畢業(yè)設(shè)計（論文）40Cr車床主軸熱處理工藝設(shè)計

1、攀枝花學(xué)院學(xué)生課程設(shè)計（論文）題 目 40cr車床主軸熱處理工藝設(shè)計 學(xué)生姓名： x x x 學(xué) 號： 201111102xxx 所在院(系)： 材料工程學(xué)院 專 業(yè)： 20xx級材料成型及控制工程 班 級： 材料成型及控制工程 指 導(dǎo) 教 師： x x x 職稱： 講 師 2013年12月15日攀枝花學(xué)院教務(wù)處制攀枝花學(xué)院本科學(xué)生課程設(shè)計任務(wù)書題目40cr車床主軸熱處理工藝設(shè)計1、課程設(shè)計的目的使學(xué)生了解、設(shè)計40cr車床主軸的熱處理工藝，融會貫通相關(guān)專業(yè)課程理論知識，培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識、分析問題和解決問題的能力。2、課程設(shè)計的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）內(nèi)容 明確

2、設(shè)計任務(wù)（包括用途、服役條件及性能要求） 繪出熱處理件零件圖 給出設(shè)計方案 寫出設(shè)計說明 設(shè)計質(zhì)量檢驗項目 設(shè)計熱處理工藝卡片 40cr車床主軸的熱處理缺陷及預(yù)防或補救措施要求： 通過查找資料充實、完善各項給定的設(shè)計內(nèi)容。 分析熱處理過程中可能出現(xiàn)的缺陷，針對這些缺陷提出預(yù)防措施或補救措施。 提交設(shè)計說明書（報告），2千字以上。3、主要參考文獻 崔明擇主編.工程材料及其熱處理m. 北京：機械工業(yè)出版社，2009.7. 崔忠析主編.金屬學(xué)與熱處理（第二版）m. 北京：機械工業(yè)出版社，2007.5 王建安. 金屬學(xué)與熱處理m. 北京：機械工業(yè)出版社，1980 中國機械工程學(xué)會.熱處理手冊m. 北京

3、：機械工業(yè)出版社，2006.7 范逸明.簡明金屬熱處理工手冊m.北京：國防工業(yè)出版社，2006.3 夏立芳主編. 金屬熱處理工藝學(xué). 哈爾濱: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社, 2005 中國機械工程學(xué)會熱處理分會熱處理工程師手冊機械工業(yè)出版社2003第一版. 張玉庭主編熱處理技師手冊機械工業(yè)出版社2006第一版 中國機械工程學(xué)會熱處理學(xué)會熱處理手冊機械工業(yè)出版社2003第三版.4、課程設(shè)計工作進度計劃第16周：對給定題目進行認真分析，查閱相關(guān)文獻資料，做好原始記錄。 第17周：撰寫課程設(shè)計說明書，并進行修改、完善，提交設(shè)計說明書。指導(dǎo)教師（簽字）日期年 月 日教研室意見：年 月 日學(xué)生（簽字）： 接受

4、任務(wù)時間： 年 月 日注：任務(wù)書由指導(dǎo)教師填寫。課程設(shè)計（論文）指導(dǎo)教師成績評定表題目名稱評分項目分值得分評價內(nèi)涵工作表現(xiàn)20%01學(xué)習(xí)態(tài)度6遵守各項紀律，工作刻苦努力，具有良好的科學(xué)工作態(tài)度。02科學(xué)實踐、調(diào)研7通過實驗、試驗、查閱文獻、深入生產(chǎn)實踐等渠道獲取與課程設(shè)計有關(guān)的材料。03課題工作量7按期圓滿完成規(guī)定的任務(wù)，工作量飽滿。能力水平35%04綜合運用知識的能力10能運用所學(xué)知識和技能去發(fā)現(xiàn)與解決實際問題，能正確處理實驗數(shù)據(jù)，能對課題進行理論分析，得出有價值的結(jié)論。05應(yīng)用文獻的能力5能獨立查閱相關(guān)文獻和從事其他調(diào)研；能提出并較好地論述課題的實施方案；有收集、加工各種信息及獲取新知識的

5、能力。06設(shè)計（實驗）能力，方案的設(shè)計能力5能正確設(shè)計實驗方案，獨立進行裝置安裝、調(diào)試、操作等實驗工作，數(shù)據(jù)正確、可靠；研究思路清晰、完整。07計算及計算機應(yīng)用能力5具有較強的數(shù)據(jù)運算與處理能力；能運用計算機進行資料搜集、加工、處理和輔助設(shè)計等。08對計算或?qū)嶒灲Y(jié)果的分析能力（綜合分析能力、技術(shù)經(jīng)濟分析能力）10具有較強的數(shù)據(jù)收集、分析、處理、綜合的能力。成果質(zhì)量45%09插圖（或圖紙）質(zhì)量、篇幅、設(shè)計（論文）規(guī)范化程度5符合本專業(yè)相關(guān)規(guī)范或規(guī)定要求；規(guī)范化符合本文件第五條要求。10設(shè)計說明書（論文）質(zhì)量30綜述簡練完整，有見解；立論正確，論述充分，結(jié)論嚴謹合理；實驗正確，分析處理科學(xué)。11創(chuàng)

6、新10對前人工作有改進或突破，或有獨特見解。成績指導(dǎo)教師評語指導(dǎo)教師簽名： 年月日目錄1.摘要.12 設(shè)計分析2.1車床的使用工況及性能要求析.62.2 40cr鋼的成分及性能點.62.2.1 40cr鋼的元素成分及其作用.62.2.2 40cr鋼的性能.62.3 熱處理技術(shù)條件.73 熱處理工藝分析3.1 鍛坯正火.73.1.1鍛坯正火的作用.83.1.2 熱處理工藝.83.1.3 操作技巧.93.2調(diào)質(zhì).93.2.1 調(diào)質(zhì)目的93.2.2 熱處理工藝.103.2.3 操作技巧.103.3 錐孔及外錐體的局部淬火103.3.1 局部淬火方式.103.3.2 熱處理工藝.103.3.3 操作技

7、巧.103.4 花鍵高頻淬火113.4.1 淬火方式113.4.2 花鍵高頻淬火工藝參數(shù)113.4.3 花鍵回火工藝參數(shù).113.4.4 操作技巧.114 結(jié)語12參考文獻.12摘 要 主軸是機床上傳遞動力的零件，常需承受彎曲、扭轉(zhuǎn)、疲勞、沖擊載荷的作用，同時在滑動與轉(zhuǎn)動部位還受到摩擦力的作用。因此，要求主軸具有高強度、硬度、足夠的韌性及疲勞強度、變形小等性能。40cr是我國gb的標準鋼號，40cr鋼是機械制造業(yè)使用最廣泛的鋼之一。調(diào)質(zhì)處理后具有良好的綜合力學(xué)性能，良好的低溫沖擊韌性和低的缺口敏感性。鋼的淬透性良好，水淬時可淬透到2860mm,油淬時可淬透到1540mm。這種鋼除調(diào)質(zhì)處理外還適

8、于氰化和高頻淬火處理。切削性能較好，當硬度為hb174229時，相對切削加工性為60%。該鋼適于制作中型塑料模具。 關(guān)鍵詞：40cr，車床主軸，熱處理工藝。2 設(shè)計分析2.1車床的使用工況及性能要求分析圖1為c6132臥式車床主軸零件簡圖。該軸承受交變彎曲應(yīng)力與扭應(yīng)力，但由于承受的載荷與轉(zhuǎn)速均不高，沖擊作用也不大，故具有一般綜合力學(xué)性能即可。但在主軸大端的內(nèi)錐孔和外錐體，因常與卡盤、頂尖有相對摩擦；花鍵部位與齒輪有相對滑動，故這些部位要求較高的硬度與耐磨性；主軸在滾動軸承中運轉(zhuǎn)，工作時因軸頸與軸承不發(fā)生摩擦，故軸頸無耐磨性要求。圖1 c6132臥式車床主軸零件圖2.2 40cr鋼的成分及性能特

9、點2.2.1 40cr鋼的元素成分及其作用40cr鋼的元素成分及作用如下表：表2.1 40cr鋼的元素成分及作用1元素csimncr含量0.370.440.170.37:0.500.800.801.10作用固溶強化提高淬透性提高回火穩(wěn)定性2.2.2 40cr鋼的性能為了了解40cr鋼的性能我們查熱處理手冊得到的標準性能如下： 中碳調(diào)質(zhì)鋼，冷鐓模具鋼。該鋼價格適中，加工容易，經(jīng)適當?shù)臒崽幚硪院罂色@得一定的韌性、塑性和耐磨性。正火可促進組織球化，改進硬度小于160hbs毛坯的切削性能。在溫度550570進行回火，該鋼具有最佳的綜合力學(xué)性能。該鋼的淬透性高于45鋼，適合于高頻淬火，火焰淬火等表面硬化

10、處理等。2.3 熱處理技術(shù)條件車床主軸適合一般力學(xué)性能，根據(jù)對該軸工作條件的分析，以及結(jié)合選材情況，熱處理技術(shù)條件如下：1)整體調(diào)質(zhì)后硬度為220250 hbw；2)內(nèi)錐孔和外錐體硬度為455o hrc；3)花鍵部分硬度為4853 hrc3。在進行熱處理前，我們結(jié)合車床主軸的力學(xué)性能以及40cr鋼的特點，我們做出了熱處理技術(shù)的條件，所以在熱處理中，我們必須根據(jù)條件選擇適合的熱處理方式來達到車床主軸的性能要求。3 熱處理工藝分析31 鍛坯正火3.1.1 鍛坯正火的作用在進行熱處理過程中，鍛坯正火可以消除毛坯的鍛造應(yīng)力，降低材料的硬度以改善切削加工性能，同時也均勻組織、細化晶粒，以利于切削加工，并

11、為下一步的熱處理作組織準備。這一步是熱處理的前奏，所以在熱處理工藝中有著至關(guān)重要的作用。3.1.2 熱處理工藝經(jīng)過鍛坯正火后，材料的組織達到了良好的熱處理效果，所以需要我們再做出適當?shù)臒崽幚韥磉_到材料需要的硬度，熱處理工藝如下：1） 鍛坯正火的溫度應(yīng)該保持在85010 。2） 在鍛坯正火過程中應(yīng)該保溫15 h，空冷。3）使用的設(shè)備為井式爐或箱式爐(額定溫度950)。4）檢測時的硬度應(yīng)小于或者等于217 hbw3。溫度 ac3（550600）/t 加熱 保溫68 空冷 0 時間/h 去應(yīng)力退火工藝曲線 3.1.3 操作技巧在這個過程中，材料可能會受到很多原因而不能滿足我們的要求，所以需要我們有很

12、好的操作技巧來克服這些困難。在鍛坯正火的熱處理工藝中我們多采用多件集中裝爐，出爐時工件必須相互間隔20 mm 以上空冷，也可用風(fēng)扇強制冷卻，以確保冷卻速度100h。3.2 調(diào)質(zhì)3.2.1 調(diào)質(zhì)目的在進行調(diào)質(zhì)過程中我們的目的是獲得均勻細密的回火索氏體組織，細密的索氏體金相組織有利于零件精加工后獲得光潔的表面。同時，也使主軸具有良好的綜合力學(xué)性能，經(jīng)淬火后高溫回火，其硬度可達220250 hbs。3.2.2 熱處理工藝材料進行調(diào)質(zhì)過后，硬度達到了220250 hbs，然后我們需要進行熱處理工藝，其如下：1） 淬火時的溫度應(yīng)該保持在84010 。2） 淬火過程中應(yīng)該保溫15 h，水冷。3） 回火時溫

13、度應(yīng)該保持在580l0 。4） 回火時應(yīng)該保溫225 h，空冷。5）調(diào)質(zhì)使用的設(shè)備為井式爐(額定溫度950)。6）檢測時硬度22025o hbs。33.2.3 操作技巧由于工件尺寸超過45鋼淬火水冷的臨界尺寸，因此淬火前主軸各部位需經(jīng)粗加工，留4 5 mm(包括內(nèi)孔)加工余量進行調(diào)質(zhì)，確保調(diào)質(zhì)層的有效保留。調(diào)質(zhì)熱處理多件集中裝爐時，應(yīng)垂直吊掛且工件必須相互間隔20 mm以上，以確保工件加熱均勻、變形小。33 錐孔及外錐體的局部淬火3.3.1 局部淬火方式外錐體鍵槽部位不淬硬，應(yīng)用石棉繩等物填充加以保護，錐孔和外錐體部分可采用鹽浴快速加熱并水淬，經(jīng)回火后，其硬度應(yīng)達45 hrc。3.3.2 熱處

14、理工藝熱處理工藝：淬火90010 ，保溫20 min，水冷。設(shè)備：鹽浴爐(額定溫度950)?；鼗穑?80200 ，保溫225 h，空冷。設(shè)備：硝鹽回火爐(額定溫度600)。檢測：硬度4550 hrc3。3.3.3 操作技巧采用超過40gr鋼正常淬火溫度的900進行快速加熱，使錐孔及外錐體的表面快速達到淬火溫度，進行淬火冷卻，可以保證錐孔及外錐體表面的硬度和性能要求，又可減小錐孔及外錐體的局部加熱對軸頸部位的影響，減小熱處理變形量。34 花鍵高頻淬火3.4.1 淬火方式花鍵部分可采用高頻淬火以減少變形并達到表面淬硬，經(jīng)回火后，表面硬度可達4853 hrc。3.4.2 花鍵高頻淬火工藝參數(shù) 花鍵高

15、頻淬火工藝參數(shù)如下表：表3.1 花鍵高頻淬火工藝參數(shù)4設(shè)備gp100一l3高頻淬火機床加熱頻率25o khz工件轉(zhuǎn)速350 rmin燈絲電壓33 v移動速度2 mins陽極電壓12000 v加熱溫度85010陽極電流7 a冷卻介質(zhì)及冷卻方式25清水(o3mpa)噴淋冷卻柵級電流1.2a槽路電壓5 000 v感應(yīng)器型號55 mm 10 mm(內(nèi)徑高度)3.4.3 花鍵回火工藝參數(shù) 花鍵回火工藝參數(shù)如下表：表3.2 花鍵回火工藝參數(shù)5回火設(shè)備空氣回火爐回火溫度180保溫時間6 h檢測技術(shù)條件檢驗方法硬度4853 hrc洛氏硬度計機檢允許變形量o30 mm頂尖、百分表檢查3.4.4 操作技巧由于花鍵

16、部位存在直角過渡，為避免淬硬層過深，應(yīng)力集中造成尖角開裂，一般采用高頻而不是中頻設(shè)備進行淬火，淬硬層深度可達12mm。同時，淬火后的及時回火，也能減緩尖角部位的開裂傾向。 另外由于采用立式高頻淬火機床，工件的重心應(yīng)偏下，所以應(yīng)將主軸的錐頭置于機床下方的旋轉(zhuǎn)卡盤或頂尖上(采用卡盤時，必須配置相應(yīng)的夾持工裝；采用頂尖時，必須配置與內(nèi)錐孔相配合的錐桿，以帶動主軸均勻旋轉(zhuǎn))，主軸的上端采用頂尖頂持。鑒于花鍵高頻淬火的硬化層深，使用花鍵部位淬火后的加工余量一般為0506 mm，其余軸頸部位留加工余量115 mm。對于變形量超標的產(chǎn)品，盡量采用磨削加工保證。 6 熱處理工藝卡片零件名稱： 40cr車床主軸

17、熱處理工藝卡處理要求： 下料、鍛造、預(yù)備熱處理(完全退火)、機械加工、淬火+低溫回火、平磨、組裝熱處理技術(shù)要求：恰當控制溫度和時間硬度：大于等于170hbw材料：a鋼工序號名稱設(shè) 備工具裝 料工 藝 規(guī) 范冷 卻備 注工具數(shù)量一工具裝數(shù)量/件溫度/加熱時間保溫時/h間合計介質(zhì)溫度/1鍛造加熱10001050-爐冷2完全退火118012005min1h1h油3滲碳9009505min2h2h滲碳氣氛4淬火101h1-22-3h空氣5低溫回火1701802h3-5678910更該日期更改單號更改標準更改者4 結(jié)語總之，由于軸較長，且錐孔與外錐體對兩軸頸的同心度要求高，故錐部淬火應(yīng)與花鍵淬火分開進行，這樣可減少淬火變形，并且錐部淬火及回火后，需用粗磨來糾正淬火變形。然后再進行花鍵的加工與淬火。最后用精磨來消除總的變形，從而保證主軸的裝配質(zhì)量。40cr鋼屬于中碳調(diào)質(zhì)鋼，冷鐓模具鋼。該鋼價格適中，加工容易，經(jīng)適當?shù)臒崽幚硪院罂色@得一定的韌性、塑性和耐磨性。正火可促進組織球化，改進硬度小于160hbs毛坯的切削性能。在溫度550570進行回火，該鋼具有最佳的綜合力學(xué)性能。該鋼的淬透性高于45鋼，適合于高頻淬火，火焰淬火等表面硬化處理等。 參考文獻 崔明擇主編.工程材料及其熱處理m. 北京：機械工業(yè)出版社，20