毕业设计(论文)-40MnB车床主轴热处理工艺设计

攀枝花学院

学生课程设计（论文）

题目: 40MnB车床主轴热处理工艺设计

学生姓名： X X X

学号： 20111110XXXX 所在院(系)：材料工程学院

专业： 20XX级材料成型及控制工程

班级：材料成型及控制工程1班

指导教师： X X X 职称：讲师

2013年12月14日

攀枝花学院教务处制

攀枝花学院本科学生课程设计任务书

注：任务书由指导教师填写。

课程设计（论文）指导教师成绩评定表

摘要

本课设计了40MnB车床主轴热处理工艺设计。在实际生产中遇到需要用40MnB钢替代 40Cr或 45钢的情况。40MnB具有较高的强度、硬度、耐磨性及良好的韧性，正火可促进组织球化，改进硬度小于160HBS毛坯的切削性能。在温度550~570℃进行回火，该钢具有最佳的综合力学性能。该钢的淬透性高于40Cr钢，适合于高频淬火，火焰淬火等表面硬化处理等。用作汽车上的转向臂、转向节、转向轴、半轴、蜗杆、花键轴、刹车调整臂等，也可代替40Cr钢制造较大截面的零件。

车床主轴指的是机床上带动工件或刀具旋转的轴。通常由主轴、轴承和传动件（齿轮或带轮）等组成主轴部件。主轴是机床上传递动力的零件，常需承受弯曲、扭转、疲劳、冲击载荷的作用，同时在滑动与转动部位还受到摩擦力的作用。因此，要求主轴具有高强度、硬度、足够的韧性及疲劳强度、变形小等性能。而45号钢为优质碳素结构用钢，硬度不高且容易切削加工，直接用在车床主轴上不太合适，所以需要对40MnB进行适当的热处理。

关键词：40MnB，车床主轴，热处理工艺，二次调质，淬火。

目录

摘要

1、设计任务

1.1设计任务

1.2设计的技术要求

2、设计方案

2.1 车床主轴设计的分析

2.1.1工作条件

2.1.2失效形式

2.1.3性能要求

2.2 40MnB的化学成分及分析

3、设计说明

3.1加工工艺流程

3.2具体热处理工艺

3.2.1预备热处理工艺

3.2.2双重淬火

3.3 花键高频淬火

3.3.1 淬火方式

3.3.2 花键高频淬火工艺参数

3.3.3 花键回火工艺参数

4、设计质量检验项目

4.1主轴的精度检测

4.1.1主轴的技术条件

4.1.2主轴零件的检测方法

5、40MnB车床主轴的热处理缺陷及预防或补救措施

6、分析与讨论

7、结束语

8、热处理工艺卡片

参考文献

1 设计任务

1.1设计任务

40MnB车床主轴的热处理工艺设计

1.2设计的技术要求

40MnB具有较高的强度、硬度、耐磨性及良好的韧性，经过二次淬火，回火等一系列处理后 ,40MnB钢的各项热处理性能指标均能满足生产实际中的要求 ,实践证明该材质的替代性能非常好，在锥孔进行局部淬火使键槽部位不淬硬，提高耐磨性；在花键部分可采用高频淬火减少变形并达到表面淬硬。车床主轴经过适当的热处理工艺，可以达到良好的工作性能，使主轴能在正常的工作中有足够的硬度，且在花键等部分有良好的耐磨性。因此，在实际生产中遇到需要用 40MnB钢替代 40Cr或 45钢的情况。

2 设计方案

2.1车床主轴设计的分析

2.1.1工作条件

①传递扭矩，承受交变扭转载荷，往往还受有交变弯曲应力。有时还承受拉-压轴向载荷作用。

②轴颈处及花键等滑动表面处，承受着较大的摩擦和磨损。

③主轴还承受着一定的冲击载荷的作用。

2.1.2失效形式

主要失效形式为

①承受摩擦与磨损失效。

由于轴相对运动的表面如轴颈处过度磨损或润滑不良等导致磨损失效。例如带内锥孔或外锥孔的主轴，工作时配合件虽无相对滑动，但频繁装拆，易于使锥面拉毛磨损；特别是主轴和滑动轴承相配的轴颈，由于润滑不良，轴承材料选择不当、结构设计不合理、加工精度不够、装配不良，间隙不均或嵌入杂质微粒等都有可能发生咬死（即抱轴），使轴颈工作面咬伤，这是机床主轴正常情况下常见的失效形式。

②疲劳断裂

疲劳断裂是机械零件再循环变应力作用下，将会出现的疲劳断裂。所有机械零件在工作过程中的实效疲劳断裂与断裂失效的50%~90%，疲劳断裂一般会发生突然，危害性大，疲劳断裂是发生在零件的局部应力区，某些晶粒在变应力作用下形成微裂纹，随着循环数的增加，裂纹继续扩展，导致最终疲劳断裂。真对疲劳断裂的特点，可以采用各种强化方法来提高零件的抗疲劳力。

③变形失效

变形失效主要有弹性和塑形变形失效

弹性变形失效是零件因过量弹性变形产生的失效。主要是指失去弹性的能力，属于功能失效。引起弹性变形的原因是零件的刚度不够，零件的刚度，除结构因素外，。还取决与材料的弹性模量，因此要预防弹性变形失效，因选择弹性模量高的材料制作零件。

塑形变形失效是零件因过量塑形变形产生的失效，主要由于应力过大造成的。；零件产生的塑形变形，是由于实际工作应力超过了这种材料的屈服强度。再设计装配使用正常情况下，应考虑选用高屈服强度的材料。

2.1.3性能要求

①高的疲劳强度，防止轴疲劳断裂。

②良好的综合力学性能，即强度和塑形，韧性有良好的配合，以防止过载和冲击断裂。

③高的硬度、热硬性、热强度和良好的耐磨性，以增强抗咬死能力，防止轴颈、花键等局部承受摩擦的部位过度磨损或咬死。

2.2 40MnB的化学成分及分析

①40MnB的化学成分：

碳 C ：0.37～0.44

硅 Si：0.17～0.37

锰 Mn：1.10～1.40

硫 S ：允许残余含量≤0.35

磷 P ：允许残余含量≤0.35

铬 Cr：允许残余含量≤0.30

镍 Ni：允许残余含量≤0.30

铜 Cu：允许残余含量≤0.30

硼 B ：0.0005～0.0035

②成分分析：

Mn是良好的脱氧剂和脱硫剂。它能消除或减弱由于硫所引起的钢的热脆性，从而改善钢的热加工性能。Mn和Fe形成固溶体，提高钢中铁素体和奥氏体的硬度和强度，经固溶处理后有良好的韧性，当受到冲击而变形时，表面层将因变形而强化，具有高的耐磨性；同时又是碳化物形成元素，进入渗碳体中取代一部分铁原子。

Si能溶于铁素体和奥氏体中提高钢的硬度和强度。硅能提高钢的弹性极限、屈服强度和屈服比(σs/σb),以及疲劳强度和疲劳比(σ-1/σb)等。硅能促使铁素体晶粒粗化，降低矫顽力。