金屬學(xué)課程設(shè)計(jì)--45號(hào)鋼車床主軸熱處理工藝設(shè)計(jì)

1、<p>　　《金屬學(xué)與熱處理》課程設(shè)計(jì)</p><p>　　45號(hào)鋼車床主軸熱處理工藝設(shè)計(jì)</p><p>　　學(xué)生姓名：X X X </p><p>　　學(xué)生學(xué)號(hào)：xxxxxxxxxxxxx </p><p>　　院（系）：xxxxxxxx學(xué)院

2、 </p><p>　　年級(jí)專業(yè)：xxxxxxxxxxxxxxx</p><p>　　指導(dǎo)教師：xxxxxxxxxxx </p><p><b>　　二〇一一年十二月</b></p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></p&

3、gt;<p>　　課程設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)教師成績(jī)?cè)u(píng)定表</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　摘要……………………………………………………………………………….1</p><p>　　1 引言…………………………………………………………………………....2</p><p><b

4、>　　2 設(shè)計(jì)分析</b></p><p>　　2.1車床的使用工況及性能要求析……………………………………………...…..3</p><p>　　2.2 45號(hào)鋼的成分及性能點(diǎn)…………………………………………………..…3</p><p>　　2.2.1 45號(hào)鋼的元素成分及其作用…………………………………………….3</p>&

5、lt;p>　　2.2.2 45號(hào)鋼的性能…………………………………………………………..3</p><p>　　2.3 熱處理技術(shù)條件………………………………………………………….…..4</p><p><b>　　3 熱處理工藝分析</b></p><p>　　3.1 鍛坯正火…………………………………………………………………….5&

6、lt;/p><p>　　3.1.1鍛坯正火的作用………………………………………………………….5</p><p>　　3.1.2 熱處理工藝………………………………………………………..…….5</p><p>　　3.1.3 操作技巧……………………………………………………………..….5</p><p>　　3.2調(diào)質(zhì)………………………………

7、……………………………………….....5</p><p>　　3.2.1 調(diào)質(zhì)目的…………………………………………………………………5</p><p>　　3.2.2 熱處理工藝……………………………………………………………….5</p><p>　　3.2.3 操作技巧………………………………………………………………….6</p><p>

8、;　　3.3 錐孔及外錐體的局部淬火………………………………………………………6</p><p>　　3.3.1 局部淬火方式……………………………………………………………..6</p><p>　　3.3.2 熱處理工藝………………………………………………………………..6</p><p>　　3.3.3 操作技巧……………………………………………………………….

9、…6</p><p>　　3.4 花鍵高頻淬火…………………………………………………………………7</p><p>　　3.4.1 淬火方式…………………………………………………………………7</p><p>　　3.4.2 花鍵高頻淬火工藝參數(shù)……………………………………………………7</p><p>　　3.4.3 花鍵回火工藝參數(shù)………

10、……………………………………………..…7</p><p>　　3.4.4 操作技巧………………………………………………………………….8</p><p>　　4 結(jié)語(yǔ)………………………………………………………………………………9</p><p>　　參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………..……..9</p><p>

11、<b>　　摘要</b></p><p>　　主軸是機(jī)床上傳遞動(dòng)力的零件，常需承受彎曲、扭轉(zhuǎn)、疲勞、沖擊載荷的作用，同時(shí)在滑動(dòng)與轉(zhuǎn)動(dòng)部位還受到摩擦力的作用。因此，要求主軸具有高強(qiáng)度、硬度、足夠的韌性及疲勞強(qiáng)度、變形小等性能。而45號(hào)鋼為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)用鋼，硬度不高且容易切削加工，直接用在車床主軸上不太合適，所以需要對(duì)45號(hào)鋼進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚?。在主軸大端上需要使用鍛坯正火，消除毛坯的鍛造應(yīng)力，降

12、低硬度以改善切削加工性能，然后再進(jìn)行調(diào)質(zhì)，使主軸具有良好的綜合力學(xué)性能，最后經(jīng)過淬火后高溫回火，其硬度可達(dá)220～250 HBS，提高主軸的硬度，使主軸能達(dá)到良好的工作性能。在錐孔進(jìn)行局部淬火使鍵槽部位不淬硬，提高耐磨性；在花鍵部分可采用高頻淬火減少變形并達(dá)到表面淬硬。車床主軸經(jīng)過適當(dāng)?shù)臒崽幚砉に嚕梢赃_(dá)到良好的工作性能，使主軸能在正常的工作中有足夠的硬度，且在花鍵等部分有良好的耐磨性。</p><p><

13、b>　　引言</b></p><p>　　通過對(duì)車床主軸的工作條件及性能要求分析，根據(jù)要求選用適當(dāng)?shù)牟牧希ㄟ^對(duì)45號(hào)鋼的材料成分特點(diǎn)及性能特點(diǎn)，確定車床主軸的熱處理工藝。首先，分析零件的使用工況及性能，根據(jù)要求選用材料；然后，確定加工工藝流程，針對(duì)流程中的具體熱處理工藝查看熱處理手冊(cè)查找鋼種的方法、參數(shù)等做出設(shè)計(jì)。最后，根據(jù)鋼種設(shè)計(jì)寫出總結(jié)。</p><p>　　關(guān)鍵詞

14、：45號(hào)鋼，車床主軸，熱處理工藝。</p><p><b>　　2 設(shè)計(jì)分析</b></p><p>　　2.1車床的使用工況及性能要求分析</p><p>　　圖1為C6132臥式車床主軸零件簡(jiǎn)圖。該軸承受交變彎曲應(yīng)力與扭應(yīng)力，但由于承受的載荷與轉(zhuǎn)速均不高，沖擊作用也不大，故具有一般綜合力學(xué)性能即可。但在主軸大端的內(nèi)錐孔和外錐體，因常與卡盤、

15、頂尖有相對(duì)摩擦；花鍵部位與齒輪有相對(duì)滑動(dòng)，故這些部位要求較高的硬度與耐磨性；主軸在滾動(dòng)軸承中運(yùn)轉(zhuǎn)，工作時(shí)因軸頸與軸承不發(fā)生摩擦，故軸頸無耐磨性要求。</p><p>　　2.2 45號(hào)鋼的成分及性能特點(diǎn)</p><p>　　2.2.1 45號(hào)鋼的元素成分及其作用</p><p>　　45號(hào)鋼的元素成分及作用如下表：</p><p>　　表2.

16、1 45號(hào)鋼的元素成分及作用[1]</p><p>　　2.2.2 45號(hào)鋼的性能</p><p>　　為了了解45號(hào)鋼的性能我們查熱處理手冊(cè)得到的標(biāo)準(zhǔn)性能如下：</p><p>　　按照GB/T699-1999標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的45鋼推薦熱處理制度為850℃正火、840℃淬火、600℃回火，達(dá)到的性能為屈服強(qiáng)度≥355MPa。而標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的抗拉強(qiáng)度為600MPa，屈服強(qiáng)度為

17、355MPa，伸長(zhǎng)率為16％，斷面收縮率為40％，沖擊功為39J [2]。所以需要我們根據(jù)45號(hào)鋼的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定根據(jù)要求進(jìn)行熱處理。</p><p>　　2.3 熱處理技術(shù)條件</p><p>　　車床主軸適合一般力學(xué)性能，根據(jù)對(duì)該軸工作條件的分析，以及結(jié)合選材情況，熱處理技術(shù)條件如下：</p><p>　　1)整體調(diào)質(zhì)后硬度為220～250 HBW；</p>

18、;<p>　　2)內(nèi)錐孔和外錐體硬度為45～5O HRC；</p><p>　　3)花鍵部分硬度為48～53 HRC[3]。</p><p>　　在進(jìn)行熱處理前，我們結(jié)合車床主軸的力學(xué)性能以及45號(hào)鋼的特點(diǎn)，我們做出了熱處理技術(shù)的條件，所以在熱處理中，我們必須根據(jù)條件選擇適合的熱處理方式來達(dá)到車床主軸的性能要求。</p><p><b>　　

19、3 熱處理工藝分析</b></p><p><b>　　3．1 鍛坯正火</b></p><p>　　3.1.1 鍛坯正火的作用</p><p>　　在進(jìn)行熱處理過程中，鍛坯正火可以消除毛坯的鍛造應(yīng)力，降低材料的硬度以改善切削加工性能，同時(shí)也均勻組織、細(xì)化晶粒，以利于切削加工，并為下一步的熱處理作組織準(zhǔn)備。這一步是熱處理的前奏，所以

20、在熱處理工藝中有著至關(guān)重要的作用。</p><p>　　3.1.2 熱處理工藝</p><p>　　經(jīng)過鍛坯正火后，材料的組織達(dá)到了良好的熱處理效果，所以需要我們?cè)僮龀鲞m當(dāng)?shù)臒崽幚韥磉_(dá)到材料需要的硬度，熱處理工藝如下：</p><p>　　鍛坯正火的溫度應(yīng)該保持在850±10℃ 。</p><p>　　在鍛坯正火過程中應(yīng)該保溫1．5

21、 h，空冷。</p><p>　　3）使用的設(shè)備為井式爐或箱式爐(額定溫度950℃)。</p><p>　　4）檢測(cè)時(shí)的硬度應(yīng)小于或者等于217 HBW[3]。</p><p>　　3.1.3 操作技巧</p><p>　　在這個(gè)過程中，材料可能會(huì)受到很多原因而不能滿足我們的要求，所以需要我們有很好的操作技巧來克服這些困難。在鍛坯正火的熱處理

22、工藝中我們多采用多件集中裝爐，出爐時(shí)工件必須相互間隔20 mm 以上空冷，也可用風(fēng)扇強(qiáng)制冷卻，以確保冷卻速度≥100℃／h。</p><p><b>　　3.2 調(diào)質(zhì)</b></p><p>　　3.2.1 調(diào)質(zhì)目的</p><p>　　在進(jìn)行調(diào)質(zhì)過程中我們的目的是獲得均勻細(xì)密的回火索氏體組織，細(xì)密的索氏體金相組織有利于零件精加工后獲得光潔的表

23、面。同時(shí)，也使主軸具有良好的綜合力學(xué)性能，經(jīng)淬火后高溫回火，其硬度可達(dá)220～250 HBS。</p><p>　　3.2.2 熱處理工藝</p><p>　　材料進(jìn)行調(diào)質(zhì)過后，硬度達(dá)到了220～250 HBS，然后我們需要進(jìn)行熱處理工藝，其如下：</p><p>　　淬火時(shí)的溫度應(yīng)該保持在840±10℃ 。</p><p>　　淬

24、火過程中應(yīng)該保溫1．5 h，水冷。</p><p>　　回火時(shí)溫度應(yīng)該保持在580±l0℃ 。</p><p>　　回火時(shí)應(yīng)該保溫2～2．5 h，空冷。</p><p>　　5）調(diào)質(zhì)使用的設(shè)備為井式爐(額定溫度950℃)。</p><p>　　6）檢測(cè)時(shí)硬度220～25O HBS。[3]</p><p>　　

25、3.2.3 操作技巧</p><p>　　由于工件尺寸超過45鋼淬火水冷的臨界尺寸，因此淬火前主軸各部位需經(jīng)粗加工，留4～ 5 mm(包括內(nèi)孔)加工余量進(jìn)行調(diào)質(zhì)，確保調(diào)質(zhì)層的有效保留。調(diào)質(zhì)熱處理多件集中裝爐時(shí)，應(yīng)垂直吊掛且工件必須相互間隔20 mm以上，以確保工件加熱均勻、變形小。</p><p>　　3．3 錐孔及外錐體的局部淬火</p><p>　　3.3.1

26、局部淬火方式</p><p>　　外錐體鍵槽部位不淬硬，應(yīng)用石棉繩等物填充加以保護(hù)，錐孔和外錐體部分可采用鹽浴快速加熱并水淬，經(jīng)回火后，其硬度應(yīng)達(dá)45 HRC。</p><p>　　3.3.2 熱處理工藝</p><p>　　熱處理工藝：淬火900±10℃ ，保溫20 min，水冷。</p><p>　　設(shè)備：鹽浴爐(額定溫度950

27、℃)。</p><p>　　回火：180～200℃ ，保溫2～2．5 h，空冷。</p><p>　　設(shè)備：硝鹽回火爐(額定溫度600℃)。</p><p>　　檢測(cè)：硬度45～50 HRC[3]。</p><p>　　3.3.3 操作技巧</p><p>　　采用超過45鋼正常淬火溫度的900℃進(jìn)行快速加熱，使錐孔及

28、外錐體的表面快速達(dá)到淬火溫度，進(jìn)行淬火冷卻，可以保證錐孔及外錐體表面的硬度和性能要求，又可減小錐孔及外錐體的局部加熱對(duì)軸頸部位的影響，減小熱處理變形量。</p><p>　　3．4 花鍵高頻淬火</p><p>　　3.4.1 淬火方式</p><p>　　花鍵部分可采用高頻淬火以減少變形并達(dá)到表面淬硬，經(jīng)回火后，表面硬度可達(dá)48～53 HRC。</p>

29、<p>　　3.4.2 花鍵高頻淬火工藝參數(shù)</p><p>　　花鍵高頻淬火工藝參數(shù)如下表：</p><p>　　表3.1 花鍵高頻淬火工藝參數(shù)[4]</p><p>　　3.4.3 花鍵回火工藝參數(shù)</p><p>　　花鍵回火工藝參數(shù)如下表：</p><p>　　表3.2 花鍵回火工藝參數(shù)[5]&l

30、t;/p><p>　　3.4.4 操作技巧</p><p>　　由于花鍵部位存在直角過渡，為避免淬硬層過深，應(yīng)力集中造成尖角開裂，一般采用高頻而不是中頻設(shè)備進(jìn)行淬火，淬硬層深度可達(dá)1～2mm。同時(shí)，淬火后的及時(shí)回火，也能減緩尖角部位的開裂傾向。</p><p>　　另外由于采用立式高頻淬火機(jī)床，工件的重心應(yīng)偏下，所以應(yīng)將主軸的錐頭置于機(jī)床下方的旋轉(zhuǎn)卡盤或頂尖上(采用卡盤

31、時(shí)，必須配置相應(yīng)的夾持工裝；采用頂尖時(shí)，必須配置與內(nèi)錐孔相配合的錐桿，以帶動(dòng)主軸均勻旋轉(zhuǎn))，主軸的上端采用頂尖頂持。</p><p>　　鑒于花鍵高頻淬火的硬化層深，使用花鍵部位淬火后的加工余量一般為0．5～0．6 mm，其余軸頸部位留加工余量1～1．5 mm。對(duì)于變形量超標(biāo)的產(chǎn)品，盡量采用磨削加工保證。</p><p><b>　　4 結(jié)語(yǔ)</b></p>

32、;<p>　　總之，由于軸較長(zhǎng)，且錐孔與外錐體對(duì)兩軸頸的同心度要求高，故錐部淬火應(yīng)與花鍵淬火分開進(jìn)行，這樣可減少淬火變形，并且錐部淬火及回火后，需用粗磨來糾正淬火變形。然后再進(jìn)行花鍵的加工與淬火。最后用精磨來消除總的變形，從而保證主軸的裝配質(zhì)量。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 崔忠析主編.金屬學(xué)與熱處理（第二

33、版）[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.5</p><p>　　[2] 王建安. 金屬學(xué)與熱處理[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1980</p><p>　　[3] 崔明擇主編.工程材料及其熱處理[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.7</p><p>　　[4] 中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì).熱處理手冊(cè)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.7</p&