机床相关零件的加工过程和热处理工艺

机床相关零件的加工过程和热处理工艺

机电1603班一组

组长：武建威

组员：高益波黄忠文王圣堃韩鹏鲁俊江

滚轴丝杠

武建威

一．.加工过程

（1）毛坯下料：就是根据工件所需的尺寸从整批材料上截取下与工件尺寸相符的材料的操作过程。

（2）球化退火：使钢中碳化物球化而进行的退火，得到在铁素体基体上均匀分布的球状或颗粒状碳化物的组织。球化退火的目的在于降低硬度，改善切削加工性能，并未后续热处理作组织准备。

（3）粗车外圆，螺纹：可选择普通车床和数控车床进行加工，大批量生产选择数控车床较经济，车螺纹选择直进法，所谓的直进法就是在加工过程中对刀具的Z轴（轴向方向）不进行改变，分次进给（直径方向），来完成螺纹的切削，此方法简单易操作，车出来的螺纹牙型准确。一般粗车之后留有2-3mm，

（4）半精车外圆，螺纹：使磨削滚珠丝杠的尺寸更接近图纸尺寸，并且精度的得到提高，一般半精车之后留有0.3mm的余量，为了后来的磨削加工，提高磨削滚珠丝杠的精度。（5）热处理淬火：中频淬火，通过淬火使滚珠丝杠表面得到较高的硬度，提高滚珠丝杠的耐磨性和使用寿命，滚珠丝杠常采用的材料为40CrMo钢和GCr15钢，就如GCr15钢淬透性好，可满足中频淬火硬化层要求，其中频淬火的关键问题是解决淬火变形。

（6）粗磨外圆，螺纹：采用中心式外圆磨削，工件用两顶尖装夹，磨削时按其两中心孔所构成的中心轴线旋转，使外圆达到较高的精度要求。粗磨螺纹选择专业的磨床和砂轮对滚珠丝杠进行磨削。

（7）精磨外圆，螺纹：采用磨床加工滚珠丝杠外圆，螺纹时为了保证精度，采用高精度，小粗糙度磨削，可代替研磨加工，提高加工效率和减轻劳动强度。但磨削加工时，对磨床的精度和运动平稳性，环境条件，砂轮的选用和修整，切削液的选择和浇注方式都有较高的要求。

由于滚珠丝杠大多采用表面淬硬的方式提高其高耐磨性，疲劳寿命和机械强度。而无论是低碳钢的铁素体带状偏析，或是轴承钢及中碳合金钢的网状渗碳体分布，均会导致材料的韧性显著下降和降低零件淬硬后性能。因此，在丝杠材料淬硬前的预先热处理是必不可少的。二、预热处理工艺

（1 ）正火处理

正火作为一种改善钢材组织，并提高其综合机械性能的手段，往往作为低，中碳钢在淬火前的预先热处理工艺。对低碳渗碳淬硬丝杠毛坯的正火工艺为：加热至Ac3+30~50℃，保温2~4h，快冷正火。在高温下正火，可使珠光体与铁素体在高温下全部转化为奥氏体，并在空冷过程中形成片状珠光体+铁素体（P+F），消除带状偏析。对合金含量较多的渗碳钢，如18Cr2Ni4W ，15CrNi3Mo（En39B），20CrNi2Mo（4320）等，其加工性能差，正火后需进行高温回火，可在正火后于620~680℃高温回火，改善组织及加工性能[1]。

对于轴承钢和中碳合金钢，由于Cr、Si等合金元素均会缩小γ相区，使共析点S左移，因此易形成较多网状碳化物，其正火工艺的具体操作为：Acm+30~50℃（常用920~940℃）保温

2~4h，快速空冷，使合金渗碳体弥散分布，并得到均匀的珠光体基体，对改善丝杠耐磨性、韧性、组织均匀性乃至于加工精度都有较好效果。

（2）球化退火

对于含碳量较高的轴承钢（GCr15）和中碳合金钢，由于碳含量及合金元素含量较高，属于过共析钢种，在正火后渗碳体网状分布往往不易轻易消除，因此需要进一步的球化退火以改善组织，消除网状Fe3CⅡ，并获得2~3级的球状珠光体。球化退火包括等温球化，低温球

化和调质球化等三种形式；等温球化退火工艺具体操作为：800~820℃下保温2~4h，炉冷至700~720℃下，保温4~8h，再随炉缓冷至500℃以下进行空冷；低温球化的具体操作为：710~740℃下保温4~8h，后随炉缓冷至500℃以下空冷；调质球化的具体操作为：Ac3+30~50℃保温后油淬，560~600℃高温回火。

经调质球化处理后，一般钢中的组织细致均匀，具良好强韧性。由于9Mn2V钢的回火稳定性较高，可不需正火，直接进行调质球化处理即可使渗碳体细粒状分布于铁素体基体，可降低约一半的预处理时间。

另外，工件经正火与球化处理及后续的机加工过程中都会产生或多或少的变形，导致表面硬化现象较为严重。一般应进行除应力退火处理，即在600~650℃下保温4~6h+炉内缓冷至250℃以下出炉，以消除残余应力，减小淬火变形。

3.滚珠丝杠的淬硬与回火处理

3.1 滚珠丝杠的淬硬方法

对于丝杠材料，往往硬度越高其耐磨性越大，使用寿命也就越高。而淬硬作为大幅度提高钢材强度和硬度的热处理工艺，是丝杠材料热处理工艺中最为重要的环节。随着近年来热处理工艺的进步，却来越多的淬硬技术被应用于轴承钢的生产，并得到了一定的效果。

（1）渗碳淬硬对低碳合金钢的渗碳包括固体、液体、气体渗碳，碳氮共渗，离子渗碳，脉冲真空渗碳等，目的是使钢件的表面获得高碳层，达到表面耐磨，心部强韧的效果，且不易产生脆性断裂。渗碳后最好是稍加冷却，预冷到820~840℃后油淬。由于渗碳后表面为细粒组织，合金碳化物尚未由奥氏体中析出，因此由930℃空冷至830℃可减轻合金渗碳体的网状析出；830℃后油淬，碳含量较高的表层可保留于马氏体和残余奥氏体中，无网状合金碳化物。

（2）中频表面淬硬丝杠在进行预先的正火和退火处理后，可在中频感应线圈中加热，表面淬硬后低温回火。此工艺一般可将工件硬度提高至HRC50以上，且表面淬硬，心部具良好韧性和强度，淬火变形不大，适于各类丝杠的制造，但工艺较繁琐。

（3）沿滚道加热浸液淬硬对于滚道深（8~12mm），螺距大的大型滚珠丝杠，沿外圆加热淬硬方法已不适用，因此可采用沿滚道高频感应加热，浸液淬硬的方法。其工艺原理如图3所示，感应线圈弯成两个半圆弧，顶端上翘项链，两个尾部插入高频或中频变压器次极，通水冷却。当开有滚道的丝杠装入浸液槽后，丝杠旋转一圈，螺纹沿卡子前进一牙。这样，沿滚道圆弧的小直径通关也加热淬硬一个滚道。感应圈为两个半圆弧，前一个起预热作用，后一个再加热。当被加热的滚道旋转推进时，加热到奥氏体状态的滚道离开感应加热线圈后，加热停止，槽中水溶液立即进入已加热过的滚道，形成淬硬。如此循环渐进，使丝杠滚道全部淬硬。

（4）激光滚道加热淬硬利用高能激光束加热淬硬工件的方法已在国内外广泛应用，有导轨淬硬，花键淬硬及齿轮齿面淬硬等不同方法。激光淬硬方法，是以功率密度小于

104W/cm2的激光束辐照经过预处理的工件，从而使工件表面以105~106的加热速度迅速上升至相变点以上，但输入的能量不会使表面熔化，一旦激光停止照射，通过基体自身热传导，以约105℃/s的冷却速度实现自激淬火，形成表面相变硬化层。根据文献[11~12]，50CrMo 材料经激光淬硬后硬度可达HRC62以上，GCr15的硬化层可达HRC76~77，40CrMo电梯绳轮钢淬硬层的硬度可达760HV。