精密机床主轴的选材及其热处理工艺
工艺
精密机床主轴的选材及其热处理工艺
王文奎(绍兴文理学院机电系,浙江绍兴 312000)
摘要:针对精密机床主轴的工作环境,提出了机床主轴选材应遵循的基本原则,介绍了精密机床主轴的常用材料和性能特点及其相应的热处理工艺,并介绍了精密机床主轴用材和工艺技术的发展概况。关键词:精密机床;主轴;选材;热处理;技术进展
中图分类号:TG162.71 文献标识码:A 文章编号:0254-6051(2002)11-0042-02
MaterialChoiceandHeatTreatmentforMainShaftofPreciseMachineTools
WANGWen-kui
(Dept.ofMechanicalandElectronicEngineering,CollegeofShaoxingArtsandScience,
ShaoxingZhejiang312000,China)
Abstract:Accordingtotheworkingconditionsofthemainshaftofprecisemachinetools,thebasicprincipleofma-terialchoiceforthemainshaftofprecisemachinetoolswasputforward,andthematerialsandtheirheattreat-mentswererecommended.Alsothedevelopmentofmaterialsandtechnologyofthemainshaftwasreviewed.Keywords:precisemachinetools;mainshaft;materialchoice;heattreatment;technologydevelopment
主轴是精密机床主轴部件的关键零件之一,主要起支承传动件和传递转矩的作用,它直接影响着机床的精度和寿命,因此主轴的选材及相应的热处理工艺尤为关键。
(2)合金工具钢 常用9Mn2V钢,属于低合金冷作模具钢,不含铬元素,符合我国资源情况,价格较低,具有高淬透性和耐磨性,锰的加入使淬火后有较多的残留奥氏体,可使淬火变形很小,钒的加入可克服锰钢易过热的缺点,并使碳化物分布均匀。淬火后硬度\62HRC[1]。
(3)轴承钢 常用GCr15钢,属于中淬透性合金钢,油淬临界厚度为25mm,具有高而均匀的硬度和耐磨性,高的弹性极限和接触疲劳强度,以及足够的韧性,同时在大气或润滑剂中具有一定的抗蚀能力,铬的加入不但增加钢的淬透性,还有利于提高低温回火时的回火稳定性。
(4)合金渗碳钢 常用20CrMnTi钢,属于中淬透性合金渗碳钢,调质后具有良好的综合力学性能,其中:Rs\835MPa,Rb\1100MPa(直径
1 精密机床主轴用材
精密机床主轴的合理用材,除了应满足工作环境下的性能要求外,还应满足加工工艺性、经济性等要求,遵循一定的选材原则。
1.1 精密机床主轴的选材原则
(1)使用性 这是主轴零件选材的首要原则。主轴工作时的运动精度对工件加工质量将产生直接影响,因此,必须保证主轴工作时具有很高的运动精度。主轴运动精度除了受主轴原始加工精度和装配精度等静态因素影响外,还受其工作时的受力畸变、运动副磨损、冲击载荷、热畸变、振动等动态因素的影响。因此,主轴零件不但应保证很高的原始几何精度,还必须保证其刚度、强度、耐磨性、耐冲击性、热稳定性和抗振性等力学性能。
(2)工艺性 精密主轴零件由于高几何精度的要求而常采用车削基础上的多次磨削工艺,由于综合力学性能的要求高而常实施多次不同的热处理工艺,因此精密主轴用材必须具有良好的车削工艺性、磨削工艺性和热处理工艺性等加工工艺性能。
(3)经济性 在满足机床主轴使用性能的前提下,应尽量降低材料的成本以获得最高的经济效益。
2 热处理工艺
(1)38CrMoAlA钢 热处理工艺路线:退火y调质y高温除应力y渗氮。在切削加工前进行完全退火,消除锻造应力。在外圆精车前进行调质,930e@3h油或水冷,650e@6h高温回火,调质后的硬度为265~295HB,金相检查要求离表面10mm处铁素体量950HV,脆性级别Z2级。
(2)9Mn2V钢 热处理工艺路线:球化退火y调质y中频淬火y人工时效。在切削加工前进行球化退火,760e@4h或690e@6h,球化1.5~5级,网状碳化物1~3级。在外圆精车前进行调质,800e@3h油冷,630e~650e高温回火,(250?30)HB。在外圆精车后进行中频淬火,用2500匝线圈连续加热冷却,850e水冷,过冷度
(3)GCr15钢 热处理工艺路线:球化退火y淬火+冷处理+低温回火(连续完成)y人工时效y二次人工时效。在
1.2 精密机床主轴的常用材料及性能特点
根据选材原则,选定的精密机床主轴常用材料及基本性能如下:
(1)合金渗氮钢 常用38CrMoAlA钢,属于中淬透性合金调质钢,油淬临界直径为
作者简介:王文奎(1963.10)),男,浙江绍兴人,讲师,主要从事机械制造技术的研究和教学工作,发表论文20多篇,曾获2001年度浙江省高校科技成果三等奖。联系电话:0575-8341528,[1**********]2收稿日期:2002-05-30
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切削加工前进行球化退火,760e@4h或690e@6h,使锻后硬度降低,硬度
(3)热稳定性好、热膨胀系数小的材料 主要是特种陶瓷材料的应用,为解决其脆性大耐冲击载荷能力较差的问题,纳米陶瓷材料的开发被提了出来。
(4)提高热稳定性工艺技术的应用 对传统的主轴材料施以特殊的稳定化处理,例如针对9Mn2V合金工具钢残留奥氏体的存在而产生磨削工艺性和磨后尺寸稳定性问题,采用(790~800)e较低温度淬火以减少残留奥氏体的含量,同时实施(240~260)e+160e油路环境下的两段长时间低温时效+(-70e)冰冷处理+(280~300)e中温回火工艺,使残留奥氏体分解。虽然较低温度淬火使淬后硬度有所降低,但较好地避免了磨削时的磨焦、磨裂现象,并且提高了主轴颈的尺寸稳定性,因此其耐磨性反而显著提高。
(5)抗微振磨裂工艺的应用 利用等效功率条件下振频愈高振幅愈窄的振动特性,采用超高速磨削工艺,极大地削弱磨头标定振幅值,保证已有一定脆化的轴颈表面不被磨裂,从而提高其耐磨性。国外先进的磨削转速达1@105r/min以上,国内有报道最高可稳定在(5~7)@104r/min。
3 机床主轴用材及工艺技术的发展
随着科学技术的发展,机械零件的精度要求越来越高,这就要求作为工作母机的机床主轴具有更好的耐磨性、更小的热膨胀系数、更强的抗振性和更大的刚度等,因此,出现了新的主轴用材和工艺方法。
(1)高耐磨复合材料 在传统主轴材料基体上镀TiN、TiC、陶瓷等,形成表面耐磨性极高的复合材料。上海机床厂已完成镀TiN的工艺试验,其耐磨性是9Mn2V钢的8倍,因专用设备投资太大并未投入生产。
(2)高弹性模量、低密度复合材料 国外出现了在碳素纤维材料基体上复合陶瓷纤维形成刚度高、耐磨性好的非金属复合材料,目前国内无开发报道。
4 结论
(1)机床主轴的材料及热处理工艺选择着重考虑主轴的使用性,兼顾其工艺性和经济性。
(2)高精度、高强度、高抗振性、高耐磨性的机床主轴开始采用高耐磨、高弹性模量、低密度、热稳定性好、热膨胀系数小等复合新材料,及能提高热稳定性和抗微振磨裂等新技术。参考文献:
[1] 王远炎.机械工程材料[M].北京:机械工业出版社,1992:149-177.
[2] 史美堂.金属材料及热处理[M].上海:上海科学技术出版社,
1980:152-197.
高温合金GH416薄壁管材真空热处理
黄乃宁,李增祥,李 敏,张中校,刘自能(沈阳仪器仪表工艺研究所,沈阳 110043)
摘要:研究了高温合金GH416薄壁材料的真空热处理工艺。根据材料要求的表面质量、晶粒度和力学性能等优化工艺参数,实
现高质量的热处理。
关键词:GH416高温合金;真空热处理;金属波纹管
中图分类号:TG142.7 文献标识码:A 文章编号:0254-6051(2002)11-0043-03
VacuumHeatTreatmentProcessofGH416HighTemperatureAlloy
Thin-wallTubeMaterial
HUANGNa-ining,LIZeng-xiang,LIMin,ZHANGZhong-xiao,LIUZ-ineng
(ShenyangInstituteofInstrumentTechnology,Shenyang110043,China)
Abstract:ThevacuumheattreatmentprocessofhightemperaturealloyGH416thin-walltubematerialswerere-searchedinthispaper.Accordingtotherequirementsofsurfacequality,thegrainsizeandthemechanicalproper-ties,theprocessparameterswereoptimisedandahighqualityofvacuumheattreatmentwasobtained.Keywords:hightemperaturealloyGH416;vacuumheattreatment;metalbellows
金属波纹管是一种带弹性、薄壁、有横向波纹的轴对称管
作者简介:黄乃宁(1960)),男,江西人,高级工程师,在读工程硕士,主要从事金属波纹管的设计、制造工艺及设备的科研与开发工作。联系电话:024-88720315,88713979-216 传真:024-88720315收稿日期:2002-11-29
壳零件,它要求既有弹性特性又具有耐压、密封、耐腐蚀、耐温度等多种性能,在压力、轴向力、横向力或弯矩的作用下均能产生相应的位移。金属波纹管是一种功能性零件,特种金属波纹管的制造和加工涉及波纹管的设计、材料的塑性加工、焊
接、热处理、表面处理、切削和性能测试等多种工艺和技术。
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