專利名稱：一種高速數(shù)控機(jī)床電機(jī)用電主軸的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電機(jī)材料制備領(lǐng)域，特別涉及一種高速數(shù)控機(jī)床電機(jī)用電主軸的制備方法。
背景技術(shù)：
高速數(shù)控機(jī)床(CNC)是裝備制造業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)和發(fā)展方向之一，是裝備制造業(yè)的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)。高速數(shù)控機(jī)床的工作性能，首先取決于高速主軸的性能。數(shù)控機(jī)床高速電主軸單元影響加工系統(tǒng)的精度、穩(wěn)定性及應(yīng)用范圍，其動(dòng)力性能及穩(wěn)定性對(duì)高速加工起著關(guān)鍵的作用。高速主軸單元的類(lèi)型主要有電主軸、氣動(dòng)主軸、水動(dòng)主軸等。不同類(lèi)型的高速主軸單元輸出功率相差較大。電主軸是電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子直接作為機(jī)床的主軸，主軸單元的殼體就是電動(dòng)機(jī)機(jī)座，并且配合其他零部件，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)與機(jī)床主軸的一體化。機(jī)床主軸由內(nèi)裝式電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，從而把機(jī)床主傳動(dòng)鏈的長(zhǎng)度縮短為零，實(shí)現(xiàn)了機(jī)床的“零傳動(dòng)”。這種主軸電動(dòng)機(jī)與機(jī)床主軸“合二為一”的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)形式，使主軸部件從機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)和整體結(jié)構(gòu)中相對(duì)獨(dú)立出來(lái)，因此可做成“主軸單元”，俗稱“電主軸”(ElectricSpindle，Motor Spindle)。由于當(dāng)前電主軸主要采用的是交流高頻電動(dòng)機(jī)，故也稱為“高頻主軸”(High FrequencySpindle)。由于沒(méi)有中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)，有時(shí)又稱它為“直接傳動(dòng)主軸”(Direct Drive Spindle)。數(shù)控機(jī)床高速電主軸單元影響加工系統(tǒng)的精度、穩(wěn)定性及應(yīng)用范圍，其動(dòng)力性能及穩(wěn)定性對(duì)高速加工起著關(guān)鍵的作用。電主軸的工作不僅轉(zhuǎn)速高，而且要求有很高的角減速度和角加速度、在指定位置快速準(zhǔn)停，這就對(duì)其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造和控制提出了非常嚴(yán)格的要求并帶來(lái)了一系列技術(shù)難題，如電主軸的散熱、潤(rùn)滑及精密控制等。在設(shè)計(jì)中，必須妥善的解決這些問(wèn)題，才能確保主軸穩(wěn)定可靠的高速運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)高效精密加工。如上所述，由于高速數(shù)控機(jī)床電機(jī)對(duì)電主軸性能要求較高，傳統(tǒng)的制備電機(jī)或制備機(jī)床主軸的材料的強(qiáng)度、剛度、韌性、加工性能等不能滿足要求，必須開(kāi)發(fā)新的材料以適應(yīng)上述需求。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的之一在于提供一種高速數(shù)控機(jī)床電機(jī)用電主軸的制備方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)—種高速數(shù)控機(jī)床電機(jī)用電主軸的制備方法，所述電主軸按重量百分比計(jì)由下列組份組成:C 0. 03-0. 05、Si 0. 50-0. 70、Mn 0. 30-0. 60、P 彡 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，余量為Fe，各成分總和為100%，所述制備方法包括鋼水熔煉、鋼水成分控制、澆注、凝固收縮、冷卻開(kāi)箱、熱處理、加工、檢驗(yàn)，其中所述的熱處理過(guò)程是進(jìn)行淬火處理和二次回火處理；
1)淬火將鑄件以2-3°C /min的升溫速度升溫至675_685°C，保溫3_4小時(shí)，然后， 以3-4°C /min的升溫速度升溫至1135-1145°C，保溫8-10小時(shí)，然后進(jìn)行油冷，彡220°C時(shí)將鑄件從油中取出，鑄件冷卻至常溫；2) 一次回火；以2-3°C /min的升溫速度升溫至375_385°C，保溫1-2小時(shí)，然后， 以2-3°C /h的升溫速度升溫至755-765°C，保溫6_8小時(shí)，然后出爐冷卻至常溫；3) 二次回火；以2-3°C /min的升溫速度升溫至755_765°C，保溫10-12小時(shí)，然后
爐冷至常溫。本發(fā)明制備方法的有益效果為1)針對(duì)高速數(shù)控機(jī)床電機(jī)用電主軸的使用工況特點(diǎn)設(shè)計(jì)了鋼的合金化元素成分， 在大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上確定了上述各元素含量，使得各元素所起到的作用達(dá)到協(xié)同，從而使得材料的綜合性能最好。2)根據(jù)所設(shè)計(jì)的成分，確定了熱處理制度，使得材料的性能在熱處理之后達(dá)到充分發(fā)揮。3)本發(fā)明的材料在熱處理后的力學(xué)性能為屈服強(qiáng)度650_680MPa，抗拉強(qiáng)度 810-860MPa，伸長(zhǎng)率12-16%，沖擊吸收功AkU彡45J ；并且抗疲勞和抗腐蝕性能優(yōu)異，可滿足高速數(shù)控機(jī)床電機(jī)用電主軸的使用需求。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一一種高速數(shù)控機(jī)床電機(jī)用電主軸的制備方法，所述電主軸按重量百分比計(jì)由下列組份組成:C 0. 03, Si 0. 70, Mn 0. 30, P ^ 0. 02、S 彡 0. OUCr 14. 30、Mo 0. 60, W 0. 50, V 0.08、Ni 2. 40、B 0. 004、N 0. 07、Al < 0. 02，余量為Fe，各成分總和為100%，所述制備方法包括鋼水熔煉、鋼水成分控制、澆注、凝固收縮、冷卻開(kāi)箱、熱處理、加工、檢驗(yàn)，其中所述的熱處理過(guò)程是進(jìn)行淬火處理和二次回火處理；1)淬火將鑄件以2V /min的升溫速度升溫至685°C，保溫3小時(shí)，然后，以4°C / min的升溫速度升溫至1135°C，保溫10小時(shí)，然后進(jìn)行油冷，(220°C時(shí)將鑄件從油中取出， 鑄件冷卻至常溫；2) 一次回火；以2°C /min的升溫速度升溫至385°C，保溫1小時(shí)，然后，以3°C /h 的升溫速度升溫至755°C，保溫8小時(shí)，然后出爐冷卻至常溫；3) 二次回火；以2°C /min的升溫速度升溫至765°C，保溫10小時(shí)，然后爐冷至常實(shí)施例二一種高速數(shù)控機(jī)床電機(jī)用電主軸的制備方法，所述電主軸按重量百分比計(jì)由下列組份組成:C 0. 05, Si 0. 50, Mn 0. 60, P ^ 0. 02、S 彡 0. OUCr 13. 50、Mo 0. 80, W 0. 30, V 0.12、Ni 1.80、B 0. 008、N 0. 04、Al < 0. 02，余量為Fe，各成分總和為100%，所述制備方法包括鋼水熔煉、鋼水成分控制、澆注、凝固收縮、冷卻開(kāi)箱、熱處理、加工、檢驗(yàn)，其中所述的熱處理過(guò)程是進(jìn)行淬火處理和二次回火處理；1)淬火將鑄件以3°C /min的升溫速度升溫至675°C，保溫4小時(shí)，然后，以3°C / min的升溫速度升溫至1145°C，保溫8小時(shí)，然后進(jìn)行油冷，< 220°C時(shí)將鑄件從油中取出，鑄件冷卻至常溫；2) 一次回火；以3°C /min的升溫速度升溫至375°C，保溫2小時(shí)，然后，以2°C /h 的升溫速度升溫至765°C，保溫6小時(shí)，然后出爐冷卻至常溫；3) 二次回火；以3°C /min的升溫速度升溫至755°C，保溫12小時(shí)，然后爐冷至常實(shí)施例三一種高速數(shù)控機(jī)床電機(jī)用電主軸的制備方法，所述電主軸按重量百分比計(jì)由下列組份組成:C 0.04、Si 0. 60, Mn 0. 45, P ^ 0. 02、S 彡 0. OUCr 13. 80、Mo 0. 70, W 0. 40, V 0. 10,Ni 2. 10,B 0. 006,N 0. 055,Al < 0. 02，余量為Fe，各成分總和為100%，所述制備方法包括鋼水熔煉、鋼水成分控制、澆注、凝固收縮、冷卻開(kāi)箱、熱處理、加工、檢驗(yàn)，其中所述的熱處理過(guò)程是進(jìn)行淬火處理和二次回火處理；1)淬火將鑄件以2. 50C /min的升溫速度升溫至680°C，保溫3. 5小時(shí)，然后，以 3. 5°C /min的升溫速度升溫至1140°C，保溫9小時(shí)，然后進(jìn)行油冷，彡220°C時(shí)將鑄件從油中取出，鑄件冷卻至常溫；2) —次回火；以2. 50C /min的升溫速度升溫至380°C，保溫1. 5小時(shí)，然后，以 2. 5°C /h的升溫速度升溫至760°C，保溫7小時(shí)，然后出爐冷卻至常溫；3) 二次回火；以2. 50C /min的升溫速度升溫至760°C，保溫11小時(shí)，然后爐冷至
吊im ο申請(qǐng)人:聲明，本發(fā)明通過(guò)上述實(shí)施例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的詳細(xì)工藝設(shè)備和工藝流程， 但本發(fā)明并不局限于上述詳細(xì)工藝設(shè)備和工藝流程，即不意味著本發(fā)明必須依賴上述詳細(xì)工藝設(shè)備和工藝流程才能實(shí)施。所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明了，對(duì)本發(fā)明的任何改進(jìn)， 對(duì)本發(fā)明產(chǎn)品各原料的等效替換及輔助成分的添加、具體方式的選擇等，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍和公開(kāi)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種高速數(shù)控機(jī)床電機(jī)用電主軸的制備方法，其特征在于，所述電主軸按重量百分比計(jì)由下列組份組成:C 0. 03-0. 05,Si 0. 50-0. 70,Mn 0. 30-0. 60,P ( 0. 02,S ( 0. OUCr.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，余量為Fe，各成分總和為100%，所述制備方法包括鋼水熔煉、鋼水成分控制、澆注、凝固收縮、冷卻開(kāi)箱、熱處理、加工、檢驗(yàn)，其中所述的熱處理過(guò)程是進(jìn)行淬火處理和二次回火處理；1)淬火將鑄件以2-3°C/min的升溫速度升溫至675_685°C，保溫3_4小時(shí)，然后，以3-40C /min的升溫速度升溫至1135_1145°C，保溫8-10小時(shí)，然后進(jìn)行油冷，彡220°C時(shí)將鑄件從油中取出，鑄件冷卻至常溫；.2)一次回火；以2-3°C /min的升溫速度升溫至375-385°C，保溫1_2小時(shí)，然后，以2-30C /h的升溫速度升溫至755-765°C，保溫6_8小時(shí)，然后出爐冷卻至常溫；.3)二次回火；以2-3°C /min的升溫速度升溫至755_765°C，保溫10-12小時(shí)，然后爐冷至吊ilm ο
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種高速數(shù)控機(jī)床電機(jī)用電主軸的制備方法，針對(duì)高速數(shù)控機(jī)床電機(jī)用電主軸的使用工況特點(diǎn)設(shè)計(jì)了鋼的合金化元素成分，在大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上確定了上述各元素含量，使得各元素所起到的作用達(dá)到協(xié)同，從而使得材料的綜合性能最好。并且根據(jù)所設(shè)計(jì)的成分，確定了熱處理制度，使得材料的性能在熱處理之后達(dá)到充分發(fā)揮。本發(fā)明的材料在熱處理后的力學(xué)性能為屈服強(qiáng)度650-680MPa，抗拉強(qiáng)度810-860MPa，伸長(zhǎng)率12-16％，沖擊吸收功AkU≥45J；并且抗疲勞和抗腐蝕性能優(yōu)異，可滿足高速數(shù)控機(jī)床電機(jī)用電主軸的使用需求。
文檔編號(hào)C21D1/18GK102560279SQ20121003526
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2012年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月16日
發(fā)明者胡春濤 申請(qǐng)人:無(wú)錫市萬(wàn)邦機(jī)械制造廠