熱處理工藝課程設(shè)計(jì)-粗紗錠桿課程設(shè)計(jì).doc

第1頁(yè)共31頁(yè)1前言金屬熱處理是機(jī)械制造中的重要工藝之一，與其他加工工藝相比，熱處理一般不改變工件的形狀和整體的化學(xué)成分，而是通過(guò)改變工件內(nèi)部的顯微組織，或改變工件表面的化學(xué)成分，賦予或改善工件的使用性能。其特點(diǎn)是改善工件的內(nèi)在質(zhì)量，而這一般不是肉眼所能看到的。為使金屬工件具有所需要的力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能，除合理選用材料和各種成形工藝外，熱處理工藝往往是必不可少的。鋼鐵是機(jī)械工業(yè)中應(yīng)用最廣的材料，鋼鐵顯微組織復(fù)雜，可以通過(guò)熱處理予以控制，所以鋼鐵的熱處理是金屬熱處理的主要內(nèi)容。另外，鋁、銅、鎂、鈦等及其合金也都可以通過(guò)熱處理改變其力學(xué)、物理和化學(xué)性能，以獲得不同的使用性能。熱處理不僅對(duì)機(jī)械加工的順利進(jìn)行和保證加工效果起著重要作用，而且在改善或消除加工后缺陷，提高工件的使用壽命等方面起著重要作用。熱處理工藝課程設(shè)計(jì)是我們專業(yè)課程知識(shí)綜合應(yīng)用的實(shí)踐訓(xùn)練，著是我們邁向社會(huì)，從事職業(yè)工作前一個(gè)必不少的過(guò)程我們今天認(rèn)真的進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，學(xué)會(huì)腳踏實(shí)地邁開(kāi)這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會(huì)大潮中奔跑打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。作為一名金屬材料工程專業(yè)的學(xué)生，我覺(jué)得這次課程設(shè)計(jì)是十分有意義的。大學(xué)的專業(yè)課程的學(xué)習(xí)已經(jīng)基本上結(jié)束，我們?cè)谡n堂上接觸的僅僅是專業(yè)基礎(chǔ)課上的理論方面，如何去面對(duì)現(xiàn)實(shí)中的各種熱處理工藝設(shè)計(jì)？如何把我們學(xué)到的專業(yè)基礎(chǔ)理論和用到實(shí)踐中去呢？這次專業(yè)課程設(shè)計(jì)就為我們提供了這樣一個(gè)平臺(tái)。課程設(shè)計(jì)是我們專業(yè)課程知識(shí)綜合應(yīng)用的實(shí)踐訓(xùn)練，著是我們邁向社會(huì)，從事職業(yè)工作前一個(gè)必不少的過(guò)程我們今天認(rèn)真的進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，學(xué)會(huì)腳踏實(shí)地邁開(kāi)這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會(huì)大潮中奔跑打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)完成這次課程設(shè)計(jì)，需要綜合運(yùn)用本專業(yè)所學(xué)課程的理論和生產(chǎn)實(shí)際知識(shí)進(jìn)行一次熱處理設(shè)計(jì)工作的實(shí)際訓(xùn)練從而培養(yǎng)和提高學(xué)生獨(dú)立工作能力，鞏固與擴(kuò)充了專業(yè)課程所學(xué)的內(nèi)容，掌握熱處理工藝設(shè)計(jì)的方法和步驟，掌握怎樣根據(jù)零件的服役條件選擇材料、分析零件的工藝性，確定工藝方案，分析工藝的可行性。同時(shí)各科相關(guān)的課程都有了全面的復(fù)習(xí)，獨(dú)立思考的能力也有了提高。真正做到學(xué)以致用并從中發(fā)現(xiàn)自己平時(shí)學(xué)習(xí)的不足和薄弱環(huán)節(jié)，從而加以彌補(bǔ)。第2頁(yè)共31頁(yè)由于本人的設(shè)計(jì)能力有限，在設(shè)計(jì)過(guò)程中難免出現(xiàn)錯(cuò)誤，懇請(qǐng)老師們多多指教,我十分樂(lè)意接受你們的批評(píng)與指正。2零件圖分析圖1粗紗錠桿零件圖2.1零件的總體分析錠桿是由纖維束加捻卷繞零件“錠子”內(nèi)的一根軸。錠子分為粗紗錠桿和細(xì)沙錠桿兩大類，細(xì)紗機(jī)的錠桿比粗紗機(jī)的錠桿的轉(zhuǎn)速還要高。錠桿的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)直接影響錠子的運(yùn)轉(zhuǎn)，影響到紗的質(zhì)量和產(chǎn)量。其錠子為一圓柱形長(zhǎng)桿，直徑為1922mm，長(zhǎng)度為7001000mm，隨機(jī)型而定。錠子下端插在固定龍筋上作為下支承的錠腳油杯內(nèi)，中部靠錠管上部的一段內(nèi)壁支承。錠子頂端有凹槽，使錠翼銷嵌入其中。為了使錠翼易于插上和拔下，凹槽部分的外圓有錐度，以與錠翼套管內(nèi)壁相吻合。豎式錠翼在落紗時(shí)需將錠翼拔出，費(fèi)時(shí)又費(fèi)工，并易損壞錠翼，難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)落紗。并限制了粗紗機(jī)技術(shù)性能的提高，所以已被懸錠所代替。2.2零件的結(jié)構(gòu)形狀分析零件結(jié)構(gòu)形狀如圖1所示。第3頁(yè)共31頁(yè)2.3零件的尺寸及技術(shù)要求分析尺寸要求：中段直徑：35mm錠尖直徑大約為中段直徑的2/3即24mm技術(shù)要求：粗紗錠桿第一段硬度：35-45HRC第二段硬度：35-42HRC第三段硬度：62-80HRC3零件的服役條件及失效形式分析3.1服役條件錠桿是紡織機(jī)上的重要零件,它的回轉(zhuǎn)速度達(dá)到每分鐘一萬(wàn)二千轉(zhuǎn)左右。由于這樣高的速度,加上紗、銅管、錠盤的負(fù)荷,因而尖端部分在錠膽中轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)造成了劇烈的摩擦作用；所以錠桿的尖端部分必須要有很高的硬度及很好的耐磨性來(lái)防止這些磨耗。同時(shí)在紗廠應(yīng)用的時(shí)候,經(jīng)常需要更換銅管；但是工人不可能非常垂直地拔出來(lái),總是或多或少地帶有一點(diǎn)偏斜,這個(gè)偏斜產(chǎn)生的同時(shí),錠桿也會(huì)有些彎曲。如果錠桿沒(méi)有適當(dāng)?shù)捻g性,很容易因而引起折斷現(xiàn)象3.2失效形式主要是錠桿在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)受到的扭矩而產(chǎn)生的折斷和由于錠桿高速轉(zhuǎn)動(dòng)而劇烈摩擦產(chǎn)生的表面磨損4材料選擇4.1粗紗錠桿的性能要求根據(jù)粗紗錠桿的工作狀況，可以初步得出其材料應(yīng)滿足的性能要求：一是具有較高的硬度，良好的韌性和耐磨性，以保證粗紗錠桿滿足高速工作下具有足夠好的耐磨性和不易斷裂；二是具有良好的抗疲勞和抗沖擊韌性的性能，使粗紗錠桿零件能夠在良好的服役條件下長(zhǎng)時(shí)間的工作。4.2粗紗錠桿的材料選擇為滿足粗紗錠桿使用性能的要求，通過(guò)查閱熱處理手冊(cè)（第四版）第二卷典型零件處理得出T10A強(qiáng)度及耐磨性均較T8和T9高，但熱硬性低、淬透性不高且淬火變形大。適于制造切削條件差、耐磨性要求較高，且不受忽然和劇烈振動(dòng)，需要一定韌性及具有鋒利刀口的各種工具，如車刀、刨刀、車軸、低精度而第4頁(yè)共31頁(yè)外形簡(jiǎn)單的量具(如卡板等)，可用作不受較大沖擊的耐磨零件。T10A鋼又稱通用低淬透性冷作模具鋼，高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼，優(yōu)點(diǎn)是可加工性能好，價(jià)格便宜，來(lái)源容易，但是淬透性較差，淬火變形大，因?yàn)殇撝泻泻辖鹪厣伲鼗鹂沽Φ?，承載能力低。因此粗紗錠桿選擇材料為T10A，表示平均含量為1%的高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼。具體化學(xué)成分如下表T10A鋼化學(xué)成分表牌號(hào)化學(xué)成分W/%CMnSiSP小于或等于T10A0.95-1.040.400.350.0200.030T10A鋼各臨界相變點(diǎn)溫度相變點(diǎn)臨界相變溫度Ac1727Ms230Acm8005確定加工路線（冷、熱加工）加工工藝主要包括機(jī)加工和熱處理工藝。機(jī)加工是指通過(guò)加工機(jī)械精確去除材料的加工工藝。它直接改變毛坯的形狀、尺寸和表面質(zhì)量等，使其成為零件的過(guò)程稱為機(jī)械加工工藝過(guò)程。熱處理是將金屬材料放在一定的介質(zhì)內(nèi)加熱、保溫、冷卻，通過(guò)改變材料表面或內(nèi)部的金相組織結(jié)構(gòu),來(lái)控制其性能的一種金屬熱加工工藝。制造工藝路線：熱軋棒料下料正火+球化退火車削整體淬火+中溫回火矯直車削錠尖感應(yīng)加熱淬火+低溫回火磨削檢驗(yàn)入庫(kù)第5頁(yè)共31頁(yè)5.1正火和球化退火工藝簡(jiǎn)介粗紗錠桿鍛件在鍛后若沿晶界出現(xiàn)網(wǎng)狀碳化物時(shí)，則先進(jìn)行正火處理，主要是消除網(wǎng)狀碳化物，為后面的球化退火做準(zhǔn)備。T10A鋼經(jīng)過(guò)熱軋后組織不均勻內(nèi)應(yīng)力較大，易變形開(kāi)裂，一般采取球化退火，使?jié)B碳體成球狀均勻分布，以獲得鐵素體機(jī)體上分布的細(xì)小均勻的球粒狀碳化物組織。球化退火是使鋼中碳化物球化而進(jìn)行的退火工藝。球化退火主要適用于共析鋼和過(guò)共析鋼，如碳素工具鋼、合金工具鋼、軸承鋼等。這些鋼經(jīng)軋制、鍛造后空冷，所得組織是片層狀珠光體與網(wǎng)狀滲碳體，這種組織硬而脆，不僅難以切削加工，且在以后淬火過(guò)程中也容易變形和開(kāi)裂。而經(jīng)球化退火得到的是球狀珠光體組織，其中的滲碳體呈球狀顆粒，彌散分布在鐵素體基體上，和片狀珠光體相比，不但硬度低，便于切削加工，而且在淬火加熱時(shí)，奧氏體晶粒不易長(zhǎng)大，冷卻時(shí)工件變形和開(kāi)裂傾向小。另外對(duì)于一些需要改善冷塑性變形（如沖壓、冷鐓等）的亞共析鋼有時(shí)也可采用球化退火。5.2整體淬火+中溫回火工藝簡(jiǎn)介淬火的目的是為了獲得馬氏體組織，增加工件的硬度回火是將淬火鋼加熱到奧氏體轉(zhuǎn)變溫度以下，保溫1到2小時(shí)后冷卻的工藝。回火往往是與淬火相伴，并且是熱處理的最后一道工序。經(jīng)過(guò)回火，鋼的組織趨于穩(wěn)定，淬火鋼的脆性降低，韌性與塑性提高，消除或者減少淬火應(yīng)力，穩(wěn)定鋼的形狀與尺寸，防止淬火零件變形和開(kāi)裂，中溫回火是指工件在250500之間進(jìn)行的回火。目的是得到較高的彈性和屈服點(diǎn)，適當(dāng)?shù)捻g性?；鼗鸷蟮玫交鼗鹜惺象w，指馬氏體回火時(shí)形成的鐵素體基體內(nèi)分布著極其細(xì)小球狀碳化物（或滲碳體）的復(fù)相組織。5.3感應(yīng)加熱淬火+低溫回火簡(jiǎn)介感應(yīng)加熱淬火是最常用的表面加熱淬火方法，具有工藝簡(jiǎn)單、工件變形小、生產(chǎn)效率高、省能、環(huán)境污染少、工藝過(guò)程易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)感應(yīng)淬火后的零件可在爐中回火，也可以采用自回火或感應(yīng)加熱回火。爐中回火通常適用于感應(yīng)淬火冷透的工件、浸淬以及薄壁和形狀復(fù)雜的工件，通常在空氣爐或油浴護(hù)中回火。自回火就是利用感應(yīng)淬火冷卻后殘留第6頁(yè)共31頁(yè)下來(lái)的熱量而實(shí)現(xiàn)的短時(shí)間回火。采用自回火是應(yīng)該嚴(yán)格控制冷卻劑的溫度、噴冷時(shí)間和噴射壓力，對(duì)工藝要求較高。連續(xù)感應(yīng)淬火的長(zhǎng)軸或其他零件，有事采用感應(yīng)加熱回火比較方便。這種回火方法，可以緊跟淬火后進(jìn)行。由于回火溫度低于磁性轉(zhuǎn)變溫度，電流的透入深度較小。另一方面，為降低表面淬火件過(guò)渡層中的殘留壓應(yīng)力，回火的感應(yīng)加熱層深度應(yīng)比淬火層深才能達(dá)到回火目的。因此，感應(yīng)加熱回火應(yīng)采用很低的頻率或很小的比功率，延長(zhǎng)回火時(shí)間。6熱處理工藝方法選擇和詳細(xì)熱處理工藝6.1正火工藝的選擇6.1.1正火加熱溫度的確定對(duì)于T10A鋼來(lái)說(shuō)，含碳量為1%,根據(jù)鐵碳合金相圖可以得到Acm的溫度為800，可以得到錠桿的加熱溫度為Acm+（30-50），即830-8506.1.2正火加熱時(shí)間的確定錠桿在箱式電阻爐的加熱時(shí)間根據(jù)熱處理手冊(cè)（第四版）第一卷可以得到正火加熱時(shí)間的計(jì)算公式為t=akD式中t-加熱時(shí)間（min或s）a-加熱系數(shù)（min/mm或s/mm）D-工件有效厚度（mm）K-工件轉(zhuǎn)爐條件修正系數(shù)，通常取1.0-1.5.根據(jù)公式，可以得到a=（20-30）min/25，取K=1，錠桿的有效厚度為45mm，錠桿的加熱時(shí)間大致為45/25*（20-30）min=36-54min，初步定第7頁(yè)共31頁(yè)為50min.6.1.3冷卻方式和介質(zhì)在空氣中冷卻到室溫6.1.4正火工藝曲線6.2退火工藝的選擇6.2.1球化退火加熱溫度的選擇常用工具鋼等溫球化退火工藝規(guī)范鋼號(hào)臨界點(diǎn)/加熱溫度/等溫溫度/硬度HBWAc1AcmAr1750-770680-700197T10A730800700根據(jù)表格，選擇加熱溫度為750-770，等溫溫度為