滚动轴承的热处理工艺设计

攀枝花学院学生课程设计（论文）题目：滚动轴承的热处理工艺设计学生姓名：学号：所在院(系)：材料工程学院专业：级材料成型及控制工程班级：材料成型及控制工程一班指导教师：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滚动轴承的热处理工艺设计1、课程设计的目的使学生了解、设计滚动轴承的热处理工艺，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：（1）明确设计任务（包括设计的技术要求）（2）绘出热处理件零件图（3）给出设计方案（4）写出设计说明（5）设计质量检验项目（6）设计热处理工艺卡片（7）滚动轴承的热处理缺陷及预防或补救措施要求：（1）通过查找资料充实、完善各项给定的设计内容。（2）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。（3）提交设计说明书（报告），2千字以上。报告格式请参照“毕业论文（设计）”格式。3、主要参考文献[1]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[2]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.[3]张玉庭主编．热处理技师手册［Ｍ］．机械工业出版社．2006．第一版[4]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十六周：对给定的题目进行认真分析，查阅相关文献资料，做好原始记录。第十七周：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：年月日攀枝花学院本科课程设计（论文）第1页摘要本课设计了滚动轴承的热处理工艺设计。主要的工艺过程包括锻造、预备热处理（球化退火）、渗碳、淬火+低温回火等过程。通过各种不同的工艺过程进行恰当的处理可以获得各种性能良好的材料并且满足各项性能的要求。滚动轴承的品种很多，但结构上一般均由外圈、内圈、滚动体（钢球、滚柱、滚针）和保持架等组成。滚动轴承大多集中在高载荷的条件下服役，其主要失效形式是疲劳磨损，因此，通常要求滚动轴承应具有：高的抗疲劳性能、高的耐磨性及良好的尺寸稳定性，最终表现为使用寿命长。对于在化工工业、航空工业、原子能工业、食品工业以及仪器、仪表等所用的滚动轴承还需具有耐腐性、耐高温、抗辐射及防磁等特性。滚动轴承（rollingbearing）是将运转的轴与轴座之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，从而减少摩擦损失的一种精密的机械元件。滚动轴承内圈的作用是与轴相配合并与轴一起旋转，外圈作用是与轴承座相配合，起支撑作用，滚动体是借助于保持架均匀的将滚动体分布在内圈和外圈之间，其形状大小和数量直接影响着滚动轴承的使用性能和寿命，保持架能使滚动体均匀分布，防止滚动体脱落，引导滚动体旋转起润滑作用。关键词：铬钢，球化退火，低温回火，滚动轴承攀枝花学院本科课程设计（论文）第2页目录1.设计任务........................................................31.1设计任务.....................................................31.2设计的技术要求...............................................32.热处理零件图....................................................43.设计方案........................................................53.1.滚动轴承设计的分析.........................................53.1.2失效形式..................................................53.1.3性能要求..................................................63.2钢种材料.....................................................64.设计说明........................................................74.1.加工工艺流程...............................................74.2.具体热处理.................................................74.2.1预备热处理工艺............................................84.2.2机械加工..................................................94.2.3淬火+低温回火热处理工艺...................................95质量检验项目....................................................125.1退火件的质量检验项目........................................125.2淬火件和回火件的质量检验项目...............................126热处理缺陷及预防或补救措施...………………………………………………136.1退火缺陷及对策..............................................136.2淬火缺陷及对策.............................................137结束语.........................................................148热处理工艺卡片.................................................15参考文献........................................................16攀枝花学院本科课程设计（论文）第3页1设计任务1.1设计任务滚动轴承的热处理工艺设计1.2设计的技术要求本课设计热处理工艺的滚动轴承是铬钢滚动轴承。铬轴承钢是制造滚动轴承零件的主要钢种，其中GCr15钢的用量最大。滚动轴承是在变应力的状态下工作，各元件均受变载荷作用，因此，滚动轴承的主要失效形式为疲劳点蚀和疲劳磨损，这就要求滚动轴承应具有高强度、高硬度和耐磨性。GCr15钢具有过共析成分，并加入少量的铬以提高淬透性和耐回回性。它通过适当的热处理可以获得高硬度、高强度和良好的耐磨性，并且淬火变形小。在对铬钢滚动轴承钢零件进行热处理时，即球化退火，淬火和低温回火时应严格按照卡片所列出的时间进行保温以及其它操作的要求。攀枝花学院本科课程设计（论文）第4页2热处理零件图攀枝花学院本科课程设计（论文）第5页3设计方案3.1滚动轴承设计的分析3.1.1工作条件滚动轴承在工作时，内圈和滚珠发生相对转动和滚动，受到周期性的载荷作用。滚动体和套圈及保持架之间发生相对滑动，产生相互摩擦，使轴承磨损，摩擦表面的温度在工作时会升高。大气和润滑剂对轴承还有一定的腐蚀作用。3.1.2失效形式主要失效形式为疲劳破坏和永久变形。疲劳破坏：滚动轴承工作过程中，滚动体相对内圈（或外圈）不断地转动，因此滚动体和滚道接触表面受应力，首先在滚动体和滚道的表面下一定深度处产生疲劳裂纹，继而扩散到接触表面，形成疲劳点蚀，致使轴承不能正常工作。通常，疲劳点蚀是滚动轴承失效的主要形式。永久变形：当轴承转速很低或间歇摆动时，一般不会产生疲劳损坏，但在很大的载荷或冲击载荷作用下，会使轴承滚道和滚动体接触处产生永久变形凹坑，从而使轴承在运转中产生剧烈振动和噪声，以至于轴承不能正常工作。3.1.3性能要求作为精密的机械元件，滚动轴承的工作性能直接影响到主机的工作性能，甚至于某些装在主机关键部位的轴承的工作性能，几乎决定了该机的工作性能。例如，用于精密光学坐标镗床主轴上的P2级精度圆锥滚子轴承30306与30307，他们的径向跳动达到0.001～0.0025mm，滚道跳动达到0.002～0.003mm。这就在很大程度上决定了该机床主轴的回转精度，亦即主机的工作性能指标。除这种高精密级轴承外，如耐高温、耐低温、防锈、防振、高速、高真空和耐腐蚀等具有特殊性能要求的轴承的质量指标也都是十分严格的。一般来说，滚动轴承应具有长的寿命、低的噪音、小的旋转力矩和高的可攀枝花学院本科课程设计（论文）第6页靠性这些基本性能。要达到这些性能，就必须在机械加工工艺上首先确保轴承零件的以下指标：①旋转精度：要求轴承各零件的几何形状精度和位置精度不超过几微米。②尺寸精度：要求各零件尺寸精度在几微米之内。③粗糙度：安装表面粗糙度Ra值不大于0.63μm，滚道要求更高，Ra值小于0.16μm。④尺寸稳定性：在长期存放和工作时，没有明显的尺寸和形状改变。⑤防锈能力：零件不允许生锈。⑥振动和噪声：轴承振动及噪声要限制在一定的范围内，这要求轴承零件的各种质量应尽可能高。⑦残磁：轴承的残磁应控制在0.4～1.0毫特（mT）以下。3.2钢种材料GCr15轴承钢是一种合金含量较少、含碳量高、具有良好性能、应用最广泛的高碳铬轴承钢。经过淬火加回火后具有高而均匀的硬度、良好的耐磨性、高的接触疲劳性能。该钢冷加工塑性中等，切削性能一般，焊接性能差，对形成白点敏感性能大，有回火脆性。GCr15轴承钢的化学成分是铬和碳（C：0.95-1.05;Mn：0.20-0.40;Si：0.15-0.35;S：≤0.020;P:≤0.027;Cr:1.30-1.65.）。攀枝花学院本科课程设计（论文）第7页4设计说明4.1加工工艺流程滚动轴承的热处理工艺设计的热加工工艺流程经过许多次改进形成如下的工艺流程:下料→锻造→预备热处理(球化退火、正火)→切削加工→淬火→低温回火→磨削加工→组装。GCr15钢属于高碳钢，其成分如下表4.1.表4.1GCr15钢的化学成分（质量分数，%）成分分析：Mn是良好的脱氧剂和脱硫剂。它能消除或减弱由于硫所引起的钢的热脆性，从而改善钢的热加工性能。Mn和