钢车床主轴的热处理工艺设计

《金属学与热处理》课程设计报告

45钢车床主轴的热处理工艺设计

学院化学工程与现代材料

专业金属材料工程

姓名高治峰

学号

指导教师张美丽

完成时间

目录

摘要 (1)

1 引言 (2)

2 设计分析

2.1车床的使用工况及性能要求析 (3)

2.2 45号钢的成分及性能点 (3)

2.2.1 45号钢的元素成分及其作用 (4)

2.2.245号钢的性能 (4)

2.3 热处理技术条件 (5)

2.3.1加工工艺路线 (5)

3 热处理工艺分析

3.1 锻坯正火 (5)

(5)

3.1.2 热处理工艺 (5)

3.1.3 操作技巧 (5)

3.2调质 (6)

3.2.1 调质目的 (6)

3.2.2 热处理工艺 (6)

3.2.3 操作技巧 (6)

3.3 锥孔及外锥体的局部淬火 (6)

3.3.1 局部淬火方式 (6)

3.3.2 热处理工艺 (6)

3.3.3 操作技巧 (6)

3.4 花键高频淬火 (6)

3.4.1 淬火方式 (6)

3.4.2 花键高频淬火工艺参数 (7)

3.4.3 花键回火工艺参数 (7)

3.4.4 操作技巧 (7)

4 结语 (8)

参考文献 (9)

摘要

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45号钢进行适当的热处理。在主轴大端上需要使用锻坯正火，消除毛坯的锻造应力，降低硬度以改善切削加工性能，然后再进行调质，使主轴具有良好的综合力学性能，最后经过淬火后高温回火，其硬度可达220～250 HBS，提高主轴的硬度，使主轴能达到良好的工作性能。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。

引言

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。在机器中主要用来支撑传动零件如齿轮、带轮，传递运动及扭矩，如机床主轴；有的用来装夹工件，如心轴。除了刨床、拉床等主运动为直线运动的机床外，大多数机床都有主轴部件。主轴部件的运动精度和结构刚度是决定加工质量和切削效率的重要因素。衡量主轴部件性能的指标主要是旋转精度、刚度和

速度适应性。①旋转精度：主轴旋转时在影响加工精度的方向上出现的径向和轴向跳动（见形位公差），主要决定于主轴和轴承的制造和装配质量。②动、静刚度：主要决定于主轴的弯曲刚度、轴承的刚度和阻尼。③速度适应性：允许的最高转速和转速范围，主要决定于轴承的结构和润滑，以及散热条件。

通过对车床主轴的工作条件及性能要求分析，根据要求选用适当的材料，通过对45号钢的材料成分特点及性能特点，确定车床主轴的热处理工艺。首先，分析零件的使用工况及性能，根据要求选用材料；然后，确定加工工艺流程，针对流程中的具体热处理工艺查看热处理手册查找钢种的方法、参数等做出设计。最后，根据钢种设计写出总结。

关键词：45号钢，车床主轴，热处理工艺。

2 设计分析

2.1车床的使用工况及性能要求分析

图1为C6132卧式车床主轴零件简图。该轴承受交变弯曲应力与扭应力，但由于承受的载荷与转速均不高，冲击作用也不大，故具有一般综合力学性能即可。但在主轴大端的内锥孔和外锥体，因常与卡盘、顶尖有相对摩擦；花键部位与齿轮有相对滑动，故这些部位要求较高的硬度与耐磨性；主轴在滚动轴承中运转，工作时因轴颈与轴承不发生摩擦，故轴颈无耐磨性要求。

通常,对于要求高强度、硬度和疲劳强度且形状畸变小的主轴 ,多采用38CrMoAlA 钢;受冲击大的常用 20Cr 、20Mn2B 渗碳钢; 重载下工作的常用20CrMn Ti 、12CrNi3A 高合金渗碳钢 ; 高精度磨床、镗床主轴采用 9Mn2V 、GCr15 钢。本零件根据其工作受力及性能要求 ,可选用 45 、40Cr 或 42CrMo 钢 ,考虑到原材料成本及加工复杂情况 ,选用45钢锻件毛坯制造即可。

2.2 45号钢的成分及性能特点

2.2.1 45号钢的元素成分及其作用

45号钢的元素成分及作用

主要成分为Fe（铁元素），且含有以下少量元素：

C：0.42~0.50% Si：0.17~0.37% Mn：0.50~0.80%

P：≤0.035% S：≤0.035% Cr：≤0.25% Ni：≤0.25% Cu：≤0.25%

2.2.2 45号钢的性能

为了了解45号钢的性能我们查热处理手册得到的标准性能如下：

按照GB/T699-1999标准规定的45钢推荐热处理制度为850℃正火、840℃淬火、600℃回火，达到的性能为屈服强度≥355MPa。而标准规定的抗拉强度为600MPa，屈服强度为355MPa，伸长率为16％，断面收缩率为40％，冲击功为39J 。所以需要我们根据45号钢的标准规定根据要求进行热处理。

2.3 热处理技术条件

车床主轴适合一般力学性能，根据对该轴工作条件的分析，以及结合选材情况，热处理技术条件如下：

1)整体调质后硬度为220～250 HBW；

2)内锥孔和外锥体硬度为45～5O HRC；

3)花键部分硬度为48～53 HRC[3]。

在进行热处理前，我们结合车床主轴的力学性能以及45号钢的特点，我们做出了热处理技术的条件，所以在热处理中，我们必须根据条件选择适合的热处理方式来达到车床主轴的性能要求。

2.3.1加工工艺路线

备锻造毛坯→正火→机械粗加工→调质→机械半精加工→锥孔及外锥体的局部淬火、回火→粗磨(外圆、锥孔、外锥体) →铣花键→花键高频淬火、回火→精磨(外圆、锥孔、外锥体) 。

3 热处理工艺分析

3．1 锻坯正火

3.1.1 锻坯正火的作用

在进行热处理过程中，锻坯正火可以消除毛坯的锻造应力，降低材料的硬度以改善切削加工性能，同时也均匀组织、细化晶粒，以利于切削加工，并为下一步的热处理作组织准备。这一步是热处理的前奏，所以在热处理工艺中有着至关重要的作用。

3.1.2 热处理工艺