精密滚珠丝杠表面感应加热淬火工艺研究

发布时间：2017-08-28 20:19

  本文关键词：精密滚珠丝杠表面感应加热淬火工艺研究

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【摘要】：精密滚珠丝杠副是精密机械定位与传动的关键功能部件,其同时兼具高精度、高效率和可逆性等优点。作为关键部件之一,滚珠丝杠的表面硬度和耐磨性是保持滚珠丝杠副精度的重要因素。目前,国内滚珠丝杠采用的感应加热淬火工艺普遍存在淬硬层浅、硬度梯度分布不合理、变形大等问题,因而制约了精密滚珠丝杠的定位精度等可靠性能指标提升。本文参考国际滚珠丝杠常用的50CrMo4钢,选用国产55CrMo钢作为制造Φ80mm规格的滚珠丝杠材料。针对滚珠丝杠感应淬火时因滚道部位的漏磁现象而导致硬度分布不合理问题,提出对车丝丝杠采用倾斜30°单匝感应圈的感应加热淬火工艺和对丝杠光杆采用四匝感应圈的感应加热淬火工艺。通过显微组织观察、显微硬度及硬度分布曲线测量、疲劳试验和失效分析,分别对Φ80mm规格50CrMo4钢和55CrMo钢制车丝丝杠和丝杠光杆的感应加热淬火工艺质量进行了综合对比分析和研究,结果表明：(1)国产55CrMo钢与50CrMo4钢的化学成分相近,均具有较高的淬透性。经预先调质热处理后,国产55CrMo钢中的回火索氏体组织更均匀、细小,有利于后续表面感应加热淬火工艺的进行。但是,Φ80mm55CrMo钢滚珠丝杠采用企业现行的表面感应加热淬火工艺无法获得理想的淬硬层组织及硬度分布梯度,而滚道底部硬度过低则明显降低了耐磨性和抗接触疲劳性能。(2)车丝丝杠采用倾斜30°单匝感应圈的表面感应淬火工艺处理后,其滚道底部的淬火效果有所改善。而丝杠光杆采用四匝感应线圈的表面感应加热淬火工艺处理后,淬火效果明显改善,其淬硬层深度明显增加,淬硬层组织中未溶碳化物分布均匀,提高了耐磨性及抗接触疲劳性能。(3) Φ80mm55CrMo钢丝杠光杆采用四匝感应圈的表面感应加热淬火工艺优化参数是：功率160kW、淬火速度240mm/min、冷却液浓度7.5%、冷却距离35mm。丝杠光杆经此优化淬火工艺处理后,表面淬火效果最好。(4)疲劳试验和失效分析的综合结果表明,Φ80mm 55CrMo钢滚珠丝杠副的疲劳寿命可以满足额定寿命要求,而且优于台湾上银Φ80mm 50CrMo4钢滚珠丝杠副。失效后的55CrMo冈滚珠丝杠滚道仅出现轻微压痕,未发生严重的疲劳失效,具有良好的耐磨性及抗接触疲劳性能。因此,Φ80mm规格滚珠丝杠选用国产55CrMo钢和采用四匝感应圈的表面感应加热淬火工艺可以满足精密滚珠丝杠表面淬硬层的工艺质量要求,具有重要的推广应用价值,为提高我国精密滚珠丝杠的生产技术水平奠定了有利的实验基础和可行性依据。
【关键词】：精密滚珠丝杠 表面感应加热淬火 显微组织 淬硬层 疲劳寿命
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG156.3
【目录】：

• 摘要9-11
• ABSTRACT11-13
• 第1章 绪论13-28
• 1.1 本课题的目的及意义13-14
• 1.2 表面感应加热淬火概述14-19
• 1.2.1 表面感应加热基本原理14-17
• 1.2.2 表面感应加热淬火的组织与性能17-18
• 1.2.3 表面感应加热淬火工艺18-19
• 1.3 表面感应加热淬火设备19-23
• 1.3.1 设备参数的选择19-21
• 1.3.2 感应器的设计21-23
• 1.4 滚珠丝杠表面感应加热淬火工艺研究23-27
• 1.4.1 表面感应加热淬火工艺现状24-26
• 1.4.2 表面感应加热淬火工艺研究进展26-27
• 1.5 本课题的主要研究内容27-28
• 第2章 试验材料及方法28-34
• 2.1 试验材料28-29
• 2.1.1 表面感应加热淬火工艺试验材料28
• 2.1.2 疲劳寿命试验材料28-29
• 2.2 试验方案29
• 2.3 试验设备和试验参数29-32
• 2.3.1 试验设备29-30
• 2.3.2 试验参数30-32
• 2.4 测试与分析方法32-34
• 2.4.1 显微组织分析32
• 2.4.2 硬度分布梯度检测32
• 2.4.3 扫描电镜(SEM)微观形貌分析32-34
• 第3章 企业现行滚珠丝杠热处理工艺的质量分析34-41
• 3.1 55CrMo钢和50CrMo4钢的淬透性分析34-35
• 3.2 预先热处理工艺的质量分析35-36
• 3.3 表面感应加热淬火工艺的质量分析36-40
• 3.3.1 显微组织分析36-39
• 3.3.2 显微硬度分析39-40
• 3.4 本章小结40-41
• 第4章 表面感应加热淬火工艺的优化41-50
• 4.1 采用倾斜感应圈的表面感应加热淬火工艺41-44
• 4.1.1 显微组织分析41-43
• 4.1.2 显微硬度分析43-44
• 4.2 采用四匝感应圈的表面感应加热淬火工艺44-48
• 4.2.1 显微组织分析45-47
• 4.2.2 显微硬度分析47-48
• 4.3 本章小结48-50
• 第5章 疲劳试验与失效分析50-62
• 5.1 博特GD8020×1100滚珠丝杠副的失效分析50-57
• 5.1.1 宏观形貌观察50-51
• 5.1.2 SEM微观形貌分析51-53
• 5.1.3 显微组织分析53-56
• 5.1.4 显微硬度分析56-57
• 5.2 台湾上银GD8020×1100滚珠丝杠副的失效分析57-61
• 5.2.1 宏观形貌观察57
• 5.2.2 SEM微观形貌分析57-59
• 5.2.3 显微组织分析59-60
• 5.2.4 显微硬度分析60-61
• 5.3 本章小结61-62
• 第6章 结论62-64
• 参考文献64-72
• 致谢72-73
• 攻读硕士期间发表的学术论文73
• 攻读硕士期间参加的科研项目73
• 攻读硕士期间获得的奖励情况73-74
• 附件74

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本文编号：749255