车床心轴的材料选择及热处理工艺编制
摘要：本设计是针对车床心轴的材料选择以及热处理工艺编制进行毛坯工艺设计，在工厂进行材料选择的时候，需要对心轴材料的选择进行严格把关、需要综合考虑车床心轴的结构特点、生产需求量以及使用条件。在确定心轴材料的过程中，需要对材料进行各方面的热处理工艺编制，使得其材料能够获得符合心轴使用的综合力学性能。进行正火。淬火和回火热处理工艺。并且对心轴性能进行严格把关。
关键词：车床心轴；材料选择；热处理工艺；力学性能。
Material selection and heat treatment process of lathe spindle
Abstract：This design is based on the material selection of the lathe shaft and the preparation of the heat treatment process. When the material selection is carried out in the factory, It is necessary to strictly check the selection of the axial material, and to comprehensively consider the structural characteristics, production requirements, and conditions of use of the central axis of the lathe. In the process of determining the axial material, it is necessary to prepare all aspects of the heat treatment process of the material, so that the material can obtain comprehensive mechanical properties that meet the requirements of the axis. Carry out the fire. Process of quenching and tempering treatment. And the performance of the axis of the heart is strictly checked.
Keywords: lathe spindle；material selection；heat treatment process；;mechanical properties.
目录
一：引言............................................................7
二：轴的介绍........................................................7
2.1：要以轴的使用性能才能确定轴的材料............................7
2.2：分析轴的工作条件............................................8
2.3：判断轴的失效方式............................................8
2.4：确定主要的抗力目标..........................................8
2.5：轴材料满足工艺性能要求......................................9
2.6：轴的铸造性能................................................9
2.7：轴的机械加工性..............................................10
2.8：轴的热处理性能..............................................10
2.9：轴的焊接性能................................................10
2.10：轴材料的选择建立在经济性之上...............................10
2.11：总述.......................................................10
三：车床心轴的种类..................................................11
3.1：定位心轴....................................................11
3.2：定心夹紧心轴................................................12
3.3：自动夹紧心轴................................................12
3.4：可轴向定位的锥度心轴........................................13
四：以锥度心轴为例进行热处理工艺编制................................14
4.1：锥度心轴外圆锥的设计参数....................................15
4.2：分析定位误差发生的原因......................................15
4.3：分析计算锥度心轴的定位误差..................................16
4.4：心轴定位误差的计算..........................................17
五：车床心轴的材料选择..............................................18
六：车床心轴材料热处理工艺编制.....................................18
6.1 :45钢.......................................................18
6.2 :40Cr钢.....................................................21七：结论............................................................25
八：参考文献........................................................26
九：设计小结........................................................27
一．引言
车床在车削时需要对零件自身的同心度、轴度以及各方面的数据进行确定，其中最重要的一项同心度是由车床自身的心轴确定，车床的心轴承载了整个车床车削时的载力，并且承受了整个车床的扭矩。是车床最重要的一部分。这也就体现出车床心轴对于车床的重要性，且车床心轴自身的材料选择就更重要了，其材料的热处理工艺编制也是需要通过多种实验进行确定，现在，我们来探讨车床心轴的材料选择以及热处理工艺编制。
二：轴的简介
轴在机械设备中的地位至关重要，夸张一些的讲，轴的好坏直接影响到设备的好坏，对其有着机其大的影响。轴好，机器的精度和寿命便好，如果轴不好，那么机器的精度和寿命便会非常差，甚至直接短期内就无效。在机器上，轴主要支撑传动类的零件和传递动力，并且，机器上面的各项载荷也是由轴来承载。所以，轴材料选择的对与错对于机械设计、生产和维修至关重要，如果采用不同的材料生产同一根轴，那么轴的性能、结构以及各项指标都一点都不同，并且在对轴材料进行热处理工艺时也都大不相同，相差非常大。大部分机器在使用轴的时候，挑选的材料大多数是碳钢、铸钢、合金钢以及铸铁之类的材料。当机器选择轴材料的时候，我们要考虑到材料的力学性能，能够满足轴使用时的性能要求，要求轴的使用寿命能够长一些，其次材料自身的性价比也要高并且使用率能够得到提高，减少自身的消耗，从而降低成本，使得成本降到最低。所以，轴材料的选择和使用至关重要！
1.1 要以轴的使用性能才能确定轴的材料
使用性能就是轴自身的力学性能能够满足机器的要求，轴的力学性能非常重要，能够保证机器的正常运转以及工作，且轴的力学性能也直接影响到其使用寿命，所以，应该对轴的使用性能进行严格把关。由此，应该通过轴的工作条件以及轴的失效形式一起研究来确定轴的材料，从而确认轴的各项力学性能指标，同时发现轴在工作时所受到的各种力，并对其进行分析，同时给出相应的解决方案。
2 分析轴的工作条件
轴的工作条件有很多种，其中包括轴在机器上的受载状态，还有轴的使用环境以及特殊要求三个方面；轴在机器上的受载状态就是轴在机器上所受的力的种类、力的大小、力的分布情况以及它的受载种类。使用环境是指轴在机器中所处的环境，其中包括轴在工作时的介质条件、工作温度、湿度状态和摩擦性质等。轴工作时的要求也有很多，其中对密度、导热性、磁性、导电性以及磁性的要求也很高。轴在机器上工作时的受载情况决定了选择轴材料时的力学性能指标，同时应该考虑轴在机器上的使用条件和使用环境以及一些特殊要求。轴在正常工作时，其受载状态一共有三种：第一种是对于交变扭转的载荷、交变弯曲载荷以及其它载荷所承受的力；另一种是轴的局部会有一些磨损以及摩擦，大部分是在轴颈以及花键处，所以在轴颈以及花键处它的耐磨性和硬度要好、高；最后一种是轴对于冲击载荷的承受能力，我们要求轴的这项性能必须过关，某些特殊条件下，空气中的热度和水之类的介质也非常重要。
3 判断轴的失效形式
轴的失效主要是指其零件失去正常工作应该具备的性能，轴的失效形式主要有三种，分别是疲劳断裂、断裂失效以及磨损失效三种形式。其中疲劳断裂是由于交变载荷长期作用造成的，对机器的伤害非常大，其中主要是扭转疲劳，也有一部分是弯曲疲劳。疲劳断裂是轴在机器上最主要的失效方式，顾名思义就是轴损坏的大部分；当轴受到的冲击载荷过大，就会产生断裂失效。轴受不了特别大的载荷，就会产生断裂或者产生特别大的塑性变形的情况。轴在使用时间过长时，或者轴受到的磨损过度严重时就会产生磨损失效，其中最主要是轴颈以及花键的磨损情况过度严重。所以，我们要对轴工作时的失效原因进行严格判断，寻找出合适的预防措施，才能够设计并且找出合适的材料选择。
4 确定主要的抗力指标
在确定轴的主要抗力目标的时候，我们首先要对轴的受力情况进行分析，同时将弯扭矩图画出来，并且对于关于轴的力学指标也要进行计算，使得轴的主要抗力目标能够确定。正常情况下，对于轴材料的第一个要求就是综合力学性能要好，其次轴表面的硬度要高，最后轴表面的耐磨性要好；对于一些特殊的轴，比如工作时转速很高、受到的弯曲载荷很大的轴，那么它的疲劳强度就要很高；通过轴的受力情况，大致可以有四种方法：
（1）有一些轴在工作的时候受到的力较小，那么我们就要考虑到轴的硬度和轴表面的耐磨性。如果硬度要求较高，那么久可以用碳钢材料去制造轴或者是球墨铸铁材料来制造轴；如果是对轴表面的耐磨性要求较高，那么就可以选用含中碳钢材料的轴来进行工作，但是同时要对中碳钢材料的表面进行淬火处理。
（2）诸如机床的主轴、发动机的主轴一些受到弯曲的力和扭转力非常大的轴，因为在轴的大部分截面上所受到的力分布不是太均匀，并且它的表面的应力相对较大，心部的应力相对较小，便可以选择中碳钢或者是合金钢。
（3）有一些轴在工作时是通过钢制的轴承来进行支撑，那么此时对于轴的要求就相对较高，通常不仅轴的精度要高，而且轴的尺寸稳定性也要很高，特别是耐磨性要非常高，而轴被钢制轴承支撑时，那么轴颈的硬度必须要高，所以我们用合金钢材料制作的轴来进行使用，并且合金钢材料制作的轴也要进行表面的一些热处理。
（4）特殊的一些轴在承受扭转力的同时还受到另外两种载荷：拉载荷和压载荷。这些轴的表面受到的应力非常均匀且心部受到的力也很大，所以对于钢材料的选择必须是要具有很高的淬透性。
综上所述，使用轴的时候，必须对轴的材料进行严格的把关，必须要考虑轴所用材料的力学性能，并且在使用时也必须做到细心，严格把握。
5 轴材料满足工艺性能要求
工艺性能要求，顾名思义，就是指选择的轴的材料自身在各种加工的工艺要求下面都能够适应的能力。如果选择的轴的材料不能够对轴进行加工或者制造非常困难，但是对轴选择的材料的力学性能特别好并且能够满足要求，那么这种材料就不合格，不能进行加工。特别值得重视的是，我们在选择轴材料的时候，既要考虑到轴的质量问题，同时也要考虑到材料的热处理工艺以及来源问题，要确保使用的时候低价、高配、容易加工、容易使用。
6 轴的铸造性能
由于铸件本身具有成本低、容易获得并且形状复杂，尤其是背部形状复杂的特点，所以在机械制造业中基本上都会使用铸造，应用较为广泛。金属的铸造性能通常用三种性能衡量，分别是：流动的性能、偏析倾向的性能和收缩的性能，所以选择材料的时候，材料的铸造性能要好。一般熔点很低的一些金属还有一些结晶温度范围特别小的合金自身都具备很好的铸造性能，能够满足要求，并且，铸铁的铸造性能明显要好于铸钢的铸造性能。
7 轴的机械加工性
机械加工性通常是由材料自身的切削性还有材料在切削后表面的粗糙度来进行衡量。轴能够获得很好的加工精度和理想的形状的主要方法是进行机械加工，所以，选择轴的材料时要对其机械加工性进行确定，要确保机械加工性要好。钢的硬度在170HB~230HB时易削性能较好；如果想要提高切削时工件表面粗糙度，那么对钢的硬度要求是在250HB的时候能够使得工件的表面粗糙度得到提高，但是此时刀具的表面磨损特别严重。如果想要获得很好的切削加工性，那么对材料含碳量的要求是0.4％～0.6％，同时要对材料进行退火或者调质处理。
8 轴的热处理性能
通常情况下，金属材料都是通过热处理来改变自身的一些力学性能，并且在热处理之后，自身的力学性能也都能够得到提高。热处理的方法主要有表面热处理、去应力处理、普通热处理还有时效处理。热处理之后，材料的力学性能都能得到改变，主要工艺性能有淬透性、淬硬性还有一些其它性能等等。材料中含碳量的大小对淬硬性有很高的影响，含量高，钢的淬硬性就高；含量低，钢的淬硬性就低。钢的淬透性随着合金元素的多少而变化，合金元素越多，淬透性越高。
9 轴的焊接性能
焊接方法也使用在轴的修理中，通常情况下低碳钢和低合金刚具有较好的焊接性，中碳以上刚的焊接性能较差；球墨铸铁焊接性能最差
10 轴材料的选择建立在经济性之上
在使用轴的时候，错误的材料和方法会造成很大不必要的损失，这也就造成了成本提高，利润降低的情况出现，而这里所提到的经济性要求就是指用最小的投入和耗费获得最大的收益。取得一举三得的情况。简而言之就是选择的轴的材料要满足生产的需求、性能要好、价格要便宜、容易生产、寿命要长，就能够体现轴的经济性。
11 综述
轴的材料在选择的时候，必须结合我国工业发展的情况来选择，通过实际来确定轴的材料选择，以获得最大的利润，不能造成铺张浪费的情况出现，要把材料用到极致，不能浪费材料，全面考虑材料的各项性能以及各项指标，只有合理选择材料才能够保证轴的质量，降低轴的综合成本，这样才能获得最大的利润，做到轴好、材料好、性能好、指标好、利润好五个好。
参考文献
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