机床主轴和丝杠热处理工艺设计

主轴和丝杠都是金属切削机床的重要零件。主轴主要起传递动力作用，工作时承受弯曲、扭转和冲击等多种载荷，要求具有足够刚度、强度、耐疲劳、耐磨损和精度稳定等性能。丝杠应用于机床的进给机构和调速机构，普通丝杠要求具有抗疲劳、抗磨损等性能，在腐蚀介质和高温等特殊条件下工作的丝杠，还需要具有耐蚀性和耐热性等。下面，分别介绍它们的选材、制造工艺路线及其热处理工艺设计。

1.常用机床主轴材料

机床主轴所用材料，按其热处理工艺方法可分为四类，如表9-2所示。

表9-2 机床主轴常用材料及其特点

2.典型车床主轴的热处理工艺设计

（1）所用材料 车床主轴如图9-5所示，其材料为45钢。

（2）热处理技术要求 对主轴160mm段进行局部淬火，硬度为48～53HRC。

（3）制造工艺路线 锻造→正火→机械加工→淬火→回火→机械加工→成品。

（4）热处理工艺性分析 该主轴长径比较大（约为9∶1），尽管容易变形但由于要求局部淬火，则减轻了预防和校直变形的难度。值得提及，淬火区螺纹孔和销孔孔径小而多，淬火过程加热和冷却介质浸入后不易清理，需采取适当措施预防。另外，其内锥孔淬火冷却时，由于介质汽化后不易排出而影响硬化的均匀性，应采取有效措施强化锥孔的冷却。

图9-5 车床主轴

（5）热处理工艺设计

1）正火：利用锻造余热（即控制毛坯锻造的终锻温度，约为850℃），散开后吹风冷却。

2）淬火：加热前先将主轴160mm淬火段的所有螺孔和销孔用螺钉和销轴（或石棉、耐火泥）堵好，然后主轴吊挂着将头部（160＋20mm）段浸入已彻底脱氧的RYD-100-8A型盐浴炉中，于820～840℃加热20～22min，出炉后吊挂着置放于主轴内锥孔淬火专用喷头上，喷头整个浸入5％～10％（质量分数）NaCl水溶液喷冷，9～11s后转入油槽中继续冷却。

3）回火：吊挂着将淬火的部位浸入380～400℃的硝盐浴炉中，保温20～25min后空冷。

4）辅助处理：清洗、喷砂和防锈等。

（6）处理结果 淬火段表面硬度为48～52HRC。

3.典型铲床丝杠的热处理工艺设计(www.xing528.com)

（1）所用材料 零件为图9-6所示的铲床丝杠，其材料为CrWMn钢。

（2）热处理技术要求 整体淬火，硬度为56～61HRC。

（3）制造工艺路线 从热轧圆钢下料→正火→球化退火→机械加工（粗车外圆和螺纹，预留精加工余量0.8～1.2mm）→去应力退火→机械加工（粗磨外圆和半精车螺纹及铣键槽）→淬火→回火→机械加工（粗磨螺纹）→低温时效→精磨外圆和螺纹→成品。其中，6级精度丝杠低温时效一次；4级和5级精度时效两次。

图9-6 铲床丝杠

（4）热处理工艺性分析 该丝杠长径比较大（约为10∶1），热处理过程中极易变形，而且CrWMn钢淬透性很好，整体淬火硬化后大大增加了校直的难度。因此，热处理工艺设计不仅要考虑减小变形的措施，还必须考虑有效的校直方法。

（5）热处理工艺设计 热处理工艺曲线如图9-7所示。

图9-7 CrWMn钢制丝杠热处理工艺曲线

1）正火：每只间隔10mm捆绑在一起，吊装在RJ2-95-9型深井式电阻炉中，于950℃加热透烧后，吊挂在空气中冷却。

2）球化退火：将丝杠捆绑在一起，吊装在深井式电阻炉中，于770～790℃加热透烧（约2～3h），随炉降温到670～690℃，停留5～6h后继续炉冷（冷速为20～30℃／h）到550℃以下空冷。

3）去应力退火：捆绑在一起，吊装在深井式电阻炉中，于550～650℃加热5～6h后炉冷到500℃，空冷并校直到直线度公差≤0.20mm。

4）等温淬火：多支丝杠吊挂在专用吊具上，吊挂装入深井式电阻炉中，于830～850℃加热透烧后，淬入专用的250～270℃的硝盐等温槽中，停留4～6h后，逐支取出趁热校直（直线度≤加工预留量的1／3）。

5）回火：吊挂着浸入专用的深井式硝盐浴炉中，200～220℃加热6～8h后空冷。

6）喷砂：重点喷射凹向一侧，以校直残留变形和清理残留污物。

7）时效：吊挂着浸入专用的深井式硝盐浴炉中，于140～180℃加热8～12h后空冷。

8）清洗和防锈：在清水中冲洗，去除硝盐后涂防锈油或钝化处理等。

（6）处理结果 表面硬度为56～60HRC；热处理后直线度≤0.20mm。