车床主轴的加工与热处理.docx

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 TreatmentLathe 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 性能要求轴的失效方式主要是疲劳断裂和轴颈处磨损,有时也发生过载断裂，有时也因发 生塑性变形或腐蚀而失效根据轴的工作条件及失效方式，轴的材料应具备如下 性能：（1） 高的疲劳强度，防止轴疲劳断裂;（2） 优良的综合力学性能，即强度和塑性，韧性有良好配合，以防止过载和冲击 断裂；（3） 局部承受摩擦的部位应具有高硬度和耐磨性，防止磨损失效；（4） 在特殊条件下工作的轴材料应具有特殊性能,如蠕变抗力，耐腐蚀性等.2、车床主轴材料的选择由上述车床主轴的工作条件和性能要求可选择40Cr作为主轴材料。

40Cr 化学成分:C:0.37-0.44 Si:0.17 —037 Mn:050—080 Cr:0.80-l 10,具有 良好的综合力学性能、低温冲击韧度及低的缺口敏感性，淬透性良好，油冷时可 得到较高的疲劳强度，一般在调质后状态下使用，还可以进行碳氦共渗和高频表 面淬火处理 用途： 使用最广泛的钢种之一，调制处理后用于制造中速、中载 的零件，碳氦共渗处理后制造尺寸较大、低温中冲击韧度较高的传动零件3、车床主轴的加工工艺主轴加工过程中的加工工序和热处理均会产生不同的加工误差和应力，因此要划 分加工阶段,通常分为三个阶段：1. 粗加工阶段⑴ 毛坯处理:备料,锻造，热处理（正火）；⑵ 粗加工：锯除多余部分，铣端面，钻中心孔,粗车外圆； 目的：切除大部分余量,接近终形尺寸,只留少量余量，及时发现缺陷2. 半精加工阶段⑴ 半精加工前热处理 调质热处理⑵ 半精加工： 车大端各部，车小端各部,钻深孔，车小端锥孔，车大端锥 孔，钻孔;目的：为精加工作准备,次要表面达到图纸要求.3. 精加工阶段⑴ 精加工前热处理 渗氮处理⑵ 工前各种加工： 精车外圆,粗磨外圆,粗磨大端锥孔,铣花键，铣键槽 , 车螺纹；⑶ 精加工： 精磨外圆，粗磨外锥面，精磨外锥面；4、热处理工艺在不同的加工阶段需要不同的热处理方法来配合，下面就对车床主轴的热处理工 艺进行详细的叙述.粗加工阶段的热处理:正火或退火 正火或退火的目的是消除锻造应力，细化晶粒，使金属组织均匀化 ,以利于切削 加工。

退火工艺：加热温度Ac3+（30〜50）°C，保温时间120min，冷却方式为随炉冷却 正火工艺:加热温度Ac3+ （30〜50）C，保温时间120min，冷却方式为空冷40Cr 属于亚共析钢,退火和正火后都会得到铁素体+珠光体组织,由于空冷的冷速 比随炉冷却的冷速大，正火得到的珠光体组织更为细小 ,因此具有更好的塑性和 切削加工性能半精加工阶段的热处理 调质热处理（淬火+高温回火）热处理工艺：870C淬火，保温70min,油淬，500C回火，保温lOOmin,油淬 如果调质热处理不当，会造成钢中存在较多的网络状、块状游离铁素体 ,从而使 钢材的强度和冲击韧性下降.淬火温度偏低,回火温度过高是主要的不当操作淬 火时冷却速度缓慢时,铁素体会从原奥氏体晶界优先析出，形成网状铁素体;钢在 加热过程中，由于加热温度偏低或保温时间不足时，铁素体未完全溶于奥氏体中， 淬火后形成块状游离铁素体高温回火是一个碳原子扩散 ,颗粒状碳化物从马氏 体中析出，以及消除马氏体痕迹的过程，因此淬火态存在的网状铁素体和块状游 离铁素体无法在高温回火中消除而保留在调质处理后的组织中铁素体的存在会 降低组织的强度，硬度，直接影响到疲劳断裂的问题.40Cr的淬火选用油淬，由于Cr的存在会增加奥氏体的稳定性使C曲线右移，提 高其淬透性，如果采用水淬,由于冷却速度太大，容易产生大的淬火内应力，使 得材料开裂。

铬还会提高钢的回火稳定性，如果回火温度偏高,保温时间不足,组织转变就会不 充分，铬在高温回火阶段会随着温度升高阻止马氏体的分解，从而影响碳化物的 析出，高温回火后所得碳化物颗粒很少或分布不均匀，使得强度降低综上所述，适当提高淬火温度,增加保温时间，充分奥氏体化，降低高温回火温 度，延长保温时间 ,使得碳化物充分析出均匀分布形成细密均匀回火索氏体组 ., 回火索氏体组织具有较高的强度和硬度，同时又具有比较好的韧性 ,从而提高材 料的综合性能精加工阶段前的热处理 氮化处理或表面高频淬火处理 氮化是整个车床主轴制造过程的最后一道工序，氮化后只需对主轴进行精磨加 工氮化温度为480C〜570C，氮化温度越高，扩散越快，获得的渗氮层便越深, 但当渗氮温度升高至600C以上，合金氮化物发生强烈聚集长大而引起弥散度减 小，表面硬度显著降低氮化层特性：⑴氮化层的硬度和耐磨性 氮化层的主要组织是a相以及和它共格联系或独立的氮化物，合金元素会减小氮化层的深度，也会显著提高表面硬度一般 硬度高耐磨性相应也会高.⑵疲劳强度 氮化层不仅具有高的表面硬度和强度，而且由于析出体积较大的 氮化物相，使氮化层产生较大的残余压应力，能部分抵消在疲劳载荷下产生的拉 应力,延缓疲劳破坏过程，使疲劳强度显著提高.同时氮化还使缺口敏感度显著降 低。

⑶红硬性 氮化层的抗回火能力一般可保持到氮化温度，所以氮化表面在 500°C以下可长期保持高硬度表面高频淬火:表面高频淬火也可以使车床主轴表面获得高的硬度，满足其性能要求5、结束语根据车床主轴的工作条件和所要求的性能 ,制定出对应的合理的加工工艺和 热处理方案，使得车床主轴内部有良好的韧性和强度，外表面有很好的硬度和耐 磨性，从而减少磨损，延长主轴的寿命和机械加工的稳定性由此，使得车床有 较高的加工效率参考文献⑴ 石德珂 材料科学基础（M）北京：机械工业出版社2002⑵ 沈承金 材料热处理与表面工程（M）徐州：中国矿业大学出版社2011⑶王广生金属热处理缺陷分析及案例（M）北京：机械工业出版社2002 ⑷ 师国政 机械加工基础⑸ 唐世林 柯吉友 机械加工技术 北京：北京理工大学出版社 2009⑹ 蒋森春 王雅洁 机械加工基础入门 北京:机械工业出版社 2006⑺ 支道光 机械零件材料与热处理工艺选择 北京：机械工业出版社 2008 ⑻夏立芳 金属热处理工艺学（M）哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社2007 ⑼王顺兴 金属热处理原理与工艺（M）哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社2006⑽钟家湘 金属学教程（M） 北京:北京理工大学出版社1995。