鋼鍬等溫淬火熱處理工藝課程設(shè)計

1、鋼鍬等溫淬火熱處理工藝課程設(shè)計鋼鍬等溫淬火熱處理工藝課程設(shè)計緒論緒論1.1 鋼鍬的概述鋼鍬的概述鋼鍬不但是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的“常規(guī)武器”，而且是工業(yè)生產(chǎn)，交通運輸，基本建設(shè)和國防軍工等戰(zhàn)線不可缺少的戰(zhàn)斗工具。它的應(yīng)用范圍很廣，質(zhì)量要求較高，既要求表面光潔，刃口鋒利， 還要求較高的硬度， 韌性和抗沖擊性能。 要使鋼鍬具有這些特性， 關(guān)鍵在于淬火工藝。1.2 鋼鍬的組成鋼鍬的組成一種多功能鋼鍬附件， 它克服了以往技術(shù)中鋼鍬只有一種功能的缺點，而提供一種帶有鉤撬功能的鋼鍬附件。它包括有鍬柄、鍬體、軸套、軸銷、鉤桿、鉤體。其中由軸銷、鉤桿、鉤體軸套鉤桿組成了鋼鍬附件。正常使用時，可拆掉附件，當(dāng)挖一些比較軟的雜

2、物或需撬動物體時，就可安裝上這套附件。特別適用于清理河道雜物。本實用新型的積極效果是，增加了鋼鍬的功能，擴大了使用范圍，另外還具有拆卸方便等優(yōu)點。1.3 鋼鍬按鍬的分類鋼鍬按鍬的分類鋼鍬按其用途和形狀分為:農(nóng)用鍬、尖鍬、方鍬、煤鍬和深翻鍬農(nóng)用鍬煤鍬深翻鍬方鍬尖鍬1.4 鋼鍬的基本尺寸鋼鍬的基本尺寸第一章設(shè)計依據(jù)及原則第一章設(shè)計依據(jù)及原則設(shè)計原則根據(jù)年生產(chǎn)量，以及工件選材，制定出生產(chǎn)流程。其中最重要的是熱處理工藝。主要是合理的設(shè)計熱處理工藝及選擇熱處理設(shè)備， 包括確定設(shè)備數(shù)量及設(shè)備能量消耗。在確定設(shè)備時，應(yīng)考慮工件的尺寸大小以及熱處理工藝要求。因標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備成本低、質(zhì)量及性能較好，所以盡可能選用標(biāo)準(zhǔn)

3、設(shè)備。另外還需要合理選擇附屬設(shè)備，使其充分發(fā)揮附屬設(shè)備的作用，提高生產(chǎn)效率。第二章第二章熱處理工藝分析熱處理工藝分析2.1 什么叫做等溫淬火什么叫做等溫淬火鐵質(zhì)農(nóng)具中，凡是帶刃口的產(chǎn)品，在成形以后，都要進(jìn)行熱處理，以使刃口鋒利，耐磨，并具有足夠的強度。如果不經(jīng)過熱處理，產(chǎn)品不是切割不快，卷刃，就是根本不能使用。熱處理可以充分發(fā)揮鋼材的優(yōu)越性，改善鋼材的質(zhì)量，提高產(chǎn)品的機械性能，延長使用壽命，是使產(chǎn)品達(dá)到質(zhì)量好，耐用的關(guān)鍵步驟。熱處理就是通過加熱，保溫，冷卻的方法，使鋼件內(nèi)部組織發(fā)生變化，從而得到所需要的性能的一種工藝。淬火是熱處理的一種類型，就是把鋼件加熱到較高溫度，經(jīng)過保溫，再水或油等介質(zhì)中

4、急冷， 以達(dá)到需要的硬度和強度。 不同的熱處理操作可以使鋼獲得不同的組織結(jié)構(gòu)，從而獲得不同的性能。等溫淬火是工件在等溫鹽浴中淬火，鹽浴溫度在貝氏體區(qū)的下部(稍高于Ms)，工件等溫停留較長時間，直到貝氏體轉(zhuǎn)變結(jié)束，取出空冷。等溫淬火用于中碳以上的鋼，目的是為了獲得下貝氏體，以提高強度、硬度、韌性和耐磨性。如民用刃具和鋼鍬等很適合采用這種工藝。2.2 等溫淬火的優(yōu)點等溫淬火的優(yōu)點等溫淬火與普通的淬火比較，有以下兩個優(yōu)點：（1）可以防止工件變形，翹曲。等溫淬火的工作，加熱，保溫后，要放到一定溫度的淬火劑熱浴中停留一定時間， 這樣就能減少工件表面與中心的溫度差，使其不致因急劇的冷卻不均而產(chǎn)生較大的熱應(yīng)

5、力。 同時能使整個截面一致的逐漸進(jìn)行擴散性的下貝氏體轉(zhuǎn)變，減小組織結(jié)構(gòu)的內(nèi)應(yīng)力，使其在等溫停留后的冷卻過程中，不在發(fā)生組織變化，因而最大限度的防止了變形和翹曲。（2）可以獲得較高的綜合機械性能，特別是強度，沖擊韌性和塑性，更為明顯。我們知道，硬度和耐磨的關(guān)系是成正比的，在保證綜合機械性能的前提下適當(dāng)提高產(chǎn)品的硬度，會延長產(chǎn)品的使用壽命。等溫淬火可以提高HRC5左右。2.3 等溫淬火的工藝操作等溫淬火的工藝操作2.3.1 等溫淬火的工藝流程：掛鍬加熱等溫淬火一次清洗二次清洗工件脫落卡具卡具自動返回。2.3.2在生產(chǎn)操作中，主要應(yīng)該掌握以下幾個環(huán)節(jié)：(1)加熱，保溫和預(yù)冷的溫度和時間（I） 加熱溫

6、度工件的加熱溫度是根據(jù)鋼材的含碳量來確定的。我們主要采用軌道鋼，軌道鋼基本屬于普通中，高碳鋼，但有時硫磷雜質(zhì)比普通碳鋼多些，起含碳量在0.38至0.72%之間。我們采用宏觀的火花鑒別方法，基本上先分出鋼號，再確定起加熱溫度。凡含碳量小于0.5%的， 加熱人多為870至900， 凡含碳量大于0.5%的， 加熱溫度為860至880.但一般要比普通淬火的加熱溫度提高50至60，以保證獲得奧氏體組織。（II) 保溫時間鋼件加熱時，使其達(dá)到預(yù)定淬火溫度的時間，稱保溫時間。保溫時間的長短，應(yīng)以鋼件燒透，內(nèi)外溫度達(dá)到均勻一致為準(zhǔn)。這樣淬火后，才能得到內(nèi)外均一的組織和性能。如果保溫時間不足，則鋼件心都達(dá)不到淬

7、火溫度，淬火后內(nèi)外組織，性能不均勻。如果保溫時間過長，又會使鋼件奧氏體晶粒長大，造成鋼件表面氧化和脫碳等缺陷，使鋼的性能變壞。保溫時間的確定，根據(jù)爐型，加熱介質(zhì)，加熱方法和工件形狀的不同而異。一般用火焰爐和電爐加熱，保溫時間要稍長些。鹽浴爐保溫時間較短。用小紅爐加熱，由于工件直接與燃料接觸，保溫時間更短些。鐵質(zhì)農(nóng)具多為扁平小件，容易燒透，所以保溫時間不宜過長。 鋼鍬胚料在成型后尚有500至600余熱。因此在高溫區(qū)加熱時保溫時間按每毫米1分鐘計算。(III)預(yù)冷溫度和時間加熱后的工件，在冷卻過程中，由于表面與中心以及厚薄部分之間的溫度不同，產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力而變形。所以工件出爐后不能立即淬入強冷卻介質(zhì)中

8、，而需在另一較溫和的冷卻介質(zhì)中作一定溫度范圍的降溫后， 再進(jìn)行極具冷卻。 這個過程叫預(yù)冷。預(yù)冷的目的是減小工件與冷卻介質(zhì)之間 的溫度差，以防止淬火后工件變形。根據(jù)自動化等溫淬火設(shè)備的條件，工件浸入淬火槽時的溫度，以10770為好。預(yù)冷時間為5秒鐘。（2）等溫溫度和等溫時間(I) 為了使鋼件獲得下貝氏體組織，以提高其硬度，沖擊強度和韌性，塑性等綜合機械性能，保證產(chǎn)品質(zhì)量，應(yīng)該控制好等溫溫度，也即淬火劑熱浴的溫度，已在低于索氏體轉(zhuǎn)變溫度和高于馬氏體形成溫度的溫度范圍內(nèi)為好。 如果溫度超過這個范圍， 就會降低鋼件的硬度，影響使用壽命；如果低于這個范圍，又會延長保溫時間，影響生產(chǎn)效率。根據(jù)研究，一般將

9、溫度定為295至320。(II) 等溫時間則根據(jù)鋼材的化學(xué)成分，工件的大小，厚薄而有所不同。因為我們所用的是中高碳鋼（軌道鋼），厚度為 1.7毫米，等溫淬火時間定為15分鐘。2.3.3淬火介質(zhì)淬火時用來冷卻鋼件的物質(zhì)稱為淬火介質(zhì)或冷卻介質(zhì)，例如水，油和硝鹽等，都是冷卻介質(zhì)。淬火時，工件的冷卻速度決定于介質(zhì)的冷卻能力。等溫淬火的冷卻，是在熱介質(zhì)中進(jìn)行的，因此選用的淬火介質(zhì)應(yīng)該具有以下幾個特點：、具有較高的冷卻能力。、具有較好的流動性，以利于工件的熱量散失。、具有較低的熔點及較高的蒸發(fā)溫度。、具有較大的穩(wěn)定性，在使用中不發(fā)生或很少發(fā)生變化。、對工件無腐蝕作用，并容易從工件表面清除。、在使用過程中對

10、操作人員健康無害或很少有害。、在使用中消耗量較少，成本低，來源方便。目前一般采用的等溫淬火介質(zhì)是硝酸鹽， 亞硝酸鹽和苛性堿及其混合物， 這種介質(zhì)有以下優(yōu)點：(1) 傳熱快，冷卻能力較高。(2) 在一定范圍內(nèi)，其粘度比較均勻，在等溫淬火的溫度下，粘度低，近似室溫下的水，工件帶出的損失少。(3) 在淬火溫度下，能保持穩(wěn)定。(4) 能完全溶于水，容易從處理后的工件表面清除。(5) 可采用內(nèi)部通電加熱（電極），易于實現(xiàn)溫度的自動化控制，并能很好的攪動槽液。(6) 鹽堿熔點較低，比金屬介質(zhì)成本低，來源也多。但是，采用這種淬火介質(zhì)，也有一些缺點，例如工作溫度僅局限于110以上，硝鹽過熱就會爆炸，堿蒸汽炙人

11、，勞動條件較差。硝鹽使光潔工件表面氧化，苛性堿易從空氣中吸收二氧化碳，逐漸變質(zhì)而降低冷卻能力，等等。如果淬火前使用鹽浴爐加熱工件，而且為了防止工件脫碳或進(jìn)行液體滲碳（氰化處理），鹽浴中配有氰鹽時就不能用硝鹽做等溫淬火劑。為了提高硝鹽的冷卻速度和淬透能力， 要在融熔硝鹽中適當(dāng)加水， 通常加入2至6%的水，即能獲得良好的冷卻能力。水分過多或過少都不好。水分過多，加熱的工件淬入后，將使硝鹽中的水分劇烈汽化而沸騰，使工件表面形成氣泡，同時會降低工件的冷卻速度，造成硬度不足或形成軟點，甚至變形，干裂。水分過少，熔點就會升高，降低流動性而使冷卻速度減慢。由于水分蒸發(fā)很快，必須經(jīng)常檢查，加以補充?？刂迫谌巯?/p>

12、鹽水分的方法一般采用硝鹽的電阻率測定，水分越多，電阻越小。第三章第三章年生產(chǎn)任務(wù)的確定年生產(chǎn)任務(wù)的確定設(shè)計任務(wù)鋼鍬是由頭部、木柄組裝鉆孔鉚釘鉚釘防銹處理包裝等基本生產(chǎn)加工而成， 而每個工具的熱處理工藝及生產(chǎn)流程都是比較復(fù)雜的， 故選擇其中一項進(jìn)行設(shè)計。本次設(shè)計內(nèi)容是鋼鍬等溫淬火熱處理工藝，鋼鍬頭部在整個工廠生產(chǎn)中僅占一小部分，所以生產(chǎn)工藝流程及設(shè)備比較簡單。本次設(shè)計范圍是按生產(chǎn)鋼鍬的頭部：農(nóng)用鍬 2000 個/年，煤鍬 2000 個/年，深翻鍬 2000個/年，方鍬 2000 個/年，尖鍬 2000 個/年，共 10000 個/年的熱處理工藝進(jìn)行設(shè)計。主要根據(jù)生產(chǎn)量、生產(chǎn)周期進(jìn)行設(shè)計，包括熱處

13、理工藝、設(shè)備選型、熱處理車間能耗以及對熱處理車間總平面的布置設(shè)計。第四章第四章設(shè)備選型設(shè)備選型4.1 生產(chǎn)綱領(lǐng)的確定生產(chǎn)綱領(lǐng)的確定4.1.1 車間生產(chǎn)綱領(lǐng)計算車間生產(chǎn)綱領(lǐng)即車間每年應(yīng)生產(chǎn)的工件重量或件數(shù)，是決定車間規(guī)模和選擇設(shè)備的依據(jù)，車間每年應(yīng)生產(chǎn)的工件重量或件數(shù)可按照以下經(jīng)驗公式算出：A=A0（1+）(4-1)A車間生產(chǎn)綱領(lǐng)，件/年；A0熱處理工件計劃數(shù)量（包括備品，返修品和檢查試驗用的工件），件/年；車間生產(chǎn)損失率（車間返修品或試驗用工件），%；取=2%，由公式 4-1 可得：A=10000（1+2%）=10200 件。因此每年需生產(chǎn) 10200 件鋼鍬。4.1.2 設(shè)備年時基數(shù)設(shè)備年時

14、基數(shù)指設(shè)備在全年內(nèi)的總工作時數(shù)， 等于全年工作日應(yīng)工作的時數(shù)減去各種時間損失9，即：%)1 (bDMn（4-2）設(shè)備年時基數(shù)小時；D設(shè)備全年工作日數(shù)。N每日工作班次；n每班工作時數(shù)，一般 8h，對有害健康的工作，有時 5h；b損失率。時間損失包括設(shè)備檢修及事故損失，工人非全日缺勤而無法及時調(diào)度的影響，以及下班前設(shè)備和場地清潔工作所需時間的停車損失。設(shè) b 為 2%，設(shè)備全年工作日 D=365 天（全年日數(shù)）252（全年雙休日）22（全年假日）257 天；故每月有效工作日為 22 天。工作為一班制，每班工作時間八個小時。由公式 4-2 可得：=25718（12%）2015（h）4.2 設(shè)備選型計

15、算設(shè)備選型計算考慮到加工余量的問題在計算過程中整體方鍬的全長 380mm，身長為 280mm，寬為230mm，外徑為 37mm，厚為 1.6mm，工件安放間隔為 20mm；而體積質(zhì)量計算如下：已知方鍬尺寸，并查表得知鋼的密度為 7.8g/cm3。則單件方鍬體積3mm114658100376 . 1230280V則體積質(zhì)量kg894. 010000001146588 . 7M考慮加工余量，取 0.9kg 每只。4.2.1 加熱爐設(shè)備選用（1） 加熱爐設(shè)備： 選用長興新世紀(jì)電爐制造廠生產(chǎn)的 RJ2-55-6 井式電阻爐，工作尺寸大小為直徑 700mm，高 900mm，其最大裝載量為 400kg。如

16、圖 4.7。已知齒輪尺寸直徑為 100mm，高為 130mm,而根據(jù)根據(jù)其最大裝載量計算可知，每爐可裝 4000.9=440 件（2）設(shè)備數(shù)量：考慮到周期處理時間，設(shè)備日常維護(hù)，月產(chǎn)量，節(jié)假日等因素，以單爐平均每天一個生產(chǎn)周期，每月 22 個有效生產(chǎn)日計算，單爐月產(chǎn)量為 44022=9680 件，則每臺每年可以生產(chǎn) 968012=116160 件，滿足全年生產(chǎn)總量 10200 件的設(shè)計需要，因此需要選用一臺該設(shè)備即可滿足要求。圖 4.7RJ2-55-6 井式電阻爐4.2.2淬火設(shè)備選用（1）淬火設(shè)備：選用青島天元工業(yè)爐制造有限公司生產(chǎn)的 RDM-100-13 高溫鹽浴爐，工作尺寸大小為 450

17、350565mm。其最大裝載量為如圖，鋼鍬采用吊掛方式，用專門的夾具固定，每次只放一層。鋼鍬縱向一列可以排放 450（37+20）7 件，橫向一排可以排放350（230+20）1 件。所以一層可以排放 71=7 件。故一臺設(shè)備可生產(chǎn) 7 件。（2）設(shè)備數(shù)量：考慮到周期處理時間，設(shè)備日常維護(hù)，月產(chǎn)量，節(jié)假日等因素，以單爐平均每天一個生產(chǎn)周期，每月 22 個有效生產(chǎn)日計算，單爐月產(chǎn)量為 722=154 件，則每臺每年可以生產(chǎn) 15412=1848 件，為滿足全年生產(chǎn)總量 10200 件的設(shè)計需要，則 1020015847臺，因此需要選用 7 臺該設(shè)備即可滿足要求。4.3 其他設(shè)備選擇其他設(shè)備選擇4

18、.3.1 清理與清洗設(shè)備隨著熱處理工藝的發(fā)展和對環(huán)境衛(wèi)生的要求日益提高， 從機械零件到機械部件，從電器零件到電器部件都有清洗的要求，采用清洗設(shè)備，能夠有效去除工件上的油污、切削屑、粉塵等雜質(zhì)，使其潔凈度達(dá)到要求；此次選用無錫英朗機械制造廠生產(chǎn)的鋼鍬清洗機，如圖4.7，對工件進(jìn)行清洗。圖 4.7鋼鍬清洗機4.3.2 檢驗設(shè)備為檢查零件熱處理后的硬度，本設(shè)計選用上海倫捷機械儀表公司生產(chǎn)的 HBE-3000A 型布氏硬度計（如圖 4.8）和 HR-150A 型洛氏硬度計（如圖 4.9）。為了檢查淬硬層深度，利用金相測量法，選用上海倫捷機械儀表公司生產(chǎn)的 4XC-MS 金相顯微鏡（如圖 4.10）。圖

19、 4.8HBE-3000A 型布氏硬度計圖 4.9 HR-150A 型洛氏硬度計圖 4.104XC-MS 金相顯微鏡第五章熱處理車間設(shè)計5.1 熱處理車間工藝布置熱處理車間屬于熱加工車間，在生產(chǎn)過程中放出大量的熱、蒸汽及一些有害氣體。因此需要有良好的通風(fēng)、防火、自然采光好等條件。熱處理車間廠房要求高，窗戶面積大，并有天窗。本設(shè)計的廠房跨度為 24m，長度為 36m，廠房高度為 6m。5.1.1 布置原則（1）合理組織物流和人流，避免交叉往返與不均衡現(xiàn)象。（2）工藝設(shè)備和工作位置應(yīng)根據(jù)設(shè)備外形及基礎(chǔ)尺寸要求，按生產(chǎn)流水線布置。（3）每個設(shè)備附近要留出空地以堆放工件。對土建、采光、采暖通風(fēng)等方面的

20、要求（1） 土建要求。 車間的跨度一般選 12 米， 柱距為 6 米， 到房架下弦的高度一般為 4.0-7.0米。（2）采光要求。車間對采光的要求較高，車間的方位對采光的影響較大，應(yīng)特別予以重視。車間采光可利用天窗、側(cè)窗并輔以局部照明。（3）采暖通風(fēng)要求。車間內(nèi)不允許存在不均勻的氣流股15。5.2 附錄熱處理車間布局圖5.2.2 全廠總平面布置圖第六章設(shè)計小結(jié)一周的課程設(shè)計準(zhǔn)備結(jié)束了， 在這次的課程設(shè)計中不僅檢驗了我所學(xué)習(xí)的知識，也培養(yǎng)了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在設(shè)計過程中，查找資料，和同學(xué)們相互探討，相互學(xué)習(xí)，相互監(jiān)督。學(xué)會了合作，學(xué)會了運籌帷幄，學(xué)會了寬

21、容，學(xué)會了理解，也學(xué)會了做人與處世。課程設(shè)計是我們專業(yè)課程知識綜合應(yīng)用的實踐訓(xùn)練， 著是我們邁向社會， 從事職業(yè)工作前一個必不少的過程”千里之行始于足下”，通過這次課程設(shè)計，我深深體會到這句千古名言的真正含義我今天認(rèn)真的進(jìn)行課程設(shè)計，學(xué)會腳踏實地邁開這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會大潮中奔跑打下堅實的基礎(chǔ)通過這次課程設(shè)計，我在多方面都有所提高。通過這次課程設(shè)計，綜合運用本專業(yè)所學(xué)課程的理論和生產(chǎn)實際知識進(jìn)行一次鋼鍬的等溫淬火熱處理工作的實際訓(xùn)練從而培養(yǎng)和提高學(xué)生獨立工作能力， 鞏固與擴充了熱處理設(shè)計等課程所學(xué)的內(nèi)容， 掌握鋼鍬設(shè)計的方法和步驟，懂得了怎樣分析零件的工藝性，怎樣確定工藝方案，了解

22、了工件的基本結(jié)構(gòu)，提高了計算能力，繪圖能力，熟悉了規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，同時各科相關(guān)的課程都有了全面的復(fù)習(xí)，獨立思考的能力也有了提高。在這次設(shè)計過程中， 體現(xiàn)出自己單獨設(shè)計模具的能力以及綜合運用知識的能力，體會了學(xué)以致用、突出自己勞動成果的喜悅心情，從中發(fā)現(xiàn)自己平時學(xué)習(xí)的不足和薄弱環(huán)節(jié)，從而加以彌補。在此感謝我們的羅老師和王老師.，老師嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的作風(fēng)一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜樣； 老師循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪； 這次課程設(shè)計的每個實驗細(xì)節(jié)和每個數(shù)據(jù)，都離不開老師您的細(xì)心指導(dǎo)。而您開朗的個性和寬容的態(tài)度，幫助我能夠很順利的完成了這次課程設(shè)計。同時感謝對我?guī)椭^的同學(xué)們， 謝謝你們對我的幫助和支持， 讓我感受到同學(xué)的友誼。由于本人的設(shè)計能力有限，