定杆变形问题的处理.doc

无锡职业技术学院毕业论文设计论文机 械 技 术 学 院毕 业 设 计 论 文MT227锭杆的变形分析及工艺改进学生姓名： 朱强指导教师： 徐年宝教师职称: 副教授所在班级： 材料10732 所在专业： 材料成型及控制技术 论文提交： 2010-4-18 论文答辩： 2010-4-20 答辩主任： 主答辩人： 机 械 技 术 系2010-4-18毕业实践任务书课 题 名 称： MT227锭杆的变形分析及工艺改进 指 导 教 师： 徐年宝 职 称 副教授 专 业 名 称： 材料成型及控制技术 班 级 材料10732 学 生 姓 名： 朱强 学 号 43 课题需要完成的任务：1、搜集毕业论文资料2、完成课题所需实验数据3、完成毕业论文一篇4、完成英语资料翻译5、完成毕业小结一份 课题计划：1、2月21日 2月27日： 接触课题，收集相关资料（第一周）；2、2月28日 3月 6日： 处理课题所需实验数据（第二周）；3、3月7日 3月20日： 编写毕业论文（第三、第四周）；4、3月21日 4月 3日： 编写英语资料翻译（第五、第六周）；5、4月4日 4月10日： 完成底稿并开始修改（第七周）；6、4月11日 4月17日： 准备毕业答辩（第八周）。计划答辩时间： 2010年4月1920日 机械技术 系（部、分院）目 录一、 MT227锭杆的工作环境与失效分析.41、MT227锭杆的工作环境分析.42、MT227锭杆的失效分析.4二、变形分析.51、概述.52、工艺分析.62.1、机加工（粗）后MT227锭杆的变形.72.2、高频感应淬火后的变形.82.3、回火后的变形.112.4、检验校值后的变形.12三、改进的工艺流程.133.1、机加工（粗）后MT227锭杆的变形.143.2、高频感应淬火后的变形.153.3、校值检验后的变形.173.4、回火后的变形.173.5、检验校值后的变形.18四、效果分析.191、框架准备.192、图形分析.203、综合分析.22五、结论.23参考文献.24毕业设计小结.25MT227锭杆的变形分析及工艺改进摘要：本文通过分析MT227锭杆的工作环境和失效形式，跟踪MT227锭杆的工艺生产过程，结合MT227锭杆生产的实际情况提出了在高频感应淬火后就进行校值和在随后的回火过程中要适当提高回火温度。用融合了这些修改意见的新工艺组织生产，经过效果分析后肯定了新工艺。关键词：锭杆、校值、回火温度、效果分析。一、 MT227锭杆的工作环境与失效分析1、MT227锭杆的工作环境分析包覆锭子是纺织包覆机上的关键专件，用于将真丝、锦纶等化纤长丝及棉毛等纤维螺旋形缠绕在氨纶芯线上（双色或单色），使包覆丝既具有氨纶的弹性，又具有外包丝的弹性，为生产弹性机织物、针织物提供理想的原料。本文中的MT227锭杆是包覆锭子上的主体结构。该锭杆配合两只专用的进口轴承支承，并用上、下阴尼橡皮支撑，能吸振降噪，使得包覆锭子可以更高速型有效的运转。一般的，包覆锭子系列产品能稳定有效运转的最大转速是其质量的一个标志。而作为该包覆锭子的主体MT227锭杆的圆跳动情况就显得尤为重要。如果，包覆锭子的主体MT227锭杆的圆跳动情况不理想，那该包覆锭子整体有效而高效的运转就很难实现。换句话说，MT227锭杆的圆跳动是该包覆锭子的一个性能瓶颈。2、MT227锭杆的失效分析MT227锭杆一般有两种选材，即45钢和GCr15钢。本文中的MT227锭杆选用了45钢。该锭杆作为包覆锭子的主体，主要是用于缠绕线的缠绕主体，使得包覆丝线即具有氨纶的弹性又具有外包丝的弹性。作为高速有效运转的包覆锭子的主体结构，MT227锭杆承受着连续的旋转应力作用。这个时候，锭杆的抵抗能力主要来自自身良好的圆跳动及高的尺寸稳定性。在大载荷高强度持续不断的作用下，包覆锭子会逐渐发出呜呜的响声，且最大转速也会降低。这个情况主要来源于包覆锭子的主体结构MT227锭杆的尺寸稳定性的降低。要解决这个问题，要从MT227锭杆的生产入手。MT227锭杆的生产用图 二、变形分析1、概述钢铁零件经过热处理，即要完成加热后得到奥氏体组织，然后根据零件的具体技术要求选择合理的淬火介质冷却，得到要求的组织和获得理想的力学性能等，因此零件在热处理过程中要受到加热和冷却的双重作用。在冷却过程中发生组织转变时，零件受到热应力和组织应力的综合作用，必然要发生零件的形状和体积的变化。其中变形为热处理过程中常见的弊病，它是无法消除的，只能采取必要的措施和合理的方法，减小零件在热处理过程中的变形，并尽可能的使其变形量控制在要求的范围内，最大限度的减小零件的变形和防止开裂。在实际零件的热处理中，要充分考虑到影响变形的内在和外在因素，经过反复的工艺验证才能确定最佳的热处理工艺参数。钢件在热处理过程中，发生体积和形状的变化，称为热处理变形。将零件加热到较高温度，然后进行快速冷却，就会产生内应力，同时零件的形状、材料成分、机械加工和冷成型过程、工件自重以及摆放方式也会影响零件的变形，因此零件在热处理过程中的变形是很常见的缺陷之一。钢件在加热和冷却过程中，由于表面和心部的冷却速度和时间的不一致，形成温差，就会导致体积膨胀和收缩不均而产生应力。在热应力作用下，由于表层开始温度高于心部，收缩也大于心部而使心部受拉，当冷却结束时，由于心部最后冷却体积收缩不能自由进行而使表层心部受拉。即在热应力的作用下最终使工件表层受压而心部受拉。这种现象受到冷却速度，材料成分和热处理工艺等因素的影响。当冷却速度愈快，含碳量和合金成分愈高时，冷却过程中在热应力作用下产生的不均匀塑性变形愈大，最后形成的残余应力就愈大。令一方面钢在热处理的过程中由于组织的变化即奥氏体转变时，因比容的增大会便随工件体积的膨胀，工件各部位先后相变，造成体积长大不一致而产生组织应力。组织应力的大小与工件在马氏体相变区的冷却速度，形状，材料的化学成分等因素有关。实践证明，任何工件在热处理的过程中，只要有相变，热应力和组织应力都会发生。只不过热应力在组织转变之前就已经发生了，而组织应力则是在组织转变过程中产生的，在整个冷却过程中，热应力与组织应力综合作用的结果，就是工件在实际存在的应力。这两种应力综合作用的结果是十分复杂的，受着许多的因素，如成分，形状，热处理工艺等的影响。而就其发展过程而言，就只有两种类型，即热应力和组织应力。，快理子对于属45号钢材质的MT227锭杆而言，变形情况主要集中在高频感应淬火和回火过程中。下面我们就将从工艺流程的角度对其进行分析。2、工艺分析MT227锭杆高频过程的热处理工艺流程机加工（粗）高频感应淬火回火检验校值2.1、机加工（粗）后MT227锭杆的变形MT227锭杆经过机加工后，表面硬度不够，要通过淬火提高硬度。而锭杆在机加工过程中，精度是通过杆件的圆跳动反映出来的。机加工后MT227锭杆的变形情况应该是圆跳动00.05mm（即05丝）MT227锭杆经过机加工后，圆跳动会控制在5丝以内。随机抽查100根MT227锭杆，详细数据如下序号跳动（0.01mm）序号跳动（0.01mm）序号跳动（0.01mm）序号跳动（0.01mm）1226451176221275522774322835337834329254379454302554803623135618127432357182383331582832913415938451013516028511133616138611223726258731333846328811413956458921514026519021644126649121724236729211814326849311934446919442054537019532134617119632224727229742334837329822414937419942525057511001统计上表可得出下面数据跳动（0.01mm）百分比127%228%324%414%57%即圆跳动是1丝的占27%，是2丝的占28%，是3丝的占24%，是4丝的占14%，是5丝的占7%。全部的100根锭杆平均圆跳动是2.46丝（即0.0246mm）。取较多的样本，可以得出下面的平滑曲线。从这张曲线图中，可以看到，图形面积主体在14（轴）内。这和上面分析的结果（1丝4丝的形变量占93%）相符。2.2、高频感应淬火后的变形MT-227锭杆材质是45号钢，要在高频淬火后获得5565HRC的表面硬度和1.52.5mm的淬硬层深度，根据本公司的技术守则，要采用如下的热处理工艺。加热温度是860C加热方式是感应瞬时加热保温时间瞬时冷却方式是水基溶液冷却下面是它的热处理工艺图水基溶液冷却860h处理后MT227锭杆的技术要求是：硬度5565HRC淬硬层深度1.52.5mm形变量范围00.1mm根据公司的技术守则，要使用如下的高频设备来实现上述的技术条件。GGC502真空管式高频感应加热电源卧式高频淬火机床配套的冷却装置高频设备工作技术条件如下：阳极电压810KV阳极电流5.06.0A栅极电流0.81.0A电流比1/61/10频率200250Hz冷却介质AQ251冷却液密度1113%冷却液温度2050C冷却液压力0.150.20MPa具体操作的工序内容如下：1，开机预热2，排料3，推进淬火4，落料、清洗5，淬硬层深度自检以上是本公司对高频感应淬火的相关技术文件和技术设备的情况。按照上面的种种规定做出的MT227锭杆的变形情况如下所示。序号跳动（0.01mm）序号跳动（0.01mm）序号跳动（0.01mm）序号跳动（0.01mm）1252610651477611225271552327716328288534782044291054167910526301255308043612311156281672321757782328233314583483179234335911844108351660585311111361861118671263712621487221373830635889142339764889191518401665390416264132664691241725421667792321821431268139331913445969149462202845370279572134611717966228472272139712237482373398372410496741699962514502375231003统计上表并多次样本处理后，得到如下图形。即圆跳动在10丝以内的占35%，在1130丝内的占50%，在3160丝以内的占12%，在61100丝以内的占2%，超过100丝的占1%。其中平均圆跳动为18.38丝，直接合格比例为35%。经过高频感应淬火这一工序，锭杆的圆跳动情况就从原先的2.46丝增加到了现在的18.38丝。2.3、回火后的变形工艺要求MT227锭杆经过回火后，硬度要保持在3545HRC的范围内，同时减少锭杆内应力，保持较为优良的综合机械性能。根据本公司技术文件，MT227锭杆的回火设备为热风回火炉，且该锭杆的回火数据如下。加热温度310C保温120min随后出炉空冷热处理回火工艺图如下所示120min310h空冷锭杆经过回火后，要满足下列技术条件：硬度3545HRC淬硬层深度1.52.5mm形变量范围00.1mmMT227锭杆经过回火后，从新测定跟踪的100根锭杆。全部数据统计并经过多次样本处理后，得到如下图形。即圆跳动在10丝以内的占3%，在1130丝内的占7%，在3160丝以内的占78%，在61100丝以内的占9%，超过100丝的占3%。其中平均圆跳动为45.34丝，直接合格比例仅为3%。MT227锭杆经过回火后，锭杆的圆跳动从高频感应淬火后的18.38丝达到了现在的45.34丝。不仅如此，根据技术文件该锭杆回火后的形变量应控制在010丝内，而实际情况却是：仅有3%的直接合格比例。2.4、检验校值后的变形MT227锭杆经过高频感应淬火和回火后，锭杆的圆跳动情况从高频感应淬火前的2.46丝增加到高频感应淬火后的18.38丝，再到回火后的45.34丝。而直接合格率则从高频感应淬火前的100%，降低到高频感应淬火后的35%，再降低到回火后的3%。而检验校值的任务就是将锭杆回火后的合格率从直接合格率提高到100%的二次合格率。像本次就是指要将仅有3%直接合格率的锭杆提高到100%的水平。而校值的工具是工作平台、专用夹具、分度表、合金榔头。方法是将锭杆放到工作平台上，用专用夹具固定好，然后用分度表测锭杆的圆跳动，超过10丝的就要拿下来用合金榔头在相关位置上敲击。要校值的锭杆这么多而且形变量超差量又这么大，用合金榔头敲打锭杆，要敲击多次才能够校值成功。根据工艺要求，在锭杆校值过程中，榔头敲击痕迹的深度要小于0.1mm，以保证在后续工序过程中能完全消除掉锭杆上的敲击痕迹。如果锭杆超差的情况过大，那在校值工序中，用榔头敲击的次数就会变多，每个锭杆被敲击的次数越多，该锭杆上的敲击痕迹就会越大，痕迹也就会越容易超过0.1mm。对于这个问题，有两个比较理想的解决方法。第一个：在校值前就降低锭杆的超差量。分析如下：机加工后，锭杆呈现出来的技术状态是由机加工过程决定的。高频感应淬火后锭杆的技术状态是由高频感应淬火技术文件加上高频设备情况再加上工艺操作情况而定的。在一定时段内这种综合体所呈现出来的状态是比较稳定的。在本文中，我们不讨论这个过程。同样的，回火的状态也是比较稳定的，我们也不讨论。那下面我们就把高频感应淬火后到回火前的过程列为可解决问题区间。回顾一下上面的数据，可以知道：在高频感应淬火后，锭杆的形变量情况是18.38丝。按照前面的执行工艺，那锭杆从高频感应淬火后到回火前，锭杆的形变量情况一直都是18.38丝。如果在这一过程中，我们可以将锭杆的形变量情况从新控制到10丝内，那经过回火后锭杆的变形情况就会有所改善。而支持这样控制的理由是：锭杆刚刚淬火后内部组织还不稳定，此时校值会比较容易。如果这么控制会取得良好效果的话，那么锭杆在校值前的超差量会降低较为理想的水平。第二个：在满足设定的技术条件下降低锭杆的硬度。分析如下：只要超差量存在，就要用合金榔头敲击锭杆。只要用合金榔头敲击锭杆，就会在锭杆上留下痕迹。只要有痕迹，就有可能超过工艺文件规定的0.1mm。如果锭杆相对来说比较软，那在锭杆上敲击一下就会使得锭杆发生较大变形从而消掉一定超差的话，这就达到了降低敲击次数。从而降低敲击痕迹，进而降低痕迹超过工艺文件规定的0.1mm的目的。我统计了100个锭杆回火后的硬度，平均值在42HRC以上，而该锭杆的工艺要求是硬度3545HRC。这样的话该锭杆还是有较大的下降空间的。根据回火温度和回火后工件硬度的关系，我们可以从新确定一个适当的回火温度，以求降低该锭杆的硬度。下面是工件回火温度与该工件硬度的关系图表。注：对有的高合金工具钢而言由于存在二次硬化现象，不同于上述规律。根据上面图表所述，可以将该锭杆的回火温度在原有基础上增加50C，即用360C的温度回火。 三、改进的工艺流程按照上面的分析，重点要改进的工艺有两个。一个是：在锭杆高频感应淬火后增加校值工艺然后再进行回火。第二个是：回火温度要适当提高，以在满足技术要求的情况下软化锭杆基体。流程图如下所示。机加工（粗）高频感应淬火检验校值回火检验校值3.1、机加工（粗）后MT227锭杆的变形MT227锭杆经过机加工后，圆跳动会控制在5丝以内。随机抽查的100根MT227锭杆如下所示。序号跳动（0.01mm）序号跳动（0.01mm）序号跳动（0.01mm）序号跳动（0.01mm）1126251376325271521775342835337854129354379152301554802613135648117132457182183332582832923435938441043526028511123616128621233736228731353816318821453916448931544036529041634156639121734216729211854326829311914426929422024517059532134617139612224717229742334827339812424917439922535057521001统计上表得出下面数据跳动（0.01mm）百分比127%230%324%410%59%即圆跳动是1丝的占27%，是2丝的占30%，是3丝的占24%，是4丝的占10%，是5丝的占9%。全部的100根锭杆平均圆跳动是2.45丝（即0.0245mm）。取较多的样本，可以得出下面的平滑曲线。从这张曲线图中，可以看到，图形面积主体在14（轴）内。这和上面分析的结果（1丝4丝的形变量占91%）相符。3.2、高频感应淬火后的变形根据本公司的技术守则，要采用如下的热处理工艺。加热温度是860C加热方式是感应瞬时加热保温时间为瞬时冷却方式是水基溶液冷却工艺图如下：水基溶液冷却860h处理后27锭杆的技术要求：硬度5565HRC淬硬层深度1.52.5mm形变量范围00.1mm根据公司的技术守则，要使用如下的高频设备来实现上述的技术条件。GGC502真空管式高频感应加热电源卧式高频淬火机床配套的冷却装置高频设备工作技术条件如下：阳极电压810KV阳极电流5.06.0A栅极电流0.81.0A电流比1/61/10频率200250Hz冷却介质AQ251冷却液密度1113%冷却液温度2050C冷却液压力0.150.20MPa具体操作的工序内容如下：1，开机预热2，排料3，推进淬火4，落料、清洗5，淬硬层深度自检再次对锭杆的形变量情况进行检测，统计数据并多次处理后得到下面的图形。即圆跳动在10丝以内的占33%，在1130丝内的占50%，在3160丝以内的占15%，在61100丝以内的占1%，超过100丝的占1%。其中平均圆跳动为18.45丝，直接合格比例为33%。3.3、校值检验后的变形根据上面叙述的修改意见，锭杆在高频感应淬火结束后，不直接进行回火，而是增加一道检验工序。该道工序具体是将高频感应淬火后的锭杆的圆跳动情况控制在10丝以内，然后再进行回火。具体做法参照原来工艺中回火后的校值工序。经过这道工序校值后，锭杆的形变量情况发生了变化，全数检验圆跳动，将得到的数据转换成图形，如下所示：即圆跳动在13丝内的占33%，在47丝内的占43%，在810丝内的占24%。全部的100根锭杆平均圆跳动是5.3丝（即0.053mm）。3.4、回火后的变形根据前面叙述的修改意见，为了在小范围内软化MT227锭杆，可将锭杆回火温度提高50C。具体工艺如下：加热温度360C保温120min随后出炉空冷回火工艺图如下所示：120min360h空冷回火后，锭杆要达到的技术条件：硬度3545HRC淬硬层深度1.52.5mm形变量范围00.1mmMT227锭杆经过回火后，从新测定跟踪的100根锭杆。全部数据经图形转换处理后，如下所示：即圆跳动在10丝以内的占34%，在1130丝内的占41%，在3160丝以内的占25%，在61100丝以内的占0%，超过100丝的占0%。其中平均圆跳动为15.88丝，直接合格比例已经达到了34%，较为理想。3.5、检验校值后的变形工艺经过调整后，MT227锭杆的形变量情况发生了变化。具体如下。高频感应淬火前，锭杆圆跳动情况平均是2.45丝，合格率100%。高频感应淬火后，锭杆圆跳动情况平均是18.45丝，合格率33%高频后校值后，锭杆圆跳动情况平均是5.3丝，合格率100%回火处理后，锭杆圆跳动情况平均是15.88丝，合格率34%即锭杆的圆跳动情况从高频感应淬火前的2.45丝增加到高频感应淬火后（经过校值后）的5.3丝，再到回火后的15.88丝。而直接合格率则从高频感应淬火前的100%，降低到高频感应淬火后的33%，再到回火后的34%。而检验校值的任务就是将锭杆回火后的合格率从直接合格率提高到100%的二次合格率。像本次就是指要将34%的直接合格率的锭杆提高到100%的水平。 四、效果分析1、框架准备在这一部分中，我将依据检验规定对这次工艺调整所产生的实际效果进行系统的分析和展示。本文讨论的是27锭杆的形变量问题，为了描述锭杆的形变量问题，在前文中，我们的做法都是取出100个锭杆作为研究标量，然后跟随工艺得出一些数据和图表来。在这一部分，为了更好的表示这个过程，我们引用了一个概念超差面积。宏观上是指单个锭杆超差丝度（丝度指超过的形变量，一个丝度等于0.01mm）和全部锭杆数量的乘积。在这里仅指单个锭杆超差丝度与100的乘积。公式是：实际面积限定面积 = 超差面积再来规定一下单位。在本文中，我们取的样本是100根锭杆，而规定的合格标准是圆跳动010丝内（即00.1mm）。那我们就可以这样规定。100根 * 10丝 = 1个单位说明限定面积：限定面积是一个变动值，其变动数值在01个单位之间。情况如下当合格的锭杆情况最小达到一个单位时，这个时候，限定面积为最大，即为1。当合格的锭杆情况最大只有一个单位时，这个时候，限定面积为最小，即为0。2、图形分析原有工艺过程中锭杆的圆跳动变化情况（已经进行了数据处理并转换成了上文规定的单位）。MT227锭杆机加工（粗）后的变形：在该图表中，坐标左面的可以表示锭杆的圆跳动情况在规定范围内，若图表中的图形延伸到了坐标的右边，则表示锭杆在该工艺过程中，其圆跳动已经超过规定了，这个时候，超过的图形面积就代表超差面积（也就是需要校值的面积）。借助于专业软件的帮助，我测出了上面图表中图形的面积。转化成单位面积，则是：实际面积为0.16个单位限定面积为0.16个单位超差面积为0个单位MT227锭杆高频感应淬火后的变形：实际面积为1.23个单位限定面积为0.20个单位超差面积为1.03个单位MT227锭杆回火后的变形：实际面积为2.21个单位限定面积为0.08个单位超差面积为2.13个单位工艺改进后的情况：MT227锭杆机加工（粗）后的变形：实际面积为0.17个单位限定面积为0.17个单位超差面积为0个单位MT227锭杆高频感应后的变形：实际面积为1.24个单位限定面积为0.26个单位校值面积为0.98个单位MT227锭杆检验校值（高频后）后的变形：实际面积为0.31个单位限定面积为0.31个单位超差面积为0个单位MT227锭杆回火后的变形：实际面积为1.66个单位限定面积为0.26个单位超差面积为1.40个单位3、综合分析根据超差面积的定义，可知：超差面积，实际面积越小，限定面积越大则可表示该锭杆的圆跳动情况越好。对应实际面积、限定面积、超差面积这三个指标，我们来对比一下工艺调整前和工艺调整后的情况。工艺调整前工艺调整后实际面积2.211.66限定面积0.080.12超差面积2.131.54工艺