CN102560279A - 一种高速数控机床电机用电主轴的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高速数控机床电机用电主轴的制备方法，针对高速数控机床电机用电主轴的使用工况特点设计了钢的合金化元素成分，在大量实验的基础上确定了上述各元素含量，使得各元素所起到的作用达到协同，从而使得材料的综合性能最好。并且根据所设计的成分，确定了热处理制度，使得材料的性能在热处理之后达到充分发挥。本发明的材料在热处理后的力学性能为：屈服强度650-680MPa，抗拉强度810-860MPa，伸长率12-16％，冲击吸收功AkU≥45J；并且抗疲劳和抗腐蚀性能优异，可满足高速数控机床电机用电主轴的使用需求。

Description

一种高速数控机床电机用电主轴的制备方法

技术领域

本发明涉及电机材料制备领域，特别涉及一种高速数控机床电机用电主轴的制备方法。

背景技术

高速数控机床(CNC)是装备制造业的技术基础和发展方向之一，是装备制造业的战略性产业。高速数控机床的工作性能，首先取决于高速主轴的性能。数控机床高速电主轴单元影响加工系统的精度、稳定性及应用范围，其动力性能及稳定性对高速加工起着关键的作用。高速主轴单元的类型主要有电主轴、气动主轴、水动主轴等。不同类型的高速主轴单元输出功率相差较大。电主轴是电动机的转子直接作为机床的主轴，主轴单元的壳体就是电动机机座，并且配合其他零部件，实现电动机与机床主轴的一体化。机床主轴由内装式电动机直接驱动，从而把机床主传动链的长度缩短为零，实现了机床的“零传动”。这种主轴电动机与机床主轴“合二为一”的传动结构形式，使主轴部件从机床的传动系统和整体结构中相对独立出来，因此可做成“主轴单元”，俗称“电主轴”(ElectricSpindle，Motor Spindle)。由于当前电主轴主要采用的是交流高频电动机，故也称为“高频主轴”(High FrequencySpindle)。由于没有中间传动环节，有时又称它为“直接传动主轴”(Direct DriveSpindle)。

数控机床高速电主轴单元影响加工系统的精度、稳定性及应用范围，其动力性能及稳定性对高速加工起着关键的作用。电主轴的工作不仅转速高，而且要求有很高的角减速度和角加速度、在指定位置快速准停，这就对其结构设计、制造和控制提出了非常严格的要求并带来了一系列技术难题，如电主轴的散热、润滑及精密控制等。在设计中，必须妥善的解决这些问题，才能确保主轴稳定可靠的高速运转，实现高效精密加工。

如上所述，由于高速数控机床电机对电主轴性能要求较高，传统的制备电机或制备机床主轴的材料的强度、刚度、韧性、加工性能等不能满足要求，必须开发新的材料以适应上述需求。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种高速数控机床电机用电主轴的制备方法。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种高速数控机床电机用电主轴的制备方法，所述电主轴按重量百分比计由下列组份组成：C 0.03-0.05、Si 0.50-0.70、Mn 0.30-0.60、P≤0.02、S≤0.01、Cr 13.50-14.30、Mo 0.60-0.80、W 0.30-0.50、V 0.08-0.12、Ni 1.80-2.40、B 0.004-0.008、N 0.04-0.07、Al＜0.02，余量为Fe，各成分总和为100％，所述制备方法包括钢水熔炼、钢水成分控制、浇注、凝固收缩、冷却开箱、热处理、加工、检验，其中所述的热处理过程是进行淬火处理和二次回火处理；

1)淬火：将铸件以2-3℃/min的升温速度升温至675-685℃，保温3-4小时，然后，以3-4℃/min的升温速度升温至1135-1145℃，保温8-10小时，然后进行油冷，≤220℃时将铸件从油中取出，铸件冷却至常温；

2)一次回火；以2-3℃/min的升温速度升温至375-385℃，保温1-2小时，然后，以2-3℃/h的升温速度升温至755-765℃，保温6-8小时，然后出炉冷却至常温；

3)二次回火；以2-3℃/min的升温速度升温至755-765℃，保温10-12小时，然后炉冷至常温。

本发明制备方法的有益效果为：

1)针对高速数控机床电机用电主轴的使用工况特点设计了钢的合金化元素成分，在大量实验的基础上确定了上述各元素含量，使得各元素所起到的作用达到协同，从而使得材料的综合性能最好。

2)根据所设计的成分，确定了热处理制度，使得材料的性能在热处理之后达到充分发挥。

3)本发明的材料在热处理后的力学性能为：屈服强度650-680MPa，抗拉强度810-860MPa，伸长率12-16％，冲击吸收功AkU≥45J；并且抗疲劳和抗腐蚀性能优异，可满足高速数控机床电机用电主轴的使用需求。

具体实施方式

实施例一

一种高速数控机床电机用电主轴的制备方法，所述电主轴按重量百分比计由下列组份组成：C 0.03、Si 0.70、Mn 0.30、P≤0.02、S≤0.01、Cr 14.30、Mo 0.60、W 0.50、V 0.08、Ni 2.40、B 0.004、N 0.07、Al＜0.02，余量为Fe，各成分总和为100％，所述制备方法包括钢水熔炼、钢水成分控制、浇注、凝固收缩、冷却开箱、热处理、加工、检验，其中所述的热处理过程是进行淬火处理和二次回火处理；

1)淬火：将铸件以2℃/min的升温速度升温至685℃，保温3小时，然后，以4℃/min的升温速度升温至1135℃，保温10小时，然后进行油冷，≤220℃时将铸件从油中取出，铸件冷却至常温；

2)一次回火；以2℃/min的升温速度升温至385℃，保温1小时，然后，以3℃/h的升温速度升温至755℃，保温8小时，然后出炉冷却至常温；

3)二次回火；以2℃/min的升温速度升温至765℃，保温10小时，然后炉冷至常温。

实施例二

一种高速数控机床电机用电主轴的制备方法，所述电主轴按重量百分比计由下列组份组成：C 0.05、Si 0.50、Mn 0.60、P≤0.02、S≤0.01、Cr 13.50、Mo 0.80、W 0.30、V 0.12、Ni 1.80、B 0.008、N 0.04、Al＜0.02，余量为Fe，各成分总和为100％，所述制备方法包括钢水熔炼、钢水成分控制、浇注、凝固收缩、冷却开箱、热处理、加工、检验，其中所述的热处理过程是进行淬火处理和二次回火处理；

1)淬火：将铸件以3℃/min的升温速度升温至675℃，保温4小时，然后，以3℃/min的升温速度升温至1145℃，保温8小时，然后进行油冷，≤220℃时将铸件从油中取出，铸件冷却至常温；

2)一次回火；以3℃/min的升温速度升温至375℃，保温2小时，然后，以2℃/h的升温速度升温至765℃，保温6小时，然后出炉冷却至常温；

3)二次回火；以3℃/min的升温速度升温至755℃，保温12小时，然后炉冷至常温。

实施例三

一种高速数控机床电机用电主轴的制备方法，所述电主轴按重量百分比计由下列组份组成：C 0.04、Si 0.60、Mn 0.45、P≤0.02、S≤0.01、Cr 13.80、Mo 0.70、W 0.40、V 0.10、Ni 2.10、B 0.006、N 0.055、Al＜0.02，余量为Fe，各成分总和为100％，所述制备方法包括钢水熔炼、钢水成分控制、浇注、凝固收缩、冷却开箱、热处理、加工、检验，其中所述的热处理过程是进行淬火处理和二次回火处理；

1)淬火：将铸件以2.5℃/min的升温速度升温至680℃，保温3.5小时，然后，以3.5℃/min的升温速度升温至1140℃，保温9小时，然后进行油冷，≤220℃时将铸件从油中取出，铸件冷却至常温；

2)一次回火；以2.5℃/min的升温速度升温至380℃，保温1.5小时，然后，以2.5℃/h的升温速度升温至760℃，保温7小时，然后出炉冷却至常温；

3)二次回火；以2.5℃/min的升温速度升温至760℃，保温11小时，然后炉冷至常温。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (1)

1.一种高速数控机床电机用电主轴的制备方法，其特征在于，所述电主轴按重量百分比计由下列组份组成：C 0.03-0.05、Si 0.50-0.70、Mn 0.30-0.60、P≤0.02、S≤0.01、Cr 13.50-14.30、Mo 0.60-0.80、W 0.30-0.50、V 0.08-0.12、Ni 1.80-2.40、B 0.004-0.008、N 0.04-0.07、Al＜0.02，余量为Fe，各成分总和为100％，所述制备方法包括钢水熔炼、钢水成分控制、浇注、凝固收缩、冷却开箱、热处理、加工、检验，其中所述的热处理过程是进行淬火处理和二次回火处理；

1)淬火：将铸件以2-3℃/min的升温速度升温至675-685℃，保温3-4小时，然后，以3-4℃/min的升温速度升温至1135-1145℃，保温8-10小时，然后进行油冷，≤220℃时将铸件从油中取出，铸件冷却至常温；

2)一次回火；以2-3℃/min的升温速度升温至375-385℃，保温1-2小时，然后，以2-3℃/h的升温速度升温至755-765℃，保温6-8小时，然后出炉冷却至常温；

3)二次回火；以2-3℃/min的升温速度升温至755-765℃，保温10-12小时，然后炉冷至常温。