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1、金属学与热处理课程设计报告45钢车床主轴的热处理工艺设计学 院 化学工程与现代材料 专 业 金属材料工程 姓 名 刘维珍 学 号 13042218 指 导 教 师 张美丽 完 成 时 间 2016-6-1目 录 摘要.1 1 引言2 2 设计分析 2.1 车床的使用工况及性能要析.3 2.2 45号钢的成分及性能点.3 2.2.1 45号钢的元素成分及其作用. .3 2.2.2 45号钢的性能 .3 2.3 热处理技术件. .4 3 热处理工艺分析 3.1 锻坯正火.5 3.1.2 热处理工艺.5 3.1.3 操作技巧.5 3.2调质.5 3.2.1 调质目的5 3.2.2 热处理工艺.5 3
2、.2.3 操作技巧.6 3.3 锥孔及外锥体的局部淬火6 3.3.1 局部淬火方式6 3.3.2 热处理工艺6 3.3.3 操作技巧.6 3.4 花键高频淬火7 3.4.1 淬火方式7 3.4.2 花键高频淬火工艺参数7 3.4.3 花键回火工艺参数7 3.4.4 操作技巧.8 4 结语9 参考文献9 摘要： 机床主轴指的是机床上带动工件或刀具旋转的轴。通常 由主轴、轴承和传动件（齿轮或带轮）等组成主轴部 件。在机器中主要用来支撑传动零件如齿轮、带轮，传 递运动及扭矩，如机床主轴；有的用来装夹工件，如心 轴。 主轴是机床上传递动力的零件，常常承受弯曲、扭转、 疲劳、冲击、载荷的作用，同时在滑动
3、和转动部位还受 到摩擦力的作用。因此，要求主轴具有高强度、硬度、足够的韧性及疲劳强度、变形小等性能。而45钢为优质 碳素结构钢，硬度不高且易切削加工，直接用在车床主轴上不太合适，所以需要对45号钢进行适当的热处理。 1引言 通过对车床主轴的工作条件及性能要求分析， 根据要求选用适当的材料，通过对45钢的材料 成分特点及性能特点，确定车床主轴的热处理 加工工艺，首先，分析零件的使用工况及性能 ，根据要求选用材料；然后，确定加工工艺流 程，针对流程中的具体热处理工艺查看热处理 手册查找钢种的方法、参数等做出设计。最后 ，根据钢种设计写出总结。 关键词：45钢 车床主轴 热处理工艺 2设计分析 2.
4、1车床的使用工况及性能要求 按用途和结构的不同，车床主要分为卧式车床和落地车 床、立式车床、转塔车床、单轴自动车床、多轴自动和 半自动车床、仿形车床及多刀车床和各种专门化车床， 如凸轮轴车床、曲轴车床、车轮车床、铲齿车床。在所 有车床中，以卧式车床应用最为广泛。 该轴承受交变弯曲应力与扭应力但由于承受的载荷与转 速均不高，冲击作用也不大，故具有一般综合力学性能 即可。但在主轴大端的内锥孔和外锥体因常与卡盘、顶 尖有相对摩擦；花键部位与齿轮有相对滑动。故这些部 位要求较高的硬度与主轴在滚动轴承中运转，工作时因 轴颈与轴承不发生摩擦，故轴颈无耐磨性要求。2.2.1 45号钢的元素成分及其作用45号
5、钢的元素成分及作用如下表 2.2.2 45号钢的性能 常用中碳调质结构钢。该钢冷塑性一般，退火、正 火比调质时要稍好，具有较高的强度和较好的切削 加工性，经适当的热处理以后可获得一定的韧性、塑性和耐磨性，材料来源方便。为了了解45号钢的 性能我们查热处理手册得到的标准性能如下 按照GB/T699-1999标准规定的45钢推荐热处理制度为 850正火、840淬火、600回火达到的性能为 屈服强度355MPa。而标准规定的抗拉强度为 600MPa屈服强度为355MPa伸长率为16断面收缩率 为40冲击功为39J 2。所以需要我们根据45号钢的 标准规定根据要求进行热处理。 2.3 热处理技术条件
6、车床主轴适合一般力学性能根据对该轴工作条件的 分析以及结合选材情况热处理技术条件如下： (1)整体调质后硬度为220-250 HBW (2)内锥孔和外锥体硬度为45-5O HRC (3)花键部分硬度为48-53 HRC。 在进行热处理前,我们结合车床主轴的力学性能以 及45号钢的特点我们做出了热处理技术的条件,所 以在热处理中我们必须根据条件选择适合的热处理 方式来达到车床主轴的性能要求。 3.1.2 热处理工艺 经过锻坯正火后材料的组织达到了良好的热处 理效果所以需要我们再做出 适当的热处理来达到材料需要的硬度热处理工 艺如下 1锻坯正火的温度应该保持在85010 。 2在锻坯正火过程中应该
7、保温15 h空冷。 3使用的设备为井式炉或箱式炉(额定温度 950)。 4检测时的硬度应小于或者等于217 HBW3。 3.1.3 操作技巧 在这个过程中材料可能会受到很多原因而 不能满足我们的要求所以需要我们有很好 的操作技巧来克服这些困难。在锻坯正火 的热处理工艺中我们多采用多件集中装炉 出炉时工件必须相互间隔20 mm 以上空冷 也可用风扇强制冷却以确保冷却速度 100h。 3.2 调质 3.2.1 调质目的 在进行调质过程中我们的目的是获得均匀 细密的回火索氏体组织细密的索氏体金相 组织有利于零件精加工后获得光洁的表 面。同时也使主轴具有良好的综合力学性 能经淬火后高温回火其硬度可达2
8、20-250 HBS。 3.2.2 热处理工艺 材料进行调质过后硬度达到了220250 HBS然后 我们需要进行热处理工艺其如下 1淬火时的温度应该保持在84010 。 2淬火过程中应该保温15 h水冷。 3回火时温度应该保持在580l0 。 4回火时应该保温25 h空冷。 5调质使用的设备为井式炉(额定温度950)。 6检测时硬度22025O HBS。 3.2.3 操作技巧 由于工件尺寸超过45钢淬火水冷的临界尺 寸因此淬火前主轴各部位需经粗加工留4- 5 mm(包括内孔)加工余量进行调质确保调质 层的有效保留。调质热处理多件集中装炉 时，应垂直吊挂且工件必须相互间隔20 mm 以上，以确保
9、工件加热均匀、变形小。 3.3 锥孔及外锥体的局部淬火 3.3.1 局部淬火方式 外锥体键槽部位不淬硬，应用石棉绳等物 填充加以保护，锥孔和外锥体部分可采用 盐浴快速加热并水淬，经回火后，其硬度 应达45 HRC。 3.3.2 热处理工艺 热处理工艺：淬火90010 ，保温20 min ，水冷。 设备：盐浴炉(额定温度950)。 回火：180200 ，保温225 h，空 冷。 设备：硝盐回火炉(额定温度600)。 检测：硬度4550 HRC3。 3.3.3 操作技巧 采用超过40Gr钢正常淬火温度的900进行 快速加热，使锥孔及外锥体的表面快速达 到淬火温度，进行淬火冷却，可以保证锥 孔及外锥
10、体表面的硬度和性能要求，又可 减小锥孔及外锥体的局部加热对轴颈部位 的影响，减小热处理变形量。 34 花键高频淬火 3.4.1 淬火方式 花键部分可采用高频淬火以减少变形并达 到表面淬硬，经回火后，表面硬度可达48 53 HRC。花键高频淬火工艺参数如下表：3.4.2 花键高频淬火工艺参数 3.4.4 操作技巧 由于花键部位存在直角过渡为避免淬硬层过深应力集中 造成尖角开裂一般采用高频而不是中频设备进行淬火淬硬层深度可达1-2mm。同时淬火后的及时回火也能减缓 尖角部位的开裂倾向。 另外由于采用立式高频淬火机 床工件的重心应偏下所以应将主轴的锥头置于机床下方的旋转卡盘或顶尖上(采用卡盘时必须配
11、置相应的夹持 工装采用顶尖时必须配置与内锥孔相配合的锥杆以带动主轴均匀旋转)主轴的上端采用顶尖顶持。 鉴于花键高频淬火的硬化层深使用花键部位淬火后的加工余量一般为0.5-0.6 mm其余轴颈部位留加工余量1.1-5 mm。对于变形量超标的产品尽量采用磨削加工保证。 4 结语 总之由于轴较长且锥孔与外锥体对两轴颈 的同心度要求高故锥部淬火应与花键淬火 分开进行这样可减少淬火变形并且锥部淬 火及回火后需用粗磨来纠正淬火变形。然 后再进行花键的加工与淬火。最后用精磨 来消除总的变形从而保证主轴的装配质 量。参考文献 1吴元徽. 45钢制车床主轴的热处理工艺分析J. 新技术新工 艺,2010,03:72-73. 2王倩,田加红,丁霞,李保民,董庆信,李木森. 45钢主轴热处理 畸变原因分析与改进措施J. 金属热处理,2013,05:115-118. 3唐仁奎,廖丽. CA6132主轴选材与加工工艺及热处理设计J. 科学咨询(科技管理),2013,07:83. 4李勇. 车床主轴加工的工艺过程J. 科技致富向导,2012,15:56. 5郑继水. 车床主轴加工工艺过程分析J. 山东煤炭科技, 2011,03:178+180. 6赵政东. 绿色数控车床主轴组件的可拆卸与可回收性技术研 究D.大连交通大学,2007.
