CN111519001A - 一种小尺寸强韧性偏心电机轴的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种小尺寸强韧性偏心电机轴的制造方法，所述小尺寸强韧性偏心电机轴的制造方法包括以下步骤：(1)制作粗胚：将球化退火的GCR15轴承钢加工成电机轴粗胚料；(2)将电机轴粗胚料淬火处理；(3)将淬火后的电机轴粗胚料进行回火，并磨削得所述电机轴。本发明的有益效果为：本发明所述一种小尺寸强韧性偏心电机轴的制造方法采用GCR15轴承钢为主要原料经过淬火、回火处理,形成回火马氏体和颗粒状残余碳化物的金相组织，得到一种机械性能好的电机轴，相对于原有采用调质钢制造电机轴的生产工艺，本发明所述电机轴的制造方法工艺简单，成本低，性能优良，极大地增加了工厂的经济效益。

Description

一种小尺寸强韧性偏心电机轴的制造方法
技术领域
本发明属于机电制造技术领域，具体涉及一种小尺寸强韧性偏心电机轴的制造方法。
背景技术
电机轴又名电动机轴或者马达轴，是专门应用于电动机或者马达上的一种专用轴。电机使用的轴是一个支撑轴的零件，它可以引导轴的旋转，也可以承受轴上空转的部件，轴承的概念很宽泛。电机轴利用光滑的金属滚珠或滚柱以及润滑的内圈和外圈金属面来减小摩擦，这些滚柱或滚柱承载着负载，支撑着电机主轴，使电机可以平稳旋转。
小尺寸的偏心电机轴通常选用调质钢制造，因调质钢经淬火、高温回火后具有较好的综合力学性能，常用于轴类零件的制造，为提高表面硬度和耐磨性，调质钢经处理后常采用表面淬火处理，但该工艺比较复杂，且成本高。
发明内容
本发明的目的是提供一种制造工艺简单、成本低，且机械性能好的电机轴的制造方法。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种小尺寸强韧性偏心电机轴的制造方法，包括以下步骤：
(1)制作粗胚：将球化退火的GCR15轴承钢加工成电机轴粗胚料；
(2)将电机轴粗胚料淬火处理；
(3)将淬火后的电机轴粗胚料进行回火，并磨削得所述电机轴。
球化退火是使钢中碳化物球化而进行的退火，得到在铁素体基体上均匀分布的球状或颗粒状碳化物的组织。其一般操作步骤为：将钢加热到Ac1以上20-30℃，保温一段时间，然后缓慢冷却到略低于Ac1的温度，并保留一段时间，使组织转变完成，得到在铁素体基体上均匀分布的球状或颗粒状碳化物的组织。
球化退火的主要目的在于降低硬度，改善切削加工性，并为以后淬火做好准备，这种工艺有利于塑性加工和切削加工，还能提高机械韧性。
GCR15轴承钢是一种合金含量较少，具有良好性能，应用最广泛的高碳铬轴承钢，经过淬火加回火后具有高而均匀的硬度、良好的耐磨性、高的接触疲劳性能。
进一步地，所述GCR15轴承钢包括下述质量分数的成分：C 0.95-1.05，Cr 1.10-1.65，Mn 0.20-0.40，Si 0.15-0.35，S≤0.02，P≤0.027。
进一步地，所述GCR15轴承钢包括下述质量分数的成分：C 0.98-1.04，Cr 1.30-1.60，Mn 0.26-0.36，Si 0.20-0.30，S≤0.018，P≤0.023。
进一步地，所述GCR15轴承钢包括下述质量分数的成分：C 1.02，Cr 1.50，Mn0.30，Si 0.25，S 0.01，P 0.02。
优选地，采用机械加工的方法将轴承钢加工成电机轴粗胚料。
机械加工方法一般是指使用机械对材料进行切、磨、削等加工的方法。
进一步地，所述淬火为：将电机轴粗胚料加热到820℃-860℃保温40-80min，然后进行油冷。
优选地，所述淬火为：将电机轴粗胚料加热到850℃保温60min，然后进行油冷。
进一步地，所述回火为：将淬火后电机轴粗胚料加热到400℃-450℃保温40-80min，然后水冷。
优选地，所述回火为：将淬火后电机轴粗胚料加热到430℃保温60min，然后水冷。
进一步地，所述磨削的方法无心磨削。无心磨也叫无心磨削，是磨削加工的一种。有导轮和磨削轮两个砂轮，导轮带动圆柱形工件在垫铁上转动，磨削轮对工件起磨削作用，无心磨属于周磨法。
本发明的有益效果为：本发明所述一种小尺寸强韧性偏心电机轴的制造方法采用GCR15轴承钢为主要原料经过淬火、回火处理得到一种机械性能好的电机轴，相对于原有采用调质钢制造电机轴的生产工艺，本发明所述电机轴的制造方法工艺简单，成本低，性能优良，极大地增加了工厂的经济效益。
具体实施方式
实施例1
一种小尺寸强韧性偏心电机轴的制造方法，包括以下步骤：
(1)制作粗胚：将球化退火的GCR15轴承钢加工成电机轴粗胚料；
(2)将电机轴粗胚料淬火处理；
(3)将淬火后的电机轴粗胚料进行回火，并磨削得所述电机轴。
实施例2
一种小尺寸强韧性偏心电机轴的制造方法，包括以下步骤：
(1)制作粗胚：采用机械加工的方法将球化退火的GCR15轴承钢加工成电机轴粗胚料；
所述GCR15轴承钢包括下述质量分数的成分：C 0.95，Cr 1.10，Mn 0.20，Si 0.15，S 0.02，P 0.027；
(2)将电机轴粗胚料加热到820℃保温80min，进行油冷，淬火处理；
(3)将淬火后的电机轴粗胚料加热到400℃保温80min，进行水冷，回火处理，并采用无心磨削的方法磨削得所述电机轴。
实施例3
一种小尺寸强韧性偏心电机轴的制造方法，包括以下步骤：
(1)制作粗胚：采用机械加工的方法将球化退火的GCR15轴承钢加工成电机轴粗胚料；
所述GCR15轴承钢包括下述质量分数的成分：C 1.0，Cr 1.30，Mn 0.30，Si 0.26，S0.008，P 0.015；
(2)将电机轴粗胚料加热到850℃保温65min，进行油冷，淬火处理；
(3)将淬火后的电机轴粗胚料加热到430℃保温65min，进行水冷，回火处理，并采用无心磨削的方法磨削得所述电机轴。
实施例4
一种小尺寸强韧性偏心电机轴的制造方法，包括以下步骤：
(1)制作粗胚：采用机械加工的方法将球化退火的GCR15轴承钢加工成电机轴粗胚料；
所述GCR15轴承钢包括下述质量分数的成分：C 0.98，Cr 1.30，Mn 0.26，Si 0.20，S 0.018，P 0.023；
(2)将电机轴粗胚料加热到830℃保温70min，进行油冷，淬火处理；
(3)将淬火后的电机轴粗胚料加热到410℃保温75min，进行水冷，回火处理，并采用无心磨削的方法磨削得所述电机轴。
实施例5
一种小尺寸强韧性偏心电机轴的制造方法，包括以下步骤：
(1)制作粗胚：采用机械加工的方法将球化退火的GCR15轴承钢加工成电机轴粗胚料；
所述GCR15轴承钢包括下述质量分数的成分：C 1.04，Cr 1.60，Mn 0.36，Si 0.30，S 0.015，P 0.018；
(2)将电机轴粗胚料加热到850℃保温50min，进行油冷，淬火处理；
(3)将淬火后的电机轴粗胚料加热到440℃保温45min，进行水冷，回火处理，并采用无心磨削的方法磨削得所述电机轴。
实施例6
一种小尺寸强韧性偏心电机轴的制造方法，包括以下步骤：
(1)制作粗胚：采用机械加工的方法将球化退火的GCR15轴承钢加工成电机轴粗胚料；
所述GCR15轴承钢包括下述质量分数的成分：C 1.05，Cr 1.65，Mn 0.40，Si 0.35，S 0.02，P 0.015；
(2)将电机轴粗胚料加热到860℃保温40min，进行油冷，淬火处理；
(3)将淬火后的电机轴粗胚料加热到450℃保温40min，进行水冷，回火处理，并采用无心磨削的方法磨削得所述电机轴。
对比例1
对比例1所述一种小尺寸强韧性偏心电机轴的制造方法，包括以下步骤：
(1)制作粗胚：采用机械加工的方法将球化退火的GCR15轴承钢加工成电机轴粗胚料；
所述GCR15轴承钢包括下述质量分数的成分：C 1.0，Cr 1.30，Mn 0.30，Si 0.26，S0.008，P 0.015；
(2)将电机轴粗胚料加热到850℃保温65min，进行油冷，淬火处理；
(3)将淬火后的电机轴粗胚料加热到300℃保温65min，进行水冷，回火处理，并采用无心磨削的方法磨削得所述电机轴。
对比例2
对比例2所述一种小尺寸强韧性偏心电机轴的制造方法，包括以下步骤：
(1)制作粗胚：采用机械加工的方法将球化退火的GCR15轴承钢加工成电机轴粗胚料；
所述GCR15轴承钢包括下述质量分数的成分：C 1.0，Cr 1.30，Mn 0.30，Si 0.26，S0.008，P 0.015；
(2)将电机轴粗胚料加热到850℃保温65min，进行油冷，淬火处理；
(3)将淬火后的电机轴粗胚料加热到500℃保温65min，进行水冷，回火处理，并采用无心磨削的方法磨削得所述电机轴。
对比例3
对比例3所述一种小尺寸强韧性偏心电机轴的制造方法，包括以下步骤：
(1)制作粗胚：采用机械加工的方法将球化退火的GCR15轴承钢加工成电机轴粗胚料；
所述GCR15轴承钢包括下述质量分数的成分：C 1.0，Cr 1.30，Mn 0.30，Si 0.26，S0.008，P 0.015；
(2)将电机轴粗胚料加热到780℃保温65min，进行油冷，淬火处理；
(3)将淬火后的电机轴粗胚料加热到430℃保温65min，进行水冷，回火处理，并采用无心磨削的方法磨削得所述电机轴。
对比例4
对比例4所述一种小尺寸强韧性偏心电机轴的制造方法，包括以下步骤：
(1)制作粗胚：采用机械加工的方法将球化退火的GCR15轴承钢加工成电机轴粗胚料；
所述GCR15轴承钢包括下述质量分数的成分：C 1.0，Cr 1.30，Mn 0.30，Si 0.26，S0.008，P 0.015；
(2)将电机轴粗胚料加热到930℃保温65min，进行油冷，淬火处理；
(3)将淬火后的电机轴粗胚料加热到430℃保温65min，进行水冷，回火处理，并采用无心磨削的方法磨削得所述电机轴。
分别按照实施例1-6，对比例1-4所述小尺寸强韧性偏心电机轴的制造方法制备冲击试样尺寸为7mm×7mm×55mm的电机轴，并采用洛氏硬度计分别测量所得电机轴的硬度，采用冲击试验机分别测量所得电机轴的冲击吸收功，测量结果如表1所示：
表1所得电机轴的硬度与冲击吸收功性能测量结果
项目 硬度(HRC) 冲击吸收功(J)
实施例1 59.6 136
实施例2 59.7 128
实施例3 58.9 131
实施例4 59.1 133
实施例5 59.6 129
实施例6 59.5 131
对比例1 46.5 70
对比例2 47.1 78
对比例3 46.8 73
对比例4 46.3 79
从表1可以看出，本发明所述一种小尺寸强韧性偏心电机轴的制造方法得到的电机轴在硬度及冲击吸收功方面的性能均优越于对比例1-4所述一种小尺寸强韧性偏心电机轴的制造方法得到的电机轴在硬度和冲击吸收功方面的性能。
小尺寸强韧性偏心电机轴因受负载扭矩，对选材提出了高强度、高硬度、高耐磨性和高冲击韧性的要求。随回火温度升高，马氏体中析出的碳化物颗粒聚集、长大。硬度变化趋势与回火温度呈负相关，冲击冲击吸收功与回火温度呈正相关。
本发明所述一种小尺寸强韧性偏心电机轴的制造方法得到的电机轴硬度(HRC)可达到59.7，冲击吸收功(J)达到136，对比例1相对于本发明所述一种小尺寸强韧性偏心电机轴的制造方法，对比例1的制造方法回火处理的温度低于本发明所述制造方法回火处理的温度，其所得电机轴硬度(HRC)为46.5，冲击吸收功(J)为70；对比例2相对于本发明所述一种小尺寸强韧性偏心电机轴的制造方法，对比例2的制造方法回火处理的温度高于本发明所述制造方法回火处理的温度，其所得电机轴硬度(HRC)为47.1，冲击吸收功(J)为78；对比例3相对于本发明所述一种小尺寸强韧性偏心电机轴的制造方法，对比例3的制造方法淬火处理的温度低于本发明所述制造方法淬火处理的温度，其所得电机轴硬度(HRC)为46.8，冲击吸收功(J)为73；对比例4的制造方法淬火处理的温度高于本发明所述制造方法淬火处理的温度，其所得电机轴硬度(HRC)为46.3，冲击吸收功(J)为79。9
在本申请所述小尺寸强韧性偏心电机轴及对比例1-4所述的偏心电机轴上分别喷涂一层相同的绝缘材料(绝缘材料可为：陶瓷或橡胶)，检测电机轴本体表面的绝缘性能：
采用绝缘耐压测试仪(500V交流)和万用表在室温下测试实施例和对比例的所述电机轴喷涂绝缘材料后的绝缘性能，结果如表2所示：
表2所述电机轴喷涂绝缘材料后的绝缘性能
Figure BDA0002492035680000091
从表2可以看出：本申请所述偏心电机轴喷涂绝缘材料后的绝缘性能优于对比例1-4所述电机轴喷涂绝缘材料后的绝缘性能。本申请所述偏心电机轴经过对淬火和回火温度的改进，使其具有优良的机械性能，且能使绝缘材料的附和度更好。

Claims (10)

1.一种小尺寸强韧性偏心电机轴的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)制作粗胚：将球化退火的GCR15轴承钢加工成电机轴粗胚料；
(2)将电机轴粗胚料淬火处理；
(3)将淬火后的电机轴粗胚料进行回火，并磨削得所述电机轴。
2.根据权利要求1所述一种小尺寸强韧性偏心电机轴的制造方法，其特征在于，所述GCR15轴承钢包括下述质量分数的成分：C 0.95-1.05(C：0.95～1.05)，Cr 1.10-1.65(1.40～1.65)，Mn 0.20-0.40(0.25～0.45)，Si 0.15-0.35(0.15～0.35)，S≤0.02(0.025)，P≤0.027(0.025)。
Mo≤0.10、Ni≤0.30、Cu≤0.25、Ni+Cu≤0.50，余量为Fe。
3.根据权利要求2所述一种小尺寸强韧性偏心电机轴的制造方法，其特征在于，所述GCR15轴承钢包括下述质量分数的成分：C 0.98-1.04，Cr 1.30-1.60，Mn 0.26-0.36，Si0.20-0.30，S≤0.018，P≤0.023。
4.根据权利要求3所述一种小尺寸强韧性偏心电机轴的制造方法，其特征在于，所述GCR15轴承钢包括下述质量分数的成分：C 1.02，Cr 1.50，Mn 0.30，Si 0.25，S 0.01，P0.02。
5.根据权利要求4所述一种小尺寸强韧性偏心电机轴的制造方法，其特征在于，采用机械加工的方法将轴承钢加工成电机轴粗胚料。
6.根据权利要求5所述一种小尺寸强韧性偏心电机轴的制造方法，其特征在于，所述淬火为：将电机轴粗胚料加热到820℃-860℃保温40-80min，然后进行油冷。
7.根据权利要求6所述一种小尺寸强韧性偏心电机轴的制造方法，其特征在于，所述淬火为：将电机轴粗胚料加热到850℃保温60min，然后进行油冷。
8.根据权利要求7所述一种小尺寸强韧性偏心电机轴的制造方法，其特征在于，所述回火为：将淬火后电机轴粗胚料加热到400℃-450℃保温40-80min，然后水冷。
9.根据权利要求8所述一种小尺寸强韧性偏心电机轴的制造方法，其特征在于，所述回火为：将淬火后电机轴粗胚料加热到430℃保温60min，然后水冷。
10.根据权利要求9所述一种小尺寸强韧性偏心电机轴的制造方法，其特征在于，所述磨削的方法无心磨削。
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