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1、攀枝花学院学生课程设计（论文）题 目： 50钢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一班 指 导 教 师： X X X 职称： 讲 师 2012年12月28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题目50钢车床主轴热处理工艺设计1、课程设计的目的使学生了解、设计50钢车床主轴热处理生产工艺，主要目的：（1）培养学生综合运用所学的热处理课程的知识去解决工程问题的能力，并使其所学知识得到巩固和发展。（2）学习热处理工艺设计的一般方法、热处理设备
2、选用和装夹具设计等。（3）进行热处理设计的基本技能训练，如计算、工艺图绘制和学习使用设计资料、手册、标准和规范。2、课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）内容：进行零件的加工路线中有关热处理工序和热处理辅助工序的设计。根据零件的技术要求，选定能实现技术要求的热处理方法，制定工艺参数，画出热处理工艺曲线图，选择热处理设备，设计或选定装夹具，作出热处理工艺卡。最后，写出设计说明书，说明书中要求对各热处理工序的工艺参数的选择依据和各热处理后的显微组织作出说明。要求：（1）分析生产加工及热处理过程中可能出现的缺陷，针对这些缺陷提出预防措施或补救措施。（2）提交设计说明书（或设计报告
3、），35千字，提交设计说明书。3、主要参考文献1 崔明择主编.工程材料及其热处理M. 北京：机械工业出版社，2009.7.3王建安. 金属学与热处理M. 北京：机械工业出版社，19804 5 M.4、课程设计工作进度计划第16周：对给定题目进行认真分析，查阅相关文献资料，做好原始记录。 第17周：撰写课程设计说明书，并进行修改、完善，提交设计说明书。指导教师（签字）日期年 月 日教研室意见：年 月 日学生（签字）： 接受任务时间： 年 月 日注：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题目名称50钢车床主轴热处理工艺设计评分项目分值得分评价内涵工作表现20%01学习态度6遵守各
4、项纪律，工作刻苦努力，具有良好的科学工作态度。02科学实践、调研7通过实验、试验、查阅文献、深入生产实践等渠道获取与课程设计有关的材料。03课题工作量7按期圆满完成规定的任务，工作量饱满。能力水平35%04综合运用知识的能力10能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题，能正确处理实验数据，能对课题进行理论分析，得出有价值的结论。05应用文献的能力5能独立查阅相关文献和从事其他调研；能提出并较好地论述课题的实施方案；有收集、加工各种信息及获取新知识的能力。06设计（实验）能力，方案的设计能力5能正确设计实验方案，独立进行装置安装、调试、操作等实验工作，数据正确、可靠；研究思路清晰、完整。07计算
5、及计算机应用能力5具有较强的数据运算与处理能力；能运用计算机进行资料搜集、加工、处理和辅助设计等。08对计算或实验结果的分析能力（综合分析能力、技术经济分析能力）10具有较强的数据收集、分析、处理、综合的能力。成果质量50%09插图（或图纸）质量、篇幅、设计（论文）规范化程度5符合本专业相关规范或规定要求；规范化符合本文件第五条要求。10设计说明书（论文）质量30综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分，结论严谨合理；实验正确，分析处理科学。11创新10对前人工作有改进或突破，或有独特见解。成绩指导教师评语指导教师签名： 年月日摘 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
6、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，要求主轴上具有高强度、硬度。足够的韧性及疲劳强度、变形小等性能。而50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适合，所有需要队50号钢进行适当的热处理。在主轴大端上需要使用锻坯正火，消除毛坯的锻造能力，减低硬度以及改造切削加工性能，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，使其硬度可达220250HBS，提高主轴的硬度，使主轴达到良好的工作性能。在锥孔进行局部用淬火使键槽部位不淬火硬，提高耐性；在花键部分可以采用高频淬火减少变形并达到表面淬火硬。车床主轴经过适当的热处理工艺，可以
7、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。关键词：50钢，车床主轴，热处理工艺目 录摘 要1、设计任务.1设计任务.1设计分析 .1 1.3 设计的技术要求.12、设计方案.2 主轴设计的分析.22.2承受的载荷2主要失效形式2.3 2.2.1 50号钢的元素成分及作用.3 2.2.2 50号钢的性能.3 2.2.3 50号钢中碳和合金元素的作用.33、设计说明.4.4.4锻坏正火处理工艺43.2.2调质处理工艺.4 .4.4锥孔及外锥体的局部淬火63.2.4花键高频淬火74、分析与讨论.105、结束语116、热处理工艺卡片12参 考 文 献131
8、设计任务50号钢车床主轴热处理工艺1.2 设计分析 通过对车床主轴的工作条件及性能要求分析，选择适当的材料，通过对50号钢材料成分的特点，确定车床主轴的热处理工艺。首先要分析零件的工作状况及性能，其次确定加工工艺流程，针对流程中的具体工艺热处理查看热处理手册查找钢种的方法，参数等来做出设计。 下图是C6132卧式车床主轴零件简图。该主轴主要受弯曲应力和扭矩，但是转速不高，承受的载荷相对也比较低，采用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和尖顶有相对摩擦，花键部位与齿轮有相对滑动，所以这些部位要求有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
9、颈五耐磨性要求。 图1-1 C6132卧式车床主轴零件 车床主轴适合一般性能，根据对该轴的工作条件分析，以及结合材料情况，热处理条件如下: a.体调质后硬度为200-250HBW。 b.的硬度为50-50HRC。 c.部位硬度为48-53HRC。 在进行热处理前，结合车床主轴的力学性能和50号钢的特点，做出了热处理的条件，必须根据热处理条件来选择合理的热处理方式。2 设计方案 机床主轴某些部位承受着不同部位的摩擦，特别是轴颈部位，因为轴颈与某些轴承配合时摩擦较大，所以应具有较高的强度硬度和耐磨性。但某些部位的轴颈与轴承相配合的摩擦不大，所以就不需要太高的硬度。机床主轴在进行运转时受到各个方面的
10、载荷作用，如弯曲、扭转和冲击等。所以要求主轴具有抗击各种载荷的能力。当主轴载荷较大且转速又高时，主轴还承受着很高的交变功，因此要求主轴具有较高的疲劳强度和综合的力学性能。 主轴的主要失效形式为:长期交变载荷形成的疲劳断裂；承受大载荷或冲击载荷形成的过量变形；长期承受摩擦，轴颈或花键表面会造成磨损，及过量磨损。1. 疲劳断裂的分析疲劳断裂是发生在零件局部应力区，某些晶粒在应力作用下产生微小裂纹，随着循环数的增加，裂纹继续扩展。导致最终疲劳断裂。 止措施：减少零件上各种会产生应力作用的缺陷，提高零件的抗疲劳能力。2. 磨损失效的分析主要有磨裂磨损和黏着磨损磨裂磨损是接触部位由于接触应力很高引起变形
11、。黏着磨损是相对运动时的接触应力很高，引起塑性变形，导致温度升高发生黏着，焊合的现象。选择材料时要具有较高的硬度和较小的摩擦系数，才能有效防止这些失效。 2.2.1 50号钢元素成分及作用50号钢元素成分及作用如下表:表2.1 50号钢的元素成分及作用元素CSiMnGr含量作用 0.50 0.37固熔强化提高淬透性=0.25提高回火淬透性2.2.2 50号钢的性能 50号钢的淬透性较低，一般采用水或盐水冷却，变形开裂的倾向大。按照GB/T699-1999标准规定的50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
12、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50号钢的标准规定要求进行热处理。2.2.3 50号钢中碳和合金元素的作用 0.50，以保证调质后有足够的体积分数，通过弥散硬化得到所需要的强度，碳含量分数也不益过高，以防塑韧性的下降。Si在钢中的作用是提高钢的淬透性，Si固熔于铁素体中还可以提高固熔强度。Mn在钢中的作用是提高淬透性，有固熔强化作用。3 设计说明 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粗磨（外圆、锥孔、外锥体）洗花键花键高频淬火、回火精磨（外圆、锥孔、外锥体）。锻坏正火热处理消除毛坯的锻造应力，降低硬度以改善切削加工性能
13、，同时可细化晶粒组织，利于切削加工，得到一定的力学性能。热处理工艺: 85010,保温1.5h,空冷。设备: 井式或者箱式炉（额定温度950）。检测: 硬度217 HBW。操作技巧: 多件集中装炉，出炉时工件必须相互间隔20mm以上空冷，也可用风扇强制冷却，以确定冷却速度100h。 图3-1正火工艺曲线 目的是获得均匀细密的回火索氏体组织, 细密的索氏体金相组织有利于零件精加工后获得光洁的表面。同时, 也使主轴具有良好的综合力学性能, 经淬火后高温回火, 其硬度可达220 250 HBS。热处理工艺: 淬火840 ? 10 e , 保温1. 5 h, 水冷; 回火580 ? 10 e , 保温
14、2 2. 5 h, 空冷。设备: 井式炉( 额定温度950 e ) 。检测: 硬度220 250 HBS。操作技巧: 由于工件尺寸超过45 钢淬火水冷的临界尺寸, 因此淬火前主轴各部位需经粗加工, 留4 5 mm( 包括内孔) 加工余量进行调质, 确保调质层的有效保留。调质热处理多件集中装炉时, 应垂直吊挂且工件必须相互间隔20 mm 以上, 以确保工件加热均匀、变形小。调质的目的是为了获得均匀细密的回火索氏体组织，细密的金相索氏体组织有利于零件加工后获得光洁的表面，同时使主轴具有良好的力学性质，经淬火、高温回火，其硬度可达220250HBS。1.材料进行调质后的热处理工艺如下:a. 淬火时的
15、温度应该保持在84010 。b. 淬火过程中应该保温1.5 h,水冷。不要采用渗碳淬火。c. 回火时温度应该保持在580l0 。d. 回火时应该保温2到2.5 h,空冷。e. 调质使用的设备为井式炉(额定温度950)。f. 检测时硬度22025O HBS。2.操作技巧:由于工件尺寸超过50号钢淬火水冷的临界尺寸，因此淬火前各部分需要加粗，留4到5毫米的加工的加工余量。调节热处理多件集中装炉时，应垂直于吊挂，且工件必须相互间隔20毫米以上。图3-2 淬火工艺曲线 图3-3 高温回火工艺曲线a.局部淬火方式: 外锥体键槽部位不淬硬, 应用石棉绳等物填充加以保护, 锥孔和外锥体部分可采用盐浴快速加热
16、并水淬, 经回火后,其硬度应达50 HRC。b. 热处理工艺: 热处理工艺: 淬火90010 ,保温20 min,水冷。设备: 盐浴炉(额定温度950)。回火: 180200, 保温2到2.5h, 空冷。设备: 硝盐回火炉(额定温度600)。检测: 硬度50到50 HRC。C操作技巧: 采用超过50钢正常淬火温度的900进行快速加热，使锥孔及外锥体的表面，快速达到淬火温度，进行淬火冷却，可以保证锥孔及外锥体表面的硬度和性能，可以保证锥孔及外锥体表面的硬度和性能要求，又可减小锥孔及外锥体的局部加热对轴颈部位的影响，减小热处理变形量。 花键高频淬火a淬火方式花键部分可采用高频淬火以减少变形并达到表
17、面淬硬，经回火后表面硬度可达48到53 HRC。b. 花键高频淬火工艺参数表3.1 花键高频淬火工艺参数设备GP 100一L3高频淬火机床加热频率灯丝电压阳极电压阳极电流栅极电流槽路电流250 kHz33 V12000 V7 A5 000 V工件转速移动速度加热温度冷却介质及冷却方式 感应器型号350 rmin2 mins8501025清水 (O到3Mpa)55 mm 10 mm 表3.2 花键回火工艺参数回火设备空气炉回火回火温度180保温时间 6h表3.3 花键回火工艺参数检测技术条件硬度 4853 HRC允许变形量 检验方法洛氏硬度计检验顶尖百分表检测 高频感应加热淬火，常用工作频率为2
18、5008000 Hz,淬硬深度达1015mm,适用于大型零件，如直径大于300mm的轧滚或轴类零件。采用高频加热淬火，工件表面质量好，变形小；工艺过程易于控制，生产率高，易于实现机械化和自动化。d:操作技巧:由于花键部位存在直角过渡，为避免淬硬层过深，应力集中造成尖角开裂，一般采用高频而不是中频设备进行淬火，淬硬层深度可达1到2mm。同时淬火后的及时回火，也能减缓尖角部位的开裂倾向。另外由于采用立式高频淬火机床，工件的重心应偏下，所以应将主轴的锥头置于机床下方的旋转卡盘或顶尖上(采用卡盘时，必须配置相应的夹持工装，采用顶尖时，必须配置与内锥孔相配合的锥杆，以带动主轴均匀旋转)。鉴于花键高频淬火
19、的硬化层深，使用花键部位淬火后的加工余量一般为0.5到0.6 mm。其余轴颈部位留加工余量1到1.5 mm。对于变形量超标的产品, 尽量采用磨削加工保证。4 分析与讨论 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。5 结束语总之，由于轴较长，且锥孔与外锥体对两轴颈的同心度要求高，故锥部淬火应与花键淬火分开进行，这样可减少淬火变形，并且锥部淬火及回火
20、后，需用粗磨来纠正淬火变形。然后再进行花键的加工与淬火。最后用精磨来消除总的变形，从而保证主轴的装配质量。6 热处理工艺卡片零件名称：C6132卧式车床主轴热处理工艺卡处理要求： 下料、锻造、预备热处理(完全退火)、机械加工、调质+局部淬火、平磨热处理技术要求：恰当控制温度和时间硬度：大于等于220HBW材料：50钢工序号名称设 备工具装 料工 艺 规 范冷 却备 注工具数量一工具装数量/件温度/加热时间保温时/h间合计介质温度/1锻坏正火840870-空冷2调质8308505min1h水冷3淬火8308505min水冷4局部淬火8909101h空气5678910更该日期更改单号更改标准更改者参 考 文 献1 百度百科.第二版.M. 北京:机械工业出版社,2 王建安. 金属学与热处理M. 北京:机械工业出版社,1980 3 崔明择主编.工程材料及其热处理M. 北京:机械工业出版社,4 中国机械工程学会.热处理手册M. 北京:机械工业出版社,5 范逸明.简明金属热处理工手册M.北京:国防工业出版社,