1、攀枝花學院學生課程設計（論文）題 目： 40鋼車床主軸的熱處理工藝設計學生姓名： x x x 學 號： xxxxxxxxx 所在院(系)： 材料工程學院 專 業： 20xx級材料成型及控制工程 班 級： 材料成型及控制工程 指 導 教 師： x x x 職稱： 講 師 2013年12月16日攀枝花學院教務處制攀枝花學院本科學生課程設計任務書題目40鋼車床主軸的熱處理工藝設計1、課程設計的目的使學生了解、設計40鋼車床主軸的熱處理工藝，融會貫通相關專業課程理論知識，培養學生綜合運用所學知識、分析問題和解決問題的能力。2、課程設計的內容和要求（包括原始數據、技術要求、工作要求等）內容 ：（1）明確

2、設計任務（包括用途、服役條件及性能要求）（2）繪出熱處理件零件圖（3）給出設計方案（4）寫出設計說明（5）設計質量檢驗項目（6）設計熱處理工藝卡片（7）40鋼車床主軸的熱處理缺陷及預防或補救措施要求：（1）通過查找資料充實、完善各項給定的設計內容。（2）分析熱處理過程中可能出現的缺陷，針對這些缺陷提出預防措施或補救措施。（3）提交設計說明書（報告），2千字以上。報告格式請參照“畢業論文（設計）”格式。3、主要參考文獻1 夏立芳主編. 金屬熱處理工藝學. 哈爾濱: 哈爾濱工業大學出版社, 20052 中國機械工程學會熱處理分會熱處理工程師手冊機械工業出版社2003第一版.3 張玉庭主編熱處理技師

3、手冊機械工業出版社2006第一版4 中國機械工程學會熱處理學會熱處理手冊機械工業出版社2003第三版.4、課程設計工作進度計劃第十四周：對給定的題目進行認真分析，查閱相關文獻資料，做好原始記錄。第十五周：撰寫課程設計說明書，并進行修改、完善，提交設計說明書。指導教師（簽字）孫青竹日期2013年11 月 25 日教研室意見：年 月 日學生（簽字）： 接受任務時間： 年 月 日注：任務書由指導教師填寫。課程設計（論文）指導教師成績評定表題目名稱評分項目分值得分評價內涵工作表現20%01學習態度6遵守各項紀律，工作刻苦努力，具有良好的科學工作態度。02科學實踐、調研7通過實驗、試驗、查閱文獻、深入生

4、產實踐等渠道獲取與課程設計有關的材料。03課題工作量7按期圓滿完成規定的任務，工作量飽滿。能力水平35%04綜合運用知識的能力10能運用所學知識和技能去發現與解決實際問題，能正確處理實驗數據，能對課題進行理論分析，得出有價值的結論。05應用文獻的能力5能獨立查閱相關文獻和從事其他調研；能提出并較好地論述課題的實施方案；有收集、加工各種信息及獲取新知識的能力。06設計（實驗）能力，方案的設計能力5能正確設計實驗方案，獨立進行裝置安裝、調試、操作等實驗工作，數據正確、可靠；研究思路清晰、完整。07計算及計算機應用能力5具有較強的數據運算與處理能力；能運用計算機進行資料搜集、加工、處理和輔助設計等。

5、08對計算或實驗結果的分析能力（綜合分析能力、技術經濟分析能力）10具有較強的數據收集、分析、處理、綜合的能力。成果質量45%09插圖（或圖紙）質量、篇幅、設計（論文）規范化程度5符合本專業相關規范或規定要求；規范化符合本文件第五條要求。10設計說明書（論文）質量30綜述簡練完整，有見解；立論正確，論述充分，結論嚴謹合理；實驗正確，分析處理科學。11創新10對前人工作有改進或突破，或有獨特見解。成績指導教師評語指導教師簽名： 年月日目錄摘要 .11 引言.22 設計分析2.1車床的使用工況及性能要求析.32.2 40號鋼的成分及性能點.32.2.1 40號鋼的元素成分及其作用.32.2.2 4

6、0號鋼的性能.32.3 熱處理技術條件.43 熱處理工藝分析3.1 鍛坯正火.53.1.1鍛坯正火的作用.53.1.2 熱處理工藝.53.1.3 操作技巧.53.2調質.53.2.1 調質目的53.2.2 熱處理工藝.53.2.3 操作技巧.63.3 錐孔及外錐體的局部淬火63.3.1 局部淬火方式.63.3.2 熱處理工藝.63.3.3 操作技巧.63.4 花鍵高頻淬火73.4.1 淬火方式73.4.2 花鍵高頻淬火工藝參數73.4.3 花鍵回火工藝參數.73.4.4 操作技巧.83.5 40鋼選擇及加工路線和熱處理 .8 3.5.1 材料選擇 .8 結語9參考文獻.9摘要主軸是機床上傳遞動

7、力的零件，常需承受彎曲、扭轉、疲勞、沖擊載荷的作用，同時在滑動與轉動部位還受到摩擦力的作用。因此，要求主軸具有高強度、硬度、足夠的韌性及疲勞強度、變形小等性能。而45號鋼為優質碳素結構用鋼，硬度不高且容易切削加工，直接用在車床主軸上不太合適，所以需要對45號鋼進行適當的熱處理。在主軸大端上需要使用鍛坯正火，消除毛坯的鍛造應力，降低硬度以改善切削加工性能，然后再進行調質，使主軸具有良好的綜合力學性能，最后經過淬火后高溫回火，其硬度可達220250 hbs，提高主軸的硬度，使主軸能達到良好的工作性能。在錐孔進行局部淬火使鍵槽部位不淬硬，提高耐磨性；在花鍵部分可采用高頻淬火減少變形并達到表面淬硬。車

8、床主軸經過適當的熱處理工藝，可以達到良好的工作性能，使主軸能在正常的工作中有足夠的硬度，且在花鍵等部分有良好的耐磨性。1 引言通過對車床主軸的工作條件及性能要求分析，根據要求選用適當的材料，通過對40號鋼的材料成分特點及性能特點，確定車床主軸的熱處理工藝。首先，分析零件的使用工況及性能，根據要求選用材料；然后，確定加工工藝流程，針對流程中的具體熱處理工藝查看熱處理手冊查找鋼種的方法、參數等做出設計。最后，根據鋼種設計寫出總結。關鍵詞：40號鋼，車床主軸，熱處理工藝。2 設計分析2.1車床的使用工況及性能要求分析圖1為c6132臥式車床主軸零件簡圖。該軸承受交變彎曲應力與扭應力，但由于承受的載荷

9、與轉速均不高，沖擊作用也不大，故具有一般綜合力學性能即可。但在主軸大端的內錐孔和外錐體，因常與卡盤、頂尖有相對摩擦；花鍵部位與齒輪有相對滑動，故這些部位要求較高的硬度與耐磨性；主軸在滾動軸承中運轉，工作時因軸頸與軸承不發生摩擦，故軸頸無耐磨性要求。圖1 c6132臥式車床主軸零件圖2.2 40號鋼的成分及性能特點2.2.1 40號鋼的元素成分及其作用45號鋼的元素成分及作用如下表：表2.1 45號鋼的元素成分及作用1元素csimncr含量0.420.50%0.170.37%0.500.80%=0.25%作用固溶強化提高淬透性提高回火穩定性2.2.2 40號鋼的性能為了了解40號鋼的性能我們查熱

10、處理手冊得到的標準性能如下：按照gb/t699-1999標準規定的40鋼推薦熱處理制度為850正火、840淬火、600回火，達到的性能為屈服強度355mpa。而標準規定的抗拉強度為600mpa，屈服強度為355mpa，伸長率為16，斷面收縮率為40，沖擊功為39j 2。所以需要我們根據40號鋼的標準規定根據要求進行熱處理。2.3 熱處理技術條件車床主軸適合一般力學性能，根據對該軸工作條件的分析，以及結合選材情況，熱處理技術條件如下：體調質后硬度為220250 hbw；錐孔和外錐體硬度為455o hrc；鍵部分硬度為4853 hrc3。 在進行熱處理前，我們結合車床主軸的力學性能以及45號鋼的特

11、點，我們做出了熱處理技術的條件，所以在熱處理中，我們必須根據條件選擇適合的熱處理方式來達到車床主軸的性能要求。3 熱處理工藝分析31 鍛坯正火3.1.1 鍛坯正火的作用在進行熱處理過程中，鍛坯正火可以消除毛坯的鍛造應力，降低材料的硬度以改善切削加工性能，同時也均勻組織、細化晶粒，以利于切削加工，并為下一步的熱處理作組織準備。這一步是熱處理的前奏，所以在熱處理工藝中有著至關重要的作用。3.1.2 熱處理工藝經過鍛坯正火后，材料的組織達到了良好的熱處理效果，所以需要我們再做出適當的熱處理來達到材料需要的硬度，熱處理工藝如下：坯正火的溫度應該保持在85010 。鍛坯正火過程中應該保溫15 h，空冷。

12、用的設備為井式爐或箱式爐(額定溫度950)。測時的硬度應小于或者等于217 hbw3。3.1.3 操作技巧在這個過程中，材料可能會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，出爐時工件必須相互間隔20 mm 以上空冷，也可用風扇強制冷卻，以確保冷卻速度100h。3.2 調質3.2.1 調質目的在進行調質過程中我們的目的是獲得均勻細密的回火索氏體組織，細密的索氏體金相組織有利于零件精加工后獲得光潔的表面。同時，也使主軸具有良好的綜合力學性能，經淬火后高溫回火，其硬度可達220250 hbs。3.2.2 熱處理工藝材

13、料進行調質過后，硬度達到了220250 hbs，然后我們需要進行熱處理工藝，其如下：1） 淬火時的溫度應該保持在84010 。2） 淬火過程中應該保溫15 h，水冷。3） 回火時溫度應該保持在580l0 。4） 回火時應該保溫225 h，空冷。5）調質使用的設備為井式爐(額定溫度950)。6）檢測時硬度22025o hbs。33.2.3 操作技巧由于工件尺寸超過40鋼淬火水冷的臨界尺寸，因此淬火前主軸各部位需經粗加工，留4 5 mm(包括內孔)加工余量進行調質，確保調質層的有效保留。調質熱處理多件集中裝爐時，應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。33 錐孔及外

14、錐體的局部淬火3.3.1 局部淬火方式外錐體鍵槽部位不淬硬，應用石棉繩等物填充加以保護，錐孔和外錐體部分可采用鹽浴快速加熱并水淬，經回火后，其硬度應達45 hrc。3.3.2 熱處理工藝熱處理工藝：淬火90010 ，保溫20 min，水冷。設備：鹽浴爐(額定溫度950)。回火：180200 ，保溫225 h，空冷。設備：硝鹽回火爐(額定溫度600)。檢測：硬度4550 hrc3。3.3.3 操作技巧采用超過45鋼正常淬火溫度的900進行快速加熱，使錐孔及外錐體的表面快速達到淬火溫度，進行淬火冷卻，可以保證錐孔及外錐體表面的硬度和性能要求，又可減小錐孔及外錐體的局部加熱對軸頸部位的影響，減小熱處

15、理變形量。34 花鍵高頻淬火3.4.1 淬火方式花鍵部分可采用高頻淬火以減少變形并達到表面淬硬，經回火后，表面硬度可達4853 hrc。3.4.2 花鍵高頻淬火工藝參數 花鍵高頻淬火工藝參數如下表：表3.1 花鍵高頻淬火工藝參數4設備gp100一l3高頻淬火機床加熱頻率25o khz工件轉速350 rmin燈絲電壓33 v移動速度2 mins陽極電壓12000 v加熱溫度85010陽極電流7 a冷卻介質及冷卻方式25清水(o3mpa)噴淋冷卻柵級電流1.2a槽路電壓5 000 v感應器型號55 mm 10 mm(內徑高度)3.4.3 花鍵回火工藝參數 花鍵回火工藝參數如下表：表3.2 花鍵回火

16、工藝參數5回火設備空氣回火爐回火溫度180保溫時間6 h檢測技術條件檢驗方法硬度4853 hrc洛氏硬度計機檢允許變形量o30 mm頂尖、百分表檢查3.4.4 操作技巧由于花鍵部位存在直角過渡，為避免淬硬層過深，應力集中造成尖角開裂，一般采用高頻而不是中頻設備進行淬火，淬硬層深度可達12mm。同時，淬火后的及時回火，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床，工件的重心應偏下，所以應將主軸的錐頭置于機床下方的旋轉卡盤或頂尖上(采用卡盤時，必須配置相應的夾持工裝；采用頂尖時，必須配置與內錐孔相配合的錐桿，以帶動主軸均勻旋轉)，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

17、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。對于變形量超標的產品，盡量采用磨削加工保證。3.5.1材料的選擇主軸是車床上傳遞動力的零件，傳遞著動力和各種負荷，它的合理選材直接影響整臺車床的精度和使用壽命。其主要實效形式如下：1 受橫向力并傳遞扭矩，承受交變彎曲應力和扭應力，常常發生疲勞斷裂。2、軸頸和花鍵等部位發生相對運動，承受較大的摩擦，軸頸表面產生過量的磨損。3、承受一定的過載和沖擊和載荷，產生過量彎曲變形，甚至發生折斷或扭斷。所以所選的材料應滿足：良好的綜合力學性能，即具有較高的強度剛度、足夠的韌性、疲勞強度、變形小及對應力集中的敏感性低等性能以防

18、止過載和沖擊斷裂，還要有良好的切削加工性，高的表面硬度和良好的耐磨性，以防止軸頸摩損。在設計時要充分考慮：1、主軸的工作特性和技術要求。主軸的摩檫和磨損情況;主軸的載荷大小和載荷性質。2、主軸熱處理的要求。主軸的工作狀況;主軸精密度和光潔度;主軸彎曲載荷和扭轉力矩;主軸轉速;主軸有無沖擊載荷。3、主軸熱處理加工工藝實行的可能性以及經濟性。軸的常用材料為碳素鋼和合金鋼。合金鋼比碳素鋼具有更高的機械性能和更好的熱處理性能。含不同合金的鋼可獲得各種特殊性能。因此，對于載荷大并要求尺寸小，重量輕、耐高溫或耐磨性、抗腐蝕性能要求高的軸可采用合金鋼。合金鋼對應力集中的敏感性高，因此設計時應從結構上避免或減

19、小應力集中，并降低其表面粗糙度的數值。由于在常溫下合金鋼的彈性模量與一般碳素鋼差不多，故選合金鋼對提高軸的剛度沒有實效。而對形狀復雜的軸可采用球墨鑄鐵。球墨鑄鐵具有良好的吸振性和耐磨性，對應力集中的敏感性低，且價格低廉，加工性好。但球墨鑄鐵的強度較低。我們一般主軸承受交變彎曲應力和扭應力，在輕度或中等載荷、轉速不太高，精度不很高，沖擊、交變載荷不大的情況下，具有普通力學性能就能滿足要求，一般采用40鋼制造。這類材料強度和塑形、韌性等綜合機械性能較好，一般經正火、調質處理，而且材料來源方便，加工性、經濟性好。在主軸大端的內錐孔和外錐體,因常與卡盤、頂尖有相對摩擦;花鍵部位與齒輪有相對滑動,故這些

20、部位要求較高的硬度與耐磨性;主軸在滾動軸承中運轉,工作時因軸頸與軸承不發生摩擦,故軸頸無耐磨性要求。鋼軸的毛坯多數用軋制的圓鋼和鍛件。鍛件的內部組織比較均勻，強度較好，故重要的軸及大尺寸的軸或階梯尺寸變化大的軸，應采用鍛件。綜上，無其他特殊要求一般的車床主軸采用45 鋼鍛件毛坯制造即可。二、加工工藝路線下料備鍛造毛坯正火機械粗加工調質機械半精加工車外圓+鉆中心孔+銑鍵槽錐孔及外錐體的局部淬火、回火車各空刀槽+粗磨(外圓、錐孔、外錐體)+滾銑花鍵花鍵高頻淬火、回火精磨(外圓、錐孔、外錐體)。三、熱處理工藝分析鋼的熱處理工藝主要分為：淬火、回火、正火、退火。鋼的淬火是將鋼加熱到臨界溫度（ac3或a

21、c1）以上，保溫一定時間使之奧氏體化后，以大于臨街冷卻速度進行冷卻，過冷奧氏體轉變為馬氏體或貝氏體組織的一種工藝過程。回火工藝是根據零件材料的化學成分，淬火組織、零件的幾何形狀、保溫時間和冷卻方式等。一般來說，淬火后還必須進行相應的回火處理，以實現以下幾個方面：（1）提高硬度和耐磨性（2）提高強韌性（3）提高硬磁性（4）提高彈性（5）提高耐蝕性和耐熱性將金屬及合金加熱、保暖和冷卻，使其組織結構達到或接近平衡狀態的熱處理工藝稱為退火或正火。退火一般在爐內緩冷，正火一般是空冷，主要應用于各類鑄鍛焊工件的毛坯或半成品以消除冶金及熱加工過程中產生的缺陷，并為以后的機械加工及熱處理準備良好的組織狀態。 鍛造毛坯正火目的：鍛造可成軸的毛坯和獲得合適的加工流線。而對于大鍛件，截面較大的鋼材、鑄件，用正火來細化晶粒，均勻組織或消除魏氏組織，如果用退火，硬度太低，切削容易粘刀。所以采用正火提高強度，消除毛坯的鍛造應力,降低硬度以改善切削加工性能,以利于切削加工,并為下一步的熱處理作組織準備。熱處理工藝:850 10 ,保溫1. 5 h ,空冷。2 調質目的：獲得均勻細密的回火索氏體組織,細密的索氏體金相組織有利于零件精加工后獲得光潔的表面。同時,也使主軸具有良好的綜合力