40Cr车床主轴热处理工艺设计

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：XXX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：XXX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①明确设计任务（包括用途、服役条件及性能要求）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⑦40Cr车床主轴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。3、主要参考文献①崔明择主编.工程材料及其热处理[M].北京：机械工业出版社，2009.7.②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，2007.5③王建安.金属学与热处理[M].北京：机械工业出版社，1980④中国机械工程学会.热处理手册[M].北京：机械工业出版社，2006.7⑤范逸明.简明金属热处理工手册[M].北京：国防工业出版社，2006.3⑥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,2005⑦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.⑧张玉庭主编．热处理技师手册［Ｍ］．机械工业出版社．2006．第一版⑨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：年月日注：任务书由指导教师填写。3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4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……………………………………………...…..62.240Cr钢的成分及性能点…………………………………………………..…62.2.140Cr钢的元素成分及其作用…………………………………………….62.2.240Cr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……………………………………………………………………..……..125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Ф28～60mm,油淬时可淬透到Ф15～40mm。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HB174～229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。62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1C6132卧式车床主轴零件图2.240Cr钢的成分及性能特点2.2.140Cr钢的元素成分及其作用40Cr钢的元素成分及作用如下表：表2.140Cr钢的元素成分及作用[1]元素CSiMnCr含量0.37~0.440.17~0.37:0.50~0.800.80~1.10作用固溶强化提高淬透性提高回火稳定性2.2.240Cr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550~570℃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1172.3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220～250HBW；2)内锥孔和外锥体硬度为45～5OHRC；3)花键部分硬度为48～53HRC[3]。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。攀枝花学院本科课程设计（论文）参考文献1183热处理工艺分析3．1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850±10℃。2）在锻坯正火过程中应该保温1．5h，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217HBW[3]。温度Ac3（550~600）/t加热保温6~8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20mm以上空冷，也可用风扇强制冷却，以确保冷却速度≥100℃／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攀枝花学院本科课程设计（论文）参考文献119综合力学性能，经淬火后高温回火，其硬度可达220～250HBS。3.2.2热处理工艺材料进行调质过后，硬度达到了220～250HBS，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840±10℃。2）淬火过程中应该保温1．5h，水冷。3）回火时温度应该保持在580±l0℃。4）回火时应该保温2～2．5h，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220～25OHBS。[3]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4～5mm(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20mm以上，以确保工件加热均匀、变形小。3．3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45HRC。3.3.2热处理工艺热处理工艺：淬火900±10℃，保温20min，水冷。设备：盐浴炉(额定温度950℃)。回火：180～200℃，保温2～2．5h，空冷。设备：硝盐回火炉(额定温度600℃)。检测：硬度45～50HRC[3]。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。攀枝花学院本科课程设计（论文）参考文献11103．4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48～53HRC。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GP～100一L3高频淬火机床加热频率25OkHz工件转速350r／min灯丝电压33V移动速度2min／s阳极电压12000V加热温度850±10℃阳极电流7A冷却介质及冷却方式25℃清水(O．3Mpa)喷淋冷却