軸類零件熱處理設(shè)計

1、 職業(yè)教育材料成型與控制技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫金屬材料與熱處理課程軸類零件熱處理設(shè)計主講教師：馬安博 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院軸類零件熱處理設(shè)計在機床、汽車、拖拉機等制造工業(yè)中，軸類零件是另一類用量很大，且占有相當(dāng)重要地位的結(jié)構(gòu)件。軸類零件的主要作用是支承傳動零件并傳遞動和動力，它們在工作時受多種應(yīng)力的作用，因此從選材角度看，材料應(yīng)有較高的綜合機械性能.局部承受摩擦的部位如車床主軸的花鍵、曲軸軸頸等處，要求有一定的硬度，以提高其抗磨損能力。要求以綜合機械性能為主的一類結(jié)構(gòu)零件的選材，還需根據(jù)其應(yīng)力狀態(tài)和負(fù)荷種類考慮材料的淬透性和抗疲勞性能。實踐證明，受交變應(yīng)力的軸類零件、連桿螺栓等結(jié)構(gòu)件，其損環(huán)形式不

2、少是由于疲勞裂紋引起的。下面以車床主軸、汽車半軸等典型軸類零件為例進行分析。一、機床主軸1.在選選用機床主軸的材料和熱處理工藝時，必須考慮以下幾點：（1）受力的大小。不同類型的機床，工作條件有很大差別，如高速機床和精密機床主軸的工作條件與重型機床主軸的工作條件相比，無論在彎曲或扭轉(zhuǎn)疲勞特性方面差別都很大。（2）軸承類型。如在滑動軸承上工作時，軸頸需要有高的耐磨性。（3）主軸的形狀及其可能引起的熱處理缺陷。結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜的主軸在熱處理時易變形甚至于開裂，因此在選材上應(yīng)給予重視。主軸是機床中主要進零件之一，其質(zhì)量好壞直接影響機床的精度和壽命。因此必須根據(jù)主軸的工作條件和性能要求，選擇用鋼和制定合理的

3、冷熱加工工藝。機床主軸的工作條件和性能要求C616-416車床主軸如圖1所示。該主軸的工作條件如下：（1）承受交變的彎曲應(yīng)力與扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，有時受到?jīng)_擊載荷的作用。（2）主軸大端內(nèi)錐孔和錐度外圓，經(jīng)常與卡盤、頂針有相對摩擦。（3）花健部分經(jīng)常有磕或相對滑動?？傊?，該主軸是在滾動軸承中動轉(zhuǎn)，承受中等負(fù)荷，轉(zhuǎn)速中等，有裝配精度要求，且受到一定的沖擊力作用。由此確定熱處理技術(shù)條件如下：（1）整體調(diào)質(zhì)后硬度應(yīng)為HB200230，金相組織為回火索氏體。（2）內(nèi)錐孔和外圓錐面處硬度為HRC4550，表面35內(nèi)金相組織為回火屈氏體和少量回火馬氏體。（3）花鍵部分的硬度為HRC4853，金相組同上。圖1 C616

4、-416車床主軸2.選擇用鋼 C616車床屬于中速、中負(fù)荷、在滾動軸承中工作的機床，因此選用45鋼是可以的。過去此主軸曾采用45鋼經(jīng)正火處理后使用；后來為了提高其強度和韌性，在粗車后又增加了調(diào)質(zhì)工序。而且調(diào)質(zhì)狀態(tài)的疲勞強度比正火為高，這對提高主軸抗疲勞性能也是很重要的。表1為45鋼正火和調(diào)質(zhì)后的機械性能比較。表1 45鋼正火和調(diào)質(zhì)后的機械性能熱 處 理b(MN/)s(MN/)-1(MN/)調(diào) 質(zhì)682490338正 火6003402603.主軸的工藝路線下料鍛造正火粗加工（外圓留余45）調(diào)質(zhì)半精車外圓（留余2.53.5），鉆中心孔，精車外圓(留余0.60.7，錐孔留余0.60.7)，銑鍵槽局部

5、淬火（錐孔及外錐體）車定刀槽，粗磨外圓(留余0.40.5)，滾銑花鍵花鍵淬火精磨。4.熱處理工序的作用 正火處理是為了得到合適和硬度（HB170230），以便于機械加工，同時改善鍛造組織，為調(diào)質(zhì)處理作準(zhǔn)備。調(diào)質(zhì)處理是為了使主軸得到高的綜合機械性能和疲勞強度。調(diào)質(zhì)后硬度后硬度為HB200230，組織為回火索氏體。為了更好的發(fā)揮調(diào)質(zhì)效果，將調(diào)質(zhì)安排在粗加工后進行。內(nèi)錐孔和外圓錐面部分經(jīng)鹽浴局部淬火和回火后得到所要求的硬度，以保證裝配精度和不易磨損。5.熱處理工藝 調(diào)質(zhì)淬火時由于主軸各部分的直徑不同，應(yīng)注意變形問題。調(diào)質(zhì)后的變形雖然可以通過校直來修正，但校直時的附加應(yīng)力對主軸精加工后的尺寸穩(wěn)定性是不

6、利的。為減小變形，應(yīng)注意淬火操作方法?？刹扇☆A(yù)冷淬火和控制水中冷水機卻時間來減小變形?；ㄦI部分可用高頻淬火以減小變形和達(dá)到硬度要求。經(jīng)淬火后的內(nèi)錐孔和外圓錐面部分需經(jīng)260300回火，花鍵部分需經(jīng)240260回火，以消除淬火應(yīng)力并達(dá)到規(guī)定的硬度值。也有用球墨鑄鐵制造機床主軸的，如某廠用球墨鑄鐵的主軸淬火后硬度為HRC5258，且變形量比45鋼為小。二、汽車半軸汽車半軸是驅(qū)動車輪轉(zhuǎn)動的直接驅(qū)動件。半軸材料與其工作條件有關(guān)，中型載重汽車目前選用40Cr鋼，而重型載汽車則選用性能更高的40CrMnMo鋼。1、 汽車半軸的工作條件和性能要求圖2 汽車半軸示意圖以躍進型載重汽車（載重量為2500kg）的

7、半軸為例。半軸的簡圖如圖2所示。汽車半軸是傳遞扭矩的一個重要部件。汽車運行時，發(fā)動機輸出的扭矩，經(jīng)過多級變速和主動器傳遞給半軸，再由半軸傳動車輪。在上坡或啟動時，扭矩很大，特別在緊急制動或行駛在不平坦的道路上，工作條件更為繁重。因此半軸在工作時承受沖擊、反復(fù)彎曲疲勞和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的作用，要求材料有足夠的抗彎強度和較好的韌性。熱處理技術(shù)條件：硬度：桿部HRC3744；盤部外圓：HRC2434；金相組織：回火索氏體或回火屈氏體；彎曲度：桿中部1.8，盤都跳動2.00。2.選擇用鋼根據(jù)JB529-64汽車半軸技術(shù)條件規(guī)定，半軸材料可選用40Cr、40CrMo、40CrMnMo鋼。同時規(guī)定調(diào)質(zhì)后的半軸其金相組織淬透層應(yīng)呈回火索氏體或回火屈氏體，心部（從中心到花鍵底半徑四分之三范圍內(nèi)）允許有鐵素體存在。根據(jù)上述技術(shù)條件，選用40Cr鋼能滿足要求。同時應(yīng)指出，從汽車的整體性能來看，設(shè)計半軸時所采取的安全系數(shù)是比較小的。這是考慮到汽車超載運行而發(fā)生事故時，半軸首先破壞對保護后橋內(nèi)的主動齒輪不受損壞是有利的。從這一點出發(fā)，半軸又是一個易損件。3.半軸的工藝路線下料鍛造正火機械加工調(diào)質(zhì)盤部鉆孔磨花鍵4.熱處理工藝分析鍛造