毕业设计（论文）-40Cr车床主轴热处理工艺设计.doc

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2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机械工业出版社2003第一版. 张玉庭主编热处理技师手册机械工业出版社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 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题目名称评分项目分值得分评价内涵工作表现20%01学习态度6遵守各项纪律，工作刻苦努力，具有良好的科学工作态度。02科学实践、调研7通过实验、试验、查阅文献、深入生产实践等渠道获取与课程设计有关的材料。03课题工作量7按期圆满完成规定的任务，工作量饱满。能力水平35%04综合运用知识的能力10能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题，能正确处理实验数据，能对课题进行理论分析，得出有价值的结论。05应用文献的能力5能独立查阅相关文献和从事其他调研；能提出并较好地论述课题的实施方案；有收集、加工各种信息及获取新知识的能力。06设计（实验）能力，方案的设计能力5能正确设计实验方案，独立进行装置安装、调试、操作等实验工作，数据正确、可靠；研究思路清晰、完整。07计算及计算机应用能力5具有较强的数据运算与处理能力；能运用计算机进行资料搜集、加工、处理和辅助设计等。08对计算或实验结果的分析能力（综合分析能力、技术经济分析能力）10具有较强的数据收集、分析、处理、综合的能力。成果质量45%09插图（或图纸）质量、篇幅、设计（论文）规范化程度5符合本专业相关规范或规定要求；规范化符合本文件第五条要求。10设计说明书（论文）质量30综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分，结论严谨合理；实验正确，分析处理科学。11创新10对前人工作有改进或突破，或有独特见解。成绩指导教师评语指导教师签名： 年月日目录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.73 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.127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低的缺口敏感性。钢的淬透性良好，水淬时可淬透到2860mm,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转，工作时因轴颈与轴承不发生摩擦，故轴颈无耐磨性要求。图1 c6132卧式车床主轴零件图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元素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高回火稳定性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550570进行回火，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。攀枝花学院本科课程设计（论文） 参考文献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455o 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85010 。2） 在锻坯正火过程中应该保温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。温度 ac3（550600）/t 加热 保温68 空冷 0 时间/h 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 。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225 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。33.2.3 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4853 hrc。3.4.2 花键高频淬火工艺参数 花键高频淬火工艺参数如下表：表3.1 花键高频淬火工艺参数4设备gp100一l3高频淬火机床加热频率25o khz工件转速350 rmin灯丝电压33 v移动速度2 mins阳极电压12000 v加热温度85010阳极电流7 a冷却介质及冷却方式25清水(o3mpa)喷淋冷却栅级电流1.2a槽路电压5 000 v感应器型号55 mm 10 mm(内径高度)3.4.3 花键回火工艺参数 花键回火工艺参数如下表：表3.2 花键回火工艺参数5回火设备空气回火炉回火温度180保温时间6 h检测技术条件检验方法硬度4853 hrc洛氏硬度计机检允许变形量o30 mm顶尖、百分表检查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12mm。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0506 mm，其余轴颈部位留加工余量115 mm。对于变形量超标的产品，尽量采用磨削加工保证。 6 热处理工艺卡片零件名称： 40cr车床主轴热处理工艺卡处理要求： 下料、锻造、预备热处理(完全退火)、机械加工、淬火+低温回火、平磨、组装热处理技术要求：恰当控制温度和时间硬度：大于等于170hbw材料：a钢工序号名称设 备工具装 料工 艺 规 范冷 却备 注工具数量一工具装数量/件温度/加热时间保温时/h间合计介质温度/1锻造加热10001050-炉冷2完全退火118012005min1h1h油3渗碳9009505min2h2h渗碳气氛4淬火101h1-22-3h空气5低温回火1701802h3-5678910更该日期更改单号更改标准更改者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。40cr钢属于中碳调质钢，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550570进行回火，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。 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