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1、攀枝花学院学生课程设计（论文）题 目40Cr 车床主轴热处理工艺设计学生姓名：X X X学 号：201111102XXX所在院（系）：材料工程学院专 业：20XX级材料成型及控制工程班 级：材料成型及控制工程指导教师：X X X 职称： 讲师2013 年 12 月 15 日攀枝花学院教务处制攀枝花学院本科学生课程设计任务书题目40Cr车床主轴热处理工艺设计1、课程设计的目的使学生了解、设计40Cr车床主轴的热处理工艺，融会贯通相关专业课程理论知识，培 养学生综合运用所学知识、分析问题和解决问题的能力。2、课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）内容 明确设计任务（包括用途、服
2、役条件及性能要求） 绘出热处理件零件图 给出设计方案 写出设计说明 设计质量检验项目 设计热处理工艺卡片 40Cr车床主轴的热处理缺陷及预防或补救措施 要求： 通过查找资料充实、完善各项给定的设计内容。 分析热处理过程中可能出现的缺陷，针对这些缺陷提出预防措施或补救措施。 提交设计说明书（报告），2千字以上。3、主要参考文献 崔明择主编工程材料及其热处理M.北京：机械工业出版社，2009.7. 崔忠析主编金属学与热处理（第二版）M.北京：机械工业出版社，2007.5 王建安.金属学与热处理M.北京：机械工业出版社，1980 中国机械工程学会热处理手册M.北京：机械工业出版社，2006.7 范逸
3、明.简明金属热处理工手册M.北京：国防工业出版社，2006.3 夏立芳主编.金属热处理工艺学.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2005 中国机械工程学会热处理分会.热处理工程师手册M机械工业出版社.2003.第一 版. 张玉庭主编.热处理技师手册M.机械工业出版社.2006.第一版 中国机械工程学会热处理学会.热处理手册M.机械工业出版社.2003.第三版.4、课程设计工作进度计划第16周：对给定题目进行认真分析，查阅相关文献资料，做好原始记录。第17周：撰写课程设计说明书，并进行修改、完善，提交设计说明书。指导教师（签字）日期年 月 日教研室意见：年 月 日 学生（签字）：接受任务时间：年 月
4、 日注：任务书由指导教师填写。课程设计（论文）指导教师成绩评定表分值得分工 作 表 现 20%O度 态 习3、 O 试稈 宀洱取 过获 通道03量口任 的 定 规 成 完 满 圆 期 按能35%匕匕 厶冃 ， 技据。 和數论 识验结 知实的 学型值 所处价 用确有 运正出 匕匕匕匕曰千 厶冃厶冃雀制较隹案 方 九 匕匕 厶冃久主冃、丫 駅路 i 田思 宀女研 酗氧 跖蔡執 确等完07En怖技 附如0K匕匕厶冃 结析力 卫匕匕/7厶冃 实合析 或综分 算济 计力经 对能术01O 力 匕匕 厶冃 的 合 宀示成果质量45%篇化 擁 质 图 或计 /| 几又 图、度 插幅程5本 合 符 化 范 规
5、要 定 规 或 范 规。 关求 相要 业条 专五 本第 合件 符文量整理 完合 练谨 简严 述论 综结新 创指导教师评语日 月 年 导 指目录1摘要12设计分析2.1 车床的使用工况及性能要求析 . .62.2 40Cr 钢的成分及性能点 . 62.2.1 40Cr 钢的元素成分及其作用 .62.2.2 40Cr 钢的性能 .62.3 热处理技术条件 .7 3热处理工艺分析3.1 锻坯正火 .73.1.1 锻坯正火的作用 .83.1.2 热处理工艺 .83.1.3 操作技巧 .93.2 调质 93.2.1 调质目的 93.2.2 热处理工艺 .103.2.3 操作技巧 .103.3锥孔及外锥体
6、的局部淬火103.3.1 局部淬火方式 .103.3.2 热处理工艺 .103.3.3 操作技巧 .103.4 花键高频淬火 113.4.1 淬火方式 113.4.2 花键高频淬火工艺参数 113.4.3 花键回火工艺参数 .113.4.4 操作技巧 .114结语12参考文献 .12摘要主轴是机床上传递动力的零件，常需承受弯曲、扭转、疲劳、冲击载荷的作 用，同时在滑动与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。40Cr是我国GB的标准钢号，40Cr 钢是机械制造业使用最广泛的钢之一。调质处理后具有良好的综合力学性能，良 好的低温冲击韧性和
7、低的缺口敏感性。钢的淬透性良好，水淬时可淬透到28 60mm,油淬时可淬透到1540mm。这种钢除调质处理外还适于氰化和高频淬火 处理。切削性能较好，当硬度为HB174229时，相对切削加工性为60%。该钢 适于制作中型塑料模具。关键词：40Cr，车床主轴，热处理工艺。2 设计分析2.1车床的使用工况及性能要求分析图1为C6132卧式车床主轴零件简图。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耐磨性；主轴在滚动轴承中运
8、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 40Cr钢的成分及性能特点2.2.1 40Cr钢的元素成分及其作用40Cr钢的元素成分及作用如下表：表2.1 40Cr钢的元素成分及作用1元糸CSiMnCr含量0.370.440.170.37:0.500.800.801.10作用固溶强化提高淬透性提咼回火稳定性2.2.2 40Cr钢的性能为了了解40Cr钢的性能我们查热处理手册得到的标准性能如下：中碳调质钢，冷镦模具钢。该钢价格适中，加工容易，经适当的热处理以后可获得一定的韧性、塑性和耐磨性。正火可促进组织球化，改进硬度小于160HBS 毛坯的切削性能。在温度550570C进行回
9、火，该钢具有最佳的综合力学性能。 该钢的淬透性高于45钢，适合于高频淬火，火焰淬火等表面硬化处理等。2.3 热处理技术条件 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220250 HBW；2）内锥孔和外锥体硬度为4550 HRC；3）花键部分硬度为4853 HRC3。在进行热处理前，我们结合车床主轴的力学性能以及40Cr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 热处理工艺分析31 锻坯正火3.1.1 锻坯正火的作用 在进行热处理过程中，锻坯正火
10、可以消除毛坯的锻造应力，降低材料的硬度 以改善切削加工性能，同时也均匀组织、细化晶粒，以利于切削加工，并为下一 步的热处理作组织准备。这一步是热处理的前奏，所以在热处理工艺中有着至关 重要的作用。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85010C。2）在锻坯正火过程中应该保温1. 5 h,空冷。3）使用的设备为井式炉或箱式炉（额定温度950C）。4）检测时的硬度应小于或者等于217 HBW3。空冷去应力退火工艺曲线3.1.3 操作技巧在这个过程中,材料可能会受到
11、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100C/h。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220250 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
12、C。2）淬火过程中应该保温1. 5 h,水冷。3）回火时温度应该保持在580l0C。4）回火时应该保温22. 5 h,空冷。5）调质使用的设备为井式炉（额定温度950C）。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45 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，以确保工 件加热均匀、变形小。33 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90010C，保温20 min，水冷。设备：盐浴炉（额定温度950C）。回火：180200C，保温22. 5 h,空冷。设备：硝盐回火炉（额定温度600C）。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900C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
