机床主轴材料特性与热处理工艺优化
40cr机床主轴热处理工艺流程
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机床主要零件选材及热处理与热处理技术要求表示方法.doc
一、机床主要零件选材及热处理摘录（仅供参考）
2、导轨
3、丝杠
注：热处理技术要求系指丝杠螺纹部分。
软丝杠的方头和轴颈一般需C42或G48。
注：（1）、表中的齿根最大弯曲应力及齿面最大接触应力按GB3480和GB10062规定计算；
（2）、齿轮的有效渗碳硬化层和渗氮层深度分别见附表4-1和附表4-2。
附表4-1：齿轮的有效渗碳硬化层深度(mm)
5、蜗轮副(蜗杆及蜗轮)
说明：经渗碳的蜗杆，其有效渗碳硬化层深度见附表5-1。
7、齿条
齿条可参照齿轮选择材料和制定热处理技术要求。
工作频繁的齿条应采用硬化措施。
细长齿条宜采用渗氮处理（或氮碳共渗或硫氮碳共渗处理）。
精度低的齿条可采用整体淬火。
工作不频繁或受力不大的齿条可以不采用硬化措施，其中要求调质的齿条宜用易切削非调钢YF40MnV或YF45MnV。
8、箱体
箱体一般采用灰铸铁制造，并经高温时效处理。
主轴箱等要求较高的箱体宜用HT300或HT350，一般箱体采用HT200或HT250。
要求刚度高受力大的箱体可采用球墨铸铁QT600-3制造。
单件小批量生产的箱体可采用45钢或Q235钢焊接结构。
这些箱体亦须进行高温时效处理。
说明：本资料是根据1993年北京机床研究所材料部编写的《《机床八类主要零件选材及热处理》整理而成。
其中，省去了一些解释文字。
二、机床行业热处理技术要求表示方法
注：冷卷弹簧的定形、消除应力处理可用“Hh”表示。
轴类零件选材及热处理
本章结束
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图8-1 CM6140车床主轴
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表8-1 机床主轴工作条件、用材及热处理
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图8-2 汽车半轴
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图8-3 解放牌汽车变速齿轮简图
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表8-2 部分箱体支承类零件用材情况
代表性零件
机床床身、轴承座、 齿轮箱、缸盖、变速
器壳、离合器壳
承力支架、箱体底座 铸钢ZG270-500
刚度、强度、耐冲击
正火
支架、挡板、盖、罩、 钢板Q235、08、20、
壳
16Mn
车辆驾驶室车箱
钢板08
精品
刚度、强度
不热处理
刚度0 ～ 55HRC）。如机床齿轮。 •重载、中高速、大冲击载荷齿轮： 低 碳 （ 合 金 ） 钢 （ 20Cr 、 20MnB 、 20CrMnTi ） 渗 碳
（碳氮共渗）及淬火低温回火，齿面58～63HRC。如 汽车、拖拉机变速齿轮和后桥齿轮。 •精密传动齿轮或硬面内齿轮，要求热处理变形小： 38CrMoAl、35CrMo等。调质及气体氮化。如非重载、 工作平稳的精密齿轮。
图8-3
•负荷特点： 承载、磨损及冲击负荷较大，工作条件比较繁重。
•材料： 20CrMnTi。
•热处理技术条件： 渗碳层深0.8～1.3mm，表层Wc为0.8%～1.05%，齿面 58～62HRC。心部33～45HRC。
•工艺路线： 锻造→正火→粗加工、半精加工→渗碳淬火、低温回 火。
8.3 弹簧类零件材料选择（spring)
④铬矾弹簧钢： 50CrVA等，φ50mm淬透，应力较大的弹簧（工作温 度≤ 300℃）。
机床主轴的选材及热处理工艺
轴 用材 必须 同时 具有 良好 的车 削工 艺性 和磨 削 工 艺性 ．
２ Ｉ Ｉ 主 轴选 材 ．． 依据 主轴 的工作 环 境和 工作 要求 ， 通 机 床 主轴 材料 通常 选 用 下列 ３ 【 ： 普 类 ｌ Ｊ Ｉ 中碳 结构 钢 ： 用牌 号 ４ ，Ｏ ５ 结 构钢 ； ） 常 ５ ５ ，５ ２ 中碳 合金 钢 ： ） 常用牌 号 ４ Ｃ ，０ ｒ ０ ｒ５ Ｃ 合金 钢 ； ３锰 钢 ： ） 常用牌 号 ６ Ｍｎ合金 钢 ． ５ ２ １２ 典 型用 材 及热 处 理工 艺 ．． 普 通机 床 主轴 最 常用 的材料 是 ４ 结 构 钢或 ４ Ｃ 中碳 合 金 钢 【 ， 热 处理 工艺 一 般首 先 采 用 整 体 表 ５ ０ｒ ２ 其 ］ 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 ， 后 进 行 低 温 回火 的 常规 热 处 理 工艺 【 ． 然 １ ］
绍
兴
文
理
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Ｊ Ｒ ＯＵ ＮＡＬ ＯＦ Ｓ ＯＸ ＮＧ Ｕ Ｉ Ｅ Ｓ ＴＹ ＨＡ Ｉ Ｎ Ｖ Ｒ Ｉ
ｌ ｎ． ０ ２ ｕ ２０
机床主 轴的选材 及热 处理 工艺
王文奎
（ 兴 文理 学 院 绍
俞 学人
绍 兴 ３ ２０ ） １００
机 电系 ， 江 浙
．
・
收 稿 日期 ：０ ２—０ ２ ２０ ３— ２
作 者 筒 介 ： 文 奎 （９ ３ ， ， 江 绍 兴 人 ， 师 ， 事 机 电技 术 研 究 王 １６ 一）男 浙 讲 从
维普资讯
第 ２期
王文奎
俞 学人 ： 机床 主轴 的选 材及 热处理工 艺
车床主轴加工工艺过程分析
车床主轴加工工艺过程分析【摘要】随着经济的快速发展，工业中的机械行业也在不断发展中，车床是机械行业中重要组成部分之一，车床也从以前的人工操作演化成为数控车床,但是在生产车床主轴上还存在一定问题,本文就从车床主轴加工工艺过程这方面进行分析。
【关键词】车床主轴;加工工艺过程一、前言在机械行业的发展中，车床起到了最为关键的作用，由于车床上的技术也在不断的进步，但是关于主轴的加工工业过程的所涉及的问题,促使技术人员在不断的努力完善。
二、主轴的材料和热处理45钢是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。
选择合适的材料并在整个加工过程中安排足够和合理的热处理工序,对于保证主轴的力学性能、精度要求和改善其切削加工性能非常重要。
车床主轴的热处理主要包括以下几方面。
1、毛坯热处理。
车床主轴的毛坯热处理一般用正火,其目的是消除锻造应力,细化晶粒,并使金属组织均匀,以利于切削加工。
2、预备热处理。
在粗加工之后半精加工之前,安排调质处理,目的是获得均匀细密的回火索氏体组织,提高其综合力学性能,同时,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。
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。
精度要求高的主轴,在淬火回火后还要进行定性处理。
定性处理的目的是消除加工的内应力,提高主轴的尺寸稳定性,使它能长期保持精度。
定性处理是在精加工之后进行的,如低温人工时效或水冷处理。
热处理次数的多少决定于主轴的精度要求、经济性以及热处理效果。
车床主轴一般经过正火、调质和表面局部淬火3个热处理工序,无需进行定性处理。
主轴加工过程中的各加工工序和热处理工序均会不同程度地产生加工误差和应力。
为了保证加工质量，稳定加工精度，车床主轴加工基本上划分为下列三个阶段。
(1)粗加工阶段。
数控车床加工工艺流程的一些优化和改进思路
数控车床加⼯⼯艺流程的⼀些优化和改进思路 机床主轴是机床的核⼼部件，它的功能是带动⼑具（砂轮）或⼯件旋转来实现加⼯。
在数控车床加⼯机床主轴的质量好坏会直接影响⽣产的机床加⼯零件的表⾯质量、加⼯精度和⽣产效率。
因此我们要想提⾼机床的加⼯性能，进⽽提⾼机床的加⼯质量、加⼯精度和⽣产效率，要想使机床能够加⼯出质量更优异的产品，能够满⾜我们⽇益增长的⽣产和⽣活的需要，那么在数控车床加⼯机床主轴时的⼯艺流程合理与否直接对所制造的机床的精度质量产⽣重要的影响，本⽂对使⽤数控车床加⼯中重要的⼏个步骤进⾏了分析总结，并以数控车床加⼯超精机床的主轴部件为例通过⼤量的实际加⼯和研究分析对⼯艺进⾏优化，提出了⼯艺上的缺陷和改进措施，找出其影响加⼯精度和质量的原因，提⾼⽣产效率，为企业创造了经济效益。
机床主轴的性能必须在满⾜了加⼯精度和效率为前提，⼀些传统的主轴概念已不能满⾜现在机床主轴的需求，它的速度和精度，以及刚度、功率的匹配特性要好，这样就要考虑质量。
⽽数控车床加⼯零件时，车削的参数和⾛⼑路径是设定好之后通过计算机的控制系统来进⾏车削加⼯的，所以零件的加⼯质量和效率重要影响因素的是数控车床的加⼯⼯艺流程。
随着数控技术的发展，加⼯质量在提⾼，但在数控加⼯的⼯艺规范性的指导⽅⾯还是很缺乏的，从⽽产品质量的⼀致性和稳定性得不到保证,这⼀因素在⼀定程度上对数控车床的技术发展存在着制约，下⾯从数控车床加⼯的加⼯⽅法和⼯序选择、线路制定、⼑具安装、等⼏个重要步骤对零件的⼯艺有效改变途径进⾏分析： ⼀、对加⼯零件的⼯艺性分析要准确 1、需要加⼯零件的⼯艺性要符合数车加⼯的特点 车床加⼯零件其图纸的设计上，在尺⼨的标上应该以⽅便加⼯为前提，在图纸上应该直接使⽤统⼀的基准并给出坐标尺⼨，这样便于在编程和协调各个尺⼨，在保证⼯艺基准和设计基准，以⾄于检测基准和编程原点等⽅⾯的⼀致性提供了⽅便，这样设计⼈员对产品的使⽤特性上打消了顾虑，在⼿⼯编程时要计算基点坐标和计算点，应注意是否充分允许⼯件轮廓⼏何元素的条件，⾃动编程时要所有⼏何元素中定义，⼯艺性分析要充分考虑各个⼏何元素的充分合理的特性。
主轴材料与热处理
渗 碳 淬 硬 HRC56～ 62
淬 硬 HRC59～ 62
氮 化 处 理 HV850～ 1200
轴颈处需要高硬度或冲击性较大 的主轴 高精度机床主轴，热处理变形较 小 高精度机床主轴，保证热处理变 形小
50Mn2 调 质 HRC28～ 35 载 荷 较 大 的 重 型 机 床 主 轴
支承用滚动轴承，轴颈可不淬硬，但是不 少主轴为了防止敲碰损伤轴颈的配合外表 ，轴颈处仍然进行淬硬。
假设支承用滑动轴承，那么轴颈处需高频 淬硬，保证耐磨性。
假设为重负荷，为提高抗疲劳性能，可选 用40Cr或50Mn2钢。
对受冲击载荷较大的主轴或轴颈处需要更 高的硬度时，可选用20Cr进行渗碳淬火处 理至HRC56～62。
表3-10主轴的材料和热处理
钢材
热处理
用
途
45
调 质 HRC22～ 28 一 般 机 床 主 轴 、 传 动 轴
40Cr 淬 硬 HRC48～ 55 载 荷 较 大 ， 或 表 面 要 求 较 硬 的 主 轴
40Cr 高 频 淬 硬 HRC55～ 62 滑 动 轴 承 的 主 轴 轴 颈
20Cr
9Mn2V 38CrMOA IA
精密机床的主轴，求在长期使用中因内 应力引起的变形要小，故应选用在热处理 后剩余应力小的材料, 如40Cr或45MnB钢。
支承在滑动轴承上的高精度磨床的砂轮主 轴，镗床和坐标镗床主轴，要求有很高的 耐磨性，可选用38CrMoAlA钢，进行氮化处 理，使外表硬度到达HV1100～1200〔相当 于HRC69～72〕。
二、主轴材料与热处理
根据强度、耐磨性、载荷特点和热处理后 变形大小选择
尺寸一定，主轴的刚度取决于材料的弹性 模量E
车床主轴材料
车床主轴材料
车床主轴是车床的核心部件，其材料的选择直接影响着车床的加工精度、稳定性和寿命。
在选择车床主轴材料时，需要考虑材料的机械性能、耐磨性、热稳定性和加工性能等因素。
目前常用的车床主轴材料有铸铁、合金钢、不锈钢和陶瓷等。
下面将对这些材料进行详细介绍。
首先是铸铁材料，铸铁是一种具有良好的减震性能和低成本的材料，适用于一些对精度要求不高的车床。
但是铸铁的硬度较低，耐磨性差，容易产生热变形，因此在高速、高精度加工中不适用。
其次是合金钢材料，合金钢具有较高的硬度和耐磨性，适用于一些对精度要求较高的车床。
但是合金钢的热稳定性较差，容易受热变形，因此在高速、高温加工中容易出现问题。
接下来是不锈钢材料，不锈钢具有良好的耐腐蚀性和热稳定性，适用于一些对环境要求较高的车床。
但是不锈钢的加工性能较差，容易产生切屑，对刀具的要求较高。
最后是陶瓷材料，陶瓷具有极高的硬度和耐磨性，热稳定性也较好，适用于一些对精度要求极高的车床。
但是陶瓷的韧性较差，容易产生裂纹，加工难度较大。
综合来看，不同的车床主轴材料各有优缺点，选择合适的材料需要根据具体的加工要求和环境条件来进行综合考虑。
在实际应用中，还可以根据需要对不同材料进行表面处理，如镀铬、氮化等，以提高其表面硬度和耐磨性。
此外，还可以通过优化设计车床结构和改进加工工艺等方式来克服材料的局限性，提高车床的加工性能和稳定性。
总之，车床主轴材料的选择对车床的加工性能和稳定性有着重要影响，需要根据具体情况进行合理选择，并结合其他手段进行综合优化，以满足不同加工要求和环境条件。
40Cr车床主轴热处理工艺
40Cr车床主轴热处理工艺1.工作环境要求齿轮材料有高的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度，齿面要有足够的硬度和耐磨性2.性能要求1.齿轮会在齿根危险断面上造成最大的弯曲应力，在脉动弯曲应力作用下，可是齿轮产生歪曲疲劳破坏，因此机床齿轮应具有高度疲劳极限和高的抗弯强度。
2.齿轮通过齿面的接触传递动力，在接触应力的反复作用下，会使工作齿面产生接触疲劳破坏，因此齿轮应具有高强度和较高的韧性。
3.齿轮工作时，两齿面相对运动，会产生摩擦力，因此齿轮应具有高度耐磨性。
4.齿轮工作时，还会承担强烈的冲击载荷，因此齿轮应具有抗多次冲击的能力。
5.齿轮工作过程中会有摩擦力，会摩擦生热，使齿轮在较高的温度环境瑕工作，因此齿轮应具有一定的高温下的高强度和精度。
3.选材40Cr钢特点：1.在体机体上均匀分布的粒状谈话无起弥散强化作用，溶于铁素体中的合金元素起固溶强化作用，从而保证刚有较高的屈服强度和疲劳强度。
2.组织均匀性好，减少了裂纹在局部薄弱地区形成的可能性，可以保证有良好的塑性和韧性。
3.作为集体组织的铁素体是从淬火马氏体转变形成的，晶粒细小，使刚的冷脆倾向大大减小。
4.工艺方法路线下料——锻造——正火——粗加工——精加工——粗粗铣齿——淬火+高温回火——精铣齿——成品5.40Cr钢化学成分：6.工艺参数：（1）正火1.正火加热温度：870℃，Ac3+30~50℃2.正火保温时间：2~3小时3.正火加热速度：<200℃/h图3 40Cr钢正火工艺曲线（2）淬火+高温回火淬火温度要求T:Ac3+30~5℃，采用油冷，高温回火温度520℃7.工序说明：1）淬火：使奥氏体转化后的工件获得尽量多的马氏体，人后配以不同温度回火获得各种需要的性能。
2）高温回火：a：降低脆性，消除内应力。
b：得到对工件所要求的力学性能c：稳定工件尺寸8.热处理缺陷：1：氧化脱碳：工件在加热过程中，由于周围的加热戒指与钢表面所起的化学作用，会使钢发生氧化和脱碳，严重影响淬火工件的质量。
轴类零件选材及工艺分析
轴类零件选材及工艺分析在机床、汽车、拖拉机等制造工业中，轴类零件是另一类用量很大，且占有相当重要地位的结构件。
轴类零件的主要作用是支承传动零件并传递动和动力，它们在工作时受多种应力的作用，因此从选材角度看，材料应有较高的综合机械性能.局部承受摩擦的部位如车床主轴的花键、曲轴轴颈等处，要求有一定的硬度，以提高其抗磨损能力。
要求以综合机械性能为主的一类结构零件的选材，还需根据其应力状态和负荷种类考虑材料的淬透性和抗疲劳性能。
实践证明，受交变应力的轴类零件、连杆螺栓等结构件，其损环形式不少是由于疲劳裂纹引起的。
下面以车床主轴、汽车半轴、内燃机曲轴、镗杆、大型人字齿轮轴等典型零件为例进行分析。
（一）机床主轴在选选用机床主轴的材料和热处理工艺时，必须考虑以下几点：<1> 受力的大小。
不同类型的机床，工作条件有很大差别，如高速机床和精密机床主轴的工作条件与重型机床主轴的工作条件相比，无论在弯曲或扭转疲劳特性方面差别都很大。
<2> 轴承类型。
如在滑动轴承上工作时，轴颈需要有高的耐磨性。
<3> 主轴的形状及其可能引起的热处理缺陷。
结构形状复杂的主轴在热处理时易变形甚至于开裂，因此在选材上应给予重视。
主轴是机床中主要进零件之一，其质量好坏直接影响机床的精度和寿命。
因此必须根据主轴的工作条件和性能要求，选择用钢和制定合理的冷热加工工艺。
1、机床主轴的工作条件和性能要求C616-416车床主轴如图1-2所示。
该主轴的工作条件如下：①承受交变的弯曲应力与扭转应力，有时受到冲击载荷的作用；②主轴大端内锥孔和锥度外圆，经常与卡盘、顶针有相对摩擦；③花健部分经常有磕或相对滑动。
总之，该主轴是在滚动轴承中动转，承受中等负荷，转速中等，有装配精度要求，且受到一定的冲击力作用。
由此确定热处理技术条件如下：①整体调质后硬度应为HB200~230，金相组织为回火索氏体；②内锥孔和外圆锥面处硬度为HRC45~50，表面3~5㎜内金相组织为回火屈氏体和少量回火马氏体；③花键部分的硬度为HRC48~53，金相组同上。
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机床主轴材料特性与热处理工艺优化
一、引言
机床主轴是机床的核心部件之一，其材料特性和热处理工艺对
机床性能有着重要的影响。
本文旨在探讨机床主轴材料特性与热处
理工艺的优化方法，以提高机床的性能和寿命。
二、机床主轴材料特性
机床主轴的材料特性对机床的运行稳定性、刚性和耐磨性等方
面有着重要的影响。
常用的机床主轴材料包括合金钢、高速钢、陶
瓷等。
1. 合金钢
合金钢由于具有良好的刚性和耐磨性，在机床主轴中广泛应用。
合金钢的主要特点是强度高、韧性好，适用于承受较大负载和高速
旋转的工作条件。
同时，合金钢还具有较好的热稳定性，能够在高
温环境下保持稳定的强度和硬度。
2. 高速钢
高速钢作为一种特殊钢材，具有较高的硬度和耐磨性，在机床
主轴的应用中表现出色。
高速钢的主要特点是硬度高、切削性能好，能够承受高速旋转和重负载的工作条件。
此外，高速钢还具有较好
的热稳定性和耐热性，适合在高温环境下运行。
3. 陶瓷
陶瓷作为一种新型材料，在机床主轴中有着不可忽视的优势。
陶瓷的主要特点是硬度高、耐磨性强，能够承受高速旋转和重负载
的工作条件。
此外，陶瓷还具有较好的耐腐蚀性和热稳定性，能够
在恶劣环境下保持良好的性能。
三、热处理工艺优化
机床主轴在制造过程中需要进行热处理，以提高其组织结构的
稳定性和硬度，增强其耐磨性和刚性。
热处理工艺的优化对机床主
轴的性能提升具有重要意义。
1. 淬火工艺
淬火是机床主轴中常用的热处理工艺之一。
通过控制加热温度
和冷却速度，使机床主轴的组织结构发生相变，从而获得高硬度和
优良的力学性能。
在淬火过程中，需注意控制加热温度和保持时间，使机床主轴的组织结构达到理想的状态。
2. 回火工艺
回火是机床主轴的热处理工艺之一，通过对淬火后的机床主轴
进行适当的加热处理，减缓其硬度和脆性，提高其韧性和稳定性。
回火过程中，需根据机床主轴的具体材料特性和要求，选择适当的
回火温度和时间，以获得最佳的组织结构和性能。
3. 工艺参数优化
热处理工艺中的参数选择对机床主轴的质量和性能有着直接影响。
通过对工艺参数的优化，可以最大限度地提高机床主轴的性能
和使用寿命。
在热处理过程中，需根据材料特性进行合理选择，包括加热温度、冷却介质和速度等，以达到最佳的处理效果。
四、结论
机床主轴的材料特性和热处理工艺是影响机床性能和寿命的重要因素。
通过选择合适的材料和优化热处理工艺，可以提高机床主轴的刚性、耐磨性和稳定性，从而提升机床的性能和使用寿命。
在未来的研究和应用中，我们应继续深入研究机床主轴材料特性和热处理工艺的优化方法，以满足不断发展的机床需求。
以上就是机床主轴材料特性与热处理工艺优化的内容介绍，希望能为相关领域的研究提供一定的参考和启发。