热处理毕业设计

1 / 20 热处理毕业设计 目 录 前言 -2 第一章 高速工具钢的简介 -3 形成原理 -3 物理性质 -4 应 用 场 合-4 常 用 高 速 钢-4 热 处 理-5 工 艺 性 能 指 标-7 使用特性-8 工 艺 特 性-9 高 速 钢 的 特 点-12 第二章 高速工具钢的热处理 -13 刀具的材料 -13 高速工具钢的热处理 -13 热处理工艺过程中 的质量检验项目 -14 第三章 铣刀 -16 中速铣刀的安全失效形式与试验方法 -17 中速铣刀强度计算模型 -17 3 .3 提高中速铣刀安全性的措施 -18 切屑形成机理 -19 积屑瘤2 / 20 -20 切 削 力-22 切 削 热-23 切削温度-23 刀 具 磨 损-24 刀 具 寿 命-24 切 削 加 工 性-24 加 工 表 面 质 量-25 生 产 应 用-26 毕业设计总结 -27 致 谢-28 参考文献-29 前 言 高新技术产业是经济发展的时代特征。当前，随着科学技术的日新月异，有能力发展高新技术的国家和地区均把发展高新技术产业作为国家、地区发展的新的经济增长点。随着新世纪的到来，我国把发展高新技术产业作为经济发展的重点，在制定的十五计划纲要中强调，要抓住机遇，努力发展高新技术产业，要抓住西部大开发和我国即将加入 WTO 的机遇，立足我市市情，瞄准科技前沿，选择一批符合国家产 业政策、市场空间大、技术先进、附加值高、规模效益好、产业关联度高的产品，集中力量，重点扶持。力3 / 20 争在环保技术、生物医药、新材料、新能源等高新技术领域实现突破金属切削加工过程中刀具与工件之间相互作用和各自的变化规律是一门学科。在设计机床和刀具制订机器零件的切削工艺及其定额合理地使用刀具和机床以及控制切削过程时都要利用金属切削原理的研究成果使机器零件的加工达到经济优质和高效率的目的。 由于编者水平有限，书中难免存在缺点和不妥之处，敬请有关专家、同行和读者不吝赐教。 第一章 高速工 具钢简介 形成原理 高速工具钢主要用于制造高效率的切削刀具。由于其具有红硬性高、耐磨性好、强度高等特性，也用于制造性能要求高的模具、轧辊、高温轴承和高温弹簧等。高速工具钢经热处理后的使用硬度可达 HRC63 以上，在 600左右的工作温度下仍能保持高的硬度，而且其韧性、耐磨性和耐热性均较好。退火状态的高速 工具钢的主要合金元素有钨、钼、铬、钒，还有一些高速工具钢中加入了钴、铝等元素。这类钢属于高碳高合金莱氏体钢，其主要的组织特征之一是含有大量的碳化物。铸态高速工具钢中的碳化物是共晶碳化物，经热压力加工后破碎成颗粒状分布在钢中，称为一次碳化物；从奥氏体和马氏体基体中析出的碳化物称为二次碳化物。这些碳化物对高速工具钢的性能影响很大，特别是二次4 / 20 碳化物，其对钢的奥氏本晶粒度和二次硬化等性能有很大影响。碳化物的数量、类型与钢的化学成分有关，而碳化物的颗粒度和分布则与钢的变形量有关。钨、钼是高速工具钢的主要合金元素，对钢的二次硬化和其他性能起重要作用。铬对钢的淬透性、抗氧化性和耐磨性起重要作用，对二次硬化也有一定的作用。钒对钢的二次硬化和耐磨性起重要作用，但降低可磨削性能。 物理性质 高速工具钢的淬火温度很高，接近熔点，其目的是使合金碳化物更多的溶入基体中，使钢具有更好的二次硬化能力。高速工具钢淬火后硬度升高，此为第一次硬化，但淬火温度越高，则回火后的强度和韧性越低。淬火后在 350以下低温回火硬度下降在 350以上温度回火硬度逐渐提高，至 520580范围内回火出现第二次硬度高峰，并超过淬火硬度，此为二次硬化。这是高速工具钢的重要特性。 高速工具钢除了具有高的硬度、耐磨性、红硬性等使用性能外，还具有一定的热塑性、可磨削性等工艺性能。 应用场合 高速钢主要用来制造中、高速切削刀具，如车刀、铣刀、铰刀、拉刀、麻花钻等。 图 1 1 常用高速钢 5 / 20 高速工具钢是一种高碳高合金工具钢， wC= %，常加入的合金元素有 W、 Mo、 Cr、 V 等， W、 Mo、 V 是提高热硬性的主要元素， V 可形成高硬度的碳化物，显著提高钢的硬度及耐磨性， Cr可提高淬透性。 W18Cr4V、 W6Mo5Cr4V2 和 W9Mo3Cr4V为较常用的高速钢，这三个钢号的产量占目前国内生产和使用的 95 %以上。 表 1 1高速工具钢的牌号与性能 热处理 W18Cr4V 钢的最终热处理为高温淬火和多次回火。W18Cr4V钢的淬火温度高达 1100 1240，淬火冷却后得到马氏体、碳化物和残余奥氏体。回火采用 560三次回火，多次 5热处理电阻炉的设计 1 炉型的选择 炉型确定时，主要应考虑以下两方面： 工件的特点：加工细长轴类工件，为防止变形宜用井式炉；加工大中型铸、锻毛坯件的退火、正火、回火等处理，则宜用台车炉；小型轴承钢球、滚子等则选用滚筒式炉等。 技术要求：对加 热温度、炉膛介质、冷却速度、冷却方式、表面状态、允许变形量等有特殊要求时，如高合6 / 20 金钢模具淬火需要用高温炉，精加工零件表面要求不氧化则需要保护气氛炉、真空炉，有表面硬度及化学热处理要求的则需渗碳、渗氮炉等。 产量大小：生产量大、品种单一、工艺稳定情况下，可考虑使用连续炉；对产量不大、品种多、工艺变化大的，则可考虑使用箱式炉或箱式多用炉。 劳动条件：所选炉型尽可能改善劳动条件及工作环境，提高机械化和自动化水平，并防止污染。 炉子性能：对炉温均匀性、准确性、控制精度以及升 降温速度、能耗指标等有特殊要求时也应考虑在内。 其他：对车间厂房结构、地基、炉子建造维修、维护、投资等也应周密考虑 5。 2 炉膛尺寸的确定 炉膛尺寸主要应根据工件的形状、尺寸、技术要求、装卸料方式、操作方法和生产率来决定，同时还应考虑造成炉膛内良好的热交换条件，保证炉内温度均匀性；减少热损失和便于电热元件、炉内构件更换以及炉子维修等。 炉底面积的确定 为防止工件装、出料时碰撞电热元件和保证工件温度的均匀性，工件与电热元件或工件与炉膛前、后壁之间应保持一 定距离，一般为。常把用于 装料的面积称为有效面积 F1，它一般为炉底总面积 F7 / 20 的 70% 85%，大型炉取上限。炉底宽度 B 与长度 L 之比一般应保持在 2/3 1/2范围内。当炉膛长度小于 2m时，接近 1/2。炉底面积的确定分实际排料法和加热能力指标法。对生产批量不大、工件尺寸较大而且形状特殊者应采用实际排料法。本设计应采用加热能力指标法。 设备类型 炉膛尺寸 mm 300 650 250 箱式电阻炉 600 1200 500 900 1800 600 滚底箱式炉 910 1820 600 ?450 800 井式炉 300 300 1200 300 300 2040 ?300 450 ? 300 600 井式渗碳炉 ? 450 600 ? 450 900 ? 600 1200 ?400 500 井式回火炉 ?950 1200 650 回火 200-250 表 1 常用热处理炉的实际生产率 8 / 20 最高工作温度 950 950 950 860 950 950 950 950 950 950 950 950 650 热处理工序 正火、淬火 正火、淬火 正火、淬火 淬火 正火、淬火 正火、淬火 正火、淬火 渗层 渗层 渗层 渗层 渗层 回火 实际生产率 kg h 20-25 70-85 160-190 170-200 50 50 100 6-8 10-12 15-25 30-35 55-60 40-70 已知生产率 P=160kg/h，选择箱式炉用于合金 钢淬火时的单位面积生产率 P0为 100kg/m2 h，故可得炉底有效面积。 工艺类别 炉型 箱式 台车式 坑式 罩式 井式 12h 40-60 35-50 40-60 100-120 退 火 6h 60-80 50-70 锻件 40-60 50-70 可锻化 20-30 25-30 一般 淬火 9 / 20 锻件正火 正火 合金钢淬火 100-120 90-140 100-120 80-120 110-120 120-150 80-100 回火 500-600 70-100 60-90 80-100 表 2 各种热处理炉的单位炉底面积生产率 P0kg/ F1=P/P0=160/100 m2= 由于有效面积与炉底面积存在关系式 F=F1/，取系数上限，得炉底实际面积 F=F1/=/ m 2= 2 炉底长度分实际长度 L 和有效长度 L0，炉底宽度分实际宽度 B和有效宽 度 B0。由于热处理台车炉设计时应考虑装出料方便，取 L/B=2:1，因此可求得 L=F/=.882/=L/2=/2= 考虑到砌砖的方便取 L=1973mm,B=991mm。 炉膛高度的确定 炉膛高度指炉底面至炉顶拱角的距离。炉膛高度常决定于装料高度和电热元件的安装位置，装料上方一般应保持 200 300mm 的空间。对长周期作业的退火炉和渗碳炉，炉膛应高一些，对短周期作业的淬火炉和正火炉以及强制气10 / 20 流循环的炉子炉膛应低一些。依统计资料，炉膛高度 H与宽度 B 之比多数在范 围内变动，近年来有降低炉膛高度的趋势，对上述比值常取中下限。 据炉子工作条件，取 H/B=左右，根据标准砖尺寸，选定炉膛高度 H= 8+37=573 mm 因此炉膛尺寸如下 L=?8+=1973mm B=?5+?2+?2=991mm H= 8+37=573 mm 为避免工件与炉内壁或电热元件搁砖相碰撞，应使工件与炉膛内壁之间有一定的空间，确定工作室有效尺寸为 L效 =1700mm B 效 =800mm H 效 =450mm 炉衬材料及厚度的确定 在选择炉衬所用耐火材料时，应考虑在保证必要结构强度的前提下，尽量采用体积密度小的材料。 在选择绝热材料时，应考虑炉衬外表温度不得超过60，同时要考虑其与耐火材料交界处的温度不得超过绝热材料的最高使用温度。在这个前提下，应尽量选用体积密度小，导热系数小的材料。我们以次选择结果如下： 1侧墙、前墙及后墙的工作条件相似，采用相同炉衬结构，即轻质粘土砖 +50mm密度为 250kg/m3的普通硅酸铝11 / 20 纤维毡 +113mmB级硅藻土砖。 2 炉顶采用轻质粘土砖 +80mm密度为 250kg/m3 的普通硅 酸铝纤维毡 +115mm膨胀珍珠岩。 3炉底采用三层轻质粘土砖 mm+50mm 密度为250kg/m3的普通硅酸铝纤维毡 +182mmB级硅藻土砖和膨胀珍珠岩复合炉衬。 炉底隔砖采用重质粘土砖，电热元件搁砖选用重质高铝砖。 炉底板材料选用 Cr-Mn-Ni耐热钢，根据炉底实际尺寸给出，分三块或四块，厚 20mm。 4炉门用轻质粘土砖 +80mm 密度为 250kg/m3 的普通硅酸铝纤维毡 +65mmA 级硅藻 土砖。 砌体平均表面积计算 砌体外廓尺寸如图所示。 L 外 =L+2?=2533mm B 外 =B+2?=1551mm H 外 =H+f +67?4+50+182 =1516mm 式中： f 拱顶高度，此炉子采用 60标准拱顶，取拱弧半径 R=B，则 f可由 f=R求得。 式中 f=R=991 =133mm 炉顶平均面积 F顶内 = 2?R L =2 /6= m2 6 12 / 20 F顶外 = B 外 L外 =?= m2 F顶均 = F顶内 ?F顶外 = m2 炉墙平均面积 炉墙面积包括侧墙及前后墙 ,为简化计算将炉门包括在前墙内 摘 要 热处理是机械工业的一项重要基础技术，通常像轴、轴承、齿轮、连杆等重要的机械零件和工模具都是要经过热处理的。热处理对于充分发挥金属材料的性能潜力，提高产品的内在质量，节约材料，减少能耗，延长产品的使用寿命，提高经济效益都具有十分重要的意义。正所谓“工欲善其事 ,必先利其器”，那么也就必须给热处理一个良好的环境及先进设备，总的来说 就是一个设计得当的热处理车间。本设计的主要内容热处理的发展现状、方向和整个热处理车间的设计过程。从热处理车间的分类和特性、热处理车间生产任务、工作制度及年时基数、工艺设计、热处理设备的选择与计算、车间设备组织与布置、热处理车间建筑物与构筑物、车间动力和辅助材料消耗量计算、热处理的生产安全与环境保护、热处理车间劳动组织、人员配备和热处理车间技术经济指标等方面，对热处理车间进行设计。从热处理技术的现状和水13 / 20 平，掌握其发展趋势，大力发展先进的热处理新技术、新工艺、新材料、新设备，用高新技术改造传统的热处理技术，实现 “优质、高效、节能、降耗、无污染、低成本、专业化生产”的方向上设计热处理车间。 关键词：热处理 ;车间 ;热处理炉 ;弹簧 ; 55SiMnVB Abstract Heat treatment is an important industrial machinery based technique, usually like axis, bearings, gears, connecting rod, and other important mechanical parts and Labour mold takes a heat treatment. Heat treatment to give full play to the performance of metal materials, improving the products potential inner quality, save materials, reduce the energy consumption and prolong service life of the product, improve economic benefit has the extremely vital significance. Is the so-called sharp tools make well its thing, you will have to have the device, it must give heat treatment a good environment and advanced equipment, overall is a design proper heat treatment plant. The design of the main content heat treatment development present situation, the direction and the whole the design process of heat treatment plant. From the heat 14 / 20 treatment plant classification and characteristics, heat treatment plant production tasks, work system and technology design, in the base of heat-treatment equipment selection and calculation, workshop equipment organization and arrangement, the heat treatment plant buildings and structures, workshop power and auxiliary materials consumption calculation, heat treatment of production safety and environment protection, the heat treatment plant labor organization, personnel and technical and economic indexes heat treatment plant aspects of design, heat treatment plant. From the status and level of heat treatment, grasp their development trend, and develop advanced heat treatment of new technology, new technology, new material and new equipment, with high-tech transforming traditional heat treatment technology to realize high quality, high efficiency, energy saving, consumption reduction, no pollution, low cost, specialized production directions on the design the heat treatment plant. Keywords: Heat treatment; Workshop; Heat treatment furnace; spring; 55SiMnVB 15 / 20 目录 摘 要 . I Abstract . II 1 综述 . 1 热 处 理 工 业 的 现状 . 1 我 国 热 处 理 工 业的现状 . 1 其 他 国 家 热 处 理 的 现状 . 2 我 国 和 其 他 国 家 的 差距 . 2 我 国 热 处 理 技 术 的 发 展 战略 . 3 我国热处 理 产 业 的 研 究 方向 . 5 多 参 数 热 处16 / 20 理 . 5 复 合 热