熱處理工藝課設(shè)資料

1、遼寧工業(yè)大學(xué)工藝 課程設(shè)計(jì)（論文）題目：40Cr 鋼 CA6140 臥式機(jī)床主軸正火 -高頻淬火 -回火 熱處理工藝設(shè)計(jì)院 （ 系 ）：材料科學(xué)與工程學(xué)院專(zhuān)業(yè)班級(jí)：材物光電 班學(xué)號(hào)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師：起止時(shí)間：2013-7-12013-7-12課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評(píng)語(yǔ)院（系）：材料科學(xué)與工程學(xué)院 教研室：材料物理教研室號(hào) 學(xué)班課程（論題高-課程設(shè)計(jì)（論文）要求與任務(wù)機(jī) 高 機(jī) 參 式 0 防 ） 44 0性 正A6的 下 。 ； 14塑 鋼正CA陷 提 工藝 卡 61、 r 缺 前 工 藝 CA性 0C 見(jiàn) 的 理 工 0處 韌 4述 常 能 理 述 出 闡 理 性 ； 熱 處 概 提

2、 的 ， 處 用 圖 火 熱 ，概 ，提軸具， 熱處 使 程圖 -回 ）熱 料 析主夾 軸 件 流 火 3 資 分 床 工 主 工 藝 淬 ； 文獻(xiàn) 形式式機(jī)表和 機(jī)床 滿(mǎn)足 工工 高頻 設(shè)計(jì) 軸文 效0臥儀 明機(jī) 在 加 - 藝 。 主 失 40、 闡 求 熱 火 工 床主 與A614備 ；闡 （要 冷 正 2） 機(jī) 件 A設(shè) （ 軸 軸 板 條 C擇 擇 ； 主 主 ； 模 臥式 役條 選擇 及要 選擇） 床主 床主 概述 計(jì)模 0服述， 容及 的料 機(jī) 機(jī) 概 設(shè) 14的闡礎(chǔ) 內(nèi)。 料材 式 式 1） 藝 6件?；?獻(xiàn) 材擇 ；臥 臥 工 C 零 計(jì) 論 、 文 軸 選 線 0 0 ：

3、行設(shè)理 目考 主理 曲1414 分 見(jiàn) 閱 進(jìn) 藝 藝 項(xiàng) 參 床 合 CA6 A6 部 構(gòu) 查 ，工工 驗(yàn)用 機(jī)， 的CACA 三 結(jié) ， 藝成理 檢所 式性 求括 書(shū) 目 工藝完成處理 量檢出所 臥藝性 r鋼r鋼 r鋼要求包 明書(shū) 題 CC C 書(shū) 求計(jì) 處求火 理；務(wù) 14和 444明明 計(jì) 要設(shè) 熱要回 處法任 A6性 出出 定說(shuō)說(shuō) 設(shè) 設(shè)悉 的等、 熱方設(shè) CA濟(jì) 給給 制計(jì)計(jì) 。 課熟 軸性火 軸救課 1經(jīng) 234設(shè)設(shè) 獻(xiàn) 、 主磨淬 主補(bǔ)、 顧 、 文 一 床耐頻 床及二 兼 三 考天 狀 7， 天 計(jì) 0.5構(gòu)形天，0.5，設(shè) 述 結(jié) 0.具 天 ）概4）0圖夾具0.5 1）

4、， 程 工 ： 天 流程 計(jì) 析 天 0.5藝流 設(shè) 分 70工 ） 量 7 ）工 9 質(zhì) 設(shè) 選 6， 天 處理 天 料 5天 0. ）熱 1.5、材0.5則11） 式、排原， 討論 形式安、天 討 序 礎(chǔ) 5 ， 效 工 基 0 習(xí)失工論 學(xué) 3）加 理 施 與 ， 熱 的 措 閱 天 冷 藝 止 查.5天）冷工藝防止 資料05， 8）析及 ， 求 天 ， 分析 5天，能要0.5天2天題分 5能02 0 性 的問(wèn) 習(xí) 與 藝性 設(shè)計(jì) 現(xiàn) 中學(xué) 條件理工工藝能出天。 中 理 工 能 集 服役處理 理工 可1 ）服熱處）收 2）與 熱 10驗(yàn)指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)及成績(jī)?nèi)?月 簽?zāi)?指 字 簽 生 學(xué)

5、績(jī) 成遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū)（論 文）目錄1 40Cr 鋼 CA6140臥式機(jī)床主軸熱處理工藝概述 12 40Cr 鋼 CA6140臥式機(jī)床主軸的熱處理工藝設(shè)計(jì) 22.1 40Cr 鋼 CA6140臥式機(jī)床主軸的服役條件、失效形式 22.1.1 服役條件 22.1.2 失效形式 22.2 40Cr 鋼 CA6140臥式機(jī)床主軸技術(shù)要求及零件示意圖 22.2.1 技術(shù)要求 22.2.2 CA6140 臥式機(jī)床主軸示意圖 32.3 CA6140 臥式機(jī)床主軸的材料選擇 32.4 CA6140 臥式機(jī)床主軸 40Cr 鋼的 C曲線 42.5 CA6140 臥式機(jī)床主軸的加

6、工工藝流程圖 52.6 40Cr 鋼 CA6140臥式機(jī)床主軸的正火 -高頻淬火-回火熱處理工藝 52.6.1 鍛造工藝曲線 62.6.2 正火工藝曲線 62.6.3 高頻淬火工藝曲線 72.6.4 回火工藝曲線 82.7 40Cr 鋼 CA6140臥式機(jī)床主軸的正火、高頻淬火、回火熱處理工藝?yán)碚?82.7.1 正火原理 82.7.2 高頻淬火工藝原理 92.7.3 回火工藝原理 102.8 40Cr 鋼 CA6140臥式機(jī)床主軸熱處理的設(shè)備、儀表和工夾具選擇 112.8.1 設(shè)備 112.8.2 儀表 122.8.3 工夾具 132.9 CA6140 臥式機(jī)床主軸的熱處理質(zhì)量檢驗(yàn)項(xiàng)目、內(nèi)容及

7、要求 132.10 CA6140 臥式機(jī)床主軸的熱處理常見(jiàn)缺陷的預(yù)防及補(bǔ)救方法 142.10.1 機(jī)床主軸正火的缺陷及其預(yù)防、補(bǔ)救 142.10.2 機(jī)床主軸高頻淬火的缺陷及其預(yù)防、補(bǔ)救 142.10.3 機(jī)床主軸低溫回火的缺陷及其預(yù)防、補(bǔ)救 153 熱處理工藝卡 163.1 40Cr 鋼正火工藝卡 163.2 40Cr 鋼淬火工藝卡 173.3 40Cr 鋼回火工藝卡 184 參考文獻(xiàn) 19遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū)（論 文）1 40Cr 鋼 CA6140臥式機(jī)床主軸熱處理工藝概述機(jī)床主軸指的是機(jī)床上帶動(dòng)工件或刀具旋轉(zhuǎn)的軸。通常由主軸、軸承和傳動(dòng)件（齒輪 或帶輪）等組

8、成主軸部件。它是切削機(jī)床的重要零件，在傳遞動(dòng)力時(shí)承受著多種形式的載 荷，在工作中作高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。機(jī)床主軸的材料通常會(huì)使用 45 鋼、40Cr、GCr15、65Mn、球墨鑄鐵、20CrMnTi 、20Mn2B 、 20Cr、38CrMoAl 等。除了一些有特殊要求的主軸， 大多數(shù)情況下都會(huì)用 40Cr 鋼，因?yàn)?40Cr 鋼加工容易，經(jīng)適當(dāng)?shù)臒崽幚硪院罂色@得一定的韌性、塑性和耐磨性，可具有良好的機(jī)械 性能。除了刨床、拉床等主運(yùn)動(dòng)為直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)床外，大多數(shù)機(jī)床都有主軸部件。主軸部件 的運(yùn)動(dòng)精度和結(jié)構(gòu)剛度是決定加工質(zhì)量和切削效率的重要因素。衡量主軸部件性能的指標(biāo) 主要是旋轉(zhuǎn)精度、剛度和速度適應(yīng)性。其

9、工作條件有傳遞扭矩，承受交變扭矩載荷，往往還受有交變彎曲應(yīng)力。有時(shí)，還承 受拉 -壓軸向載荷作用；軸頸處于花鍵等滑動(dòng)表面處，承受著較大的摩擦和磨損； 主軸大多 還承受一定的過(guò)載或沖擊載荷的作用。因此，對(duì)機(jī)床主軸的要求是具有高的疲勞強(qiáng)度，高 的強(qiáng)度，良好的耐磨性，強(qiáng)度與塑性有良好的配合。其失效形式一方面是發(fā)生咬死現(xiàn)象， 是機(jī)床主軸因?yàn)槟p而失效；另一方面是因?yàn)榱慵冃位蛘吒g而失效。40Cr 鋼正火是將鋼加熱到 8505，保溫 30min，然后放置在空氣中冷卻到室溫的熱 處理方法。經(jīng)過(guò)正火后可細(xì)化晶粒，均勻組織，改善切削加工工藝性能。 40Cr 鋼高頻淬火 是將機(jī)床主軸放入感應(yīng)圈中，使其表層產(chǎn)生

10、感應(yīng)電流，在極短時(shí)間內(nèi)加熱到淬火溫度后， 立即噴水冷卻，使表層淬火，從而獲得非常細(xì)小的針狀馬氏體組織，使工件不易發(fā)生開(kāi)裂 現(xiàn)象。 40Cr 鋼回火是將淬火后的鋼，加熱 180200，保溫 11.5h后進(jìn)行油冷的工藝。 目的是為了使產(chǎn)生的熱應(yīng)力小、韌性好。以上內(nèi)容根據(jù)金屬熱處理工藝手冊(cè)獲得。通過(guò)對(duì) 40Cr 鋼熱處理工藝分析，更加明確在執(zhí)行熱處理工藝過(guò)程中所需要注意的問(wèn) 題。能夠正確確定加熱溫度、時(shí)間、保溫時(shí)間、冷卻方式，其目的就是通過(guò)正確的熱處理 工藝，使金屬材料的潛在能力得到充分的發(fā)揮。根據(jù)機(jī)床主軸的工作條件、失效形式及性能要求，本設(shè)計(jì)選擇的 CA6140 臥式機(jī)床主 軸材料為 40Cr 中

11、碳調(diào)質(zhì)鋼。在設(shè)計(jì)正火 -高頻淬火 -回火熱處理工藝中，本設(shè)計(jì)借鑒了鋼 的熱處理、熱處理手冊(cè)、熱處理工藝規(guī)范數(shù)據(jù)手冊(cè) 、金屬學(xué)及熱處理 、熱處理技 術(shù)等。根據(jù)工藝設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)設(shè)定了完整的熱處理工藝流程，使熱處理的 40Cr 中碳 調(diào)質(zhì)鋼具有良好的硬度，良好的耐磨性，高的塑韌性及良好的綜合力學(xué)性能，從而滿(mǎn)足機(jī) 床主軸的質(zhì)量要求。遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū)（論 文）2 40Cr 鋼 CA6140 臥式機(jī)床主軸的熱處理工藝設(shè)計(jì)2.1 40Cr 鋼 CA6140 臥式機(jī)床主軸的服役條件、失效形式2.1.1 服役條件CA6140 臥式機(jī)床主軸的服役條件如下：1）承受摩擦與磨損 機(jī)

12、床主軸的某些部位承受著不同程度的摩擦，特別是軸頸部位， 因?yàn)檩S頸與某些軸承配合時(shí)，摩擦較大所以此部位應(yīng)具有較高的硬度以及增強(qiáng)耐磨性。其 他某些部位配合摩擦不大時(shí)，就不需要大的硬度。2） 工作中時(shí)承受載荷 機(jī)床主軸在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)要承受多種載荷的作用，如彎曲、扭 轉(zhuǎn)、沖擊等，所以要求主軸具有抵抗各種載荷的能力。當(dāng)主軸載荷較大、轉(zhuǎn)速又高時(shí)，主 軸還承受著跟高的變交應(yīng)力。因此要求主軸具有較高的疲勞強(qiáng)度和綜合力學(xué)性能即可。2.1.2 失效形式根據(jù)熱處理手冊(cè)第二版第二卷得到 40Cr 鋼機(jī)床主軸的失效形式如下。1）磨損失效 由于軸相對(duì)運(yùn)動(dòng)的表面如軸頸處過(guò)度磨損或潤(rùn)滑不良等而導(dǎo)致磨損失 效。主軸常見(jiàn)的失效形式

13、之一是咬死，又稱(chēng)抱軸。主要起因是潤(rùn)滑油中的雜質(zhì)微粒，軸瓦 材料選擇不當(dāng)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，加工精度不夠，主軸副裝配不良，間隙不均勻等。咬死 現(xiàn)象一旦發(fā)生，則主軸運(yùn)轉(zhuǎn)精度下降，磨削時(shí)產(chǎn)生震動(dòng)，被磨零件表面出現(xiàn)波紋。2）變形或腐蝕失效 個(gè)別情況下發(fā)生過(guò)量彎曲或扭轉(zhuǎn)變形（彈性的和塑性的）失效， 或可能發(fā)生振動(dòng)或腐蝕失效的現(xiàn)象。2.2 40Cr 鋼 CA6140 臥式機(jī)床主軸技術(shù)要求及零件示意圖2.2.1 技術(shù)要求1） 機(jī)械加工技術(shù)要求如下：a）支承軸頸的技術(shù)要求主軸兩支承軸的圓度允差0.0005mm，徑向跳動(dòng)允差0.005mm，兩支承軸頸的 1:12 錐面接觸率 70，表面粗糙度 Ra0.4um。支承

14、軸頸直徑按 IT5-7 級(jí)精度制造。主軸外圓的圓度要求，對(duì)于一般精度的機(jī)床，其允差通常不超過(guò)尺寸 公差的 50，對(duì)于提高精度的機(jī)床，則不超過(guò) 25，對(duì)于高精度的機(jī)床，則應(yīng)在 5 10 之間。b）錐孔的技術(shù)要求 主軸錐孔（莫氏 6 號(hào)）對(duì)支承軸頸的跳動(dòng)， 近軸端允差 0.005mm， 離軸端 300mm 處允差 0.01mm，錐面的接觸率 70，表面粗糙度 Ra0.4um，硬度要求 HRC48。遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū)（論 文）c）短錐的技術(shù)要求 短錐對(duì)主軸支承軸頸的徑向跳動(dòng)允差 0.008mm，斷面對(duì)軸頸的 斷面跳動(dòng)允差 0.008mm，錐面及端面的粗糙度均為 Ra0

15、.8um。d ）空套齒輪軸頸的技術(shù)要求空套齒輪的軸頸對(duì)支承軸頸的徑向跳動(dòng)允差為0.015mm。e）螺紋的技術(shù)要求 用于限制與之配合的壓緊螺母的端面跳動(dòng)量所必須的要求。 因此 在加工主軸螺紋時(shí)，必須控制螺紋表面軸心線與支承軸頸軸心線的同軸度，一般規(guī)定不超 過(guò) 0.025mm。2） 熱處理加工技術(shù)要求如下：a）內(nèi)錐孔和外錐體硬度為 45 50HRC； b）花鍵部分硬度為 4853HRC。2.2.2 CA6140 臥式機(jī)床主軸示意圖如圖 1 所示可知，機(jī)床主軸的長(zhǎng)度為 890mm，直徑為 139.719mm。圖 1 CA6140 臥式機(jī)床主軸平面圖2.3 CA6140 臥式機(jī)床主軸的材料選擇CA61

16、40 臥式機(jī)床主軸承受交變彎曲應(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，因常遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū)（論 文）與卡盤(pán)、頂尖有相對(duì)摩擦，花鍵部位與齒輪有相對(duì)滑動(dòng)，故這些部位要求較高的硬度與耐 磨性，主軸在滾動(dòng)軸承中運(yùn)轉(zhuǎn)，工作時(shí)因軸頸與軸承不發(fā)生摩擦，故軸頸無(wú)耐磨性要求。通常，對(duì)于要求高強(qiáng)度、高硬度和高疲勞強(qiáng)度且形狀畸變小的主軸， 多采用 38CrMoAlA 鋼；受沖擊大的常用 20Cr、20Mn2B 滲碳鋼；重載下工作的常用 20CrMnTi 、12CrNi3A 高 合金滲碳鋼；高精度磨床、鏜

17、床主軸采用 9Mn2V 、GCr15 鋼。本機(jī)床主軸根據(jù)其工作受力 及性能要求，可選用 45、40Cr 或 42CrMo 鋼。40Cr 鋼的剛性雖淬透性一般，但機(jī)床主軸工作時(shí)最大應(yīng)力分布在表面，在粗車(chē)后，軸的形狀較簡(jiǎn)單，在調(diào)質(zhì)淬火后時(shí)一般不會(huì)開(kāi)裂，因此選用合金調(diào)質(zhì)鋼。與45 鋼相比，具有更好的綜合力學(xué)性能，所以采用價(jià)格便宜、可鍛性和切割加工性皆好的40Cr 鋼即可。機(jī)床主軸直徑較大，階梯較多，宜選鍛件毛坯，并且節(jié)約原材料和減少加工工時(shí)。40Cr 鋼為常見(jiàn)的合金調(diào)質(zhì)鋼，其主要化學(xué)成分如下表 1所示。2.4 CA6140 臥式機(jī)床主軸通過(guò)查找熱處理工程師手冊(cè)40Cr 鋼的 C 曲線獲得 40Cr鋼

18、的C曲線如下圖 2表140Cr鋼的化學(xué)成分（GB/T 30771999) /%CSiMnCrSP NiCu0.370.170.500.800.03 0.030.250.030.450.370.801.10圖2 40Cr鋼的 C曲線遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū)（論 文）圖 2 中最上面一條水平虛線表示鋼的臨界點(diǎn) A1（ 727），即奧氏體與珠光體的平衡溫 度。圖中下方的一條水平線 Ms（380）為馬氏體轉(zhuǎn)變開(kāi)始溫度，其實(shí) M s以下還有一條水 平線 Mf（-50）為馬氏體轉(zhuǎn)變終了溫度。 A1與 Mf線之間有兩條 C 曲線，左側(cè)一條為過(guò) 冷奧氏體轉(zhuǎn)變開(kāi)始線， 右側(cè)一條為過(guò)冷奧

19、氏體轉(zhuǎn)變終了線。 A1 線以上是奧氏體穩(wěn)定區(qū)。 40Cr 鋼中由于合金元素的存在，使得 40Cr鋼的 Ac1為 743。2.5 CA6140 臥式機(jī)床主軸的加工工藝流程圖下料 鍛造 正火 機(jī)加工成品精磨檢驗(yàn)回火高頻淬火圖 3 工藝流程圖2.6 40Cr 鋼 CA6140 臥式機(jī)床主軸的正火 -高頻淬火 -回火熱處理工藝 制造 40Cr鋼 CA6140 機(jī)床主軸采用的熱處理工藝包括正火、 高頻淬火以及回火熱處理， 如圖 4 是熱處理全過(guò)程工藝曲線。圖 4 40Cr 鋼 CA6140 機(jī)床主軸熱處理全過(guò)程工藝曲線遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū)（論 文）2.6.1 鍛造工藝曲線主

20、軸的毛坯經(jīng)過(guò)鍛造后獲得基本的形狀。鍛造是利用鍛壓機(jī)械對(duì)金屬坯料施加壓力， 使其產(chǎn)生塑性變形，已獲得具有一定機(jī)械性能、一定形狀和尺寸的鍛件的加工方法。用棒 料鐓粗后經(jīng)切削加工制成的主軸。查閱熱處理工藝規(guī)范數(shù)據(jù)手冊(cè)可以找出 40Cr 鋼的 鍛造工藝的加熱溫度、始鍛溫度冷卻方式如表 2 所示。表 2 40Cr鍛造工藝參數(shù)項(xiàng)目Ac1（ Ar1 ）Ac3（Ar3）加熱溫度始鍛溫度終鍛溫度鋼坯743 （ 693）782（ 730） 800時(shí)間 /d圖 5 40Cr 鋼 CA6140 機(jī)床主軸鍛造工藝曲線2.6.2 正火工藝曲線根據(jù)常州工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院傅璞的 40Cr 鋼熱處理工藝及其組織與性能論文獲得40

21、Cr 鋼正火工藝相關(guān)數(shù)據(jù)機(jī)床主軸屬于中碳調(diào)質(zhì)鋼。中碳調(diào)質(zhì)鋼的預(yù)先熱處理是正火。目的是細(xì)化晶粒，均勻 組織，改善切削加工工藝性能，為最終熱處理作組織準(zhǔn)備。 40Cr 機(jī)床主軸正火加熱溫度為 860，保溫 120min，在空氣中冷卻，硬度 250HBS。遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū)（論 文）度溫860時(shí)間 /min圖 6 40Cr 正火工藝曲線2.6.3 高頻淬火工藝曲線本設(shè)計(jì)采用高頻淬火。因?yàn)楦哳l淬火具有加熱速度極快，可擴(kuò)大A 體轉(zhuǎn)變溫度范圍，縮短轉(zhuǎn)變時(shí)間；淬火后工件表層可得到極細(xì)的隱晶馬氏體，硬度稍高，脆性較低及較高的 疲勞強(qiáng)度；經(jīng)高頻淬火后的工件不易氧化脫碳，還可直接裝

22、配使用；淬硬層深，易于控制 操作，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化。對(duì)于機(jī)床主軸承受扭矩、彎曲等交變負(fù)荷作用并且要求 表面承受比心部更高的應(yīng)力或耐磨性的工件來(lái)說(shuō)，宜采用高頻淬火工藝。根據(jù)熱處理工 藝規(guī)范數(shù)據(jù)手冊(cè) 得到 40Cr 高頻淬火相關(guān)問(wèn)題。 高頻淬火加熱溫度為 860，保溫 80min， 冷卻方式為油冷。圖 7 40Cr 鋼高頻淬火工藝曲線遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū)(論 文)2.6.4 回火工藝曲線根據(jù)熱處理工藝手冊(cè)第二版第一卷得到 40Cr 鋼回火相關(guān)問(wèn)題。 40Cr 鋼回火是將 淬火后的鋼加熱到 250，保溫 260min 后進(jìn)行油冷的工藝。目的是為了使產(chǎn)生的熱應(yīng)力小、

23、 韌性好。由于鋼中 Cr、Si 的加入，提高了 40Cr鋼的回火穩(wěn)定性，因此可采用低溫回火。圖 8 40Cr 鋼回火工藝曲線2.7 40Cr 鋼 CA6140 臥式機(jī)床主軸的正火、 高頻淬火、 回火熱處理工 藝?yán)碚?.7.1 正火原理1) 正火加熱溫度40Cr鋼正火是將鋼加熱到 860，保溫 120min，然后放置在空氣中冷卻到室溫的熱處 理方法。正火目的是正火的目的是細(xì)化晶粒組織，消除應(yīng)力和降低硬度，提高切削加工性 能，可代替調(diào)質(zhì)熱處理作為最后熱處理或?yàn)楦袘?yīng)加熱表面淬火前得預(yù)備熱處理。但在實(shí)際 生產(chǎn)條件下，往往是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定，保溫后出爐在空氣中冷卻，正火后的硬度為180HB。2) 正火加熱保

24、溫時(shí)間根據(jù)熱處理手冊(cè)第二版第一卷得到正火加熱保溫時(shí)間相關(guān)問(wèn)題。保溫時(shí)間, 這個(gè)問(wèn)題比較復(fù)雜 , 一般由試驗(yàn)確定 , 但也有個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式 :t = K。D式中： t保溫時(shí)間 ( min) ；加熱系數(shù) ( min/mm ) ；K 工件加熱是的修正系數(shù)； D 工件的有效厚度 (mm) 。工件有效厚度的計(jì)算原則是 : 薄板工件的厚度即為其有效厚度；長(zhǎng)的圓棒料直徑為其 有效厚度；正方體工件的邊長(zhǎng)為其有效厚度；長(zhǎng)方體工件的高和寬小者為其有效厚度；帶遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū)（論 文）錐度的圓柱形工件的有效厚度是距小端 2L/3 （ L為工件的長(zhǎng)度 ） 處的直徑；帶有通孔的工件 , 其

25、壁厚為有效厚度。一般情況下，碳鋼可以按工件有效厚度每25毫米為一小時(shí)來(lái)計(jì)算，合金鋼可以按工件的有效厚度每 20毫米一小時(shí)來(lái)計(jì)算保溫時(shí)間，加熱時(shí)間應(yīng)為 2 3小時(shí)左 右。結(jié)合本次設(shè)計(jì)零件根據(jù)常州工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院傅璞的 40Cr鋼熱處理工藝及其組織與 性能論文得出加熱保溫時(shí)間為 120min。3）正火的目的 正火的主要目的是消除鍛造缺陷，消除主軸內(nèi)部過(guò)大的應(yīng)力，增加主軸的韌性，改善 材料的切削性，并為淬火做好組織準(zhǔn)備。2.7.2 高頻淬火工藝原理1）淬火方法 淬火只是為了提高的鋼件表面硬度、高耐磨性和心部良好強(qiáng)韌性的配合提供必要條 件，在生產(chǎn)主軸的過(guò)程中需要采用高頻淬火。 40Cr鋼高頻淬火是將機(jī)

26、床主軸放入感應(yīng)圈中， 使其表層產(chǎn)生感應(yīng)電流，在一段時(shí)間內(nèi)加熱到淬火溫度后，立即噴水冷卻，使表層淬火， 從而獲得非常細(xì)小的針狀馬氏體組織， 使工件不易發(fā)生開(kāi)裂現(xiàn)象。 40Cr鋼制 CA6140機(jī)床主 軸采用高頻淬火，高頻淬火的深度一般在 12mm以?xún)?nèi)，由于 40Cr的含碳量不高，所以經(jīng)過(guò) 表面淬火的硬度也只有 HRC5055。2）40Cr鋼的淬透性 淬火時(shí)往往會(huì)遇到兩種情況：一種是工件從表面到中心都獲得馬氏體，同樣具有高硬 度，稱(chēng)為 “淬透”了；另一種是工件表層獲得馬氏體組織，具有高硬度，而心部則是非馬氏 體組織，其硬度偏低，稱(chēng)之為 “未淬透 ”。根據(jù)熱處理工程師手冊(cè)得到 40Cr鋼的淬透性 曲

27、線，如圖 9所示。圖 9 40Cr 鋼淬透性曲線遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū)（論 文）根據(jù)此淬透性曲線可以得出，隨著零件至水冷端的距離的不同，則鋼的不同部位的 硬度也不同。至冷水端距離越小的部位，鋼的硬度越大；相反，距離越大的部位，硬度 越小。根據(jù)此次設(shè)計(jì)零件的尺寸，可以根據(jù)淬透性曲線得到零件各部位大概的硬度范 圍，為設(shè)計(jì)零件的相關(guān)熱處理過(guò)程打基礎(chǔ)。3）淬火的目的高頻淬火可使工件的表面迅速加熱，而心部溫度加熱速度非常慢。還可以提高鋼件 表面硬度、耐磨性和心部的強(qiáng)韌性，從而使彼此有好的配合，機(jī)床主軸的性能得到提 高。2.7.3 回火工藝原理1）回火溫度確定原則40Cr 鋼主

28、軸要有較高的力學(xué)性能 ,在淬火加低溫回火后 , 表面硬度需要達(dá)到 HRC52 54 ,心部硬度 HRC3045。由不同鋼含碳量的硬度與回火溫度關(guān)系曲線如圖 10 可知其在 250回火可滿(mǎn)足使用要求。圖 10 不同含碳量鋼硬度與回火溫度關(guān)系曲線2）回火時(shí)間確定原則 根據(jù)熱處理工藝與實(shí)踐得到回火時(shí)間確定原則如下?；鼗饡r(shí)間從工件入爐后爐溫 升至回火溫度時(shí)間開(kāi)始計(jì)算回火時(shí)間，可參考經(jīng)驗(yàn)公式加以確定： tn=Kn+AnD。10遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū)（論 文）式中 t n-回火時(shí)間（ min）； Kn-回火時(shí)間基數(shù)； An- 回火系數(shù)； D-工件有效厚度（ mm）。 對(duì)于本次設(shè)

29、計(jì)機(jī)床主軸的回火溫度低于 300時(shí)，Kn為120min和 An為1，D為139.719mm， 則得出工件回火時(shí)間 tn=120+1 139.719260min。3）回火的目的 提高組織穩(wěn)定性，使工件在使用過(guò)程中不再發(fā)生組織轉(zhuǎn)變，從而使工件幾何尺寸和性 能保持穩(wěn)定。消除內(nèi)應(yīng)力，以便改善工件的使用性能并穩(wěn)定工件幾何尺寸。調(diào)整鋼鐵的力 學(xué)性能以滿(mǎn)足使用要求。2.8 40Cr 鋼 CA6140 臥式機(jī)床主軸熱處理的設(shè)備、 儀表和工夾具選擇2.8.1 設(shè)備1）正火設(shè)備 根據(jù)熱處理手冊(cè)第四版第三卷得到機(jī)床主軸正火熱處理設(shè)備。 高溫箱式電阻爐工 作特點(diǎn)是雙層爐殼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，爐外表溫度低優(yōu)質(zhì)耐腐蝕性強(qiáng)的真空纖維

30、保溫材料靜音電子 電器標(biāo)準(zhǔn)配置數(shù)字式 PID 控制器，可調(diào)節(jié)升溫曲線、保溫溫度和保溫時(shí)間。最大升溫時(shí)間 3090min。圖 11 高溫箱式電阻爐結(jié)構(gòu)2）淬火設(shè)備淬火設(shè)備主要分為工頻淬火爐、中頻淬火爐、高頻淬火爐及其配套電源。還有數(shù)控淬11遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū)（論 文）火機(jī)床、一體化淬火機(jī)床等。本設(shè)計(jì)選用的是 5003600mm軸類(lèi)淬火機(jī)床。其淬火軸類(lèi) 最大直徑為 500mm，淬火軸類(lèi)最大長(zhǎng)度為 3600mm，淬火軸類(lèi)最大重量為 3000kg。其結(jié)構(gòu) 如圖 12 所示。圖 12 軸類(lèi)高頻淬火機(jī)床結(jié)構(gòu)圖3）回火設(shè)備回火設(shè)備選擇 RJ2-75-6 井式回火爐，其額定溫度

31、為 650，額定電壓為 380，額定 功率為 75KW 。2.8.2 儀表1）溫度檢測(cè)表熱電偶：鎳鉻 鎳硅（鎳鋁），溫度范圍 40-1200。2）溫度顯示與調(diào)節(jié)儀表TA 091 電子調(diào)節(jié)器，規(guī)格參數(shù)：位式 +報(bào)警，該系列儀表所配用執(zhí)行器：接觸器、 電磁閥、 ZAP（ZAJ ）直行程電機(jī) +ZM 薄膜閥，可控硅電壓調(diào)整器、 DF-1 伺服放大器 +直 行程電機(jī)+ZM 薄膜閥，電氣轉(zhuǎn)換器 +ZM 氣動(dòng)薄膜閥。3）數(shù)字式溫度顯示儀表12遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū)（論 文）面板是數(shù)字溫度儀表： RY2312，測(cè)量范圍： 0-1300。2.8.3 工夾具零件在熱處理過(guò)程中，根據(jù)零

32、件的外形、尺寸及批量和所選用的加熱爐型號(hào)，需要多種吊具和工夾具以保證零件的加熱均勻，不致于變形，保證操作安全。如圖 13 所示即為CA6140 臥式機(jī)床主軸夾具。圖 13CA6140 機(jī)床主軸夾具2.9 CA6140 臥式機(jī)床主軸的熱處理質(zhì)量檢驗(yàn)項(xiàng)目、內(nèi)容及要求1）變形檢查軸類(lèi)零件用頂尖或 V 行塊支撐兩端，用百分表測(cè)徑向圓跳動(dòng)量，無(wú)中心孔及細(xì)小的軸 類(lèi)零件可在平臺(tái)上用塞尺檢驗(yàn)。2）外觀檢查經(jīng)過(guò)熱處理后，工件表面不得有裂紋、銹蝕、燒傷等影響使用性能的缺陷3）硬度檢查硬度檢驗(yàn)的位置根據(jù)工藝文件或由檢驗(yàn)人員確定， 在淬火部位檢驗(yàn)硬度應(yīng)不少于 1 3 處，每處不少于三點(diǎn)，不均勻度應(yīng)在規(guī)定范圍內(nèi)。調(diào)質(zhì)

33、零件淬火硬度用洛氏硬度計(jì)檢驗(yàn)， 對(duì)于尺寸較大者，可用手錘式硬度計(jì)檢驗(yàn)。4）金相組織檢查 中碳結(jié)構(gòu)鋼和中碳合金結(jié)構(gòu)鋼高頻淬火后的金相組織，按馬氏體大小分為10級(jí)，其中46級(jí)為細(xì)小馬氏體，是正常組織； 13級(jí)為粗大或中等大小的馬氏體，其產(chǎn)生原因是淬13遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū)（論 文）火溫度偏高； 7 10級(jí)組織中有未熔鐵素體或網(wǎng)狀托氏體，其原因分別為淬火加熱溫度偏 低和淬火冷卻不足。2.10 CA6140 臥式機(jī)床主軸的熱處理常見(jiàn)缺陷的預(yù)防及補(bǔ)救方法2.10.1 機(jī)床主軸正火的缺陷及其預(yù)防、補(bǔ)救1）硬度高產(chǎn)生原因如下：加熱溫度高，冷卻速度過(guò)快，等溫溫度過(guò)低，時(shí)間過(guò)短，使

34、過(guò)冷奧氏 體轉(zhuǎn)變溫度過(guò)低或轉(zhuǎn)變不完全引起。防止方法有：重新正火。2）魏氏組織粗大產(chǎn)生原因如下：原始晶粒粗大；加熱溫度過(guò)高。防止方法有：重新正火消除，對(duì)于低碳鋼嚴(yán)重的魏氏組織常用兩次正火消除，第二次 比第一次溫度低。3）網(wǎng)狀組織 產(chǎn)生原因如下：加熱溫度太高；冷卻速度較慢，形成網(wǎng)狀鐵素體或滲碳體。 防止方法有；重新正火。4）反常組織產(chǎn)生原因如下：在 Ar1 附近冷速過(guò)低或在 Ar1 長(zhǎng)期保溫。 防止方法有：重新正火。5）過(guò)熱過(guò)燒 產(chǎn)生原因如下：加熱溫度過(guò)高，使晶界氧化或局部熔化。 防止方法有：過(guò)熱重新正火；過(guò)燒報(bào)廢。2.10.2 機(jī)床主軸高頻淬火的缺陷及其預(yù)防、補(bǔ)救根據(jù)熱處理工程師手冊(cè)得到高頻淬火

35、缺陷產(chǎn)生原因及控制措施如下。1）加熱不均勻產(chǎn)生原因如下： 感應(yīng)器與工件間間隙不均勻； 淬火機(jī)床心軸同軸度差， 旋轉(zhuǎn)時(shí)偏擺大。 防止方法有：調(diào)整間隙，四周應(yīng)均勻；提高心軸同軸度，校直或換新。2）硬度不足 產(chǎn)生原因如下：加熱溫度低；原始組織粗大；冷卻速度低，水量不足，感應(yīng)器與噴水 器的距離太大；冷卻操作慢，加熱后未及時(shí)冷卻。防止方法有： 按正常溫度加熱； 增加預(yù)備熱處理細(xì)化組織； 增加水量， 提高冷卻速度，14遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū)（論 文）調(diào)整感應(yīng)器與噴水器的距離；提高操作速度。3）淬裂 產(chǎn)生原因如下；材料碳含量過(guò)高，加熱溫度過(guò)高；材料含有連續(xù)分布的夾雜物（如氧 化物

36、）；加熱造成內(nèi)應(yīng)力大，多產(chǎn)生于尖角、鍵槽、圓孔邊緣；冷卻速度過(guò)大。防止方法有：高碳鋼應(yīng)進(jìn)行球化退火，選擇較低的淬火溫度；高溫正火或換材料；保 留 28mm 非淬硬區(qū)；降低水壓，提高水溫，縮短噴水時(shí)間，合金鋼用噴乳化液、聚乙烯 醇、 903或油冷卻。4）變形 產(chǎn)生原因如下：軸類(lèi)零件硬化層分布不均勻。 防止方法有：加熱時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)工件，且淬火機(jī)床心軸偏擺要小。2.10.3 機(jī)床主軸低溫回火的缺陷及其預(yù)防、補(bǔ)救 根據(jù)熱處理工程師手冊(cè)得到回火缺陷產(chǎn)生原因及控制措施如下。 1）回火硬度偏高產(chǎn)生原因如下：回火不足（回火溫度低、回火時(shí)間不夠） 。 防止方法有：提高回火溫度、延長(zhǎng)回火時(shí)間。2）回火畸變 產(chǎn)生原因如下：淬火應(yīng)力回火時(shí)松弛引起畸變。 防止方法有：加壓回火或趁熱校直。3）網(wǎng)狀