刘赣华 李可

摘  要：水上摩托艇是一种以汽油机、柴油机等为动力的小型机动艇。工作时发动机旋转，并通过传动轴带动叶轮旋转，叶轮叶片旋转带动水流通过筒形通道和转向导流管喷出，推动摩托艇前进。由此可见传动轴在摩托艇的运动中起着重要作用。为保证摩托艇的稳定性、耐用性、安全性，传动轴必须具有较高耐腐蚀性、良好的耐磨性、较高的同轴度等工艺特性。为满足以上工艺要求，该文将从材料选择、热处理工艺和机械加工工艺等方面进行分析。

关键词：水上摩托艇;传动轴;热处理工艺;机械加工工艺

中图分类号：TH16                文献标志码：A

中国有许多的水域资源，大量的码头和系泊区，水上旅游的前景良好。目前，主要滨水城市的水利规划项目已经启动，相关政策和管理规定已经出台。随着经济的发展，国民的人均财富继续增长，一群先富起来的年轻人将促进摩托艇市场的发展。主要用于观光、健身和水上运动的摩托艇和水上游乐设施的需求正在快速增长。许多旅游公司、集团公司和私营企业都有摩托艇和水上运动设备的需求，这显示了中国在这一领域的巨大市场发展潜力和贸易空间。

1 摩托艇传动轴加工过程中遇到的问题

摩托艇传动轴主要工作环境在水中，因此耐腐性是制造过程中首先需要考虑的问题。根据制造成本和可靠性，马氏体沉淀硬化不锈钢可以满足传动轴性能和耐腐蚀性的要求。最后确定0Cr17Ni4Cu4Nb是轴材料。0Cr17Ni4Cu4Nb是一种由铜和铌/铌组成的沉淀硬化马氏体不锈钢。该牌号不锈钢具有高强度，硬度和耐腐蚀性等特性。经过热处理后，产品的机械性能更加完善。

由于0Cr17Ni4Cu4Nb材料硬度很高，并且细长轴加工容易变形，因此为改善加工性能，必须对材料进行合理地热处理。热处理工艺将直接影响摩托艇传动轴质量是否合格。

长径比大于25的工件的轴向型工件被称为细长轴。摩托艇传动轴是典型的细长轴部件。在车削过程中容易产生振动变形，这使加工变得困难。

2 摩托艇传动轴整体加工工艺

摩托艇传动轴的整体加工工艺分为下料、热处理（退火处理，HRC26-28）、粗车、花键加工、热处理（固溶定型处理，HRC45）、精车、外圆磨加工。

2.1 下料

一般零件毛坯只需长度方向留5 mm～6 mm余量，直径尺寸留2 mm～3 mm余量，而传动轴与一般零件不同。传动轴是典型的细长轴零件，由于传动轴的刚性差，主轴旋转后所产生的离心力较大，工件在加工过程中，很容易脱落，引起安全事故。为了安全起见，卡盘爪夹持的长度不得小于20 mm，因此传动轴下料毛坯长度尺寸留取30 mm以上加工余量，直径留取5 mm～6 mm余量。

2.2 热处理

由于0Cr17Ni4Cu4Nb材料本身硬度较高，粗车时加工余量多，切削力和切削时产生的切削热较大，容易发生热伸长和热形变。第一次热处理是降低材料硬度，改善传动轴机械加工性能。0Cr17Ni4Cu4Nb材料本身硬度在35 HRC～37 HRC左右，第一次退火处理将材料硬度降低至26 HRC～28 HRC，减少径向切削力，改善机械加工性能。

2.3 粗车

粗车时控制好工件的长度尺寸。一端用卡盘爪夹紧，在尾座一端打上中心孔，即用一夹一顶装夹方式。粗车时切削量不应过大，单边切削不超过1 mm，最后一次切削单边不超过0.25 mm，并采用跟刀架加以固定。粗车结束要留有3 mm左右余量，主用用于后续热处理和精车，防止热处理和精车过程中，工件产生热变形，没有修车的余地。

2.4 花键加工

花键的加工方法有滚切、铣削和磨削。摩托艇传动轴精度要求较高，所以采用滚切法。滚切法用花键滚刀在花键轴铣床或滚齿机上按展成法加工，生产效率和精度均可保证。

2.5 热处理

该次热处理是为增加零件硬度，提高耐磨性。该次热处理时固溶和定型处理同时进行，将材料硬度提升至45HRC，并在炉内随炉冷却，以消除内应力对工件的影响，减少零件弯曲变形。

2.6 精车

在加工传动轴之前，先制作一个顶尖，在卡盘爪上夹持一根棒料，切削成顶尖状态，卡盘爪制作顶尖必须同尾座中心顶尖同轴。加工传动轴前先研磨传动轴一端中心孔，利用中心架打另一端中心孔，即用双顶尖装夹方式。粗车时已留有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。需要外圆磨加工部位留0.3 mm磨削余量。粗车和精车时注意车刀采用手磨车刀，车刀主偏角刃磨至85°～88°左右，主偏角越小，径向切削力越大，同时轴向切削力也减小。

2.7 外圆磨加工

外圆磨的加工方法有纵磨法、横磨法、复合磨削法和深磨法。根据设备情况采用纵磨法。纵磨法：主要通过砂轮的高速旋转，工件旋转，再通过砂轮在垂直方向上运动，从而实现对工件的削磨效果。削磨以后的工件表面质量比较好，工件表面粗糙度达标。

3 摩托艇传动轴重要工艺—车削加工

3.1 机床的调整

调整车床尾座。用百分表校正检验棒，调整尾座，使校正好的尾座中心与主轴中心同轴度误差小于0.02 mm。调整车床各滑板之间的间隙，以防止间隙过大造成车削扎刀，并能准确控制进刀量。

3.2 选择合适的装夹方式

粗车时材料本身很硬并且具有大量的余量，所以该文粗车传动轴时，采用一夹一顶的装夹方式。其次是采用两顶尖装夹方式。该装夹方式，使工件定位準确，容易保证工件的同轴度。定位精度高，可以多次重复使用，并且定位精度不变，定位基准和设计基准、测量基准相重合，装夹也更为方便。精车传动轴时，车削余量较少，同轴度要求比较高，所以该文精车传动轴时，采用两顶尖装夹方式。

3.3 采用跟刀架和中心架

当采用两顶尖的装夹方式车削传动轴时，为了减少径向切削力对传动轴的弯曲变形的影响，通常使用移动跟刀架和移动中心架，这样不仅增加了工件的刚性，还减少了工件受力变形。

3.4 采用反走刀切削法车削传动轴

反向走刀加工法是指在传动轴的切削过程中，切削由卡盘方向向尾座方向加工。在车削时，工件夹在三爪自定心卡盘上，使夹紧端成为不能纵向倾斜的固定点。此时，切削时产生的纵向切削力沿工件轴线倾向于尾座方向，工件通过轴向力收紧，这增加了工件的实际刚度，不会引起弯曲变形。

3.5 切削用量的选择

选择不同的切削用量，切削所产生的切削力大小、热量、变形是不同的。粗车时：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，较大的切削用量可尽快切除多余金属，提高加工效率。精车时：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，为了减小切削力，减少工件的变形，提高加工质量，选择较小的切削用量。

4 结语

加工传动轴实际上是一个困难的加工过程。由于摩托艇的传动轴刚性差与材料的加工性能差，切削时产生热量与震动，导致轴很容易变形，并且引起表面粗糙度不达标，传动轴的尺寸与形位公差也很难保证。通过采用合适的加工工艺与加工方法，选择合理的热处理和切削用量等措施，可以保证水上摩托艇传动轴的加工质量要求。

参考文献

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