金属学课程设计20号钢螺钉的热处理工艺.docx

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金属学课程设计20号钢螺钉的热处理工艺

《金属学与热处理》课程设计

45号钢车床主轴热处理工艺设计

学生姓名：

XXX

学生学号：

xxxxxxxxxxxxx

院（系）：

xxxxxxxx学院

年级专业：

xxxxxxxxxxxxxxx

指导教师：

xxxxxxxxxxx

二〇一一年十二月

课程设计任务书

题　目

45号钢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45号钢车床主轴热处理生产工艺，主要目的：

（1）培养学生综合运用所学的热处理课程的知识去解决工程问题的能力，并使其所学知识得到巩固和发展。

（2）学习热处理工艺设计的一般方法、热处理设备选用和装夹具设计等。

（3）进行热处理设计的基本技能训练，如计算、工艺图绘制和学习使用设计资料、手册、标准和规范。

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）

（1）零件使用工况及对零件性能的要求分析；

（2）45号钢材料成分特点及性能特点分析；

（3）车床主轴热处理工艺参数；

（4）表面淬火方式确定；

（5）设计说明书撰写，不低于3000字。

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，2007.5

[3]王建安.金属学与热处理[M].北京：

机械工业出版社，1980

[4]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

[5]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

4、课程设计工作进度计划

第18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19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

课程设计（论文）指导教师成绩评定表

题目名称

45号钢车床主轴热处理工艺设计

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

摘要……………………………………………………………………………….1

1引言…………………………………………………………………………....2

2设计分析

2.1车床的使用工况及性能要求析……………………………………………...…..3

2.245号钢的成分及性能点…………………………………………………..…3

2.2.145号钢的元素成分及其作用…………………………………………….3

2.2.245号钢的性能…………………………………………………………..3

2.3热处理技术条件………………………………………………………….…..4

3热处理工艺分析

3.1锻坯正火…………………………………………………………………….5

3.1.1锻坯正火的作用………………………………………………………….5

3.1.2热处理工艺………………………………………………………..…….5

3.1.3操作技巧……………………………………………………………..….5

3.2调质……………………………………………………………………….....5

3.2.1调质目的…………………………………………………………………5

3.2.2热处理工艺……………………………………………………………….5

3.2.3操作技巧………………………………………………………………….6

3.3锥孔及外锥体的局部淬火………………………………………………………6

3.3.1局部淬火方式……………………………………………………………..6

3.3.2热处理工艺………………………………………………………………..6

3.3.3操作技巧……………………………………………………………….…6

3.4花键高频淬火…………………………………………………………………7

3.4.1淬火方式…………………………………………………………………7

3.4.2花键高频淬火工艺参数……………………………………………………7

3.4.3花键回火工艺参数……………………………………………………..…7

3.4.4操作技巧………………………………………………………………….8

4结语………………………………………………………………………………9

参考文献……………………………………………………………………..……..9

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。

而45号钢为优质碳素结构用钢，硬度不高且容易切削加工，直接用在车床主轴上不太合适，所以需要对45号钢进行适当的热处理。

在主轴大端上需要使用锻坯正火，消除毛坯的锻造应力，降低硬度以改善切削加工性能，然后再进行调质，使主轴具有良好的综合力学性能，最后经过淬火后高温回火，其硬度可达220～250HBS，提高主轴的硬度，使主轴能达到良好的工作性能。

在锥孔进行局部淬火使键槽部位不淬硬，提高耐磨性；在花键部分可采用高频淬火减少变形并达到表面淬硬。

车床主轴经过适当的热处理工艺，可以达到良好的工作性能，使主轴能在正常的工作中有足够的硬度，且在花键等部分有良好的耐磨性。

1引言

通过对车床主轴的工作条件及性能要求分析，根据要求选用适当的材料，通过对45号钢的材料成分特点及性能特点，确定车床主轴的热处理工艺。

首先，分析零件的使用工况及性能，根据要求选用材料；然后，确定加工工艺流程，针对流程中的具体热处理工艺查看热处理手册查找钢种的方法、参数等做出设计。

最后，根据钢种设计写出总结。

关键词：

45号钢，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1C6132卧式车床主轴零件图

2.245号钢的成分及性能特点

2.2.145号钢的元素成分及其作用

45号钢的元素成分及作用如下表：

表2.145号钢的元素成分及作用[1]

元素

C

Si

Mn

Cr

含量

0.42～0.50%

0.17～0.37%

0.50～0.80%

<=0.25%

作用

固溶强化

提高淬透性

提高回火稳定性

2.2.245号钢的性能

为了了解45号钢的性能我们查热处理手册得到的标准性能如下：

按照GB/T699-1999标准规定的45钢推荐热处理制度为850℃正火、840℃淬火、600℃回火，达到的性能为屈服强度≥355MPa。

而标准规定的抗拉强度为600MPa，屈服强度为355MPa，伸长率为16％，断面收缩率为40％，冲击功为39J[2]。

所以需要我们根据45号钢的标准规定根据要求进行热处理。

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45号钢的特点，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

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]。

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45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。

3．4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

栅级电流

1.2A

槽路电压

5000V

感应器型号

55mm×10mm

（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

6h

检测

技术条件

检验方法

硬度

48～53HRC

洛氏硬度计机检

允许变形量

≤O．30mm

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1～2mm。

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0．5～0．6mm，其余轴颈部位留加工余量1～1．5mm。

对于变形量超标的产品，尽量采用磨削加工保证。

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。

参考文献

[1]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

[2]王建安.金属学与热处理[M].北京：

机械工业出版社，1980

[3]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

[4]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

[5]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