机床主轴材料与热处理
精心整理项目二十典型零件材料及热处理工艺选择 【内容简介】 本项目主要介绍轴类、齿轮类、弹簧类、箱体类选材及热处理工艺。 【学习目标】 (1)熟悉轴类零件、齿轮类零件、弹簧类零件、箱体类零件的技术要求、失效形式； (2)掌握轴类零件、齿轮类零件、弹簧类零件、箱体类零件的选材及热处理工艺。 §20.1 轴主要用于支撑传动零件并传递运动和动力。 工作条件和失效形式为： ● ● ● 性能要求： ? ? ? 1.机床主轴 当载荷和转速 钢，受冲击和交变载荷较大时，可选用20CrMnTi 渗碳钢。 备料—锻造—正火—机械粗加工—调质—机械半精加工—局部淬火+回火—粗磨——花键高频淬火+回火—精磨 2.航空发动机涡轮轴 这类轴在高温、高速和重载下工作，常用40CrNiMoA、18CrNiW钢等。 工艺路线为： 备料—模锻—正火+高温回火—机械粗加工—调质—机械精加工—磁力探伤—检验—发蓝§20.2齿轮类零件的选材及热处理工艺安排
精心整理 受力情况： ?由于传递扭矩，齿根部受交变弯曲应力； ?齿面相互接触滚动、滑动，承受大的接触应力并产生强烈的摩擦。 ?在换挡、启动和啮合不良时，轮齿承受一定的冲击载荷。 齿轮应满足的要求： ●高的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度； ●齿面具有较高的硬度和耐磨性； ●齿轮心部具有足够的强度和韧性。 1.机床齿轮 工作平稳无强烈冲击，转速也不高。、42SiMn 等。 工艺路线一般为： 2.汽车、拖拉机、摩托车齿轮 频繁 +低温回火—机械精加工3. 除要求高的耐疲劳性外，还要求齿轮心部具有 或18Cr2Ni4WQA钢制造。 备料—模锻—正火+高温回火—机械粗加工—渗碳—高温回火—机械半精加工—淬火+低温回火—机械精加工
绪论 随着市场上产品更新换代的加快和对零件精度提出更高的要求，传统机床已不能满足要求。数控机床由于众多的优点已成为现代机床发展的主流方向。它的发展代表了一个国家设计、制造的水平，在国内外都受到高度重视。 现代数控机床是信息集成和系统自动化的基础设备，它集高效率、高精度、高柔性于一身，具有加工精度高、生产效率高、自动化程度高、对加工对象的适应强等优点。实现加工机床及生产过程的数控化，已经成为当今制造业的发展方向。可以说，机械制造竞争的实质就是数控技术的竞争。 本课题的目的和意义在于通过设计中运用所学的基础课、技术基础课和专业课的理论知识，生产实习和实验等实践知识，达到巩固、加深和扩大所学知识的目的。通过设计分析比较机床的某些典型机构，进行选择和改进，学习构造设计，进行设计、计算和编写技术文件，达到学习设计步骤和方法的目的。通过设计学习查阅有关设计手册、设计标准和资料，达到积累设计知识和提高设计能力的目的。通过设计获得设计工作的基本技能的训练，提高分析和解决工程技术问题的能力，并为进行一般机械的设计创造一定的条件。
一、设计题目及参数 1.1 题目 本设计的题目是数控车床的主轴组件的设计。它主要由主轴箱，主轴，电动机，主轴脉冲发生器等组成。我主要设计的是主轴部分。 主轴是加工中心的关键部位，其结构优劣对加工中心的性能有很大的影响，因此，在设计的过程中要多加注意。主轴前后的受力不同，故要选用不同的轴承。 1.2参数 床身回转空间400mm 尾架顶尖与主轴端面距离1000mm 主轴卡盘外径Φ200mm 最大加工直径Φ600mm 棒料作业能力50～63mm 主轴前轴承内和110～130mm 最大扭矩480N·m 二、主轴的要求及结构 2.1主轴的要求 2.1.1旋转精度 主轴的旋转精度是指装配后，在无载荷，低转速的条件下，主轴前端工件或刀具部位的径向跳动和轴向跳动。 主轴组件的旋转精度主要取决于各主要件，如主轴、轴承、箱体孔的的制造，装配和调整精度。还决定于主轴转速，支撑的设计和性能，润滑剂及主轴组件的平衡。 通用（包括数控）机床的旋转精度已有标准规定可循。 2.1.2 静刚度 主轴组件的静刚度（简称刚度）反映组件抵抗静态外载荷变形的能力。影响主轴组件弯曲刚度的因素很多，如主轴的尺寸和形状，滚动轴承的型号，数量，配置形式和预紧，前后支撑的距离和主轴前端的悬伸量，传动件的布置方式，主轴组件的制造和装配质量等。 各类机床主轴组件的刚度目前尚无统一的标准。 2.1.3抗振性 主轴组件工作时产生震动会降低工件的表面质量和刀具耐用度，缩短主轴轴承寿命，还会产生噪声影响环境。 振动表现为强迫振动和自激振动两种形式。
攀枝花学院 学生课程设计（论文） 题目40Cr车床主轴热处理工艺设计 学生姓名： X X X 学号： 201111102XXX 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 指导教师： X X X 职称：讲师 2013年12月15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
课程设计（论文）指导教师成绩评定表
目录 1.摘要 (1) 2 设计分析 2.1车床的使用工况及性能要求析 (6) 2.2 40Cr钢的成分及性能点 (6) 2.2.1 40Cr钢的元素成分及其作用 (6) 2.2.2 40Cr钢的性能 (6) 2.3 热处理技术条件 (7) 3 热处理工艺分析 3.1 锻坯正火 (7) 3.1.1锻坯正火的作用 (8) 3.1.2 热处理工艺 (8) 3.1.3 操作技巧 (9) 3.2调质 (9) 3.2.1 调质目的 (9) 3.2.2 热处理工艺 (10) 3.2.3 操作技巧 (10) 3.3 锥孔及外锥体的局部淬火 (10) 3.3.1 局部淬火方式 (10) 3.3.2 热处理工艺 (10) 3.3.3 操作技巧 (10) 3.4 花键高频淬火 (11) 3.4.1 淬火方式 (11) 3.4.2 花键高频淬火工艺参数 (11) 3.4.3 花键回火工艺参数 (11) 3.4.4 操作技巧 (11) 4 结语 (12) 参考文献 (12)
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。40Cr是我国GB的标准钢号，40Cr 钢是机械制造业使用最广泛的钢之一。调质处理后具有良好的综合力学性能，良好的低温冲击韧性和低的缺口敏感性。钢的淬透性良好，水淬时可淬透到Ф28～60mm,油淬时可淬透到Ф15～40mm。这种钢除调质处理外还适于氰化和高频淬火处理。切削性能较好，当硬度为HB174～229时，相对切削加工性为60%。该钢适于制作中型塑料模具。 关键词：40Cr，车床主轴，热处理工艺。
设计题目机床主传动系统设计系别机电工程分院 专业机械制造及其自动化学生姓名 专业班级 班级学号 设计日期
车床设计任务书一、设计题目 工件最大回转直径D max=300mm， /r 轴最低转速=355min /r 轴最高转速=1800min 电机功率P=3KW，公比Ф=1.26= 二、运动设计，确定结构式 1. 查表得 250 500 1000 265 530 1060 280 560 1120 300 600 1180 315 630 1250 335 670 1320 355 710 1400 375 750 1500 400 800 1600 425 850 1700 450 900 1800
475 950 1900 355，450，560，710，900，1120，1400，1800（共8级） 或者 Z=8 2.结构式、传动组和传动副数的确定 ①传动组和传动副数可能的方案有： 8=4×2 8= 2×4 8 = 2×2×2 第一行方案有时可以省掉一根轴。缺点是有一个传动组内有四个传动副。如果用一个四联滑移齿轮，则会增加轴向尺寸；如果用两个双联滑移齿轮，则操纵机构必须互锁以防止两个滑移齿轮同时啮合。所以一般少用。 第二行的方案根据 “前多后少”的原则。取8 = 2×2×2 的方案。 ②结构式或结构网的各种方案的确定 由①知方案有 a.4212228??= b.4122228??= c.2142228??= d.2412228??= e.1422228??= f.1242228??=
选择原则： I)传动副的极限传动比和传动组的极限变速范围 降速传动中，主动齿轮的最少齿数受到限制m in u ≥41 ； 避免被动齿轮的直径过大升速传动比最大值max u ≤2（斜齿传动max u = 2.5）尽量减少振动和噪声； 各变速组的变速范围m ax R =max u /m in u ≤8-10 之间； 对于进给传动链，由于转速通常较低，零件尺寸也较小，上述限制可放宽些。 8.251 ≤≤进i 。故max 进R 14≤ 在检查传动组的变速范围时，只需检查最后一个扩大组。因为其它传动组的变 速范围都比它小。应为: max ) 1-(p n R R n x n ≤=? II)基本组与扩大组的排列顺序。 原则是选择中间传动轴变速范围最小的方案。 综上所述，方案4212228??= 较好 三、转速图与传动系统图 1.根据已知参数，取 4级电动机Y100L2-4，额定功率3KW ，满载转速1430min /r 本例所选定的结构式共有三个传动组，变速机构共需4轴。加上电动机轴
[J I A N G S U U N I V E R S I T Y] 题目： 表面工程课程设计 所属学院：材料科学与工程学院 专业班级：金属1002 姓名：陈浩 学号：3100702039 指导教师姓名：邵红红、纪嘉明 2013年1月
车床主轴箱齿轮的选材与热处理1.车床主轴箱齿轮图如下
2.车床主轴箱齿轮的服役条件 车床主轴箱是一变速装置，通常将主动轴的一种转换为从动轴的一种或多种转速，而这种转速的改变主要是通过一系列相互啮合的不同齿数的齿轮来实现的。因此主动齿轮会对与其啮合的从动轮轮齿施加推动力，从而带动从动轮的旋转。所以齿轮会受到外力的影响，从而导致齿轮自身会产生相应的应力。虽然齿轮所承受的应力远低于材料的屈服点，但长时间工作也有可能导致齿轮产生裂纹而断裂。齿轮在转动过程中，接触面的齿面会产生滑动摩擦，从而磨损齿面而导致轮齿的断裂。齿轮在传动过程中，会由于换挡、启动或啮合不良而使齿轮受到冲击载荷的作用，从而使齿轮变形甚至断裂。以上均是齿轮的工作环境，为了能使齿轮在上述环境下能正常工作，就得要求齿轮的自身条件能符合上述条件。 2.1受力分析及失效形式 齿轮在工作过程中，由于轮齿受到外力的作用，会产生相应的应力。该应力是由零逐渐增加到最大值，又由最大值逐渐减小到零，即应力随时间作周期性的变化，这种应力称为交变应力（也称循环应力）。在交变应力作用下，虽然齿轮所承受的应力远远低于材料的屈服点（材料发生永久变形即塑性变形时对应的应力），但经过较长时间工作后有可能会产生疲劳裂纹导致断裂，这种现象称为疲劳，疲劳是导致齿轮失效甚至造成重大事故的主要原因。齿轮传动过程中，接触的两齿面会产生一定的相互滑动，发生滑动摩擦，导致齿面发生磨
选择车床主轴材料,设计合理的加工路线,热处理工艺方案 摘要：根据车床主轴的工作情况,对材料的选用、其加工路线及相应的热处理工艺进行了分析,并就其操作提出了自己观点。 关键词：车床主轴；加工路线；热处理工艺；材料 一、材料的选择 主轴是车床上传递动力的零件，传递着动力和各种负荷，它的合理选材直接影响整台车床的精度和使用寿命。其主要实效形式如下：1、受横向力并传递扭矩，承受交变弯曲应力和扭应力，常常发生疲劳断裂。 2、轴颈和花键等部位发生相对运动，承受较大的摩擦，轴颈表面产生过量的磨损。 3、承受一定的过载和冲击和载荷，产生过量弯曲变形，甚至发生折断或扭断。 所以所选的材料应满足：良好的综合力学性能，即具有较高的强度刚度、足够的韧性、疲劳强度、变形小及对应力集中的敏感性低等性能以防止过载和冲击断裂，还要有良好的切削加工性，高的表面硬度和良好的耐磨性，以防止轴颈摩损。在设计时要充分考虑： 1、主轴的工作特性和技术要求。主轴的摩檫和磨损情况;主轴的载荷大小和载荷性质。
2、主轴热处理的要求。主轴的工作状况;主轴精密度和光洁度;主轴弯曲载荷和扭转力矩;主轴转速;主轴有无冲击载荷。 3、主轴热处理加工工艺实行的可能性以及经济性。 轴的常用材料为碳素钢和合金钢。 合金钢比碳素钢具有更高的机械性能和更好的热处理性能。含不同合金的钢可获得各种特殊性能。因此，对于载荷大并要求尺寸小，重量轻、耐高温或耐磨性、抗腐蚀性能要求高的轴可采用合金钢。合金钢对应力集中的敏感性高，因此设计时应从结构上避免或减小应力集中，并降低其表面粗糙度的数值。由于在常温下合金钢的弹性模量与一般碳素钢差不多，故选合金钢对提高轴的刚度没有实效。 而对形状复杂的轴可采用球墨铸铁。球墨铸铁具有良好的吸振性和耐磨性，对应力集中的敏感性低，且价格低廉，加工性好。但球墨铸铁的强度较低。 我们一般主轴承受交变弯曲应力和扭应力，在轻度或中等载荷、转速不太高，精度不很高，冲击、交变载荷不大的情况下，具有普通力学性能就能满足要求，一般采用45钢制造。这类材料强度和塑形、韧性等综合机械性能较好，一般经正火、调质处理，而且材料来源方便，加工性、经济性好。 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。钢轴的毛坯多数用轧制的圆钢和锻件。锻件的内部组织
轴类零件的材料与热处理 一般轴类零件常用中碳钢，如45钢，经正火、调质及部分表面淬火等热处理，得到所要求的强度、韧性和硬度。 对中等精度而转速较高的轴类零件，一般选用合金钢（如40Cr等），经过调质和表面淬火处理，使其具有较高的综合力学性能。对在高转速、重载荷等条件下工作的轴类零件，可选用20CrMnTi、20Mn2B、20Cr等低碳合金钢，经渗碳淬火处理后，具有很高的表面硬度，心部则获得较高的强度和韧性。对高精度和高转速的轴，可选用38CrMoAl 钢，其热处理变形较小，经调质和表面渗氮处理，达到很高的心部强度和表面硬度，从而获得优良的耐磨性和耐疲劳性。 附：钢的淬火与回火是热处理工艺中很重要的、应用非常广泛的工序。淬火能显著提高2钢的强度和硬度。如果再配以不同温度的回火，即可消除（或减轻）淬火内应力，又能得到强度、硬度和韧性的配合，满足不同的要求。所以，淬火和回火是密不可分的两道热处理工艺。
车床主轴加工工艺过程分析 ⑴ 主轴毛坯的制造方法 锻件，还可获得较高的抗拉、抗弯和抗扭强度。 ⑵ 主轴的材料和热处理 45钢，普通机床主轴的常用材料，淬透性比合金钢差，淬火后变形较大，加工后尺寸稳定性也较差，要求较高的主轴则采用合金钢材料为宜。 ①毛坯热处理 采用正火，消除锻造应力，细化晶粒，并使金属组织均匀。 ②预备热处理 粗加工之后半精加工之前，安排调质处理，提高其综合力学性能 ③最终热处理 主轴的某些重要表面需经高频淬火。 最终热处理一般安排在半精加工之后，精加工之前，局部淬火产生的变形在最终精加工时得以纠正。 加工阶段的划分 ①粗加工阶段
用大的切削用量切除大部分余量，及时发现锻件裂纹等缺陷。 ②半精加工阶段 为精加工作好准备 ③精加工阶段 把各表面都加工到图样规定的要求。 粗加工、半精加工、精加工阶段的划分大体以热处理为界。 工序顺序的安排 毛坯制造——正火——车端面钻中心孔——粗车——调质——半精车表面淬火——粗、精磨外圆——粗、精磨圆锥面——磨锥孔。 在安排工序顺序时，还应注意下面几点：①外圆加工顺序安排要照顾主轴本身的刚度，应先加工大直径后加工小直径，以免一开始就降低主轴钢度。 ②就基准统一而言，希望始终以顶尖孔定位，避免使用锥堵，则深孔加工应安排在最后。但深孔加工是粗加工工序，要切除大量金属，加工过程中会引起主轴变形，所以最
一、齿轮 1.渗碳及碳氮共渗齿轮的工艺流程 毛坯成型→预备热处理→切削加工→渗碳（碳、氮共渗）、淬火及回火→（喷丸）→精加工2.感应加热和火焰加热淬火齿轮用钢及制造工艺流程 配料→锻造→正火→粗加工→精加工→感应或火焰加热淬火→回火→珩磨或直接使用调质 3.高频预热和随后的高频淬火工艺流程 锻坯→正火→粗车→高频预热→精车（内孔、端面、外圆）滚齿、剃齿→高频淬火→回火→珩齿 二、滚动轴承 1.套圈工艺流程 棒料→锻制→正火→球化退火 棒料→钢管退火磨→补加回火→精磨→成品 2.滚动体工艺流程 （1）冷冲及半热冲钢球 钢丝或条钢退火→冷冲或半热冲→低温退火→锉削加工→软磨→淬火→冷处理→低温回火→粗磨→补加回火→精磨→成品 （2）热冲及模锻钢球 棒料→热冲或模锻→球化退火→锉削加工→软磨→淬火→冷处理→低温回火→粗磨→补加回火→精磨→成品 （3）滚子滚针 钢丝或条钢（退火）→冷冲、冷轧或车削→淬火→冷处理→低温回火→粗磨→附加回火→精磨→成品 三、弹簧 1.板簧的工艺流程
切割→弯制主片卷耳→加热→弯曲→余热淬火→回火→喷丸→检查→装配→试验验收 2.热卷螺旋弹簧工艺流程 下料→锻尖→加热→卷簧及校正→淬火→回火→喷丸→磨端面→试验验收 3.冷卷螺旋弹簧工艺流程 下料→锻尖→加热→卷簧及校正→去应力回火→淬火→回火→喷丸→磨端面→试验验收 四、汽车、拖拉机零件的热处理 1.铸铁活塞环的工艺流程 （1）单体铸造→机加工→消除应力退火→半精加工→表面处理→精加工→成品 （2）简体铸造→机加工→热定型→内外圆加工→表面处理→精加工→成品 2.活塞销的工艺流程 棒料→粗车外圆→渗碳→钻内孔→淬火、回火→精加工→成品 棒料→退火→冷挤压→渗碳→淬火、回火→精加工→成品 热轧管→粗车外圆→渗碳→淬火、回火→精加工→成品 冷拔管→下料→渗碳→淬火、回火→精加工→成品 3.连杆的工艺流程 锻造→调质→酸洗→硬度和表面检验→探伤→校正→精压→机加工→成品 4.渗碳钢气门挺杆的工艺流程 棒料→热镦→机加工成型→渗碳→淬火、回火→精加工→磷化→成品 5.合金铸铁气门挺杆的工艺流程 合金铸铁整体铸造（间接端部冷激）→机械加工→淬火、回火→精加工→表面处理→成品合金铸铁整体铸造（端部冷激）→机械加工→消除应力退火→精加工→表面处理→成品钢制杆体→堆焊端部（冷激）→回火→精加工→成品 钢制杆体→对焊→热处理→精加工→表面处理→成品 6.马氏体型耐热钢排气阀的工艺流程 马氏体耐热钢棒料→锻造成型→调质→校直→机加工→尾部淬火→抛光→成品 7.半马氏体半奥氏体型耐热钢（Gr13Ni7Si2）排气阀的工艺流程
车床主轴的加工与热处理 中国矿业大学材料科学与工程学院成型09—4 孙苗14095627 【摘要】车床已被广泛应用于机械加工中，车床主轴是车床极为重要的部件之一，车床主轴的性能好坏直接影响车床的加工效果。为使车床主轴具有良好的稳定性，硬度，强度和韧性良好配合，这就需要对车床主轴进行恰当的加工和热处理，使得主轴具有良好的使用性能。 【关键词】车床主轴；主轴材料；加工工艺；热处理 Lathe Spindle Machining and Heat Treatment Lathe has been widely used in machining, and lathe spindle is extremely important components. The properties of lathe spindle directly impacts on the performance of the processing results. To make the lathe spindle has a good stability, and a good match of hardness, strength and toughness, the proper processing and heat treatment are needed by lathe spindle. Key words:lathe spindle; spindle materials; processing; heat treatment 车床主要用于加工轴、盘、套和其他具有回转表面的工件，是机械制造和修配工厂中使用最广的一类机床，被广泛应用于机械加工中，具有不可或缺的地位。车床主轴是车床十分重要的结构件之一，主要用于支撑传动零件及传动扭矩。 1、车床主轴的工作条件及性能要求： 1.1工作条件 (1)承受交变扭转载荷，交变弯曲载荷或拉压载荷； (2)局部（轴颈，花键等处）承受摩擦和磨损； (3)在特殊条件下受温度和介质作用。 1.2 性能要求
专业综合实验 --常用机床主轴的热处理及组织与性能分析 一、实验目的 1. 对于车床主轴的选材 2. 掌握车床主轴热处理工艺的制定及操作方法 3. 分析热处理工艺与材料性能的关系 二、实验原理 2.1热处理工艺 热处理主要是通过对钢材在固定范围内施以不同的加热、保温、冷却的过程，来改变其内部组织，从而获得所需性能的工艺方法。 热处理可以是工件加工过程中一个中间环节，也可以是使工件性能达到要求的最终工序，普通热处理基本工艺包括退火、正火、淬火和回火等。 图1 碳钢退火加热温度与铁碳平衡图的关系（1）钢的退火
钢的退火是将钢件加热到适当温度，保温一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。 根据钢件的成分及退火目的不同和工件退火时加热温度的不同，退火工艺一般为：①低温回火；②再结晶退火；③不完全退火；④完全退火；⑤等温退火； ⑥扩散退火等。各种退火工艺的加热温度与铁碳平衡图的关系见图11。 （2）钢的正火 钢的正火是将工件加热到A C1或Acm以上30-50℃，保温后在空气中冷却的一种热处理工艺。碳素钢退火、正火温度如表1所示。 表1 碳素钢退火、正火温度
（3）钢的淬火 钢的淬火是将钢加热到A C3或A C1以上30-50℃，保温后在不同的冷却介质中快速冷却，从而获得马氏体和（或）贝氏体组织的一种热处理工艺。 制定淬火工艺需要根据工件的化学成分、形状、尺寸选择适当的加热温度、保温时间和淬火冷却介质。常用的淬火剂的冷却能力如表2所示，常用淬火碱浴、盐浴剂的成分如表3所示。制定淬火工艺还需要选择适当的淬火方法，常用的淬火方法有单液淬火、双液淬火、分级淬火、等温淬火等。 （4）钢的回火 钢的回火是指把经过淬火后的钢在加热到A C1以下某一温度，保温一段时间，然后在空气中或油中冷却的热处理工艺。根据回火目的不同，回火又可以分为低温回火（〈250℃），中温回火（250～500℃），高温回火（500～650℃）。 2.2 钢在热处理状态下的显微组织及性能 碳素钢经过完全退火处理后的显微组织基本上与铁碳相图中的各种平衡组织相似。但在快速冷却条件下的显微组织就不能用铁碳相图来加以分析，而应由过冷奥氏体等温或连续转变曲线（C曲线）来确定。 随着碳素钢化学成分及冷却条件的不同，过冷奥氏体将发生不同类型的转变。共析钢过冷奥氏体在不同温度条件下转变的组织特征及其性能如表4所示。 （1）钢的退火和正火组织
齿轮材料与热处理 一、工作条件以及材料与热处理要求 1.条件: 低速、轻载又不受冲击 要求: HT200 HT250 HT300 去应力退火 2.条件: 低速(＜1m/s)、轻载,如车床溜板齿轮等 要求: 45 调质,HB200-250 3.条件: 低速、中载,如标准系列减速器齿轮 要求: 45 40Cr 40MnB (5042MnVB) 调质,HB220-250 Y 4.条件: 低速、重载、无冲击,如机床主轴箱齿轮 要求: 40Cr(42MnVB) 淬火中温回火 HRC40-45 5.条件: 中速、中载,无猛烈冲击,如机床主轴箱齿轮 要求: 40Cr、40MnB、42MnVB 调质或正火,感应加热表面淬火,低温回火,时效,HRC50-55 6.条件: 中速、中载或低速、重载,如车床变速箱中的次要齿轮 要求: 45 高频淬火,350-370℃回火,HRC40-45(无高频设备时,可采用快速加热齿面淬火) 7.条件: 中速、重载 要求: 40Cr、40MnB(40MnVB、42CrMo、40CrMnMo、40CrMnMoVBA)淬火,中温回 火,HRC45-50. 8.条件: 高速、轻载或高速、中载,有冲击的小齿轮 要求: 15、20、20Cr、20MnVB渗碳,淬火,低温回火,HRC56-62.38CrAl 38CrMoAl 渗氮,渗氮深度0.5mm,HV900 9.条件: 高速、中载,无猛烈冲击,如机床主轴轮. 要求: 40Cr、40MnB、(40MnVB)高频淬火,HRC50-55. 10.条件: 高速、中载、有冲击、外形复杂和重要齿轮,如汽车变速箱齿轮(20CrMnTi淬透性较高,过热敏感性小,渗碳速度快,过渡层均匀,渗碳后直接淬火变形较小,正火后切削加工性良好,低温冲击韧性也较好)
齿轮材料及热处理 一、工作条件以及材料与热处理要求 1.条件:低速、轻载又不受冲击 要求:HT200HT250HT300去应力退火 2.条件:低速(＜1m/s)、轻载,如车床溜板齿轮等要求:45调质,HB（布氏硬度）200-250 3.条件:低速、中载,如标准系列减速器齿轮 要求:4540Cr40MnB(5042MnVB)调质,HB220-250 4.条件:低速、重载、无冲击,如机床主轴箱齿轮要求:40Cr(42MnVB)淬火中温回火(洛氏硬度)HRC40-45 5.条件:中速、中载,无猛烈冲击,如机床主轴箱齿轮 要求:40Cr、40MnB、42MnVB调质或正火,感应加热表面淬火,低温回火,时效,HRC50-55 6.条件:中速、中载或低速、重载,如车床变速箱中的次要齿轮 要求:45高频淬火,350-370℃回火,HRC40-45(无高频设备时,可采用快速加热齿面淬火) 7.条件:中速、重载 要求:40Cr、40MnB(40MnVB、42CrMo、40CrMnMo、40CrMnMoVBA)淬火,中温回火,HRC45-50. 8.条件:高速、轻载或高速、中载,有冲击的小齿轮 要求:15、20、20Cr、20MnVB渗碳,淬火,低温回火,HRC56-62.38CrAl38CrMoAl渗氮,渗氮深度0.5mm,HV900
9.条件:高速、中载,无猛烈冲击,如机床主轴轮.要求:40Cr、40MnB、(40MnVB)高频淬火,HRC50-55. 10.条件:高速、中载、有冲击、外形复杂和重要齿轮,如汽车变速箱齿轮(20CrMnTi淬透性较高,过热敏感性小,渗碳速度快,过渡层均匀,渗碳后直接淬火变形较小,正火后切削加工性良好,低温冲击韧性也较好)要求:20Cr、20Mn2B、20MnVB渗碳,淬火,低温回火或渗碳后高频淬火,HRC56-62. 18CrMnTi、20CrMnTi(锻造→正火→加工齿轮→局部镀同→渗碳、预冷淬火、低温回火→磨齿→喷丸)渗碳层深度 1.2-1.6mm,齿轮硬度HRC58-60,心部硬度HRC25-35.表面:回火马氏体+残余奥氏体+碳化物.中心:索氏体+细珠光体 11.条件:高速、重载、有冲击、模数＜5 要求:20Cr、20Mn2B渗碳、淬火、低温回火,HRG56-62. 12.条件:高速、重载、或中载、模数＞6,要求高强度、高耐磨性,如立车重要螺旋锥齿轮 要求:18CrMnTi、20SiMnVB渗碳、淬火、低温回火,HRC56-62 13.条件:高速、重载、有冲击、外形复杂的重要齿轮,如高速柴油机、重型载重汽车,航空发动机等设备上的齿轮. 要求:12Cr2Ni4A、20Cr2Ni4A、18Cr2Ni4WA、20CrMnMoVBA(锻造→退火→粗加工→去应力→半精加工→渗碳→退火软化→淬火→冷处理→低温回火→精磨)渗碳层深度1.2-1.5mm,HRC59-62.
教案
教学过程设计
《了解主轴材料与热处理》任务单 任务要求： 在本校数控实训中心校企合作的生产中，有一批上海亨远船舶有限公司的主轴零件的订单，现决定在普通车床车间加工，请问：主轴材料不是常用中碳钢，对加工是否有影响？ 零件图： 想一想： 1、常用合金调质钢牌号、性能特点及用途与含碳钢有哪些不同？ 2、合金调质钢的热处理方法有哪些？ 做一做： 一、判断题 1、金属中化学成分的纯度越高，碳和合金元素的含量越小，它的可锻性就越差。 2、碳钢中的含碳量越少，可焊性越好。
3、碳素钢是含碳量小于2%的铁碳合金。 4、碳钢质量的高低，主要根据刚中有害杂质硫和磷的含量多少来划分的。 5、碳素工具钢主要用于制造各种刀具、模具和量具。 6、高速钢刀具有只有通过合理的热处理才具有较高的硬度。 7、Cr13型的钢不属于不锈钢材料。 8、合金钢中只要加入合金元素后，无须热处理，就能显著提高它的综合力学性能和特殊性能。 9、灰铸铁最适宜用来制造承受压力的零件，如机器的底座等。 10、球墨铸铁的耐磨性、减振性都较好，但铸造性比钢差。 11、由于石墨从铸件表面脱落，所以灰铸铁的减磨性较差。 12、铝镁合金的耐腐蚀性能好，密度小，强度高，铸造性能也比较好。 13、黄铜的耐腐蚀性较好，但耐酸性能较差。 14、钢的化学处理不属于钢的表面处理。 15、去应力退火（又称低温退火）是消除应力，钢的组织也发生变化。 16、锻压加工以后，必须进行完全退火，才适合于切削加工。 17、淬火热处理一般安排在粗加工之后，精加工之前。 18、低温回火主要用于硬度在50~62HRC的各类高碳钢零件。 19、经调质处理的材料可获得均匀细小的奥氏体组织。 20、调质处理的钢与正火钢相比不仅强度高，而且塑形、韧性也好。 21、表面淬火使表层得到高硬度，而心部还是原来的组织。 二、单项选择题 1、金属材料的性能中最重要的是（）。 A、物理性能 B、化学性能 C、力学性能 D、工艺性能 2、在测量材料硬度时，用材料压痕深度来表示硬度值的是( ). A、布氏硬度 B、洛氏硬度 C、疲劳强度 D、冲击韧度 3、在钢中属于有益元素的是（）。 A、硫 B、磷 C、氧 D、锰 4、碳素工具钢的含碳量为（）。 A、0.65%~1.3% B、0.065%~0.13% C、6.5%~13% D、0.065%~0.13% 5、20钢属于( )，强度不高，但塑性、韧性和焊接性都好。 A、低碳钢 B、中碳钢 C、高碳钢 D、工具钢 6、合金调质钢中最常用的钢是（）。 A、45钢 B、40Cr C、16Mn D、20Cr 7、下列属于高速钢材料的是（）。 A、45钢 B、40Cr C、16Mn D、W18Cr4V 8、在合金钢中，（）合金元素能提高钢的淬透性，具有良好的抗氧化性、耐 磨和耐腐蚀性，是不锈钢的主要成分。 A、硅 B、锰 C、铬 D、镍 9、含碳量（）的铁碳合金称为铸铁。 A、小于2% B、大于5% C、大于2% D、大于0.2% 10、灰铸铁牌号前的英文字母是( )。 A、HT B、KT C、QT D、FT
零件选材及其热处理工艺 一、机床主轴 1、工作条件及失效形式 主轴是机床主轴部件的关键零件之一，主要起支承传动件和传递转矩的作用，其工作条件为： （1）承受交变载荷、交变弯曲载荷或拉—压载荷。 （2）局部（轴颈、花键等处）承受摩擦和磨损。 （3）特殊条件下受高温或介质作用。 主轴的失效形式主要是疲劳断裂和轴颈处磨损，有时也发生冲击过载断裂，个别情况下发生塑性变形或腐蚀失效。 2、性能要求： （1）由于机床的主运动由其提供，主轴工作时的运动精度对工件加工质量将产生直接影响，因此必须保证主轴工作时具有很高的运动精度。 （2）高的疲劳强度，以防轴疲劳断裂。 （3）优良的综合力学性能，即较高的屈服强度和抗拉强度、较高的韧性，以防塑性变形及过载或冲击载荷作用下的折断和扭断。 （4）局部承受摩擦的部位具有高硬度和耐磨性，以防磨损失效。 （5）在特殊条件下工作时应具有特殊性能，如蠕变抗力、耐腐蚀性等。 3、主轴的选材与热处理 不同工作要求的机床主轴，其性能要求是不同的，加工工艺也是有差异的，因此选用的材料及相应的热处理工艺也会不同． 3.1 普通机床主轴的选材与热处理工艺 普通机床往往用于一般精度要求的工件加工．机床主轴通常采用滚动轴承支承，直接影响主轴回转工作精度的轴颈没有直接的运动磨损．因此，针对主轴工作时承受交变载荷的受力特性，一般选用综合机械性能较好的材料．同时，作为提供机床主运动的基准件，主轴的几何质量好坏直接影响机床主运动的精度， 因此通常对普通机床主轴关键表面的几何质量提出下列要求?： 1) 轴颈的直径精度为IT6，圆度、圆柱度应限制在直径公差之内； 2) 配合轴颈(装配传动件的轴颈)相对支承轴颈(装配轴承的轴颈)的径向圆跳动为0．01～0．03 mm，端面圆跳动为0.005～0.010mm； 3) 支承轴颈的表面粗糙度为Ra0．63～0．16μm，配合轴颈为Ra2.5—0.63μm． 从几何精度要求和经济性两方面考虑，主轴的加工一般采用车削基础上的磨削工艺来实现，可见，主轴用材必须同时具有良好的车削工艺性和磨削工艺性． 3.1.1主轴选材 依据主轴的工作环境和工作要求，普通机床主轴材料通常选用下列3类： 1) 中碳结构钢：常用牌号45，50，55结构钢； 2) 中碳合金钢：常用牌号40Cr，50Cr合金钢； 3) 锰钢：常用牌号65Mn合金钢． 3.1.2热处理工艺 一般首先采用整体表面淬火或整体调质后主轴头部内外锥、主轴颈及花键表面淬火，然后进行低温回火的常规热处理工艺根据需要，硬度一般可控制在42—47HRC，45—50HRC 或48—53HRC等3种状态．
《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13042127 指导教师美丽 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) 2.2.2 45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) 3.1.1锻坯正火的作用 (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。
《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
课题一认识数控机床主轴零部件任务一认识数控机床主轴零部件 应用实例 如图1所示是数控加工中心主轴照片，图2是其主轴。 图1数控加工中心（含主轴部分） 图2数控加工中心主轴图3数控车床中的主轴
一、轴 1 轴的分类及轴上零件的固定 (1)轴的分类 轴类零件是机器中经常遇到的典型零件之一。它主要用来支承传动零部件，传递扭矩和承受载荷。轴类零件是旋转体零件，其长度大于直径，一般由同心轴的外圆柱面、圆锥面、内孔和螺纹及相应的端面所组成。根据结构形状的不同，轴类零件可分为光轴、阶梯轴、空心轴和曲轴等。按照轴的曲线形状，轴可以分为直轴、曲轴和软轴，如图4所示： 图4轴的分类 （2）轴上零件的固定 轴承在轴上和外壳孔内定位方式的选择，取决于作用在轴上负荷的大小和方向，轴 承的转速，轴承的类型，轴承在轴上的位置等。 轴承的轴向定位方式有圆螺母定位，弹性挡圈定位，紧定螺钉定位，锁紧挡圈定位，圆锥面定位，轴端挡圈定位。如图5图所示： 图5轴承的轴向定位方式
轴承的周向定位方式有键连接，花键连接，销连接，无键连接，过盈连接。如图6图所示： 图6轴承的周向定位方式 2 轴的加工工艺性 轴类零件加工工艺要求保证轴的尺寸精度、几何形状精度、相互位置精度、表面粗糙度等。此外，轴的加工还需要考虑轴的安装和定位，因此需要考虑加工出退刀槽、越程槽、键槽。 图7轴的加工工艺性
3 主轴端部的结构形状 主轴端部用于安装刀具或夹持工件的夹具，在结构上，应能保证定位猴确、安装可靠、连接牢固、装卸方便，并能传递足够的扭矩。主轴端部的结构形状都已标准化。几种机床上通用的结构形式。车床主轴端部的结构形状和铣床主轴端部的结构形状图如图8所示。 图8主轴端部的结构形状 4 主轴结构常用材料 主轴结构常用材料如表1所示： 表1主轴结构常用材料 想一想 1.轴的作用是什么？对轴有哪些要求？ 2.阶梯轴有哪些结构？ 3.试述轴上零件的轴向固定方式及特点。
数控机床主轴润滑的种类 主轴部件是数控机床机械部分中的重要组成部件，主要由主轴、轴承、主轴准停装置、自动夹紧和切屑清除装置组成。数控机床主轴部件的润滑、冷却与密封是机床使用和维护过程中值得重视的几个问题。 第二，主轴部件的冷却主要是以减少轴承发热，有效控制热源为主。 第三，主轴部件的密封则不仅要防止灰尘、屑末和切削液进入主轴部件，还要防止润滑油的泄漏。主轴部件的密封有接触式和非接触式密封。对于采用油毡圈和耐油橡胶密封圈的接触式密封，要注意检查其老化和破损；对于非接触式密封，为了防止泄漏，重要的是保证回油能够尽快排掉，要保证回油孔的通畅。 首先，良好的润滑效果，可以降低轴承的工作温度和延长使用寿命；为此，在操作使用中要注意到：低速时，采用油脂、油液循环润滑；高速时采用油雾、油气润滑方式。但是，在采用油脂润滑时，主轴轴承的封入量通常为轴承空间容积的10％，切忌随意填满，因为油脂过多，会加剧主轴发热。对于油液循环润滑，在操作使用中要做到每天检查主轴润滑恒温油箱，看油量是否充足，如果油量不够，则应及
时添加润滑油；同时要注意检查润滑油温度范围是否合适。 常见主轴润滑方式有两种，油气润滑方式近似于油雾润滑方式，但油雾润滑方式是连续供给油雾，而油气润滑则是定时定量地把油雾送进轴承空隙中，这样既实现了油雾润滑，又避免了油雾太多而污染周围空气。喷注润滑方式是用较大流量的恒温油(每个轴承3～4L/min)喷注到主轴轴承，以达到润滑、冷却的目的。这里较大流量喷注的油必须靠排油泵强制排油，而不是自然回流。同时，还要采用专用的大容量高精度恒温油箱，油温变动控制在±0.5℃。 为了保证主轴有良好的润滑，减少摩擦发热，同时又能把主轴组件的热量带走，通常采用循环式润滑系统，用液压泵强力供油润滑，使用油温控制器控制油箱油液温度。高档数控机床主轴轴承采用了高级油脂封存方式润滑，每加一次油脂可以使用7～10年。新型的润滑冷却方式不单要减少轴承温升，还要减少轴承内外圈的温差，以保证主轴热变形小。 综上所述，在数控机床的使用和维护过程中必须高度重视主轴部件的润滑、冷却与密封问题，并且仔细做好这方面的工作。