平面磨床砂轮主轴热处理车间设计说明书
于润滑不良、轴承材料选择不当、结构设计不合理、加工精度不够、装配不良、间隙不均或潜入杂质微粒等都可能发生咬死（即抱轴），使轴颈工作面咬伤，这是机床主轴正常工作情况下常见的失效形式。
（2）变形或腐蚀失效 个别情况下发生过量弯曲或扭转变形（弹性的和塑性的）失效，可能发生振动或腐蚀失效的现象。
1.3.3机床主轴的主要性能要求
机床切削加工时，主轴高速旋转，受到弯曲、扭转、冲击等多种载荷的作用。根据工作条件和失效条件分析，可以对轴用材料提出如下主要性能要求： （1）高的疲劳强度，防止轴疲劳断裂；
（2）良好的综合力学性能，即强度与塑性、韧性有良好的配合，以防止过载和冲击断裂；
（3）高的硬度、热硬性、热强度的良好耐磨性，以增强抗咬死能力，防止轴颈、花键局部承受摩擦的部位过度磨损或咬死。
第2章 材料的选择和介绍
主轴为机床上主要传递动力的部件，在实际工作过程中，经常承受扭转、疲劳、冲击疲劳作用，因此应具有良好的综合力学性能。从主轴的工作条件、技术要求和结构分析，要求其具有足够的强度，高的硬度和耐磨性。
2.1材料的选用
根据该主轴的工作特点，结合其使用要求，应该选用调质钢。调质钢一般指经调质处理（淬火+高温回火）后使用的结构钢。淬火后得到的马氏体组织经高温回火后，得到在α相基体上分布上有极细小的颗粒状碳化物的回火屈氏体或回火索氏体组织。这种组织使钢具有较高的强度，良好的塑性和韧性。调质钢经过调质处理后可以满足机械零件对使用性能提出的具有比较全面的力学性能的要求。调质钢一般为中碳钢，主轴基体的强度和韧性得到了保障，能够满足主轴的工作要求。并且调质钢含有较多的合金元素，确保了调质处理的淬透性，减少主轴的变形量。
因此，根据工作特点，要求以及经济成本等因素最后选用40Cr调质钢作为平面磨床砂轮主轴的材料。
2
平面磨床砂轮主轴热处理车间设计说明书
2.2 材料成分及组分的作用
2.2.1 化学成分
碳 C：0.37~0.45 硅 Si:0.20~0.40 锰Mn:0.50~0.80
铬 Cr：0.80~1.10 磷 P：≤0.035 硫 S：≤0.035 （质量分数，%）
2.2.2主要组分的作用
Cr：铬在调质钢中的主要作用是提高淬透性，使钢经淬火回火有具有较好的综合力学性能。另外铬的加入能显著地提高抗氧化、防腐蚀能力，改善回火稳定性以及钢的强度、硬度和耐磨性，同时降低塑性和韧性。
Mn:锰是良好的脱氧剂和脱硫剂。钢中一般都含有一定量的锰，它能消除或减弱由于硫所引起的钢的热脆性，从而改善钢的加工性能。另外锰的存在提高了钢淬透性，心部得到马氏体组织，增强了钢的强度。
Si：硅作为还原剂和脱氧剂，能溶于铁素体和奥氏体中提高钢的硬度和强度。 S、P：杂质元素，严格控制。
第3章 热处理工艺设计
3.1 热处理技术要求
要求主轴心部调质到（250±10）HBW；主轴表面采用中频感应加热淬火。硬
度应≥59HRC。
3.2 加工工艺流程
下料→锻造→退火处理→粗切削加工→调质处理→精机械加工→感应加热表面淬火处理→低温回火→精磨加工→低温时效。
3.3 热处理工艺
工件名称：平面磨床砂轮主轴，其外形尺寸如下图所示：
图3.1 平面磨床砂轮主轴简图
3
平面磨床砂轮主轴热处理车间设计说明书
3.3.1 预备热处理
（1）技术要求
为消除锻造工艺造成的组织缺陷，起到均匀组织、细化晶粒、改善切削加工性能的作用，要求对工件进行软化预备热处理。 （2）工艺流程
加热温度800℃、保温时间3h、然后炉冷至550℃出炉空冷。其工艺曲线如下:
温度/℃
30～40℃/h 800℃ 炉冷 550℃ 空冷 3h 时间/h
图3.2 退火工艺曲线
3.3.2 最终热处理
（1）技术要求
工件的最终热处理有调质处理，感应加热表面淬火回火处理以及最后的低温时效处理。
调质处理：赋予主轴整体良好的综合力学性能。
感应加热表面淬火：根据所要求的硬化层深度来确定感应加热的频率。由于主轴尺寸较大、淬硬层深度要求≥2mm，故选用中频感应加热表面淬火。中频感应加热表面淬火课赋予主轴表面高硬度、高耐磨性及高的疲劳强度。 低温回火：保证主轴表面的高硬度、高耐磨性及高疲劳强度，减少内应力，降低脆性。
低温时效：进一步减少精机械加工造成的残余内应力，稳定主轴尺寸。
4
平面磨床砂轮主轴热处理车间设计说明书
（2）工艺流程
调质处理：加热温度810℃，保温2.5h→双液淬火（水淬油冷法）→高温回火600℃，保温4h→出炉空冷。
感应加热表面淬火回火：使用ZP-100中频感应加热进行感应淬火→加热至160℃、保温4h→空冷。
低温时效处理：加热至160℃、保温10h。
温度图/℃
500～600℃ 810℃ 2.5h3.3 调质处理工艺曲线 水冷20s h 第4章 热处理车间主要设备的600℃ 油冷 4h 选 空冷预热 淬火 高温回火 时间/h
择与计算
4.1热处理设备选型的原则和依据
4.1.1 热处理设备选择的原则
设备选择的基本原则是质量安全可靠，能生产出优质的产品，高的生产效率，低的生产成本和良好的工作环境。
⑴少品种大批量生产的热处理设备的选型：选用安全可靠、生产率高、运行成本低的连续式热处理设备。
⑵批量生产的热处理设备的选型：原则上以连续式热处理生产线为主，考虑产品种类问题，则所选用的设备便于工艺和生产调整。
⑶多品种单件生产的热处理设备的选型：宜采用周期式热处理设备，或以周期式热处理设备组建局部机械化、自动化联动线的方式。
4.1.2 热处理设备选择的依据
5
平面磨床砂轮主轴热处理车间设计说明书
（1）零件热处理工艺要求、技术条件； （2）零件的形状、尺寸、重量和材质； （3）零件生产量和劳动量；
（4）热处理所需的辅料及能源供应； （5）车间劳动安全卫生和环保要求； （6）设备投资和运行成本； （7）与前后工序的关系和衔接；
（8）企业及车间的自动化、机械化、现代物流和现代管理要求； （9）项目所在地及企业的特殊要求和条件。
4.2热处理设备的选型
4.2.1预备热处理设备
根据工艺条件的要求，选择型号为RT2-180-9的台车式电阻炉，其产品规格及技术参数见下表：
表4.1 RT2-180-9的台车式电阻炉的技术参数
额定型号 功率/kW 额定电压/V 相数 额定温度/℃ 工作空间尺寸（长×宽×高）/mm 2100×1050×750 在890℃时有关数据 空炉损耗功率/kW 空炉升温时间/h 最大装载量/kg RT2-180-9 180 380 3 950
≤40 ≤4.5 5000 由于退火为预备热处理工序，工件有较大的加工余量，热处理过程对工件的尺寸变形量要求没有那么严格，因此选择了装载量相对较大且装卸料方便的的台车式炉。这类炉子的炉底为一个可移动台车的箱式电阻炉，它适用于处理较大尺寸的工件。按工件之间间隔距离与工件尺寸相等原则将工件水平排列在电阻炉炉膛中，炉膛长2100mm，工件长为880mm；炉膛宽1050mm，工件最大直径为125mm，故每层可放置6件工件，又由于炉膛高度为750mm，工件的最大直径为125mm，并且根据40Cr材料的要求，因此工件在炉内堆放共2层。考虑到炉内的面积不能完全利用，同时第二次工件放置量比第一层少，由此可得，使用此型号台车式电阻炉一炉可加工9件工件。
要完成工件的退火处理需要3小时，故此设备的设备生产率为3件/h。
6
