CA8480轧辊车床主轴热处理工艺的设计.docx

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CA8480轧辊车床主轴热处理工艺的设计

毕业论文

武汉工程职业技术学院

设计课题：

一、CA8480轧辊车床主轴热处理工艺的设计

二、淬火量块热处理工艺的设计

学号：

1104130226

班级：

数控二班

学生姓名：

指导老师：

迄止日期：

2013.6-2014.6

一、CA8480轧辊车床主轴热处理工艺的设计..............................................................

1.工作环境.................................................................................................................

2.性能要求.................................................................................................................

3.选材.........................................................................................................................

4.工艺方法选择和工艺路线的确定.........................................................................

5.工艺参数.................................................................................................................

6.工序说明.................................................................................................................

7.常见热处理缺陷.....................................................................................................

二、淬火量块热处理工艺的设计.....................................................................................

1.工作环境.................................................................................................................

2.性能要求.................................................................................................................

3.选材.........................................................................................................................

4.工艺方法选择和工艺路线的确定.........................................................................

5.工艺参数.................................................................................................................

6.工序说明...............................................................................................................

7.常见热处理缺陷...................................................................................................

参考文献................................................................................................................................

设计体会..................................................................................................................................

一、CA8480轧辊车床主轴热处理工艺的设计

1.工作环境

1）与滑动轴承配合

2）中轻载荷

3）精度不高

4）低冲击、低疲劳

2.性能要求

主轴是机床上传动力的重零件，切削加工时，高速旋转的主轴承受弯曲、扭转和冲击等多种载荷，同时受到在滑移和转动部位的摩擦作用。

因此主轴的性能要求它具有足够的刚度、强度、耐疲劳、耐磨损以及精度稳定。

3.选材

依据主轴的工作条件应选用调质钢。

调质钢具有良好的综合力学性能，有较高的强度，良好的塑性和韧性。

因而被广泛用于制造各种机械零件，如轴类、轴承和高强度结构。

与合金调质钢相比，碳素结构钢价格便宜，来源广，综合考虑，在满足零件要求的前提下，应该选择材料为45钢。

4.工艺方法选择和工艺路线的确定

方案一：

毛胚—锻造—正火—粗加工—调质—中频感应加热淬火—低温回火—精加工

方案二：

毛胚—锻造—正火—粗加工—中频感应加热淬火—低温回火—精加工45钢调制处理后强度和韧性提高，具有良好的综合力学性能，正火后性能和调质接近，满足使用要求，但是正火更经济，所以从各方面考虑，应选着方案二。

5.工艺参数

1）正火：

锻后840~860°C×2~4h,空冷

2）表面淬火（中频感应加热淬火）：

粗车后使用208中频发电机和φ1000mm×5000mm卧式淬火机。

淬后表面硬度48~52HRC

3）回火：

井式炉160°C×4h，空冷热处理工艺曲线如图CA8480轧辊车床主轴热处理工艺曲线。

6.工序说明

1）正火：

目的在于获得一定的硬度，细化晶粒，并获得比较均匀的组织和性能。

正火后其硬度接近于最佳切削加工的硬度。

正火后获得珠光体组织。

珠光体的片间距及团直径较小，而且可以抑制先共析网状渗碳体的析出。

2）表面淬火（中频感应淬火）：

轴颈处进行感应淬火，以获得表面层硬而耐磨，心部能保持原来的显微组织和性能不变，具有有足够塑性和韧性。

表面为M，往里为M+F,再往里为M+F+P，中心为P+F。

3）回火：

减少或消除淬火应力，，稳定组织，获得硬度、强度、塑性和韧性的适当配合，以满足不同工件的性能要求。

回火后得到回火马氏体组织，硬度大于60HRC，有较高硬度和强度以及耐磨性。

7.常见热处理缺陷

1）变形开裂

壁厚不均匀和有尖角的工件，淬火时易变形开裂，45钢的易裂尺寸范围为5-11mm。

同时，钢的化学成分也影响开裂。

生产实践证明，当45钢工件处于易裂尺寸范围，且C、Cr、Mn等含量在规定含量的上限时，就更容易开裂。

2）过烧

由于加热温度过高，出现晶界氧化，甚至晶界局部熔化，造成工件报废。

3）粗大魏氏组织

退火或正火钢中出现粗大魏氏组织的主要原因是由于加热温度过高所造成的。

为了消除魏氏组织，可以采用稍高于Ac3的加热温度，即使先共析相完全溶解，又不使奥氏体晶粒粗大，而根据钢的化学成分采用较快或较慢的冷却速度冷却。

4）淬火裂缝

a）纵向裂缝：

沿着工件轴向方向由表面裂向心部的深度较大的裂缝。

b）横向裂缝：

常发生于大型轴类零件上。

c）表面裂缝：

这是分布在工件表面的深度较小的裂缝。

二、淬火量块热处理工艺的设计

1.工作环境

量具工作时受外加应力小，工作环境一般都较好。

2.性能要求

硬度64~66HRC，60×30×9mm量具工作面都要求高度光洁，因此量具用钢对于钢材的原始组织往往有一定要求。

3.选材

选择量具用钢应着重考虑对量具耐磨性、尺寸稳定性、切削加工性和抗蚀性等方面的影响。

1）耐磨性

量具工作面必需有高度耐磨性才能在长期使用中保待精度，为此淬火硬度高、耐磨性好的过共析钢常在入选之列。

2）尺寸稳定性

量具在使用和存放过程中应能保待最小的尺寸变化，因此最具中应尽量减少残留奥民体量和残留应力值。

一般认为含Cr、W、Mn等合金元素的钢对减小时效变形有良好作用.

3）切削加工性

良好的切削加工性可保证批量生产中热处理的高生产率；减少热处理后磨削加工时受损伤的可能性。

为此应选用切削加工性好、材质均匀、组织良好及退火硬度适当的钢材。

4）抗蚀性

为提高量具对大气、手汗等的抗腐蚀能力，许多量具采用镀铬等表面处理方法或采用马氏体不锈钢。

在量具生产中，为保证抗蚀性已越来越多地采用可淬硬的不锈钢。

GCrl5的特点：

1）碳化物颗粒均匀细小，退火及淬火硬度均匀

2）含硫量低，夹杂物少

3）经适当热处理后尺寸稳定性好

4）GCrl5淬透性较好GCr15用于各种量规、量块及其他高精度量具零件。

结合淬火量块工作环境和使用要求，选择材料为GCrl5。

4.工艺方法选择和工艺路线的确定

方案一：

锻造—球化退火—切削加工—火淬—热矫直—冷处理—三次低温回火—人工时效—精磨—人工时效—研磨

方案二：

锻造—球化退火—切削加工—淬火—热矫直—冷处理—两次低温回火—冷处理—低温回火—冷处理—人工时效—精磨—人工时效—研磨

方案二采用冷处理和回火多次交替的工艺以求得到最佳的尺寸稳定性。

加热时的回复过程使显微组织中位错聚集密度减少，过应力减小以及位错和点缺陷的重新分布提高了残留奥氏体和马氏体的稳定性。

尽管多次交替反复冷处理和回火的循环的热理效应递减，但总的效果却提高了。

不过反复循环却增加了工序，导致成本增加。

方案一采用三次回火有利于保持高硬度且效率比用一次低温回火高，因此综合各方面考虑，选择方案一更加合理。

5.工艺参数

1）球化退火：

780~800°C×2~6h，以＜30°C/h炉冷至500~600°C出炉空冷。

2）淬火：

830~860°C，取850℃，油冷3）回火：

150~170°C×1h，三次4）冷处理：

-70~-80°C×0.5~1h。

5）人工时效：

120°C×48h/120°C×10h热处理工艺曲线如图2.5.1。

图2.5.1淬火量块热处理工艺曲线

6.工序说明

1）退火：

目的在于均匀化学成分，达到改善机械性能及工艺性能，消除或减少内应力，并为零件最终热处理准备合适的内部组织。

2）淬火：

根据产品技术要求或加工制作的需要，量规和量具零件可以选用盐浴炉、真空炉、可控气氛炉、流态化炉或感应加热设备进行加热。

对于量块，为减少尺寸不稳定因素，一般不选用分级或等温淬火，如用油淬火，油温也以保持在室温为宜。

3）冷处理：

对尺寸稳定性要求高的工件，淬火至室温后应立即（最好在半小时以内）进行冷处理，使残余留奥氏体尽可能多地转变为马氏体，工件硬度会相应地有所提高。

随后进行的回火（或人工时效处理）则促使合金元素从新分配，降低应力，使组织结构趋于稳定。

冷处理完毕后待工件温度升至室温立即进行回火或人工时效。

操作时应带手套等防护用品以防止冻伤。

冷处理前应擦干工件上的水分及杂物。

4）回火：

以在热浴（硝盐或热油）中回火为宜。

热浴回火保温时间应不少于1h，截面尺寸在50mm以上者需2~4h。

5）人工时效：

人工时效宜在热浴中进行。

工件在精磨后宜在120°C时效10h，以消除磨削应力，稳定零件尺寸，改善抗蚀性。

量块热处理工艺的要点在于：

尽量减少残余奥氏体量，增加马氏体的正方性以及减小残余应力。

7.常见热处理缺陷-过烧

由于加热温度过高，出现晶界氧化，甚至晶界局部熔化，造成工件报废。

1）粗大魏氏组织

退火或正火钢中出现粗大魏氏组织的主要原因是由于加热温度过高所造成的。

为了消除魏氏组织，可以采用稍高于Ac3的加热温度，即使先共析相完全溶解，又不使奥氏体晶粒粗大，而根据钢的化学成分采用较快或较慢的冷却速度冷却。

2）裂纹

淬火温度过高，回火不足可造成工件残余应力大，即使在合理的磨削条件下也可能产生磨削裂纹，这种裂纹相对于纯粹的磨削裂纹来说一般较稀疏，也较宽而深。

较严重的网状碳化物和材料导热性差都能促进磨削裂纹的产生。

钢中残余奥氏体在磨削时可能转变成淬火马氏休，较脆。

所以残余奥氏体量多的工件在磨削时容易发生磨削裂纹。

工件硬度与磨削裂纹的形成有关，硬度小于55HRC的工件虽可能发生烧伤但产生磨削裂纹的情况极少，60HRC以上的工件，都会使磨削裂纹发生的可能性大为增加。

磨削裂纹多在表面发生变色后才出现，烧伤前很少开裂。

3）变形（翘曲）：

各道冷、热加工工序都应尽量减少引入的应力，在磨削之间插入人工时效。

另外，应特别强调磨削过程中应经常翻面，注意使零件正反两面的磨削量基本一致，使两面引入的磨削应力尽量达到平衡。

参考文献

[1]机械工业出版社《热处理手册》2001年8月

[2]化学工业出版社《金属热处理原理与工艺》叶宏2011年3月

[3]国防工业出版社《现代热处理实用技术数据手册》夏国华杨树蓉1999年

[4]机械工业出版社《金属材料学》文九巴2011年8月

[5]江苏科学技术出版社《热处理工》徐天翔、樊新民2001年10月

[6]国防工业出版社《简明金属热处理工手册》范逸明2006年3月

设计体会

在这一个多月的毕业设计过程中，我在指导老师的精心教导下比较顺利地完成了我的设计任务，从总体构思到细节问题的全面处理，我深深体会到搞好这次毕业论文是一次非常有意义的事情。

开始设计时看了一些参考资料，对本次设计有了一个初步的认识，一个星期的实习又使我对一些工厂的数控改造设备有了一定的感性认识到后来的设计过程中深入理解的理性认识，这实质是对这三年所学的理论知识的一次融会贯通，使我的理论基础更加坚实更加系统化，这次毕业设计同时也是对我们三年学习的一次大检阅。

设计过程中，在指导老师的精心指导下我对一些在设计过程中遇到的难题有了正确方向，比如步进电机的计算选取，各种资料介绍的比较少，可以说是本次设计的重点也是难点，经过指导老师的指导使这个问题的得到很好的解决，也让我填补上了这一方面知识的欠缺，使我对整个设计有了跟新的认识。

在设计过程中，我深深地体会到设计过程并是不能完全分开的。

前者决定后者，后者也会影响前者，如果仅仅只按平常的思维方式来思考问题，是不一定能解决问题的，而应前后兼顾。

开始的时候我想将计算进行完了再制图，但当计算进行到一定程度时还必须要求有图形中的数据，而在制图的过程中对计算结果有了更直观的体现，是最直观的反映计算结果是否正确的手段，并且在制图的过程中使我对整个结构有了更进一步的的理解。

经过这次毕业设计，使我对理论联系实际的重要性有了更深刻的认识。

在认识原图的过程中有很多结构很难从图形上读懂，这给改造设计带来了很大的困难，使设计不能正常进行。

但通过实地考察，使问题变得豁然开朗，很多内部结构都有了更清楚的认识，外形结构相当直观，对图纸和实体都有了更深的理解。

不过这次毕业设计以后，我深深体会自己在很多方面的不足。

虽然对数控原理和系统有整体上的认识，但涉及到细节上的问题很多，特别是涉及到各种电路时明显的感觉到自己的不足。

这些方面，虽然不是机械专业的重点专业知识，但是机械的发展方向是自动化的流水线生产，所以和电气行业的关系会越来越紧密。