提高硬度和耐磨性，提高45钢在小滑板的销孔套筒的性能，提高生产效率。

2.1亚临界淬火

提高硬度钢的强度和韧性的同时钢的耐磨性也会提高。由于亚临界淬火的淬火温度范围在AC3两相区（奥氏体+铁素体相区），由于铁素体相的存在，使工件具有良好的韧性；亚临界淬火温度下，淬火后马氏体的含碳量比传统的淬火形成马氏体的碳含量高（马氏体形成硬度高的奥氏体要经过预热），亚临界淬火和高温回火加热比传统的退火或正火的效果更好。因此，如果采取适当的预热+亚温淬火工艺，可以提高在相同情况下的硬度钢的强度和韧性，提高其耐磨性。

45号钢亚温淬火工艺性能与传统淬火工艺性能的比较^【3】,如表1所示。图3给出了XJl-02立式金相显微镜观察的45号钢730℃亚临界淬火、770℃亚温淬火工艺处理后钢的显微组织。分析表1可知，45钢的700℃亚温淬火+200℃回火样品的强度、韧性远远高于850℃传统淬火+200℃回火；此外，45号钢730℃亚临界淬火+200℃回火样品的强度、韧性高于传统850℃淬火+560℃回火。这说明了45钢的强度和韧性在适当的分温淬的强度、韧性得到了加强，并将其应用于销孔套管能显著提高耐磨性。

图3 MIC，45钢结构分包；斑状；铝淬火（预热处理：850℃、550℃、回火、淬火+回火）

表1 45钢经亚临界淬火和常规淬火后的力学性能比较

2.2表面处理

零件表面质量是影响其耐磨性的重要因素之一。表面处理可以很好的解决销孔套的磨损问题。表面处理技术通过加热或机械加工方法不改变材料表面的化学成分，但改变了结构的结构和性能，表面处理使零件获得一定深度的表面硬化层，其中心部分保持良好的韧性，从而提高耐磨性。

根据对45钢的耐磨性研究，采用了几种表面处理方法，可以得出45钢在不同表面处理条件下的性能差异^【4】。使用不同表面处理的实验条件对45钢样品（调质态）进行处理，如表2所示。为便于比较，对数据进行归一化处理，并给出了几种增强过程中的样品的性能之间的比较，如表3所示。其中碳氮共渗处理采用RRJJ25-9T井式气体渗碳炉，煤油分解气作为渗碳剂，液氨（气化后，干燥）作为渗氮剂；激光作为GJ-1横流激光器，输出功率500W-2000W，连续可调，光斑直径为3 mm，激光淬火试样表面做磷化处理。表2中，P和V分别为激光功率和扫描速度；P1和P2分别是氧气和乙炔气体的压力；Q1 和Q₂分别是氧气和乙炔气体流量；综合系数是将硬度值、耐磨性、耐腐蚀性除以3所获得的成本值。从表2可以看出在不同的表面处理工艺下得出45号钢的硬化层深度和淬火范围，采用表面处理的方式提高试样的淬硬层深度。从表3可以看出，不同表面热处理工艺的改进，大大改善了表面处理的性能，提高了样品的硬度和耐磨性。激光熔覆提高了试样的耐磨性，但也具有最高的成本；高频淬火提高了耐磨损性，但与其它工艺相比成本最低。在小滑板的销孔套普通车床，这几种表面处理可以提高轴套的耐磨性能，从而延长寿命，解决生产中的问题^{【5】【6】}。

表2 表面处理工艺试验条件