热处理车间的设计

1、精选优质文档-倾情为你奉上1 绪论1.1 选题背景及设计意义1.1.1 选题背景新热处理车间，通常 采取“购买一批、自制一批、改造一批、淘汰一批”的调整思路，全面实行设备升级。通过引进先进技术和对引进技术的消化吸收,使热处理生产技术有突出的变化1。引进国外先进技术设备，对热处理车间进行设计。1.1.2 设计意义热处理生产技术必须迎头赶上,才能抓住机遇、迎接新的挑战2。从技术专业化与协作来看，从产品生产专业化到工艺专业化，都是为了实现生产技术的现代化。组织热处理生产工艺专业化协作，建立热处理专业工厂，将有力地促进我国热处理行业技术的现代化发展。热处理工艺专业化生产有利于采用新工艺、新设备，可以提

2、高设备利用率，提高热处理质量，提高生产率，节约能源消耗，降低生产成本。因此，在武汉重型机床厂新建热处理车间时，必须特别重视并解决专业化与协作问题，确定车间的专业化生产特点。1.2热处理车间设计概述车间设计的主要内容，一般热处理车间的设计，应包括如下主要内容：（1） 确定材料、服役条件、对材料性能的要求；（2） 确定零件形状、尺寸。（3） 车间生产纲领、工作制度、年时基数；（4） 确定工件加工工工艺流程、确定热处理工艺；（5） 根据热处理工艺选择适当的热处理设备；（6） 合理设计工件热处理生产线（7）对公共系统设计的要求；（8）生产安全与环境保护；（9）工艺设备平面布置图与设备明晰表；2. 丝杆

3、的工作条件、失效形式、性能要求、确定选材 丝杆是各类机床上的重要零件之一，它是机床上最常见的一种将旋转运动转变为直线运动或直线运动转变为旋转运动的传动、定位功能部件，它有较高的精确度和尺寸稳定性，广泛应用于各类机床的传动进给机构和调节移动机构，能够保证直线运动的精确性和均匀性。它的精度高低，直接影响到机床的加工精度，影响加工中心、坐标镗床的定位精度和测试仪器的测量精度。所以，丝杆是这类机床和仪器的关键零件之一。精密丝杆的热处理，工艺比较复杂，质量要求较高，影响因素较多，需要认真分析对待。 常见的击穿丝杆主要有梯形丝杆和滚珠丝杆两大类。一般机床普遍使用的是梯形丝杆，而滚动丝杆用于传动效率高，动作

4、灵敏，进给均匀平稳，低速无爬行，定位精度和重复精度高，使用寿命长，广泛应用于数控机床和加工中心上。 （1）工件条件与常见失效形式 丝杆一般在机床上由两点或几个支点来支撑运行进行旋转运动，推动螺母及连接的滑板等零件进行平移。丝杆于螺母的螺纹牙齿侧面相对滑行，丝杆每转一周则推进一个螺距，螺母存在很大的摩擦力，螺母与丝杆齿形面易于磨损，而且一根丝杆仅仅一部分磨损严重，引起螺距误差进而影响精度。滑动丝杆的主要失效形式是由于磨损或塑性变形而丧失精度。由于丝杆精度的高低直接影响螺纹车床、螺纹磨床、铲床、坐标镗床和测量仪器的加工精度、定位精度、或测量精度。在这些机床的仪器中，丝杆是实现精确定位和精密加工的关

5、键环节之一。滚珠丝杆工作时常承受弯曲、扭转、疲劳、冲击，同时在滑动与转动部位承受摩擦作用，其工作表面承受较大的接触应力。滚珠丝杆主要的失效形式是解除疲劳破坏（既疲劳剥落，俗称麻点），同时也存在机械损伤磨损。随着高精度、自动化数控车床的大量应用，它要求在高进给速度下工作平稳和高定位精度，故应使用滚珠丝杆副以减少摩擦阻力。滚珠丝杆的动、静摩擦系数相差极小，在静止、低速和高速时摩擦距几乎不变，传动灵敏、平稳、低速无爬行;传动效率可达90%以上，比梯形丝杆副高24倍，可消除轴向间隙，提高轴向刚度，预拉伸安装可减少丝杆的受热伸长量，因而定位精度和重复高精度。由于滚珠丝杆具有一系列优点，因此它不仅广泛应用

6、于数控车床，而且在普通车床上也逐渐推广应用。（2） 主要性能要求 丝杆整体要有一定的刚度要求和强度，在工作中不能产生大的挠度和塑性变形，因此必须具有较好的综合力学性能和高的尺寸稳定性。同时其相关工作部位（滚道、轴径）也要求具有高的磨损抗力，高的接触疲劳强度既具有高硬度、高强度与足够的耐磨性。还要求丝杆在工作过程中，具有传动灵敏平稳、定位精度和重复精度高等要求；对于在腐蚀介质和较高温度下工作的丝杆，还要求具有耐腐蚀性和耐热性等。 (3)丝杆材料的选择 根据丝杆在机械上所起的作用啊、对精度的要求以及它承受载荷大小的能力，可分为普通丝杆（梯形丝杆精度79级，滚珠丝杆为DH级）和精密丝杆（梯形丝杆精度

7、6级以下，滚珠丝杆为C级）。根据热处理情况又可分为淬硬丝杆（硬丝杆）和不淬硬丝杆（软丝杆）。 丝杆材料首先要严把原材料的验收，应按照国家标准进行逐项检验，特别是原材料的表面质量（主要是对原材料的外观、形状、表面缺陷）检验、化学成分检验和内部质量（即内部组织缺陷，如疏松、夹渣、偏析、脱碳等）检验，合格后方能投产。 普通精度软丝杆，应用很普遍，如机床上78级的定位丝杆、手动进给丝杆等，由于其加工方便、制造成本低，故对使用材料的性能要求不高，多用于一些常见的中碳钢和中碳低合金钢。 对于高精度精密软丝杆，其精度在6级以上、硬度在35HRC以下的精密丝杆，多用于轻载荷、工作频率低、润滑条件好的结构钢种。

8、他常用碳含量较高的钢，如T10A、T12A等他对材料的要求，除与普通精度软丝杆相似的条件外，还要求材料的磨削性能好、不易磨焦表面、产生磨裂的敏感性低、磨削表面粗糙度低等。对于高精度高精密硬丝杆而恶言，要求其心部具有一定的强度和塑韧性，表面滚道要有高硬度（一般为5863HRC），以保证有足够的承载能力，能够带动很重的载荷自由的精确运动，这就要求所使用的材料的抗拉强度要达到7001000MPa，还有一定的韧性和精度稳定性，工件在制造过程中还要求有良好的冷热加工工艺性能。（1） 梯形丝杆用材 普通精度（指79级）丝杆 对于轻载荷常用非合金中碳结构钢（如45、50钢）制造，经正火、调制处理，或用冷这一

9、切削钢（如Y45MnV）直接机械加工而成。 对于又耐磨性能要求的可选用调质非合金或低合金结构钢（如45、45Cr钢），经感应加热表面淬火后使用。 用于测量、受力不大的丝杆可选用调质非合金结构钢（如45、40Cr钢）经感应加热后直接使用。高精度（指6级以上）的丝杆 对轻载荷常用非合金（碳素）或低合金工具钢（如T10AT12A或9Mn2V、CrWMn钢）制造，经调质或球化退火处理。对于工作频率高的丝杆常用低合金工具钢（如9Mn2V、CrWMn钢）制造、整体淬火，还可采用高级渗碳专用钢（如38CrMoAlA、35CrMo钢）制造并经渗氮处理，用于承受较高温度场合。对于要求耐磨的小规格丝杆可用渗碳低合

10、金钢（如20CrMnTi钢）制造，经渗碳加淬火加低温回火后使用。对于在高温下工作的丝杆可采用沉淀硬化不锈钢（如0Cr17Ni4CuNb钢）制造，经固熔加时效处理后使用。（2）滚珠丝杆用材低精度轻载荷滚珠丝杆 可选用非合金（碳素）结构钢（如45、50钢）制造，经正火、调质处理；有些可选用冷轧成型钢（如冷轧60钢）直接使用。高精度、重载荷滚珠丝杆 多选用低合金工具钢（如9Mn2V，CrWMn钢）和滚动轴承钢（如GCr15，GCr15SiMn）制造，采用感应加热表面淬火，也有采用火焰加热表面淬火或整体淬火的。小规格滚珠丝杠 习惯性选用渗碳钢（如20CrMnTi钢），经渗碳+淬火+低温回火后使用。某些

11、热处理时易变形的高精度滚珠丝杠 可选用专用渗碳钢（如38CrMoAlA钢）制造，经渗氮处理后使用。在腐蚀性和高温环境下工作的滚珠丝杆 可选用沉淀硬化不锈钢（如1Cr15Co14Mo5VN，0Cr17Ni4Cu4Nb钢）制造，经固熔处理+时效处理后使用。 图2.03 滚珠丝杆材料的选择 综上阐述 C8599铲床丝杆选择20CrMnTi。 20CrMnTi是性能良好的渗碳钢，淬透性较高，经渗碳淬火后具有硬而耐磨的表面与坚韧的心部，具有较高的低温冲击韧性，焊接性中等，正火后可切削性良好。用于制造截面30mm的承受高速、中等或重载荷、冲击及摩擦的重要零件，如齿轮、齿圈、齿轮轴十字头等。20CrMnTi

12、钢的化学成分见下表：20CrMnTi钢化学成分（GB/T 12992000）/%成分CSiMnTiCrPNiCuS含量0.170.23 0.170.37 0.801.100.040.101.001.30 0.030 0.030 0.030 0.0303 零件形状 、尺寸 工件名称：C8599铲床丝杆，使用材料为20CrMnTi。4. 车间生产纲领工作制度、年时基数 生产纲领一个热处理车间或工段所承担的生产纲领，是设计热处理车间的基础。只有明确了车间的纲领，所确定的车间生产规模，所选定的工艺和设备才能符合实际需要。所谓生产纲领，首先是所承担本企业的生产产品的热处理零件年产量，也就是设计纲领。以满

13、足零件热处理新的技术要求为前提，“三创新”(即材料创新、工艺创新和工装创新)的结果是行之有效的结果。热处理工艺设计是热处理车间设计的中心环节，是设备选择的主要依据。所确定的热处理工艺必须先进、可靠、经济合理，并与车间生产规模相适应。常规工艺应力求工艺路线简化，运输量最小，工序较小，节省能源及劳动量。采用先进工艺应经过技术经济论证或实验研究，取得可信的试用效果。企业机械产品热处理零件生产纲领，包括铸件，锻件毛坯的预备热处理和机械产品零件的最终热处理。这些就是根据产品零件图纸所规定的技术所决定的。热处理车间还应该承担本企业自制的切削工具、各类模具、机械修理备件、配件的热处理任务，根据其任务量的大小

14、确定车间的设置。为提高设备负荷率，应尽量结合车间的特点接受对外协作任务，对于比较固定的长期协作任务，也应列入车间生产任务内。 工作制度、年时基数根据车间生产性质和任务，一般单件小批量生产性质的综合热处理车间，应采用两班工作制。其中个别工艺周期较长应连续生产的设备或大型设备应考虑三班工作制；安装在生产流水线上的热处理设备，应与生产线生产班制相一致。详细见表4.01。1）设备年时基数为设备在全年内的总工时数，等于在全年日内应工作的的时数减去各种时间损失，即：（公式4.01）式中 设备年时基数（h）；设备全年工作日，等于全年日数（365天）-全年假日（10天）-全年星期双休日（104天）=251天；

15、N 每日工作班数；n 每班工作时数，一般为8小时，对于有害健康的工作，有时为6.5小时； 损失率，时间损失包括设备检修及事故损失，工人非全日缺勤而无法及时调度的损失，以及每班下班前设备和场地清洁工作所需的停工损失。2）工人年时基数 (公式4.02)式中 工人年时基数（h）； 工人全年工作日，等于全年日数（365天）-全年假日（10天）-全年星期双休日（104天）=251天；表4.1热处理车间设备和工人年时基数时间损失率，一般取4%，时间损失包括病假、事假、探亲假、产假及哺乳、设备请扫、工作休息等工时损失。项目生产性质工作班制全年工作日每班工作时数全年时间损失（%）年时基数一、设备一般设备连续工

16、作制3355897722重要设备阶段工作制32518164718小型简易热处理炉阶段工作制3251875571大型复杂热处理炉连续工作制33558147326二、工人一般工作条件251881830较差工作条件2518121748本车间设备年时基数7722h，工人年时基数1830h。5 工艺分析5.1 工艺分析的基本原则热处理工艺设计是热处理车间设计的中心环节，是设备选择的主要依据。所确定的热处理工艺必须先进、可靠、经济合理，并与车间生产规模相适应。常规工艺应力求工艺路线简化，运输量最小，工序较小，节省能源及劳动量。采用先进工艺应经过技术经济论证或实验研究，取得可信的试用效果。热处理技术条件：气

17、体渗氮后渗氮层纵深度0.4mm，表面硬度650HV，渗氮层脆性1级，单边磨去0.05mm后，硬度600HV，径向跳动0.05mm。C8599铲床丝杆加工工艺流程下料70mm×1638mm车外圆调质粗车去应力处理精车螺纹低温时效研中心孔半精磨外圆磨螺纹气体渗氮 研中心孔 精磨螺纹及外圆C8599铲床丝杆热处理工艺规范： 调质 去应力处理 低温时效 气体渗氮 调质：860880加热，保温1.52小时，油冷；580600加热回火68小时，炉冷至300以下出炉。去应力处理：550600×68小时。低温时效：180220×812小时。气体渗氮： 图5.01 C8599铲床丝

18、杆调质与气体渗氮工艺图热处理工艺解析1.调质：获得均匀细密的回火索氏体组织，细密的索氏体金相组织有利于零件精 加工后获得光洁的表面。同时，也使主轴具有良好的综合力学性能，经淬火后高温回火，其硬度可达220一250 HBS。2. 去应力时效：消除工件内部的残余内应力，尽可能减少工件的变形，为后续工序渗氮 奠定基础。 3. 低温时效：尽量减少精机械加工后所导致的残余内应力，稳定工件尺寸。 4.气体渗氮：工件的变形小，表面有更高的硬度和耐磨性，疲劳强度高，同时又有高的 抗腐蚀性和热硬性。 6 热处理设备选用选用适当的热处理设备依据是热处理工艺的类型，产品零件的特性，即零件形状、尺寸、质量和材料，产品

19、技术要求和精度，产品生产量和劳动量，所用的能源、气氛及淬火介质的物质条件。C8599铲床丝杆的调质处理使用RJ2-95-9型井式电阻炉；去应力处理使用使用 RJ2-95-9型井式电阻炉；低温时效使用RJ2-95-9型井式电阻炉；气体渗氮炉使用RN-140-6型井式气体渗氮炉。热处理炉技术参数如下：型号额定功率/KW相数电压/V额定温度升温时间工作空间尺寸RJ2-95-995338095022¢800×2000RN-140-614033806502¢800×35006.01电阻炉炉体结构6.11炉架和炉壳炉架的作用是承受炉衬和加工在和以及支撑炉拱的侧应力。

20、炉架通常用型钢焊接成型加架，型钢的型号随炉子的大小、炉衬材料和结构而已。轻质耐火砖和耐火纤维炉衬的应用，大大地减轻了炉架的负荷。炉壳的作用是中护炉衬，加固炉子结构和保护炉子的密封性，通常是用钢板复贴在钢架上焊接而成。对小型电阻炉，也可不设炉架，用厚钢板焊接成炉壳，同时起钢架作用。炉壳钢板厚度一般取2-6慢mm，炉底用较厚钢板，侧壁用较薄的钢板制作。空气介质炉的炉壳一般采用断续焊接，壳控气氛炉采用连续焊接。6.1.2.2炉衬炉衬的作用是保护炉膛的温度、造成炉膛良好的温度均匀度和减少炉内热量的散失。炉衬也应减少自身的储蓄热。炉衬由炉底、炉壁、炉顶组成。电阻炉炉衬多用轻质耐火砖（密度为400-100

21、0/）和耐火纤维砌筑，只有在需特别加固和支撑的部位才采用重质砖。炉底炉底的结构受电热元件安装方式、炉底板、导轨和炉内传动装置的影响。通常箱式电阻炉炉底结构是在炉底外壳钢板上用保温砖砌成方格子状，然后再格子中填充松散的保温材料，再起上面平铺1-2层保温砖，之后再铺一层轻质砖，其上它置支撑炉底板或导轨的重质砖和电热元件搁砖。采用辐射管电热元件的路子，炉底常用耐火纤维预制块铺设。炉底设有导轨的炉子，炉底应考虑导轨的支撑和固定。炉墙中温炉的炉墙一般分两层，内层为耐火层，常用轻质砖；外层为保温砖。高温炉炉壁常采用三层，内层用高铝砖；中间层用轻质粘土砖；外层用保温砖。低温炉常采用在双层钢板内填充保温材料的

22、结构。井式炉炉墙常砌成如图所示的结构。耐火纤维的应用，使炉衬结构多样化，有全纤维炉衬、复合纤维炉衬，以及在砖墙中加纤维夹层等形式，炉衬厚度也相应减薄。确定炉衬厚度的基本原则是保证炉外壳温度不超过许可的温升（一般为50-60）。表为炉膛温度与炉衬厚度及结构。炉墙的结构还应根据电热元件的支撑方式进行设计。耐火纤维炉衬的结构有衬面粘贴、层铺、叠铺等形式。炉墙砌筑应以炉子中心为基准，砖缝要错开，炉墙转角处相互咬合，保证整体结构强度。炉墙每米长度留5-6mm膨胀缝，各层间膨胀缝应错开，缝内填入马粪纸或纤维，炉温低800的炉墙壳不设膨胀缝。炉顶炉顶结构形式主要有拱顶和平顶两种形式，少数大型炉用吊顶。砖砌的

23、热处理炉大多采用拱顶。耐火纤维炉衬常用预制耐火纤维块作平顶。拱顶的同心角成为拱角，一般采用60，拱顶跨度较大且3.944m时采用90°。拱顶重力及其受热时产生的膨胀力形成推力作用于拱角上。拱顶采用与拱角相应的契形砖砌筑，其上再铺或砌以轻质保温材料，拱角则用密度为1.0-1.3g/的拱角砖砌砖筑。拱顶灰缝不大于1.5mm，拱顶砖斜面应与拱角相适应，不得用加厚灰缝或砌制斜面的办法找平。拱角砖与共脚之间必须撑实，拱顶应从两边拱脚分别向中心对称砌筑。跨度小于3m的拱顶应在中心打入一锁砖；跨度超过3m，应均匀打入三块锁砖，锁砖插入深度为砖长的2/3，然后用木槌打入。拱角砖的侧面紧靠拱角梁，以支

24、撑侧推力。拱顶的砌法有错砌和环砌两种。错砌比较常用，但拆修不方便，一般间隙炉采用此法；环砌多用于连续式炉或工作温度较高，拱顶易坏的场所。6.1.2.3炉口装置炉口装置路口装置包括炉门（炉盖）、炉门导板（炉面板）和压紧机构，有时还设有密封辅助装置。炉口装置在保证装出料要求的前提下，炉口应密封好，有足够的保温能力，热损失小，保持炉前区有良好的温度均匀度。炉门应大于炉口，通常炉门与炉口每边重叠65-130mm.对可见控气氛炉，炉口应严格密封。炉门外壳一般用灰铸铁铸造 ，或用钢板焊成，应对焊缝进行去应力退火，以减少使用时炉门的变形。炉门热面砌轻质砖，外层加保温砖或用耐火纤维预制块砌筑。炉门、炉盖砌筑尺

25、寸见表。炉门砌体表面应从四周向中间逐渐凹陷3-5mm，装电热元件的炉门，其搁丝砖应比门边框缩进10-15mm。炉门框和炉盖板为防止炉口受热发生弯曲变形，常用铸铁和铸钢制成，或用耐热钢制作，有时还加设水套。为防止炉口火焰或热辐射直接传给炉子门框，炉口的四周常为耐火砖砌体，即炉门框从炉口向外退缩一定距离，约50-80mm。炉或滚轮滑入炉门框上的契形滑槽或滑道沟内，炉门越向下，炉门越压紧炉面板。炉门面板与炉门之间装有石墨石棉盘根。还利用斜炉门靠炉门自重向里的水平分力压紧。对密封要求严格的炉口装置，需借人力或机械力进行压紧。常用的人力压紧装置是借凸轮、螺杆或连杆机构压装。机械力密封装置常用的有借气缸推

26、拉力把炉门推下，借斜炉门自重压紧，或推动曲柄连杆压紧，也有借弹簧力拉动曲柄连杆机构将炉门压紧，对于耐火纤维炉口应防止炉门升降时将其拖坏，通常用定向轨道来解决。炉门侧边的滚轮沿轨道升降，而轨道仅在炉门落下的终点（两个滚轮有两个点）向内弯曲使炉门压紧炉门框，其余位置，离开炉框，与耐火纤维炉口分离。c. 确定热处理炉生产率热处理炉在单位时间内可完成一定热处理工序零件的重量即为生产率，以Kg/h或件/h计。为使不同规格和炉型热处理炉进行比较，生产率还可以单位炉底面积或单位炉膛面积在单位时间内的产量计算。平均生产率是指热处理炉在一般正常使用条件下所达到的生产率，是热处理炉处理各类不同零件完成一定工序，在

27、较长时间稳定使用后，统计生产数据所计算出来的生产率（如表3.1）。表3.1 单位炉底面积的平均生产率参考指标炉子类型退火正火淬火回火气体渗碳固体渗碳箱式炉推杆式炉输送带式炉立式旋转炉台车式炉双台车式炉振底式炉406060703550608010012012016012016010012060801201401401808010010012510012580100507010012010012035453108121215d. 热处理炉的计算根据热处理零件分工的年处理量，分别采用各工序的平均生产率，可以计算得出某项设备所承担热处理任务的年负荷数，再根据该项设备的工作制度所确定的年时基数，即可计算

28、得出该项设备的负荷率并确定台数。设备需要量可根据热处理工序生产任务和设备生产能力计算出设备年负荷基数，再计算设备需要量。具体计算见表3.2和3.4。1. 设备年负荷基数 设备年负荷基数G为： (公式3.1)式中 -设备年需完成的生产量（Kg/年）-设备生产率（Kg/h）2. 设备数量计算 (公式3.2)式中 -设备年时基数（h）表3.2 热处理设备计算表序号设备名称用途生产率(Kg/h)年处理量/t=生产率×设备年时基数（7240 h）1井式电炉回火、稳定、时效30217.22井式气体氮化炉氮化29210 每个工件的质量小于140kg，RJ2-95-9型井式电阻炉最大装载量1600k

29、g，RN-140-6型井式气体渗氮炉最大装载量将近3000kg。综合考虑炉膛尺寸，最大装载量等可知RJ2-95-9型井式电阻炉每次可处理最大12根丝杆，RN-140-6型井式气体渗氮炉每次可处理最大24根丝杆.调质过程型号设备年需完成的生产量（t/年）Q设备生产率（Kg/h）P设备年时基数（h）F设备数量CRJ2-95-9型井式电阻炉231.663077221低温时效过程型号设备年需完成的生产量（t/年）Q设备生产率（Kg/h）P设备年时基数（h）F设备数量CRJ2-95-9型井式电阻炉231.663077221气体渗氮过程型号设备年需完成的生产量（t/年）Q设备生产率（Kg/h）P设备年时基

30、数（h）F设备数量CRN-140-6型井式气体渗氮炉231.0029772216.2 淬火冷却设备(1) 淬火冷却槽购置炉子要考虑工艺的通用性，即淬火+回火使用应用灵敏性、精密定位、自动控制能力，工件定位准确，运行平稳可靠。由全固态晶体管感应加热电源和数控淬火机床组成的高频淬火系统具有很高的柔性，通过程序的编制，在淬火过程中变更程序的指令，能很容易自动调节电源的输出功率、通电和断电时间、喷液开始结束时间、工件加热冷却长度、工件的移动速度、延时加热冷却时间、提前喷液时间，这样对同一工件的不同部位(尺寸、位置)要求不同淬硬层深度的可用同一个感应器，采用一次装夹连续淬火的方式就能很容易达到技术要求且

31、可使硬化层连续过渡分布。该技术和热处理工艺结合，可完成盘类、齿轮类、套管类、轴类零件的内孔外表面的高频淬火，可实现连续淬火、同时淬火、同轴分段连续淬火、同轴分段同时淬火和同轴分段同时连续淬火工艺。该技术特别适用于要求不同的直径段具有不同硬化层深度，且淬硬层连续或不连续的多台阶轴类零件的热处理，满足了多台阶轴类件各直径段的表面淬火硬度及淬硬层深度的特殊要求，且淬硬层在台阶处能呈连续过渡，以减少台阶轴尖角应力和热应力的影响，保证了轴件的强度，解决了汽车制造过程的关键技术问题。(2) 淬火冷却介质冷却系统冷却形式真空炉的冷却有油冷和气冷。目前使用以气冷为主，因为气冷对热处理零件无任何污染和不良影响(

32、油冷有表面微渗碳问题，对质量有影响)，处理后零件表面洁净不需要清洗。所以，在满足冷却速度的条件下，一般以气冷淬火作为首选，这样可以减少热处理后零件的清洗以及由此产生的污染。冷却是关键环节，尤其是氮气的情况。炉内设置的不同形式气嘴进行喷冷，气冷的冷却速度主要受气压、流速、气流的形式、分布等影响，在进行选择时要全面考虑。一般情况，气压高、流速大、冷却速度快，即冷却速度是直接受到气压和流速的影响。另外，气冷时换热器冷却水流量的大小对于实际冷却有明显影响。我们在不同炉同样的气压和流量条件下比较表明，冷却水流量大者冷却速度明显加快。冷却的均匀性十分重要，有一些真空炉喷嘴分布设计考虑不合理，靠炉门一侧未设

33、置喷气嘴，进行小零件处理时不明显，当处理零件尺寸较大时由于阻挡的作用，气流流通不畅，冷却速度有明显差异，导致局部淬火不足、均匀性变差17。6.3 可控气氛发生装置的选择炉用可控气氛发生装置及操作要求可控气氛发生装置应设有防回火、熄火和过压等安全装置。在可控气氛管路上和火帘管上应设置安全切断阀。在炉温低于700摄氏度可能熄火和压力过低有可能回火时，都应该自动关闭阀门。安全切断阀应该与温度控制和路门开启装置取锁。在停炉后应打开炉门或发散管，排除炉内残存的可控气氛，或用惰性气体进行吹扫。开路时，吹扫炉内的空气应高于着火温度下进行。当工艺要求在700摄氏度以下时，炉内吹扫应在低温下进行，或用氮气吹扫，

34、带炉内空气置换完毕，方可升盖。炉子应严格密封，并在正压下运行。路子还应设防爆装置。热处理车间设备需求量见表3.4：6.4 辅助设备(1) 清洗设备随着热处理工艺的发展和对环境卫生的要求日益提高零件热处理前后的清洗更加重要。一些化学热处理工艺如渗碳、渗氮，操作前要求比较彻底的除油，有的利用热处理炉废气烧尽表面油污，以保证热处理质量。零件的热处理后除油，可防止回火过程中产生大量的烟雾，污染环境，同时保持零件表面光亮。目前主要清洗设备有：室内和输送带式、悬挂输送链式、滚筒式清洗机、溶剂清洗及其他超净清洗设备。(2) 清理设备为清理零件热处理后表面的氧化皮，可采用喷砂机、喷丸机、抛丸机、喷丸清理滚筒、

35、砂轮机、抛光机、酸洗槽等。随着检验设备的发展，过去常用酸洗方式清理氧化皮，现已多采用喷丸清理，并发展了强化喷丸和应力喷丸等先进技术。表3.4 热处理车间设备需求量表序号设备名称设备年时基数数量(台)设备电量(KW)备注每台合计1井式电炉7722295.0190.02井式气体氮化炉77221140.0140.03中频电源1500+3508504淬火油槽2可移动5清洗槽120.020.06冷水槽17热水槽160.060.08皂化槽160.060.09浸油槽160.060.010空油槽1 (3) 矫正设备矫正设备的类型及适用范围见表3.5：表3.5 常用矫正设备及适用范围设备类型规格主要用途三辊矫直

36、机等径或径差很小零件矫直根据零件直径可选用的矫正设备规格及定额指标见表3.6：表3.6 矫正设备的规格及定额指标零件直径/mm设备规格/t定额指标/(件/h)507025404060 (4) 检查设备为检查零件热处理后的硬度，一般采用布式、洛式、肖式硬度计。检查薄件和浅渗层零件用维氏硬度计，检查大型零件用手提布式、肖式、大型悬臂式或龙门式布氏硬度计。为了特殊需要还需要各式特种硬度计，如里式硬度计。为检查零件表面裂纹，采用磁粉探伤仪，为检查零件内部质量，采用超声波探伤仪、射线探伤仪。(5) 其他辅助设备其他辅助设备，包括焊接设备，如对焊机、钎焊机、高频焊接设备、存放工具夹装置，如工具架、吊具架、

37、冷却盘、冷却坑，切取式样设备，如锯床、切割机、磨光式样设备等。为了正确制定工艺，进行质量检查和分析废品，除在企业中心实验室外，一般热处理车间为配合生产还应设小型实验室，配置基本的化学分析和金相检验设备，以及渗层深度检测仪，气氛组分分析装置等。检修间应配置必要的机械加工机床，制造必要的设备备件和为感应加热用感应器制造服务，以及为仪表的检修校正服务。6.5 起重运输及机械化，自动化设备(1) 常规起重运输设备起重设备根据设备安装、修理、工艺所需起吊运输最大零件重量以及工艺平面布置决定，起重设备适用范围及选择原则见表3.7。表 3.7 起重设备适用范围及选择原则设备名称常用规格主要适用范围选用意见梁

38、式起重机13 t中小型设备维修，中小零件运输、装卸每一跨可选一台电动葫芦0.251 t井式炉组，小型热处理车间表面淬火组、酸洗、发蓝生产线的起重运输，工序衔接每条生产线可选用一台悬挂运输链辊道平板车电瓶车、叉车、手推车(2) 生产机械化与自动化装置热处理设备的机械化与自动化，车间之间及车间内工序之间的机械化运输装置及控制，根据零件的产量和生产过程的具体需要，合理选用与布置，以改善劳动条件，提高生产率。a. 辊道辊道可运输和贮存部分零件，将不同工序联系起来，有着不同形式布置，如直线型、U型、L型、环型等 。如用辊道将清理、矫直、检查等工序联系起来以辊道连接渗碳生产线，以便输送。b. 轨道车根据不

39、同的设备操作和布置选用，如利用倾式轨道和小车为推杆式炉返回底盘和垫板；利用普通轨道车和激动轨道车联系渗碳、淬火、清洗、回火等周期作业炉。c. 单轨电动葫芦单轨葫芦可将各工序设备联系起来，可布置成一字型、L型、环型。d. 悬挂运输链用于车间之间或工序之间的运输，连续运行，通过与下降段配合，可实现连续式炉生产线的全过程机械化运输。e. 平板车 用于大件的运输及工件过跨运输。机械手 大量生产热处理作业中，机械手运用广泛如齿轮牙床淬火冷却专船用机械手。7 车间布置7.1 车间在厂区内的位置对热处理车间在总体布置中要求：（1）热处理车间散发大量燃烧废气、保护气氛废气，其他有害气体及油烟、粉尘等，所以应位

40、于其他厂房下风向，且要有卫生防护带。（2）热处理车间靠近各类震源时，应该有一定间距或采取相应的隔震措施，震源如锻锤、空压机、氧气机、铁路等。热处理车间为综合性处理车间，为全厂服务，在工厂总体位置中应选择适中的位置或靠近与其联系多的车间。7.2 车间面积及面积指标车间总面积包括工艺设计中用于基本生产设备和辅助设备所占用的面积，包括厂房、披屋、露天起重机下的有效面积。（1）生产面积（见表4.1）生产设备、设备之间通道、工人操作、工件存放地所占用的面积，以及清洗、清理、矫正、取样、运输设备所占用的面积，占总面积50%70%。（2）辅助面积 变配电间、变频间、电容期间、检验间、快速实验室、保护气氛制备

41、间、机修间、仪表间、通风机室、各类仓库、主要通道、露天仓库等所占用的面积，占总面积30%50%。表 4.1 车间面积生产面积指标车间类型规模生产指标（t/m2×年）锻件热处理小型中型大型2334.556综合热处理小型中型0.81.21.01.5标准件热处理3.04.07.3 平面布置设计7.3.1 平面布置设计基本原则大型连续式设备及机组的布置，根据数量确定是否跨厂房跨度，尽量在同一跨度中，有利于使用起重设备。车间有一端封闭墙体时，大型设备尽量靠在内墙布置，以利用采光和通风。热处理车间在工艺流程基本顺畅的情况下，可按设备分片布置。设备布置应符合工艺流程的需要，零件的流向应尽量由入料端

42、向出料端，避免交叉和往返运输。设备应尽量布置整齐，箱式炉以炉口取齐，井式炉以中心线取齐。需要起重运输工具的设备，应布置于起重机有效范围内。需局部通风的设备应靠外墙或靠近柱子布置，以利于通风管的引出。车间内应避免隔断，对必须设置隔离间的应集中于车间的一端。喷砂间靠外墙隔断，有利于砂的储存和设置除尘装置。生产区内应留有零件装卸及存储面积或立体仓库。车间需留出必要的通道，通道的尺寸随车间使用运输车型而异。车间预留扩建面积可采取车间内预留设备空地或预留增跨或接长厂房空地。留有计算机控制管理房地。综上所叙,科学的生产设计和能源管理是能源有效利用的最有潜力的因素。保证满负荷生产、充分发挥设备能力是科学管理

43、的目标之一。先进工业国家从能源利用率和生产成本的精打细算出发,在电和燃料的一次和二次能源的调配上做出合理的选择,在热处理能源结构、充分利用废热、余热上积累了丰富的经验18。我国机械工业95 %以上的热处理炉用电是很不合理的,在当前天然气资源已能充分供应的条件下,热处理的能源结构必须调整和改变。研究、开发和推广节能的热处理工艺是投入小、见效快的节能措施。热处理设备的选型、结构和使用上也都有很大的节能潜力19。7.3.2 设备布置间距（1）炉子后端距离墙柱的距离，一般箱式炉采用12m；煤气炉和油炉取1.51.8m；可控气氛炉应留出辐射管取出的距离。（2）炉子之间的距离，小型炉0.81.2m；中型炉

44、1.21.5m；大型炉1.52m；间隙式炉组成的生产线0.50.8m；连续式炉3.04.0m。（3）井式炉间的距离，小型炉0.81.2m；中型炉1.21.5m；大型炉2.54m。 （4）井式炉炉口距地面距离，渗碳炉0.3m；正火、回火炉0.70.8m。（5）连续式炉的炉前后区空地，锻件热处理炉：炉前：68m；炉后812m；连续气体渗碳炉：炉前46m；炉后23m；一般连续式炉炉前后46m。（6）炉子安装高度 即炉口平面到地平的距离，人工操作时，一般为0.850.9m。7.3.3 设备区域布置（1） 热处理车间规图 （2）热处理车间平面布置图(见附图)8 热处理车间建筑物与构筑物8.1 建筑物的设

45、计（1）防火热处理厂房耐火等级通常为一、二级耐火建筑物，要求墙、地面、顶棚等必须耐火，通常为钢筋混凝土结构或钢结构。（2）通风为排出烟尘、热量，厂房要有一定高度，合理开设天窗，使厂房有良好的自然通风条件。（3）采光 根据需要设天窗和屋面窗以保证良好的采光需要。8.2 厂房建筑参数厂房的跨度与柱距取决于产品工艺的需要和设备选型。在选用井式炉时，可将炉子置于地坑内或采用操作平台。将炉子置于地坑可降低厂房高度，节约造价。8.3 厂房出入口厂房一般人行出口宽1.2m、1.5m或1.8m，高2.4m，主要物流出入口（见表5.1）应根据所通过的车辆种类以及所需进入设备的需要确定。表5.1 各类车辆所需大门

46、尺寸宽度（m）高度（m）适用车辆宽度（m）高度（m）适用车辆2.12.42t以下电瓶车3.03.6中型载重汽车2.42.4510t窄轨电动平板车3.33.6重型载重汽车3.03.0轻型载重汽车510t厂房较长，要两端开门或中部设出入口。各大门一律往外开或用电动推拉大门。8.4 地面载荷及地面材料热处理车间的地面载荷取决于生产的对象和性质，试验辅助部门在0.51.0t/m2；工具、机修备件热处理部门在1.02.0t/m2；中小件区1.52.0t/m2；大批量流水生产半成品热处理在2.03.5t/m2；大批量流水线生产的毛坯人处理部门在3.03.5t/m2。表5.2 热处理车间地面材料部门名称选用

47、地面层材料毛皮热处理半成品热处理辅助热处理喷砂间酸洗间盐浴炉间高中频间油冷却地下室混凝土、块石、钢砖、铸铁板混凝土、水磨石混凝土、水磨石、马赛克混凝土、水磨石马赛克、耐酸水泥水磨石、马赛克水磨石混凝土8.5 特殊构筑物及附属建筑物的设计热处理车间的地下设施和需要安装在地坑中的设备较多。还有许多地沟，如通风沟、管道沟、烟道等，需处理好走向，以确保无不干扰。而由于生产和工艺的需要，车间内建有各类附属的小隔间，如变电间、配电间、电容器间、喷砂间。用氰盐热处理间、快速实验室等需要隔断并封顶的隔间，有一些如机修间、钳工工作间、电工工作间等不需要封顶的隔间，可采用墙体或玻璃隔断。9 动力消耗及对公用系统设

48、计热处理车间需消耗的各种动力和辅助材料，包括电力、燃料、压缩空气、蒸汽、水、油类、盐类。活血热处理渗剂及保护加热气体等等。9.1 电力安装容量热处理车间电力消耗包括动力用电、工艺用电和照明用电。动力用电，是指热处理车间各种机械装置的驱动电动机所消耗的电量。其消耗量按照各设备安装容量和设备负荷时间计算。由热处理车间设备明细表，得 用电总量=3910.8KW，加上在热处理工程中加热工件和工作介质所消耗的工艺用电和照明用电，取4500KW。9.2 压缩空气热处理车间压缩空气用于连续用气设备，如喷砂、喷丸设备、风动工具、吹扫喷嘴等。其消耗量的计算是以温度为20摄氏度，压力为101.3KPa时的自由空气

49、为标准的。包括炉温升降气缸压缩空气的消耗量、各类用途喷嘴压缩空气消耗量。9.3 蒸汽蒸汽在热处理车间主要用于加热清洗槽、热水淬火冷却槽、重油燃烧雾化及预热、石油液化气液化、煤气管路清扫等。热处理车间使用的蒸汽为饱和蒸汽、常用压力为200400KPa。蒸汽的比热容为2100KJ/Kg.重油燃烧用蒸汽雾化的蒸汽消耗量，各类水槽、清洗槽蒸汽加热，使用蛇形管、排管、水套或直接将蒸汽通入槽内加热。9.4 氧、乙炔氧气和乙炔在热处理车间主要用于表面淬火冷却和零件矫正。所消耗的量均指在标准状态下的体积，其消耗量主要取决于淬火方法、淬火层深以及淬火表面积。供应方式有两种，输送管网与瓶装。9.5 生产用水热处理

50、车间设备用水除个别情况外，对水质无特殊要求，一般生活用水则可以满足要求。高频设备用水，要求矿物杂志不能超过0.017g/L，电阻率每厘米不大于4000欧姆，水压为119196KPa，或蒸馏水，或采用离子交换树脂软化水。其它用水量包括：感应加热设备及淬火冷却水消耗量：（1）R1-17全齿淬火设备电源、R1-18单齿淬火设备电源、500kW中频电源、350kW中频电源循环用水量为20t/h。20t/h×4=80t/h。（2）R1-17-1GCK11200淬火机床循环水量为40t/h，R1-17-2GC13080淬火机床循环水量为40t/h，但二者不同时使用；R1-18-1GCK13450

51、淬火机床循环水量为20t/h；与500kW中频电源配套的立式淬火机床循环水量40t/h；与350kW中频电源配套的卧式淬火机床循环用水量为20t/h。40t/h +20t/h +40t/h +20t/h=120t/h。淬火冷却水（油）槽水消耗量：淬火油槽循环水量+淬火水槽循环水量：30t/h+20t/h=50t/h。循环总用水量：80t/h+120t/h+50t/h=250t/h 250t/h×7240=t=181万吨9.6 燃料热处理车间的燃料消耗量，粗略计算按照单位重量工件消耗燃料指标核燃料炉生产量计算和统计。各燃料炉有确定的最大燃料消耗量，根据常用热处理工艺周期和炉子平均生产能

52、力，同时要考虑到各炉子的负荷率、连续使用和冷炉升温需要，以及车间所装炉子台数等因素。热处理工序所耗电能、煤气、重油量见表6.1 表 6.1 热处理工序所耗电能、煤气 、重油工序温度范围处理吨数t电能/KW总电能/KW煤气/m3总煤气/m3重油/m3总重油/m3淬火8008508261.441.801486.80.50.7578.20.080.0974.3淬火1300579.22.162.881668.10.70.8463.40.10.1269.5正火860880434.41.802.16938.30.60.8347.50.080.0939.1气体渗氮900920434.42.884.321876.61.01.2521.3高温回火500600434.40.901.08469.20.30.5217.20.10.1252.1低温回火180200217.20.360.54117.30.150.243.4时效100200434.40.140.18总计7692.9×1.5=115402507×1.4=3510277×1.2=33310 热处理车间的生产组织与人员10.1 组织为适应热处理生产管理与调度方便，除一些规模较小的工段、小组和流水线上的热处理部分，如铸、锻