材料45号钢.ppt
材料45号钢PPT课件
全部6.3
材料：45号钢
-
1
工艺分析
一、零件分析
1、零件几何特点: 回转体
2、零件精度要求: 3、零件形位精度: 4、零件加工内容:
-
表面粗糙度: 6.3um
尺寸精度: IT7
按未注形位公差的规定确定
球面 圆弧 ø40±0.025外圆 ø50±0.025 的外圆 锥面
2
二、选择加工零件的设备及夹持方式
-
23
➢华中世纪星系统的复合循环指令
1、内外径粗车复合循环G71 1）无凹糟内
格式： G71 U(Δd)R(r)P(ns)Q(nf)X(Δx)Z(Δz)F(f)S(s)T(t)
说明： △d：切削深度（每次切削量）;
r：每次退刀量;
△x：x方向精加工余量; △z：z方向精加工余量
2）有凹糟
格式： G71 U(Δd) R(r) P(ns) Q(nf) E(e) F(f) S(s) T(t)
△d: 每次切削背吃刀量(半径值), 不指定正负符号。 切削方向依照AA’的方向决定。
e: 退刀量 ns: 精加工形状程序的第一个段号。
nf: 精加工形状程序的最后一个段号。
△U: X方向精加工预留量的距离及方向。 （直径值）
△W: Z方向精加工预留量的距离及方向。
-
17
*①G71切削循环下，切削进给方向平行于Z轴。
U(△u)、W(△w)的符号判定：
U(+) W(-)
+△W
U(+) W(+)
+△U/2
相对于精加工, 其留下余量的方向
U(-) W(-)
U(-) W(+)
-
45钢
45钢(调质处理)的金相图
图1 500×
图2 500×图号：图1、图2
材料：45钢
工艺情况：调质处理
浸蚀方法：4%硝酸酒精溶液浸蚀
组织说明：图1为均匀细小的保持马氏体位向的回火索氏体。
图2为回火索氏体以及趋网状分布的白色铁素体，部分铁素体呈针状向晶内发展。
45钢调质后的组织形态首先取决于淬火组织（当然淬前原始组织也有影响）。
因加热不足而残留在马氏体组织中的块状铁素体，或因冷却不足而在马氏体晶界区形成的网状铁素体，均会保留到高温回火后的索氏体组织中。
同时，淬火马氏体的粗细直接影响索氏体的粗细。
为评定45钢锻后调质处理的质量，GB/T 13320-1999《钢质模锻件金相组织评级图及评定方法》把调质组织分为8级，图1为1级，属良好组织形态，而图1为8级，性能必然较差。
45钢的淬透性比较低，它作为调质钢使用时，在淬火过程中经常会遇到淬油硬度不足，淬水容易开裂的倾向，尤其是当含碳量偏上限肘，淬火开裂的概率很高，有时候批量开裂报废。
碰到这类质量问题时，必须控制45钢原材料的含碳量（一般＜0.45％），尽可能采用冷却能力较缓和而又能达到淬火目的的冷却介质，特别是在相变温度范围内要避免不必要的急剧冷却或可采用PAG类高分子聚合物水溶性淬火剂，使淬火零件获得高而均匀的表面硬度和足够深度的淬硬层，并可减少开裂危险。
根据回火产物可分为：1.回火马氏体（回火温度小于250度）；2.回火托氏体（回火温度300-500度）；3.回火索氏体（回火温度500-650度）；4.回火珠光体（回火温度高于650度）；通常我们说的调质处理是将淬火加高温回火相结合的热处理，为回火索氏体，回火后硬度为200-330HBS。
45钢
45号钢在加工过程中往往伴随着缺陷的发生，其中裂纹尤为突出。
对试样分析为：
1、抛光态下观察裂纹形貌，裂纹从表面向试样内部扩展，深浅不一，裂纹宽度较宽，尖端较圆钝，裂纹周围没有其它类型夹杂物聚集。
据以上分析，试样表面肉眼可见的裂纹是由非金属夹杂物或显微疏松引起的。
2、对裂纹试样观察，发现试样中存在较多尺寸较大的夹杂物，最大的长约100μm左右，还有部分显微疏松缺陷，裂纹附近区域大夹杂物相对更多。
能谱分析结果表明这些夹杂物主要为硅酸盐类及氧化物。
3、低倍组织可清晰看到在截面上有大量针孔和中心疏松。
针孔和中心疏松是由于非金属夹杂物及气体夹杂所致。
4、对比裂纹和拉速的关系，发现连铸过程拉速过快铸坯冷却组织出现部分碳偏析，导致裂纹。
综上分析最终导致优碳圆钢裂纹的主要原因有：硅酸盐类非金属夹杂物、碳偏析、连铸拉速过快。
为了防止裂纹产生，应采取的措施为：
1、提高冶炼质量，采用挡渣出钢，严格控制冶炼浇注过程中炉渣及耐火材料进入钢液中，去除钢中的杂质，使成分和组织均匀，减轻或消除钢的脆性，提高韧性和塑性。
2、选用高黏度、低结晶温度、快熔速等合理化性能指标的保护渣，适时取样化验以保证炉渣理化指标合格，可以减少铸坯表面裂纹。
3、连铸机实现连铸过程全保护浇注、同时适当降低拉速;严格控制连铸机扇形段的对弧情况，防止吸气;连铸机二冷配水要精确控制，保证水质，保证喷淋管、喷嘴等设备正常运行。
45号钢材简介
45号钢材简介45号钢材钢材应⽤⼴泛、品种繁多，根据断⾯形状的不同、钢材⼀般分为型材、板材、管材和⾦属制品四⼤类、钢材是钢锭、钢坯或钢材通过压⼒加⼯制成需要的各种形状、尺⼨和性能的材料。
⼤部分钢材加⼯都是钢材通过压⼒加⼯，使被加⼯的钢（坯、锭等）产⽣塑性变形。
根据钢材加⼯温度不同，可以分为冷加⼯和热加⼯两种。
45号钢，是GB中的叫法，JIS中称为：S45C，ASTM中称为1045，080M46，DIN称为：C45 。
国内常叫45号钢，也有叫"油钢"。
⼀般，市场现货热轧居多。
冷轧规格1.0~4.0mm之间。
化学成分含碳(C)量是0.42~0.50%，Si含量为0.17~0.37%，Mn含量0.50~0.80%，Cr含量≤0.25%，Ni含量≤0.30%， Cu含量≤0.25%。
密度7.85g/cm3，弹性模量210GPa，泊松⽐0.31。
处理⽅法热处理推荐热处理温度：正⽕850，淬⽕840，回⽕600.45号钢为优质碳素结构⽤钢，硬度不⾼易切削加⼯，模具中常⽤来做模板，梢⼦，导柱等，但须热处理。
1. 45号钢淬⽕后没有回⽕之前，硬度⼤于HRC55（最⾼可达HRC62)为合格。
实际应⽤的最⾼硬度为HRC55（⾼频淬⽕HRC58)。
2.45号钢不要采⽤渗碳淬⽕的热处理⼯艺。
调质处理后零件具有良好的综合机械性能，⼴泛应⽤于各种重要的结构零件，特别是那些在交变负荷下⼯作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等。
但表⾯硬度较低，不耐磨。
可⽤调质+表⾯淬⽕提⾼零件表⾯硬度。
渗碳处理⼀般⽤于表⾯耐磨、芯部耐冲击的重载零件，其耐磨性⽐调质+表⾯淬⽕⾼。
其表⾯含碳量0.8－－1.2%，芯部⼀般在0.1－－0.25%（特殊情况下采⽤0.35%）。
经热处理后，表⾯可以获得很⾼的硬度(HRC58－－62)，芯部硬度低，耐冲击。
如果⽤45号钢渗碳，淬⽕后芯部会出现硬脆的马⽒体，失去渗碳处理的优点。
现在采⽤渗碳⼯艺的材料，含碳量都不⾼，到0.30%芯部强度已经可以达到很⾼，应⽤上不多见。
45号钢的性能
1强度强度指金属在外力作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力1)抗拉强度ób 金属试样拉伸时，在拉断前所承受的最大负荷与试样原横截面面积之比称为抗拉强度ób=Pb/Fo式中Pb——试样拉断前的最大负荷(N)Fo——试样原横截面积(mm2)2)抗弯强度óbb MPa 试样在位于两支承中间的集中负荷作用下，使其折断时，折断截面所承受的最大正压力对圆试样：óbb=8PL/Лd³;对矩形试样：óbb=3PL/2bh²式中P——试样所受最大集中载荷(N)L——两支承点间的跨距(mm)d——圆试样截面之外径(mm)b——矩形截面试样之宽度(mm)h——矩形截面试样之高度(mm)3)抗压强度óbc MPa 材料在压力作用下不发生碎、裂所能承受的最大正压力，称为抗压强度óbc=Pbc/Fo式中Pbc—试样所受最大集中载荷（N）Fo—试样原截面积（mm²）4)抗剪强度てMPa 试样剪断前，所承受的最大负荷下的受剪截面具有的平均剪应力双剪：óて=P/2F;单剪：óて=P/Fo式中P—剪切时的最大负荷（N）Fo—受检部位的原横截面积(mm²)5)抗扭强度MPa 指外力是扭转力的强度极限てb≈3Mb/4Wp(适用于钢材)てb≈Mb/Wp(适用于铸铁)式中Mb—扭转力矩（N•mm）Wp—扭转时试样截面的极断面系数（mm²）6)屈服点ós MPa 金属试样在拉伸过程中，负荷不再增加，而试样仍继续发生变形的现象称为“屈服”。
发生屈服现象时的应力，称为屈服点或屈服极限Ós=Ps/Fo式中Ps——屈服载荷(N)Fo——试样原横截面积(mm2)7)屈服强度ó0.2 MPa 对某些屈服现象不明显的金属材料，测定屈服点比较困难，常把产生O．2％永久变形的应力定为屈服点，称为屈服强度或条件屈服极限ó0.2=P0.2/Fo式中P0. 2——试样产生永久变形为0.2％时的载荷(N)Fo——试样原横截面积(mm2)8)持久强度ób/时间（h）MPa 金属材料在高温条件下。
45号钢
两种刀材
❖ YT15 HRA≥91 11.10~11.50 ≥1350。 耐磨性较好，有一定抗冲 击韧性，适用于碳素钢与合金钢连续切削的粗车，粗铣，间断切 削时半精车与精车。
❖ YT14 HRA≥90.5 11.20~11.50 ≥1400 使用强度高，抗冲击，抗 震性好，适用于碳素钢与合金钢连续切削时粗车粗铣，间断切削 时半精车与精车
半精加工刀参及进给量
半精加工中，由于进给量小，背吃刀量小，要保证工件 质量，所以切削热应小，震动应小，刃口应锋利，所以 选择较大前角，切削中应减小刀具与工件间摩擦，减小 刀具磨损，所以选较大后角和副后角。加工中要保证工 件表面光滑，同时保证刀具耐用度，减小振动，所以选 择大的主偏角和较小的副偏角。加工时最应避免切削流 向加工表面，所以λs应取一个适当正值，是切削流流向 未加工表面，但为减小震动，所以λs应取较小正值。
粗加工刀具参数及进给量
由于粗加工采用优质合金钢刀 参数：γ。=10° α。 =5 ° α’=5° 具，虽然其强度，韧性好，但 γs=-3 °κr=90°κ’r=10° 属脆性材料，怕冲击震动，在 刀材： YT14 粗加工中进给量大，虽有选较 小前角，粗加工中还应保证刀 具强度，所以应选较小后角和 副后角，在粗加工中减小主偏 角和副偏角可使刀尖强度和散 热体积增加，所以取较小主副 偏角。粗加工中主要保证刀具 强度，所以λs取负，使刀尖强 度好，散热好。kr=v60/v060=91°
校核
❖ 高速钢虽然比YT14和YT15价格便宜，但是YT14和YT15更加耐用和耐磨从而使共建加工 过程中，效率高。同时YT14与YT15更加适合连续切削。同时陶瓷刀具虽然寿命更高，硬 度更高，更耐磨性更高，但是陶瓷刀具主要用于精加工，综上所述选择YT14和YT15
45号钢
断口宏观观察
断口宏观形貌，断口平坦，较光滑，色泽为暗 灰色，伴有细粒状闪光面，可观察到从一侧表 面向轴心区辐射的贝线，裂纹起源于拉杆一 侧表面的螺纹底部。从贝纹线的扩展特征可看 出靠近裂纹源扩展较慢，中间扩展较快。裂纹 扩展区有明显的疲劳弧线，扩展区面积很大， 几乎占据整个断口区域。瞬断区位于裂纹源对 应端，形貌较粗糙，面积相对较小
结论和建议
拉杆断裂为低应力旋转弯曲疲劳断裂。裂纹形核后，向 内扩展，这种扩展两侧是不均匀的，当扩展到临界尺寸 不足时而突然断裂。这种非正常组织、非正常结构的拉 杆断裂是必然的，具体的断裂时间、地点是偶然的。由 于制造过程的机加工不当造成应力集中，是导致拉杆失 效的外在原因；材料强度级别偏低引起力学性能下降， 是导致拉杆断裂的主要原因，在交变载荷作用下，发生 早期疲劳断裂。采0Crl7Ni4Cu4Nb不锈钢代替退火态的 45钢，加工成拉杆后，经过疲劳试验，未出现断裂现象。
显微组织
在拉杆断裂件上取金相试样，经磨、抛光和4 ％硝酸酒精溶液侵蚀后，在显微镜下观察，其 显微组织为珠光体和铁素体，符合45钢退火态 的组织结构，未见任何冶金缺陷。
断口微观分析
在扫描电镜下观察，疲劳源区位于拉杆螺纹底部， 有一个以疲劳核心为焦点的非常光滑、细密、硬 度实测值纹线不明显的狭小区域。最终瞬时破断 区面积较小，形貌较为粗糙，呈现等轴韧窝形貌。 疲劳裂纹扩展区具有疲劳辉纹和二次裂纹形貌， 疲劳辉纹多呈穿晶断裂特征。
材料45号钢
全部
6.3
材料：45号钢
工艺分析
一、零件分析
1、零件几何特点:
2、零件精度要求: 3、零件形位精度:
回转体
表面粗糙度: 6.3um IT7 尺寸精度: 按未注形位公差的规定确定
4、零件加工内容:
球面 圆弧 ø40±0.025外圆 ø50±0.025 的外圆 锥面
二、选择加工零件的设备及夹持方式
说明：
e：精加工余量，其为X方向的等高距离，
外径切削时为正，内径切削时为负。
2、闭环车削复合循环G73 格式： G73 U(ΔI)W( ΔK)R(d)P(ns)Q(nf)X(Δx)Z(Δz)F(f)S(s)T(t) 说明：
ΔI：X轴方向的粗加工总余量 ΔK：Z轴方向的粗加工总余量
注
意
事
项
(1) 必须先使用G71.G72.G73指令后, 方能使用G70指令. (2) G70指令指定的ns 至nf 间精车的程序段中, 不能调用子程序. (3) 使用G71.G72.G73.G70指令的程序 必须储存于CNC控制器的内存内. 华中世纪星不用G70
G73加工法拉克
%1002 N20 T0101 N30 M03 S500 F80 N40 G00 X60 Z6 N80 G73 U2.5W4 R3 P90 Q152 X0.125 Z0. 5 N86 G00 X100 Z150 N87 T0202 N90 G00X0 Z2 S1000 N91 G01 Z0 F50 N110 G03 X20 Z-10R10 N120 G01 X30 Z-44 N130 Z-59 N140 G02 X40 W-5 R5 N150 G01Z-74 N152 X60 N170 G00 X100 Z150 S400 N260 M30
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七、零件加工工艺卡片
单位名称 工序号 0002 工步号
1
2
武汉软件工程职业学院 程序号 1002
工步内容
产品名称或代号 MAINTOOL 夹具名称
三爪卡盘 刀具号 刀具规格
粗加工端面 粗车外圆轮廓
T01
900外圆
粗车刀具
T01 900外圆 粗车刀具
零件名称 珠头轴 使用设备
CK6140
主轴转速
r.min-1
G73
注意事项
数控加工，用G71指令时，由于该指令已包含 了半精加工的内容，所以可直接用G71粗加工，再 进行精加工即可。
十一、仿真加工零件 十二、数控机床加工零件
△k 华=中Z轴世纪粗星加不工用减单去边每余一量次的切- 削每深一度，次切削深度
其值就等于单边切削余量
G73的功能
用于重复切削一个逐渐变换的固定形式,用本循环, 可有效的切削一个用粗加工锻造或铸造等方式已经 加工成型的工件。
3）G70精加工循环指令
格式
G70 P(ns ) Q(nf )
ns : 精加工形状程序的第一个段号。 nf : 精加工形状程序的最后一个段号 功能 用G71、G73后，G70精加工。
*⑤在ns 到nf 程序段给予精车加工路径， 描述A→B间的工件轮廓。
*⑥在在ns 到nf 程序段中，不应包含子程序。
G00 G01
G71的功能
粗加工，并给精加工留下较为均匀的精加工余量。
2）G73仿形粗车复合循环
格式
G73U(△i)W(△k)R(d) G73P(ns)Q(nf)U(△u)W(△w)F(f)S(s)T(t)
编程坐标值取基本尺寸值
法兰克数控系统
N160 G00 X100 Z150； N165 T0202； N168 G00 X60 Z0 F50； N169 G70 P90 Q152 N170 G00 X100 Z150 S400； N190 T0303； N200 G00 X58 Z-74 ； N220 G01 X1 F30； N230 X60 F200； N240 G00 X100 Z150 ; N260 M30；
U(△u)、W(△w)的符号判定：
U(+) W(-)
+△W
U(+) W(+)
+△U/2
相对于精加工, 其留下余量的方向
U(-) W(-)
U(-) W(+)
*②由循环起点C点到A点只能用G00/G01指令, 且不可有轴向移动指令。
*③不可有内凹的轮廓外形。
*④f,s,t:粗加工时G71程序段中的F、S、T有效； 精加工时在ns 到nf程序段中的F、S、T有效。
△i: X轴方向退刀距离(半径指定)和方向，当向+X轴方向 退
刀时为正,反之为负。 △k: Z轴方向退刀距离和方向，当向+Z轴方向退刀时为正
反之为负。 d: 粗切削次数。 ns : 精加工形状程序的第一个段号。 nf : 精加工形状程序的最后一个段号。 △U: X方向精加工预留量的距离及方向（以直径值表示）. △W: Z方向精加工预留量的距离及方向。 △i =X轴粗加工单边余量 - 每一次切削深度
△d: 每次切削背吃刀量(半径值), 不指定正负符号。 切削方向依照AA’的方向决定。
e: 退刀量
ns: 精加工形状程序的第一个段号。
nf: 精加工形状程序的最后一个段号。
△U: X方向精加工预留量的距离及方向。 （直径值）
△W: Z方向精加工预留量的距离及方向。
*①G71切削循环下，切削进给方向平行于Z轴。
四、加工方案
粗车—半精车—精车： IT7、RZ3.2~6.3
工步号 1
工步内容
粗车端面
工步图
工步说明
用G94进行，留0.5mm的半精车余量
（华中世纪星G81）
2
外轮廓粗车循环切削
3
外轮廓精车循环切削
4
切断
用G71进行 留0.25mm的精
车余量
用G70进行
达到尺寸要求（华中世纪星不用）
切断刀宽4mm 用G01切
N240 G00 X100 Z150 ; N260 M30；
2、用G73编制零件加工程序单 毛坯类型：锻件
观察用G71加工存在的问题
法兰克数控系统
O1002 N20 T0101 N30 M03 S500 F80 N40 G00 X60 Z6 N50 G73 U1.7W4 R3 N80 G73 P90 Q152 U0.125 W0. 5 N86 G00 X100 Z150 N87 T0202 N90 G00X0 Z2 S1000 N91 G01 Z0 F50 N110 G03 X20 Z-10R10 N120 G01 X30 Z-44 N130 Z-59 N140 G02 X40 W-5 R5 N150 G01Z-74 N152 X60 N160 G70 P90 Q152 N170 G00 X100 Z150 S400 N260 M30
(2) G70指令指定的ns 至nf 间精车的程序段中, 不能调用子程序.
(3) 使用G71.G72.G73.G70指令的程序 必须储存于CNC控制器的内存内.
华中世纪星不用G70
例：用G73编制加工程序：要求循环起点在A（60，5），X、 Z方向粗加工余量分别为3mm，0、9mm；粗加工次数为3； X、Z方向精加工余量分别为0、6mm、0、6mm。其中点划 线部分为工件毛坯。
N91G01Z0; N110 G03 X28 Z-14R14；
N120 G01 X40 Z-44； N130 Z-59； N140 G02 X50 W-5 R5； N150 G01Z-74； N152 X60； N170 G00 X100 Z150 S400； N190 T0303； N200 G00 X58 Z-74 ； N220 G01 X0 F30； N230 X60 F200；
说明： e：精加工余量，其为X方向的等高距离，
外径切削时为正，内径切削时为负。
2、闭环车削复合循环G73
格式： G73 U(ΔI)W( ΔK)R(d)P(ns)Q(nf)X(Δx)Z(Δz)F(f)S(s)T(t) 说明： ΔI：X轴方向的粗加工总余量
ΔK：Z轴方向的粗加工总余量
注意事项
(1) 必须先使用G71.G72.G73指令后, 方能使用G70指令.
法拉克G71
华中世纪星数控系统 零件加工程0101;
N30 M03 S500;
N40 G00 X60 Z2;
N50 G81 X0 Z0.5 F50;
N80 G71 U2 R1 P90 Q152 X0.125 Z0. 5
F100; N86 G00 X100 Z150； N87 T0202； N90 G00 X0 Z2S1000 ；
进给速度 mm.min-1
500
50
零件图号 NO.5 车间
数控实训中心 背吃刀量 备注
mm
1.5
500
100
1
3
精车外圆轮廓
T02 900外圆
1000
50
0.125
精车刀具
4
切断
T03
4mm宽
400
30
切断刀
编制
×××
审核
×× ×
批准
×××
年月日
共页 第 页
八、确定工件坐标系和对刀
在XOZ平面内确定以工件右端面轴心线 上点为工件原点，建立工件坐标系。采用手 动试切对刀方法对刀。
华中世纪星系统的复合循环指令
1、内外径粗车复合循环G71 1）无凹糟内
格式： G71 U(Δd)R(r)P(ns)Q(nf)X(Δx)Z(Δz)F(f)S(s)T(t)
说明： △d：切削深度（每次切削量）;
r：每次退刀量; △x：x方向精加工余量; △z：z方向精加工余量
2）有凹糟
格式： G71 U(Δd) R(r) P(ns) Q(nf) E(e) F(f) S(s) T(t)
九、编制零件加工程序
1、用G71编制零件加工程序单
O1002 N20 T0101; N30 M03 S500; N40 G98G00 X60 Z2; N50 G94 X0 Z0.5 F50; N70 G71 U2 R1 N80 G71 P90 Q152 U0.125 W0. 5 F100; N90 G00X0 Z2S1000 ； N91G01Z0F50 N110 G03 X28 Z-14R14； N120 G01 X40 Z-44； N130 Z-59； N140 G02 X50 W-5 R5； N150 G01Z-74； N152 X60；
CAK6136车床
加工最大长度： 加工最大直径：
工件夹持方式： L/D＜4刚性轴
三爪卡盘
三、选择毛坯
1、毛坯类型：棒料
2、毛坯尺寸：
考虑夹持长度、切断宽度以及保 证刀具与卡盘不发生碰撞，所以可选 取棒料长度为95。
根据基本尺寸ø 50和棒料长度为 95，查表选取毛坯直径为ø 55。
棒料尺寸：ø 55㎜×95 ㎜
G73加工法拉克
%1002 N20 T0101 N30 M03 S500 F80 N40 G00 X60 Z6 N80 G73 U2.5W4 R3 P90 Q152 X0.125 Z0. 5 N86 G00 X100 Z150 N87 T0202 N90 G00X0 Z2 S1000 N91 G01 Z0 F50 N110 G03 X20 Z-10R10 N120 G01 X30 Z-44 N130 Z-59 N140 G02 X40 W-5 R5 N150 G01Z-74 N152 X60 N170 G00 X100 Z150 S400 N260 M30