2 设计分析
2.1车床的使用工况及性能要求分析
图1为C6132卧式车床主轴零件简图。该轴承受交变弯曲应力与扭应力，但由于承受的载荷与转速均不高，冲击作用也不大，故具有一般综合力学性能即可。但在主轴大端的内锥孔和外锥体，因常与卡盘、顶尖有相对摩擦；花键部位与齿轮有相对滑动，故这些部位要求较高的硬度与耐磨性；主轴在滚动轴承中运转，工作时因轴颈与轴承不发生摩擦，故轴颈无耐磨性要求。
图1 C6132卧式车床主轴零件
图
2.2 40Cr钢的成分及性能特点 2.2.1 40Cr钢的元素成分及其作用
40Cr钢的元素成分及作用如下表：
表2.1 40Cr钢的元素成分及作用
元素 含量 作用 C 0.37~0.44 Si 0.17~0.37 固溶强化 Mn :0.50~0.80 提高淬透性 Cr 0.80~1.10 提高回火稳定性 [1]
2.2.2 40Cr钢的性能
为了了解40Cr钢的性能我们查热处理手册得到的标准性能如下： 中碳调质钢，冷镦模具钢。该钢价格适中，加工容易，经适当的热处理以后可获得一定的韧性、塑性和耐磨性。正火可促进组织球化，改进硬度小于160HBS毛坯的切削性能。在温度550~570℃进行回火，该钢具有最佳的综合力学性能。该钢的淬透性高于45钢，适合于高频淬火，火焰淬火等表面硬化处理等。
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2.3 热处理技术条件
车床主轴适合一般力学性能，根据对该轴工作条件的分析，以及结合选材情况，热处理技术条件如下：
1)整体调质后硬度为220～250 HBW； 2)内锥孔和外锥体硬度为45～5O HRC； 3)花键部分硬度为48～53 HRC[3]。
在进行热处理前，我们结合车床主轴的力学性能以及40Cr钢的特点，我们做出了热处理技术的条件，所以在热处理中，我们必须根据条件选择适合的热处理方式来达到车床主轴的性能要求。
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3 热处理工艺分析
3．1 锻坯正火
3.1.1 锻坯正火的作用
在进行热处理过程中，锻坯正火可以消除毛坯的锻造应力，降低材料的硬度以改善切削加工性能，同时也均匀组织、细化晶粒，以利于切削加工，并为下一步的热处理作组织准备。这一步是热处理的前奏，所以在热处理工艺中有着至关重要的作用。
3.1.2 热处理工艺
经过锻坯正火后，材料的组织达到了良好的热处理效果，所以需要我们再做出适当的热处理来达到材料需要的硬度，热处理工艺如下：
1）锻坯正火的温度应该保持在850±10℃ 。 2）在锻坯正火过程中应该保温1．5 h，空冷。 3）使用的设备为井式炉或箱式炉(额定温度950℃)。 4）检测时的硬度应小于或者等于217 HBW[3]。 温 度 Ac3（550~600） /t
加热 保温6~8 空冷
0 时间/h 去应力退火工艺曲线
3.1.3 操作技巧
在这个过程中，材料可能会受到很多原因而不能满足我们的要求，所以需要我们有很好的操作技巧来克服这些困难。在锻坯正火的热处理工艺中我们多采用多件集中装炉，出炉时工件必须相互间隔20 mm 以上空冷，也可用风扇强制冷却，以确保冷却速度≥100℃／h。
3.2 调质
3.2.1 调质目的
在进行调质过程中我们的目的是获得均匀细密的回火索氏体组织，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。同时，也使主轴具有良好的
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综合力学性能，经淬火后高温回火，其硬度可达220～250 HBS。
3.2.2 热处理工艺
材料进行调质过后，硬度达到了220～250 HBS，然后我们需要进行热处理工艺，其如下：
1）淬火时的温度应该保持在840±10℃ 。 2）淬火过程中应该保温1．5 h，水冷。 3）回火时温度应该保持在580±l0℃ 。 4）回火时应该保温2～2．5 h，空冷。 5）调质使用的设备为井式炉(额定温度950℃)。 6）检测时硬度220～25O HBS。
[3]
3.2.3 操作技巧
由于工件尺寸超过45钢淬火水冷的临界尺寸，因此淬火前主轴各部位需经粗加工，留4～ 5 mm(包括内孔)加工余量进行调质，确保调质层的有效保留。调质热处理多件集中装炉时，应垂直吊挂且工件必须相互间隔20 mm以上，以确保工件加热均匀、变形小。
3．3 锥孔及外锥体的局部淬火
3.3.1 局部淬火方式
外锥体键槽部位不淬硬，应用石棉绳等物填充加以保护，锥孔和外锥体部分可采用盐浴快速加热并水淬，经回火后，其硬度应达45 HRC。
3.3.2 热处理工艺
热处理工艺：淬火900±10℃ ，保温20 min，水冷。 设备：盐浴炉(额定温度950℃)。
回火：180～200℃ ，保温2～2．5 h，空冷。 设备：硝盐回火炉(额定温度600℃)。 检测：硬度45～50 HRC[3]。
3.3.3 操作技巧
采用超过40Gr钢正常淬火温度的900℃进行快速加热，使锥孔及外锥体的表面快速达到淬火温度，进行淬火冷却，可以保证锥孔及外锥体表面的硬度和性能要求，又可减小锥孔及外锥体的局部加热对轴颈部位的影响，减小热处理变形量。
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3．4 花键高频淬火
3.4.1 淬火方式
花键部分可采用高频淬火以减少变形并达到表面淬硬，经回火后，表面硬度可达48～53 HRC。
3.4.2 花键高频淬火工艺参数 花键高频淬火工艺参数如下表：
表3.1 花键高频淬火工艺参数
设备 加热频率 灯丝电压 阳极电压 阳极电流 栅级电流 槽路电压 25O kHz 33 V 12000 V 7 A 1.2A 5 000 V GP～100一L3高频淬火机床 工件转速 移动速度 加热温度 冷却介质及 冷却方式 感应器型号 350 r／min 2 min／s 850±10℃ 25℃清水(O．3Mpa) 喷淋冷却 55 mm × 10 mm (内径×高度) [4]
3.4.3 花键回火工艺参数 花键回火工艺参数如下表：
表3.2 花键回火工艺参数
回火 设备 回火温度 180℃ 检测 技术条件 硬度 允许变形量
48～53 HRC ≤O．30 mm 检验方法 洛氏硬度计机检 顶尖、百分表检查 空气回火炉 保温时间 6 h [5]
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