麻花钻热处理课程设计

第 1 页 共 17 页JI A N G S U U N I V E R S I T Y金属材料综合课程设计直柄麻花钻的热处理工艺设计学院名称： 材料科学与工程学院 专业班级： 金属 1302 学生姓名：钱振学号： 3130702063指导教师姓名：邵红红，纪嘉明2017 年 1 月第 2 页 共 17 页直柄麻花钻的热处理工艺设计指导老师姓名： 邵红红 纪嘉明1 麻花钻零件图图 1 高速钢直柄麻花钻尺寸参数直柄麻花钻的尺寸：直径 D 刃部 l 总长 L10mm 87mm 133mm第 3 页 共 17 页2 服役条件及提出的性能要求和技术指标2.1 服役条件作 为 机 床 上 使 用 的 金 属 切 削 工 具 ， 其 主 要 工 作 部 分 是 刀 刃 或 刀 尖 ,钻 头在 切 削 过 程 中 ， 刃 部 与 工 件 表 面 的 金 属 相 互 作 用 ， 使 钻 头 产 生 变 形 和 断 裂 ，并 从 工 件 整 体 上 剥 离 下 来 ， 所 以 钻 头 本 身 承 受 弯 曲 、 剪 切 应 力 和 冲 击 震 动 负荷 ；在 切 削 过 程 中 会 产 生 大 量 切 削 ， 因 此 钻 头 还 受 到 工 件 和 切 削 强 烈 的 摩 擦 作用 ；同 时 伴 随 摩 擦 会 产 生 高 温 。 机 用 工 具 切 削 速 度 较 高 ， 会 产 生 大 量 的 切 削 热 ，有 时 会 发 生 切 削 刃 软 化 现 象 。 切 削 量 增 大 和 被 切 削 金 属 的 硬 度 升 高 ， 都 会 使切 削 热 大 量 增 加 ， 从 而 使 刃 具 的 温 度 很 快 升 高 。直 柄 麻 花 钻 在 钻 削 过 程 中 产 生 的 热 量 多 ， 而 传 热 、 散 热 困 难 ； 承 受 挤 压 应力 、 弯 曲 应 力 、 冲 击 应 力 及 切 削 产 生 的 高 温 ， 工 作 温 度 在 500 600 左 右 ，容 易 造 成 钻 头 严 重 磨 损 。2.2 失效形式由 于 工 具 种 类 的 不 同 以 及 使 用 条 件 的 差 异 ， 起 失 效 形 式 也 有 所 不 同 。 切 削工 具 失 效 主 要 由 于 磨 损 、 横 刃 、 外 缘 点 磨 损 、 崩 刃 、 剥 落 、 折 断 或 加工 的 工 件 打 不 到 技 术 要 求 等 原 因 造 成 的（ 1） 磨 损钻 头 属 半 封 闭 式 切 削 ， 钻 削 热 难 以 向 外 传 散 ， 更 易 形 成 高 的 切 削 温 度 。所 以 ， 引 起 钻 头 磨 损 主 要 为 热 磨 损 ， 对 于 高 速 钢 钻 头 来 说 ， 主 要 是 相 变 磨 损 。磨 损 的 产 生 大 都 是 由 于 工 具 的 切 削 刃 与 被 切 削 工 件 之 间 的 摩 擦 所 产 生 的 。有 时 也 可 能 是 由 于 在 工 具 表 面 形 成 积 痟 瘤 ， 形 成 粘 合 磨 损 所 造 成 的 。机 械 磨 损 ： 工 件 材 料 中 含 有 刀 具 材 料 硬 度 高 的 硬 质 点 或 粘 附 有 积 屑 瘤 碎 片 ，会 在 刀 具 表 面 上 刻 划 ， 使 刀 具 磨 损 。 低 速 切 削 时 ， 机 械 摩 擦 磨 损 是 造 成 刀第 4 页 共 17 页具 磨 损 的 主 要 原 因 。热 磨 损 ： 热 磨 损 通 常 发 生 在 滑 动 摩 擦 时 （ 不 论 有 无 润 滑 ） 。 当 滑 动 速 度很 大 时 ,比 压 也 很 大 的 时 候 ， 将 产 生 大 量 摩 擦 热 使 润 滑 油 变 质 ， 并 使 表 面 金属 加 热 到 软 化 温 度 ， 在 接 触 点 发 生 局 部 金 属 粘 着 ， 出 现 较 大 金 属 质 点 的 撕 裂脱 离 甚 至 融 化 ， 这 种 形 式 的 磨 损 称 为 热 磨 损 。相 变 磨 损 ： 刀 具 材 料 因 切 削 材 料 表 面 的 马 氏 体 组 织 转 化 为 托 氏 体 组 织 ， 硬度 下 降 造 成 磨 损 。 高 速 钢 刀 具 在 550 660 时 发 生 相 变 。（ 2） 接 触 疲 劳零 件 接 触 表 面 在 接 触 压 应 力 的 反 复 长 期 作 用 后 引 起 的 一 种 表 面 疲 劳 剥 落损 坏 现 象 。 其 损 坏 形 式 是 在 光 滑 的 接 触 表 面 上 分 布 有 若 干 深 浅 不 同 的 针 状 或豆 状 凹 坑 ， 或 较 大 面 积 的 表 层 压 碎 ， 一 般 通 称 接 触 疲 劳 失 效 。（ 3） 崩 刃崩 刃 也 是 常 见 的 失 效 形 式 ， 其 中 包 括 大 的 崩 刃 ， 小 的 崩 刃 ， 掉 牙 ， 掉 齿 等现 象 ， 很 多 的 崩 刃 产 生 是 由 于 切 削 时 切 削 刃 长 期 受 循 环 应 力 所 造 成 的 一 种 疲劳 断 裂 现 象 。（ 4） 断 裂切 削 工 具 由 于 受 到 较 大 的 冲 击 力 或 因 工 具 自 身 的 脆 性 较 大 有 时 会 产 生 整 体断 裂 ， 破 碎 现 象 。 比 如 钻 头 的 扭 断 ， 折 断 。 工 具 的 断 裂 ， 破 碎 现 象 的 产 生 与工 具 本 身 的 韧 性 不 够 有 关 ， 但 不 是 所 有 的 断 裂 ， 破 碎 现 象 都 是 因 为 工 具 脆 性较 大 而 引 起 的 。(4)被 加 工 工 件 达 不 到 要 求在 切 削 过 程 中 ， 由 于 工 具 产 生 了 严 重 的 磨 损 或 工 具 的 切 削 刃 上 有 明 显 的 崩刃 现 象 ， 这 时 工 具 虽 然 可 以 继 续 加 工 ， 但 由 于 被 加 工 工 件 的 尺 寸 精 度 或 表 面粗 糙 度 达 不 到 技 术 要 求 ， 而 使 麻 花 钻 不 能 使 用 。2.3 性能要求第 5 页 共 17 页刃 部 要 求 ：（ 1） 良 好 的 机 械 性 能钻 头 应 具 有 高 硬 度 、 高 耐 磨 性 ；足 够 的 强 度 和 韧 性 ， 以 承 受 钻 削 中 的 冲 击 和 震 动 ， 避 免 崩 刃 和 折 断 ；高 的 红 硬 性 ， 即 要 有 高 的 耐 热 性 ， 在 高 温 下 保 持 硬 度 、 耐 磨 性 、 强 度 和韧 性 ；（ 2） 良 好 的 工 艺 性 ， 如 良 好 的 段 造 型 ， 磨 削 加 工 性 ；（ 3） 好 的 经 济 性 ， 即 价 格 要 便 宜 ；柄 部 要 求 ： 良 好 的 综 合 机 械 性 能 。2.3 技术指标刃 部（ 1） 硬 度 HRC63； 500600 时 仍 保 持 5060HRC 高 硬 度 ；（2）金相组织：应能保证钻头具备高硬度、高耐磨性和高红硬性，以及一定韧性和较高的强度，钻头的刃部组织应为高碳、高合金度的回火马氏体基体，其上分布着细小、均匀、稳定的合金碳化物。（3）弯曲度：应该小于 0.12mm。柄 部硬 度 HRC20 35 之 间3 选材3.1 常用材料比较分析现 在 市 场 上 使 用 较 多 的 是 通 用 型 高 速 钢 ， 以 钨 系 W18Cr4V 和 钨 -钼 系W6Mo5Cr4V2 为 代 表 。钨 钢 W18Cr4V 有 良 好 的 综 合 性 能 ， 在 600 的 高 温 强 度 为 48.5HRC， 优点 是 淬 火 时 过 热 倾 向 小 ； 含 钒 量 较 少 ， 磨 削 加 工 性 好 ； 碳 化 物 含 量 较 高 ，第 6 页 共 17 页塑 性 变 形 抗 力 较 大 。 缺 点 是 碳 化 物 分 布 不 均 匀 ， 影 响 薄 刃 刀 具 或 小 截 面 刀 具的 耐 用 度 ； 强 度 和 韧 性 显 得 不 够 ， 热 塑 性 差 ， 很 难 用 作 热 成 型 方 法 制 造 的 刀具 。另 外 ， 高 性 能 高 速 钢 理 论 上 均 可 用 于 该 麻 花 钻 ， 其 中 W6Mo5Cr4V2Al由于 Al元 素 的 添 加 ， 其 韧 性 大 大 下 降 ， 用 于 制 造 麻 花 钻 的 话 ， 其 使 用 寿 命 与 其他 高 性 能 高 速 钢 相 比 相 对 较 低 ， 因 此 不 考 虑 使 用 。 W18Cr4V2Co8性 能 上 能 满足 该 麻 花 钻 的 要 求 。 W18Cr4V2Co8为 加 钴 版 高 性 能 高 速 钢 ， 由 于 含 钨 量 较 高 ，价 格 很 高 因 此 从 经 济 效 益 角 度 出 发 ， 不 采 用 W18Cr4V2Co8。W6Mo5Cr4V2 钢 ， 它 属 钨 钼 系 高 速 钢 。 这 类 钢 兼 具 有 钨 系 和 钼 系 高 速 钢的 优 点 。 既 有 较 高 的 红 硬 性 和 耐 磨 性 。 较 小 的 脱 碳 倾 向 与 过 热 敏 感 性 ,。 同时 碳 化 物 较 细 、 分 布 较 均 匀 。 热 塑 性 及 韧 性 较 高 。 由 于 它 便 于 机 械 加 工 ， 通用 性 强 ,使 用 寿 命 高 ， 价 格 便 宜 ,因 此 得 到 了 广 泛 的 应 用 。W6Mo5Cr4V2高 速 钢 韧 性 、 耐 磨 性 、 热 塑 性 均 优 W18Cr4V， 而 硬 度 、 红 硬性 、 高 温 硬 度 与 W18Cr4V相 当 ， 因 此 W6Mo5Cr4V2高 速 钢 除 用 于 制 造 各 种 类 型一 般 工 具 外 ， 还 可 制 作 大 型 及 热 塑 成 型 刀 具 。 由 于 W6Mo5Cr4V2钢 强 度 高 、耐 磨 性 好 ， 因 而 又 可 制 作 高 负 荷 下 耐 磨 损 的 零 件 ， 如 冷 挤 压 模 具 等 ， 但 此 时必 须 适 当 降 低 淬 火 温 度 以 满 足 强 度 及 韧 性 的 要 求 。柄 部 主 要 承 受 冲 击 与 扭 矩 ， 以 及 作 为 被 夹 持 部 位 会 承 受 夹 具 的 挤 压 ， 但柄 部 所 处 环 境 并 不 严 酷 ， 45 钢 完 全 可 以 胜 任 ， 因 此 柄 部 使 用 45 钢 。因 此 ， 最 终 选 择 W6Mo5Cr4V2 作 为 钻 头 的 材 料 ， 柄 部 选 择 45 钢 。3.3 材料成分表及临界温度3.3.1 W6Mo5Cr4V2 成分及含量质量分数如表 1 所示表 1 W6Mo5Cr4V2 成分及含量质量分数元素 C Mn Si Cr V W Mo S P含量（%）0.800.900.150.400.200.453.804.401.752.205.506.754.505.500.0300.030第 7 页 共 17 页3.3.2 合金元素的作用碳的作用：一是与 V、Cr、W 等元素形成足够多的碳化物，来提高硬度、耐磨性和红硬性。另一方面还需一定量的碳溶于奥氏体中。以便获得足够含量的马氏体来保证它具有高硬度、高耐磨性和良好的热硬性。碳含量过高或过低都未必好，必须和其他合金含量相匹配。若含碳量过高，则碳化物数量增加，同时碳化物的不均匀性也增加，导致钢的塑性降低，脆性增加，工艺性能变坏；若含碳量低，则无法保证足够多的合金碳化物，使高温奥氏体和马氏体中的含碳量减少，导致钢的硬度，耐磨性和热硬性变差。钨的作用：获得热硬性的主要元素，在钢中形成 M6C 是共晶碳化物的主要组成，它还以二次碳化物由奥氏体析出；钼的作用：Mo 和 W 可相互取代，故也是获得热硬性的元素，并减小碳化物的不均匀性。钒的作用：提高马氏体回火稳定性，阻碍马氏体分解同时提高高速钢的热硬性。铬的作用：铬在钢中主要存在于 M23C6 中，也溶于 M6C 和 MC 型碳化物，促使其溶于奥氏体，增加奥氏体合金度。淬火加热时，铬几乎溶于奥氏体，主要起增加钢的淬透性作用。3.3.3 W6Mo5Cr4V2 相变临界点表 2 W6Mo5Cr4V2 相变临界点临 界 温 度 （ ） 锻造温度 热处理Ac1 Acm Ar1 Ms 始锻（） 终锻（） 退火（）淬火（） 回火（）835 885 770 225 10401150 900950 820870 12251235 540580第 8 页 共 17 页4 汽车齿轮热处理工艺设计4.1 工艺路线下料锻造焊接去应力退火正火球化退火切削加工淬火回火硬度及金相检验精磨（1）下料锻造焊接去应力退火：选择 45 钢和 W6Mo5Cr4V2 两种不同的材料焊接在一起，由于焊接所产生的热量使接口处存在热应力，故要进行一次去应力退火。去应力退火：为了去除由于塑性形变加工、焊接等造成的以及铸件内存在的残余应力面进行的退火。目的：消除铸、锻、焊、冷冲压等工件的残余应力，同时还可以降低硬度，提高尺寸稳定性和防止工件变形开裂。去应力退火：加热温度Ac1，一般钢材 550650，合金工具钢650750，加热速度 100150/h，保温时间 35min/mm 冷却速度60100/h，300以下出炉空冷。加热温度 720760保温时间 24h 冷却方式 500以下出炉空冷。表 3 RX3-15-9 主要技术参数型号额定功率（KW）额定电压（V）额定温度（）相数炉膛尺寸（LWH）最大装载（kg）图 2 去应力退火曲线第 9 页 共 17 页（mm）RX3-15-915 380 950 3 650300250 80退火组织：球化珠光体，白色球状碳化物，基体为珠光体。（2） 柄部热处理工艺下料锻造正火切削加工（3）刃部热处理工艺下料锻造正火球化退火切削加工淬火回火一般合金钢在锻