第九组------轴承内圈.doc

工程材料及机械制造基础项目教学

轴承内圈的加工工艺过程

学 院：机械学院
专业班级：机制136
小组成员：黎远航 学号：1130110171
金辉辉 学号：1130410057
张志超 学号：1130110168
胡昊亮 学号：1130110169
张文承 学号：1130110170
余 鼎 学号：1130110172
指导老师： 管爱枝

日期：2014年6月20日
第1章 课题分析及安排
1.1组员任务安排
1.2课题

第2章 选材及下料分析
1.1材料分析
1.2
零件下料分析

第3章 机加工工艺规划
3.1轴承内圈零件加工工艺规划
3.2轴承内圈零件加工工艺过程卡片
3.3 轴承内圈零件加工工序卡片

第4章 热处理分析

第5章 总结

第一章 课题分析及安排
1.1组员任务安排
组长：黎远航 学号：1130110171
任务：选材及下料分析。

组员1：金辉辉 学号：1130410057
任务：热处理1+机加工工艺规划
组员2：张志超 学号：1130110168
任务：热处理2+机加工工艺规划
组员3：胡昊亮 学号：1130110169
任务：总结+材料分析
组员4：张文承 学号：1130110170
任务:课题分析+总结
组员5：余 鼎 学号1130110172
任务：课题分析，讨论零件的作用。
1.2课题分析
1. 课题要求
熟悉设计题目，查阅相关文献资料，概述相关零件的热处理工艺，进行零件的服役条件与失效形式分析，提出硬度、耐磨性、强度等要求。完成工艺设计。阐述GCr15轴承钢退火、淬火、回火热处理工艺理论基础，选择设备、仪表和工夹具，阐述轴承热处理质量检验项目、内容及要求；阐明轴承热处理常见缺陷的预防及补救方法；给出所用参考文献。

2 零件的作用
题目所给定的零件是是一个轴承内圈。它通常装在轴上和轴一起旋转，外圈通常在轴承座内或机械部件壳体内起支承总用，但在某些应用场合，也有外圈旋转内圈固定或内、外圈都旋转的。该零件的直径17mm的孔于轴相连；半径3.57mm，底与中性线距离21mm的沟槽与滚珠相连，使轴承的内外圈可以旋转。

3. 零件的工艺分析
通过对该零件的重新绘制，知原图样的视图正确、完整，尺寸、公差及技术要求齐全。
该零件属于盘套类回转体零件，它的所有表面均需切削加工，各表面的加工精度和表面粗糙度都不难获得。直径17mm的内径和直径23.9的外径以及直径21.6的沟槽与中心线的距离都是以整个零件的中心线为基准，6mm的沟槽高和12mm的零件高是以下底面为基准。所有面的加工不成问题，应该说，这个零件的工艺性较好。

第二章 选材及下料分析
1.1 GCr15材料分析
使用特性：（1）高而均匀的硬度和耐磨性；GCr15有足够的淬透性和耐磨性，经热处理后才能具有高而均匀的表面硬度和耐磨性。
（2）高的接触疲劳强度。高的接触疲劳强度能保证轴承再高负荷、高转速循环疲劳的条件下不至过早地产生裂纹、剥落等破坏形式。
（3）高的弹性极限和一定的韧度，可以避免在高应力条件下产生永久变形。
（4）尺寸稳定性好GCr15的组织稳定性好，能保证工作时的精度。
（5）好的耐腐蚀性。零件和大气、润滑油长期接触，要有一定的耐腐蚀性。
（6）具有良好的工艺性能。
成分及特点：（1）碳。为了保证轴承钢有高的硬度和耐磨性，轴承钢的碳含量很高，一般为0.95%~1.15%，属于过共析钢。轴承钢中的碳一部分存在于马氏体基体中以强化马氏体；另一部分形成足够数量的碳化物以获得所要求的耐磨性。但过高的碳含量会增加碳化物分布不均匀性，且易生成网状碳化物而降低钢的性能。
（2）主加合金元素为Cr,Cr用是提高钢的淬透性，形成合金渗碳体，提高轴承钢的耐腐性能钢中部分Cr成的合金渗碳体（Fe，Cr）3C在淬火加热时溶解较慢，可减少过热倾向，经热处理后可以得到较细的组织，且碳化物能以细小质点均匀分布于钢基体组织上，即可提高钢的回火稳定性，又可提高钢的硬度，进而提高钢的耐磨性和接触疲劳强度。适宜的Cr含量为0.40%~1.64%，当w（Cr）.65%时，会使残余奥氏体增加，使钢的硬度和尺寸稳定性降低，同时还会增加碳化物的不均匀性，降低钢的韧性。
（3）加入硅、锰、钒等合金元素进一步提高淬透性。制造大型轴承时，轴承钢中还需加入更多的很近元素以提高淬透性，通常加入Mn、Si等元素提高淬透性，适量的Si(0.40%~0.60%)还能明显的提高钢的强度和弹性极限；加入V，一部分溶于奥氏体，提高淬透性，另一部分形成VC，提高钢的耐磨性并防止过热，通常无铬钢中都含有钒。
（4）降低S、P元素的含量，提高冶金质量。由于轴承钢的接触疲劳性能对钢材的微小缺陷十分敏感，所以夹杂物的种类、尺寸和形态、大小和分布都对轴承钢的性能有重要影响。通常要求W(S)<0.02%、W(P)<0.027%。

使用范围：壁厚<14mm,外径<250mm的轴承套；直径为25~50mm的钢球；直径为25mm左右的滚柱等。

1.2轴承内圈下料分析
1．选择毛坯
该零件的材料为GCr15.考虑到零件加工和工作过程中要求非常高的精度要求，应此应该选用锻件，以使金属纤维尽量不被切断，以保证离间工作可靠。由于零件的年产量极高，属于批量生产，而且零件的轮廓尺寸不大，故可采用模锻成形。这从提高生产率、保证加工精度上考虑，也是应该的。
2.确定机械加工余量、毛坯尺寸和公差
（1）锻件的公差等级 普通级；
（2）锻件的质量Mf 0.0150kg；
（3）锻件形状复杂系数S S1级；
(4)锻件材质系数M M1级；
（5）锻件表面粗糙度 Ra为1.6um；
3.确定机械加工的加工余量
根据锻件质量、零件表面粗糙度、形状复杂系数，由此得单边余量厚度方向为1.7~2.2mm，水平方向亦为1.7~2.2mm，即锻件各外径的单位余量为1.7~2.2mm，各轴向的单位余量亦为1.7~2.2mm。锻件的中心孔的单位余量可查得为2.0mm。
4.确定毛坯尺寸
上面查得的加工余量适用于机械加工表面粗糙度Ra>1.6um。Ra<1.6um的表面，余量要适量增大。
分析本零件，除直径17的孔为Ra0.8um以外，其余各加工表面为Ra>1.6um,应此这些表面的毛坯尺寸加上所查的余量值即可（由于有的表面只需粗加工，这时可取小值。当表面需经粗加工和半精加工时，可取大值）。综上所述，确定毛坯尺寸表如下;
零件尺寸（mm）
表面加工余量（mm）
锻件尺寸（mm）
17
2.0
13
23.9
1.7
27.4
12
1.7
15.4
5.确定毛坯尺寸公差
毛坯尺寸公差根据锻件质量、材质系数、形状复杂系数查得。本零件毛坯尺寸允许偏差见表如下：

锻件尺寸
偏差
根据
13
+1
-1

27．4
+2
-2
24.4
+1.8
-1.8
15.4
+1.5
0
7.7
+0.8
-0.8

第三章 机加工工艺规划
3.1轴承内圈加工工艺规划
端面、外圆面、内孔、槽、圆角、倒角。

3.2轴承内圈加工工艺过程卡片

1.定位基准的选择
本零件是轴承内圈，孔是其设计基准（亦是装配基准和测量基准），为避免由于基准不重合而产生的误差，应选孔为定位基准，即遵循“基准重合”的原则。具体而言，即选直径17m孔及一端面作为精基准。由于本零件全部表面都需加工，而孔作为精基准应先进行加工，应此应选取未免及一端面为粗基准。
2.零件表面加工方法
本零件的加工面有外圆面、内孔、端面及槽等，材料为GCr15。以公差等级和表面粗糙度要求，参考有关资料，其加工方法选择如下。
（1） 直径23.9外圆面 表面粗糙度为Ra1.6，需进行粗车、半精车。
（2） 端面 表面粗糙度为Ra1.6，需要粗车和半精车。
（3） 内孔 表面粗糙度为Ra0.8，毛坯孔已锻出，为轴承钢，且由于打批量技工，故选择粗镗、半精镗、精镗。
（4） 槽 表面粗糙度为Ra1.6，需进行粗车、半精车。
3.制定工艺路线及机械加工工艺过程卡片
产品型号及名称
轴承内圈
零件名称
轴承内圈
单件大批量
零件图号
材 料 牌 号
GCr15
毛 坯 种 类
钢
Φ16.5×500
备注
车间名称
工序号
工序名称
工序内容
车间
单件
工时
机床名称
夹具名称
刀具名称
及编号

1
锻造
胎模锻，切去多余部分
锻造车间

2
锻后热处理
正火，球化退火
热处理车间

3
粗加工
粗车外圆面、端面、内孔、槽、半精车
机加工车间

加工车床
三爪卡盘
粗车刀

4
最终热处理
淬火，低温回火
热处理车间

加热炉

5
精加工
磨 、外圆面、内孔、槽
机加工车间

加工车床 ，磨床，铣床
三爪卡盘
精车刀，铣刀

6
送检
送检

第四章 热处理分析
一、GCr15轴承钢的热处理工艺设计
热处理1：（1）正火
目的：1）消除和改善轴承钢材料或轴承零件锻造后的粗大网状碳化物和粗片珠光体组织；
2)返修退火的不合格品；
3)为退火做好组织准备；
4)为满足特殊性能的需要。
组织、产物：索氏体。
正火要求：温度：930~950℃；
保温时间：30分钟左右（还应根据实际生产中的零件大小，批量，加热方式，装炉方法等情况进行调整）
冷却速度：不小于50℃每分钟
（2）球化退火
770℃
790℃
≤20℃/h
720℃
≤20℃/h

650℃
温度T/℃
3h
5h
3h
时间t/h
0

目的：1）为淬火提供良好的原始组织。使零件的耐磨性、抗接触疲劳性能最好，并兼有良好的弹性、韧性等轴承要求的最基本性能。
（2）降低硬度以便于切削加工。
3）提高塑性，以便于冷拉和压力加工
组织、产物：细粒状珠光体。
退火要求：温度：800℃
设备：推杆式等温退火炉；
加热时间：5H；
等温时间：5H；
加热速度：快；
加热方式：到温入炉方式。
热处理2:(1)淬火,低温回火
目的：为获得隐晶或细小结晶的马氏体、细小而均匀的碳化物及少量残余奥氏体所组成的显微组织。通过淬火粗粒是零件得到高的硬度、强度，并通过随后的回火而得到满意的综合机械性能，以保证高的耐磨性和接触疲劳强度。其工艺曲线如图3所示。
820～840℃
油冷
150～160℃
空冷

淬火
2～3h

回火
0
时间t/h
温度T/℃

30～40min

组织、产物：隐晶，马氏体、碳化物和少量奥氏体。
淬火要求：温度：830~860℃；
淬火介质：普通淬火油或直接淬火；
保温时间：10分钟；
加热方式：到温入炉方式；
（2）回火。
目的：为减少淬火内应力，防止裂纹产生，并能使亚稳定组织变为较稳定组织，从而保证零件的尺寸稳定性，提高材料的韧性，获得良好的机械性能。
回火要求：温度：150~180℃；
保温时间：2.5~3h；
装炉方式：到温入炉；
冷却方式：空冷；
二、GCr15轴承钢的球化退火工艺理论基础、原则
1．球化退火加热温度
球化退火加热温度为Ac1+(20～40)℃或Acm-(20～30)℃，保温后等温冷却或直接缓慢冷却。在球化退火时奥氏化是“不完全”的，只是片状珠光体转变成奥氏体，及少量过剩碳化物溶解。因此，它不可能消除网状碳化物，如过共析钢有网状碳化物存在，则在球化退火前须先进行正火，将其消除，才能保证球化退火正常进行。球化退火工艺方法很多，最常用的两种工艺是普通球化退火和等温球化退火。普通球化退火是将钢加热到Ac1以上20～30℃，保温适当时间，然后随炉缓慢冷却，冷到500℃左右出炉空冷。等温球化退火是与普通球化退火工艺同样的加热保温后，随炉冷却到略低于Ar1的温度进行等温，等温时间为其加热保温时间的1.5倍。等温后随炉冷至500℃左右出炉空冷。和普通球化退火相比，等温球化退火不仅可缩短周期，而且可使球化组织均匀，并能严格地控制退火后的硬度。

图4 Fe-C合金相图

2．球化退火的目的
球化退火的目的是降低钢的硬度，改善切削性能，并为以后淬火作好准备，以减少淬火后变形和开裂。
第五章 总结

工程材料
一 滚动轴承钢性能要求：1高的淬硬性和必要的淬透性 2高的耐磨性 3高的接触疲劳性能 4高的弹簧极限和一定的冲击韧性 5尺寸要精确而终久稳定 6一定的抗腐蚀能力 7良好的工艺性能

二 成分特点： 1高碳 2主加合金元素铬 3加入硅锰钒等进一步提高淬透性 4降低s,p含量，减少氧化物，硅酸夹杂物数量，提高冶金质量
1零件图分析 2机加工确定轴类零件毛坯 3轴类零件材料 4确定定位基准 5粗车（粗车外圆，铅中心孔等）半精车（半精车各处外圆，台阶和修研中心孔及次要表面），粗，精磨（粗，精各处外圆 6热处理工序安排 7加工尺寸和切削用量 8拟定工艺过程
通过对GCr15轴承钢热处理工艺的分析，更加明确在执行热处理工艺过程中所需要注意的问题。能够正确确定加热温度、时间，保温时间，冷却方式，其目的就是通过正确的热处理工艺，使金属材料的潜在能力得到充分的发挥。