35钢车床主轴的热处理工艺设计.docx

35钢车床主轴的热处理工艺设计.docx

《35钢车床主轴的热处理工艺设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《35钢车床主轴的热处理工艺设计.docx（16页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

35钢车床主轴的热处理工艺设计

攀枝花学院

学生课程设计（论文）

题目：

35钢车床主轴的热处理工艺设计

学生姓名：

XX

学号：

********XXXX

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1班

指导教师：

XXX职称：

讲师

2013年12月14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

35钢制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35钢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

（7）35钢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。

报告格式请参照“毕业论文（设计）”格式。

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

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35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35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197～229HBS，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。

关键词：

35钢，车床主轴，热处理工艺。

1设计任务

1.1设计任务

35钢车床主轴热处理工艺设计

1.2设计的技术要求

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设计方案

2.1车床主轴设计的分析

2.1.1工作条件

由于是制造车床主轴，因此其工作环境较为恶劣，首先为密闭状态；其次承受交变扭转载荷，交变弯曲载荷或拉压载荷，局部承受摩擦和磨损并且在特殊条件下受温度和介质作用。

2.1.2失效形式

轴是机械中广泛使用的重要结构件，其主要作用是支撑传动零件并传递扭矩。

轴的失效方式主要是疲劳断裂和轴颈处磨损，有时也发生过载断裂，个别情况下发生塑性变形或腐蚀失效。

2.1.3性能要求

根据轴的工作条件及失效方式，轴的材料应具备以下性能：

①高的疲劳强度，防止轴疲劳断裂；

②优良的综合力学性能，即强度和塑性，韧性有良好配合，以防止过载和冲击断裂；

③局部承受摩擦的部位应具有高硬度和耐磨性，防止磨损失效；

④在特殊条件下工作的轴材料应具有特殊性能，如蠕变抗力，耐腐蚀性等。

2.2钢种材料

35号钢优质碳素结构钢（GB/T699-1999）有良好的塑性和适当的强度，工艺性能较好，焊接性能尚可，大多在正火状态和调质状态下使用。

35号碳素结构钢，它的强度却有54，HRC是38-45。

3设计说明

3.1加工工艺流程

35钢制造机床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→机械加工→调质→淬火+低温回火→平磨→组装。

35钢属于低碳钢，其成分如下表.

表135钢的化学成分（质量分数，%）

C

Mn

P

S

Cr

Ni

Cu

Si

0.32～0.39

0.5～0.80

≤0.035

≤0.035

≤0.25

≤0.25

≤0.25

0.17～0.37

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Fe形成固溶体，提高钢中铁素体和奥氏体的硬度和强度，经固溶处理后有良好的韧性，当受到冲击而变形时，表面层将因变形而强化，具有高的耐磨性；同时又是碳化物形成元素，进入渗碳体中取代一部分铁原子。

Si能溶于铁素体和奥氏体中提高钢的硬度和强度。

硅能提高钢的弹性极限、屈服强度和屈服比（σs/σb）,以及疲劳强度和疲劳比（σ-1/σb）等。

硅能促使铁素体晶粒粗化，降低矫顽力。

3.2具体热处理

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197～229HBW；

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35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。

3.2.1锻坯正火

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。

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：

a.锻坯正火的温度应该保持在850±10℃。

b.在锻坯正火过程中应该保温1．5h，空冷。

c.使用的设备为井式炉或箱式炉（额定温度950℃）。

d.检测时的硬度应小于或者等于217HBW[3]。

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。

3.2.2调质

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。

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：

a.淬火时的温度应该保持在840±10℃。

b.淬火过程中应该保温1．5h，水冷。

c.回火时温度应该保持在580±l0℃。

d.回火时应该保温2～2．5h，空冷。

e.调质使用的设备为井式炉（额定温度950℃）。

f.检测时硬度220～25OHBS。

图2调质淬火工艺曲线图

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。

3.2.3锥孔及外锥体的局部淬火

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。

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]。

钢的理想淬火冷却曲线如图所示

Ac3

Ac1

A

A→P

A→B

Ms

图3

③操作技巧

采用超过35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。

3.2.4花键高频淬火淬火方式

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。

①花键高频淬火工艺参数

花键高频淬火工艺参数如下表：

表2花键高频淬火工艺参数

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）

②花键回火工艺参数

花键回火工艺参数如下表：

表3花键回火工艺参数

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分析与讨论

缺陷及防治措施：

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35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35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197～229HBS，提高主轴的硬度，使主轴能达到良好的工作性能。

5结束语

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。

前段时间在没有认真学习金属学时，我觉得这个课程设计很难很难，但现在经过我对金属学的充分认识，我重新把车床主轴的设计完成了一遍，也从中发现了很多原作者的问题，使我从中吸取了精华部分。

金属学都是理论上的成型工艺，在实际生产中肯定还有许多细节问题需要我们去解决和改进。

在这次的课程设计中，发挥出了自己单独设计35钢制造车床主轴热处理工艺设计能力和综合运用书本知识，体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，尤其是热处理加工工艺，是自己很有成就感。

同时各科相关的课程都有了全面的复习与运用，独立思考的能力也有所提高，更为重要的是：

在这次35钢制造车床主轴热处理工艺设计中，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，进而加以弥补。

6热处理工艺卡片

零件名称：

35钢车床主轴

热处理工艺卡

处理要求：

下料、锻造、预备热处理、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197HBW

材料：

35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

840~860

--

1.5

--

空冷

2

淬火

890~910

--

20min

--

水冷

3

低温回火

180~200

--

2-2.5

--

空冷

4

5

6

7

8

更该日期

更改

单号

更改

标准

更改者

参考文献

[1]王建安.金属学与热处理[M].北京：

机械工业出版社，1980

[2]黎正科.机床变速箱的结构特性分析[J].2009,5

[3]张熹,崔京玉,章军.浅析齿轮钢及热处理工艺对汽车用齿轮性能的影响[J].北京,首钢技术研究.2009,10.

[4]吴晓峰,马坤.模具钢应用的主要问题与热处理研究进展[J].2009,35（9）:

55-62.

[5]樊新民.热处理工实用技术手册（第2版）[M].江苏,江苏科学技术出版社,2010,1.

[6]王忠诚,齐宝森,李杨等.典型零件热处理技术[M].北京,化学工业出版社.2010,7.

[7]崔中圻,谭耀春.金属学与热处理（第2版）[M].北京,机械工业出版社.2012,1.

[8]林约利,程芝苏.简明金属热处理手册（第二版）[M].上海,上海科技出版社.2003,3.

[9]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