畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-35鋼車床主軸的熱處理工藝設(shè)計(jì)

1、攀枝花學(xué)院學(xué)生課程設(shè)計(jì)論文題 目： 35鋼車床主軸的熱處理工藝設(shè)計(jì)學(xué)生姓名： X X 學(xué) 號(hào)： 20211110XXXX 所在院(系)： 材料工程學(xué)院 專 業(yè)： 20XX級(jí)材料成型及控制工程 班 級(jí)： 材料成型及控制工程1班 指 導(dǎo) 教 師： X X X 職稱： 講 師 2021年12月14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(jì)任務(wù)書題目35鋼制車床主軸熱處理工藝設(shè)計(jì)1、課程設(shè)計(jì)的目的使學(xué)生了解、設(shè)計(jì)35鋼車床主軸的熱處理工藝，融會(huì)貫穿相關(guān)專業(yè)課程理論知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)、分析問題和解決問題的能力。2、課程設(shè)計(jì)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 ：1明確設(shè)計(jì)任

2、務(wù)包括用途、服役條件及性能要求2繪出熱處理件零件圖3給出設(shè)計(jì)方案4寫出設(shè)計(jì)說明5設(shè)計(jì)質(zhì)量檢驗(yàn)工程6設(shè)計(jì)熱處理工藝卡片735鋼車床主軸的熱處理缺陷及預(yù)防或補(bǔ)救措施要求：1通過查找資料充實(shí)、完善各項(xiàng)給定的設(shè)計(jì)內(nèi)容。2分析熱處理過程中可能出現(xiàn)的缺陷，針對(duì)這些缺陷提出預(yù)防措施或補(bǔ)救措施。3提交設(shè)計(jì)說明書報(bào)告，2千字以上。報(bào)告格式請(qǐng)參照“畢業(yè)論文設(shè)計(jì)格式。3、主要參考文獻(xiàn)1 崔明擇主編.工程材料及其熱處理M. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2021.7.3王建安. 金屬學(xué)與熱處理M. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，19804 5 M.4、課程設(shè)計(jì)工作進(jìn)度方案第16周：對(duì)給定題目進(jìn)行認(rèn)真分析，查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，做好原始記

3、錄。 第17周：撰寫課程設(shè)計(jì)說明書，并進(jìn)行修改、完善，提交設(shè)計(jì)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： 接受任務(wù)時(shí)間： 年 月 日注：任務(wù)書由指導(dǎo)教師填寫。課程設(shè)計(jì)論文指導(dǎo)教師成績?cè)u(píng)定表題目名稱評(píng)分工程分值得分評(píng)價(jià)內(nèi)涵工作表現(xiàn)20%01學(xué)習(xí)態(tài)度6遵守各項(xiàng)紀(jì)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(shí)踐、調(diào)研7通過實(shí)驗(yàn)、試驗(yàn)、查閱文獻(xiàn)、深入生產(chǎn)實(shí)踐等渠道獲取與課程設(shè)計(jì)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(yùn)用知識(shí)的能力10能運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和技能去發(fā)現(xiàn)與解決實(shí)際問題，能正確處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，能對(duì)課題進(jìn)行理論分析，得出有價(jià)值

4、的結(jié)論。05應(yīng)用文獻(xiàn)的能力5能獨(dú)立查閱相關(guān)文獻(xiàn)和從事其他調(diào)研；能提出并較好地論述課題的實(shí)施方案；有收集、加工各種信息及獲取新知識(shí)的能力。06設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，方案的設(shè)計(jì)能力5能正確設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，獨(dú)立進(jìn)行裝置安裝、調(diào)試、操作等實(shí)驗(yàn)工作，數(shù)據(jù)正確、可靠；研究思路清晰、完整。07計(jì)算及計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力5具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)運(yùn)算與處理能力；能運(yùn)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行資料搜集、加工、處理和輔助設(shè)計(jì)等。08對(duì)計(jì)算或?qū)嶒?yàn)結(jié)果的分析能力綜合分析能力、技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析能力10具有較強(qiáng)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(jì)論文標(biāo)準(zhǔn)化程度5符合本專業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)定要求；標(biāo)準(zhǔn)化符合本文件第五條要求。1

5、0設(shè)計(jì)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(yán)謹(jǐn)合理；實(shí)驗(yàn)正確，分析處理科學(xué)。11創(chuàng)新10對(duì)前人工作有改良或突破，或有獨(dú)特見解。成績指導(dǎo)教師評(píng)語指導(dǎo)教師簽名： 年月日摘 要 主軸是機(jī)床上傳遞動(dòng)力的零件，常需承受彎曲、扭轉(zhuǎn)、疲勞、沖擊載荷的作用，同時(shí)在滑動(dòng)與轉(zhuǎn)動(dòng)部位還受到摩擦力的作用。因此，要求主軸具有高強(qiáng)度、硬度、足夠的韌性及疲勞強(qiáng)度、變形小等性能。而35號(hào)鋼為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)用鋼，硬度不高且容易切削加工，直接用在車床主軸上不太適宜，所以需要對(duì)35號(hào)鋼進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚怼Ｔ谥鬏S大端上需要使用鍛坯正火，消除毛坯的鍛造應(yīng)力，降低硬度以改善切削加工性能，然后再進(jìn)行調(diào)質(zhì)，使主軸具有

6、良好的綜合力學(xué)性能，最后經(jīng)過淬火后高溫回火，其硬度可達(dá)197229 HBS，提高主軸的硬度，使主軸能到達(dá)良好的工作性能。在錐孔進(jìn)行局部淬火使鍵槽部位不淬硬，提高耐磨性；在花鍵局部可采用高頻淬火減少變形并到達(dá)外表淬硬。車床主軸經(jīng)過適當(dāng)?shù)臒崽幚砉に?，可以到達(dá)良好的工作性能，使主軸能在正常的工作中有足夠的硬度，且在花鍵等局部有良好的耐磨性。關(guān)鍵詞：35鋼，車床主軸，熱處理工藝。 目 錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc5993 摘 要 HYPERLINK l _Toc29232 1、設(shè)計(jì)任務(wù)1 HYPERLINK l _Toc8146 1 HYPERLINK l _Toc1

7、7594 1 HYPERLINK l _Toc21897 2、設(shè)計(jì)方案2 HYPERLINK l _Toc18870 車床主軸設(shè)計(jì)的分析2 HYPERLINK l _Toc18899 2.2 HYPERLINK l _Toc577 2 HYPERLINK l _Toc665 2 HYPERLINK l _Toc18648 2 HYPERLINK l _Toc5047 3、設(shè)計(jì)說明3 HYPERLINK l _Toc16369 3 HYPERLINK l _Toc9134 3 HYPERLINK l _Toc21095 鍛坯正火4 HYPERLINK l _Toc16095 調(diào)質(zhì)4 HYPERL

8、INK l _Toc15421 錐孔及外錐體的局部淬火6 HYPERLINK l _Toc13763 3.2.4花鍵高頻淬火6 HYPERLINK l _Toc1667 4、分析與討論8 HYPERLINK l _Toc26041 5、結(jié)束語9 HYPERLINK l _Toc30567 6、熱處理工藝卡片10 HYPERLINK l _Toc2396 參 考 文 獻(xiàn)111 設(shè)計(jì)任務(wù)35鋼車床主軸熱處理工藝設(shè)計(jì) 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、

9、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，故軸頸無耐磨性要求。圖1 C6132臥式車床主軸零件圖2 設(shè)計(jì)方案由于是制造車床主軸，因此其工作環(huán)境較為惡劣，首先為密閉狀態(tài)；其次承受交變扭轉(zhuǎn)載荷，交變彎曲載荷或拉壓載荷，局部承受摩擦和磨損并且在特殊條件下受溫度和介質(zhì)作用。軸是機(jī)械中廣泛使用的重要結(jié)構(gòu)件，其主要作用是支撐傳動(dòng)零件并傳遞扭矩。軸的失效方式主要是疲勞斷裂和軸頸處磨損，有時(shí)也發(fā)生過載斷裂，個(gè)別情況下發(fā)生塑性變形或腐蝕失效。根據(jù)軸的工作條件及失效方式，軸的材料應(yīng)具備以下性能：高的疲勞強(qiáng)度，防止軸疲勞斷裂；優(yōu)良

10、的綜合力學(xué)性能，即強(qiáng)度和塑性，韌性有良好配合，以防止過載和沖擊斷裂；局部承受摩擦的部位應(yīng)具有高硬度和耐磨性，防止磨損失效；在特殊條件下工作的軸材料應(yīng)具有特殊性能，如蠕變抗力，耐腐蝕性等。35號(hào)鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼GB/T699-1999有良好的塑性和適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度，工藝性能較好，焊接性能尚可，大多在正火狀態(tài)和調(diào)質(zhì)狀態(tài)下使用。35號(hào)碳素結(jié)構(gòu)鋼，它的強(qiáng)度卻有54，HRC是38-45。3 設(shè)計(jì)說明35鋼制造機(jī)床熱處理工藝設(shè)計(jì)的熱加工工藝流程經(jīng)過許屢次改良形成如下的工藝流程: 下料鍛造預(yù)備熱處理機(jī)械加工調(diào)質(zhì)淬火+低溫回火平磨組裝。35鋼屬于低碳鋼，其成分如下表.表1 35鋼的化學(xué)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%CMnPSCr

11、NiCuSi0.320.390.50.80成分分析：Mn是良好的脫氧劑和脫硫劑。它能消除或減弱由于硫所引起的鋼的熱脆性，從而改善鋼的熱加工性能。Mn和Fe形成固溶體，提高鋼中鐵素體和奧氏體的硬度和強(qiáng)度，經(jīng)固溶處理后有良好的韌性，當(dāng)受到?jīng)_擊而變形時(shí)，外表層將因變形而強(qiáng)化，具有高的耐磨性；同時(shí)又是碳化物形成元素，進(jìn)入滲碳體中取代一局部鐵原子。Si能溶于鐵素體和奧氏體中提高鋼的硬度和強(qiáng)度。硅能提高鋼的彈性極限、屈服強(qiáng)度和屈服比(s/b),以及疲勞強(qiáng)度和疲勞比(-1/b)等。 硅能促使鐵素體晶粒粗化，降低矯頑力。車床主軸適合一般力學(xué)性能，根據(jù)對(duì)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：

12、1)整體調(diào)質(zhì)后硬度為197229 HBW；2)內(nèi)錐孔和外錐體硬度為455O HRC；3)花鍵局部硬度為4853 HRC3。 在進(jìn)行熱處理前，我們結(jié)合車床主軸的力學(xué)性能以及35號(hào)鋼的特點(diǎn)，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到達(dá)車床主軸的性能要求。鍛坯正火鍛坯正火的作用在進(jìn)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(shí)也均勻組織、細(xì)化晶粒，以利于切削加工，并為下一步的熱處理作組織準(zhǔn)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。熱處理工藝經(jīng)過鍛坯正火后，材料的組織到達(dá)了良好的熱處理效果，所以需要

13、我們?cè)僮龀鲞m當(dāng)?shù)臒崽幚韥淼竭_(dá)材料需要的硬度，熱處理工藝如下：a.鍛坯正火的溫度應(yīng)該保持在85010 。15 h，空冷。(額定溫度950)。217 HBW3。操作技巧在這個(gè)過程中，材料可能會(huì)受到很多原因而不能滿足我們的要求，所以需要我們有很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(shí)工件必須相互間隔20 mm 以上空冷，也可用風(fēng)扇強(qiáng)制冷卻，以確保冷卻速度100h。調(diào)質(zhì)目的在進(jìn)行調(diào)質(zhì)過程中我們的目的是獲得均勻細(xì)密的回火索氏體組織，細(xì)密的索氏體金相組織有利于零件精加工后獲得光潔的外表。同時(shí)，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(dá)220250

14、 HBS。熱處理工藝材料進(jìn)行調(diào)質(zhì)過后，硬度到達(dá)了220250 HBS，然后我們需要進(jìn)行熱處理工藝，其如下：84010 。15 h，水冷。580l0 。225 h，空冷。(額定溫度950)。22025O HBS。820860120200空冷35水淬T時(shí)間r/min 圖2 調(diào)質(zhì)淬火工藝曲線圖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(jìn)行調(diào)質(zhì)，確保調(diào)質(zhì)層的有效保存。調(diào)質(zhì)熱處理多件集中裝爐時(shí)，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。3.2.3錐孔及外錐體的局部淬火局部淬火方式外錐體鍵槽部位不淬硬，

15、應(yīng)用石棉繩等物填充加以保護(hù)，錐孔和外錐體局部可采用鹽浴快速加熱并水淬，經(jīng)回火后，其硬度應(yīng)達(dá)45 HRC。 熱處理工藝熱處理工藝：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(cè)：硬度4550 HRC3。鋼的理想淬火冷卻曲線如下圖 Ac3 Ac1 A AP AB Ms圖3 操作技巧采用超過35鋼正常淬火溫度的900進(jìn)行快速加熱，使錐孔及外錐體的外表快速到達(dá)淬火溫度，進(jìn)行淬火冷卻，可以保證錐孔及外錐體外表的硬度和性能要求，又可減小錐孔及外錐體的局部加熱對(duì)軸頸部位的影響，減小熱處理變形量?；?/p>

16、鍵高頻淬火淬火方式花鍵局部可采用高頻淬火以減少變形并到達(dá)外表淬硬，經(jīng)回火后，外表硬度可達(dá)4853 HRC。花鍵高頻淬火工藝參數(shù) 花鍵高頻淬火工藝參數(shù)如下表：表2 花鍵高頻淬火工藝參數(shù)設(shè)備GP100一L3高頻淬火機(jī)床加熱頻率25O kHz工件轉(zhuǎn)速350 rmin燈絲電壓33 V移動(dòng)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(jí)電流槽路電壓5 000 V感應(yīng)器型號(hào)55 mm 10 mm(內(nèi)徑高度) 花鍵回火工藝參數(shù) 花鍵回火工藝參數(shù)如下表：表3 花鍵回火工藝參數(shù)回火設(shè)備空氣回火爐回火溫度180保溫時(shí)間6 h檢測(cè)技術(shù)條件檢驗(yàn)

17、方法硬度4853 HRC洛氏硬度計(jì)機(jī)檢允許變形量O30 mm頂尖、百分表檢查 操作技巧由于花鍵部位存在直角過渡，為防止淬硬層過深，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(jìn)行淬火，淬硬層深度可達(dá)12mm。同時(shí)，淬火后的及時(shí)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(jī)床，工件的重心應(yīng)偏下，所以應(yīng)將主軸的錐頭置于機(jī)床下方的旋轉(zhuǎn)卡盤或頂尖上(采用卡盤時(shí)，必須配置相應(yīng)的夾持工裝；采用頂尖時(shí)，必須配置與內(nèi)錐孔相配合的錐桿，以帶動(dòng)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

18、。對(duì)于變形量超標(biāo)的產(chǎn)品，盡量采用磨削加工保證。4 分析與討論缺陷及防治措施：主軸是機(jī)床上傳遞動(dòng)力的零件，常需承受彎曲、扭轉(zhuǎn)、疲勞、沖擊載荷的作用，同時(shí)在滑動(dòng)與轉(zhuǎn)動(dòng)部位還受到摩擦力的作用。因此，要求主軸具有高強(qiáng)度、硬度、足夠的韌性及疲勞強(qiáng)度、變形小等性能。而35號(hào)鋼為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)用鋼，硬度不高且容易切削加工，直接用在車床主軸上不太適宜，所以需要對(duì)35號(hào)鋼進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚?。在主軸大端上需要使用鍛坯正火，消除毛坯的鍛造應(yīng)力，降低硬度以改善切削加工性能，然后再進(jìn)行調(diào)質(zhì)，使主軸具有良好的綜合力學(xué)性能，最后經(jīng)過淬火后高溫回火，其硬度可達(dá)197229HBS，提高主軸的硬度，使主軸能到達(dá)良好的工作性能。5 結(jié)

19、束語 總之，由于軸較長，且錐孔與外錐體對(duì)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(jìn)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(jìn)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。前段時(shí)間在沒有認(rèn)真學(xué)習(xí)金屬學(xué)時(shí)，我覺得這個(gè)課程設(shè)計(jì)很難很難，但現(xiàn)在經(jīng)過我對(duì)金屬學(xué)的充分認(rèn)識(shí)，我重新把車床主軸的設(shè)計(jì)完成了一遍，也從中發(fā)現(xiàn)了很多原作者的問題，使我從中吸取了精華局部。金屬學(xué)都是理論上的成型工藝，在實(shí)際生產(chǎn)中肯定還有許多細(xì)節(jié)問題需要我們?nèi)ソ鉀Q和改良。在這次的課程設(shè)計(jì)中，發(fā)揮出了自己單獨(dú)設(shè)計(jì)35鋼制造車床主軸熱處理工藝設(shè)計(jì)能力和綜合運(yùn)用書本知識(shí)，體會(huì)了學(xué)以致用、突出自己勞動(dòng)成果的喜悅心情，尤其是熱處理加工工