撥叉（CA6140車床）零件機(jī)械制造工藝規(guī)程及工藝裝備設(shè)計課程設(shè)計

1、 表8-3廣東工業(yè)大學(xué)華立學(xué)院課程設(shè)計（論文）任務(wù)書題目名稱撥叉（ca6140車床）零件機(jī)械制造工藝規(guī)程及工藝裝備設(shè)計學(xué)生學(xué)部（系）機(jī)電與信息工程學(xué)部專業(yè)班級機(jī)械設(shè)計制造及其自動化姓 名x x x學(xué) 號1201110x0xx一、課程設(shè)計（論文）的內(nèi)容撥叉（ca6140車床）零件機(jī)械制造工藝規(guī)程及工藝裝備設(shè)計（大批量生產(chǎn)）二、課程設(shè)計（論文）的要求與數(shù)據(jù)1、繪制產(chǎn)品零件圖（須嚴(yán)格按國標(biāo)要求）。2、確定毛坯的種類及制造方法，繪制毛坯圖。3、針對零件的特點(diǎn)，制訂工藝規(guī)程文件（機(jī)械加工的工藝過程卡及工序卡片）。4、設(shè)計機(jī)床夾具（保證零件加工精度要求）。5、編寫課程設(shè)計說明書（5000字，規(guī)范說明書書寫

2、格式）。三、課程設(shè)計（論文）應(yīng)完成的工作1、零件圖1張2、毛坯圖1張3、機(jī)械加工工藝過程卡片1份4、機(jī)械加工工序卡片1套5、夾具設(shè)計裝配圖1張6、課程設(shè)計說明書1份四、課程設(shè)計（論文）進(jìn)程安排序號設(shè)計（論文）各階段內(nèi)容地點(diǎn)起止日期1下達(dá)機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計任務(wù)11052013.11.42熟悉零件圖，準(zhǔn)備各種資料11052013.11.83繪制零件圖，制定工藝規(guī)程11052013.11.154工藝裝備設(shè)計11052013.11.225撰寫設(shè)計說明書11052013.11.296上交所有資料11052013.12.13五、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn)1 王宛山、邢敏主編，機(jī)械制造手冊，遼寧科學(xué)技

3、術(shù)出版社，2002。2 陳宏鈞主編, 實(shí)用機(jī)械加工工藝手冊，機(jī)械工業(yè)出版社，2003。3 陳錫渠、彭曉南主編，金屬切削原理與刀具，北京出版社，2006。4 吳宗澤、羅圣國主編，機(jī)械設(shè)計手冊（第3版），高等教育出版社，2006。5 王光斗、王春福主編，機(jī)床夾具設(shè)計手冊，上?？茖W(xué)技術(shù)出版社2000。發(fā)出任務(wù)書日期：2013年 11 月 1 日 指導(dǎo)教師簽名：計劃完成日期： 2013年 12 月 13 日 教學(xué)單位責(zé)任人簽章：廣東工業(yè)大學(xué)華立學(xué)院 課 程 設(shè) 計（論文）課程名稱 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計 題目名稱 帶輪零件機(jī)械制造工藝規(guī)程及工藝裝備設(shè)計學(xué)生學(xué)部（系）機(jī)電與信息工程學(xué)部專業(yè)班級 11材

4、料1班 學(xué) 號 12021101009 學(xué)生姓名 何漢森 指導(dǎo)教師 萬志鋒 2013 年 12 月 13 日實(shí)體圖定模板零件圖定模板機(jī)械加工工藝過程綜合卡片定模板機(jī)械加工工序卡片動模板零件圖 動模板機(jī)械加工工藝過程綜合卡片動模板機(jī)械加工工序卡片裝配圖夾具裝配圖說明書1 前言熱處理工藝課程設(shè)計是學(xué)生對熱處理工藝的基礎(chǔ)知識、原理及方法的綜合應(yīng)用及全面訓(xùn)練，進(jìn)一步提高學(xué)生技能，達(dá)到本學(xué)科基本要求的重要教學(xué)環(huán)節(jié)。通過課程設(shè)計，可以培養(yǎng)學(xué)生初步的設(shè)計思想、分析問題和解決問題的能力，了解設(shè)計的一般方法和步驟；初步培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計基本技能和對工程技術(shù)問題的嚴(yán)肅認(rèn)真和負(fù)責(zé)的態(tài)度。熱處理工藝課程設(shè)計可以增強(qiáng)同學(xué)對

5、基礎(chǔ)知識的理解，通過金屬熱處理工藝學(xué)、固態(tài)相變原理學(xué)科的學(xué)習(xí)，學(xué)生掌握了一些常用材料的組織的轉(zhuǎn)變過程及熱處理方法，通過課程設(shè)計能夠讓同學(xué)們更好地理解材料成分、組織、結(jié)構(gòu)和性能它們相互之間的內(nèi)在聯(lián)系；通過本課程設(shè)計之后，我們對所學(xué)習(xí)過的知識有一個系統(tǒng)的、健全的結(jié)構(gòu)把握，能夠有效地訓(xùn)練學(xué)生的邏輯思維能力，分析問題和解決問題的能力；課程設(shè)計有利于學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)的培養(yǎng)，雖然與工程實(shí)際有一定的距離，但它也是我們走向社會前一次重要的鍛煉，它要求我們在課程設(shè)計中從使用性能、成本要求、加工工藝性能等多方面考慮一個零件的熱處理工藝。通過本次課程設(shè)計，學(xué)生能夠正確地對局部與整體的把握，能培養(yǎng)我們對細(xì)節(jié)注重的能力，同

6、時掌握整體學(xué)習(xí)、工作以及研究的本領(lǐng)。2.1 零件形狀該零件圖是一個凹模的零件圖，它由四個螺紋孔（分布在模具的四個角上）和靠近螺紋各有一個模具導(dǎo)桿孔；在靠近中央位置有一個呈倒e字形的型孔，此為材料加工成型的重要部分；在型孔上下兩側(cè)右邊的相對位置各有一個矩形型孔，在矩形型孔之間對稱分布著許多小孔。從形狀看來，這個凹模是一個相對比較復(fù)雜的模具，從而導(dǎo)致在機(jī)械加工上也變得相對復(fù)雜。2.2 零件尺寸該凹模的總體尺寸為20015035mm，所以這是一個尺寸較小的凹模，因而其工作時所受的載荷也相對較低。2.3 技術(shù)要求該凹模的技術(shù)要求是在熱處理完成之后，使用時的整體硬度為6163hrc，所以它的使用狀態(tài)時的

7、硬度很高。綜合對該零件的形狀、尺寸、技術(shù)要求這三方面的分析，這個模具屬于一個小型的冷作模具。因?yàn)闊嶙髂＞呤窃诟邷叵鹿ぷ鞯?，因此需要具有一定的高溫?qiáng)度與高溫硬度，良好的淬透性與沖擊韌度，足夠的耐熱疲勞性能和抗氧化能力。所以其絕大部分使用的最高硬度也不超過60hrc。作為一個小型的冷作凹模，則其工作時主要承受拉壓、彎曲、沖擊、疲勞、摩擦等多種機(jī)械力的作用，其主要時效形式有：過載失效、磨損失效、咬合失效以及多沖疲勞失效等。但是對其作用的載荷都相對比較小。為了滿足冷作模具高應(yīng)力、高耐磨和使用壽命的需要，因此這個小型冷作模具應(yīng)具備較高的硬度和耐磨性，一定的抗沖擊能力，較高的變形抗力，斷裂抗力，耐磨損，抗

8、疲勞和不咬合等使用性能。3 材料選擇通過給出的技術(shù)要求（6163hrc），所以要選擇淬透性和淬硬性都比較好的材料作為該凹模的制作材料，經(jīng)查閱相關(guān)資料有很多材料都適合作為冷作模具的材料，如9sicr、cr12mov、9mn2v、crwmn等。下面對這四種不同的材料的比較如下： （1）化學(xué)成分（質(zhì)量百分?jǐn)?shù)：%）：化學(xué)成分csimncrwvps9sicr0.850.951.201.600.300.600.951.250.0300.030cr12mov1.451.700.400.4011.0012.500.150.300.0300.0309mn2v0.850.950.401.702.000.100.2

9、50.0300.030crwmn0.901.050.400.801.100.901.201.201.600.0300.030（2）物理常數(shù)（近似值：）：臨界點(diǎn)ac1acmar1ar3msmf9sicr770870730160-30cr12mov83085575078523009mn2v730760655690125crwmn750940710260-50（3）淬透性：材料淬透性能回火硬度9sicr淬透性較高，能達(dá)到60hrc的端淬距離為13mm5865cr12mov淬透性高55619mn2v淬透性很高，能達(dá)到60hrc的端淬距離為13mm6062crwmn淬透性較高，20mm的能全部淬透并達(dá)到

10、60hrc5565綜合以上所列出的各項數(shù)據(jù)顯示，這些材料均能達(dá)到該零件的使用性能要求。但是根據(jù)實(shí)際成本和材料的化學(xué)成分來看，9mn2v在符合要求的同時具有整體優(yōu)勢。因?yàn)閺臒崽幚硖攸c(diǎn)來看，9mn2v的化學(xué)成分相對簡單，且合金元素含量也不高，便于熱處理；另外，從上述四種材料的物理參數(shù)看來，9mn2v的臨界點(diǎn)相對較低，應(yīng)用到大批量生產(chǎn)上可以減少一部分能源的使用，這是一方面的優(yōu)勢。此外，對9mn2v進(jìn)行回火的時候還可以不用通過介質(zhì)來進(jìn)行加熱。所以，在均能滿足性能要求的前提下，9mn2v非常符合制作這個凹模。9mn2v的化學(xué)成分（質(zhì)量百分?jǐn)?shù)：%）如下表：csimnvps0.850.950.401.702

11、.000.150.250.0300.0309mn2v的相關(guān)物理參數(shù)(攝氏度：)如下表：ac1acmar1ar3ms7307606556901254 確定加工工藝路線序號工藝內(nèi)容設(shè)備1下料棒料下料鋸床2鍛造將坯料鍛成長方體3退火將鍛件退火，以消除鍛壓造成的內(nèi)應(yīng)力，改善加工性能4粗銑銑各平面，厚度留磨削余量0.6mm，側(cè)面留磨削余量0.4mm銑床5磨平面磨上、下平面（單面留磨量0.3mm）和相鄰兩側(cè)面，保持各面相互垂直（用90角尺檢驗(yàn)）磨床6鉗工劃線劃出對稱中心，各個孔的位置，型孔的輪廓線7型孔粗加工在仿銑床上加工型孔，留單邊加工余量0.15mm仿銑床8待添加的隱藏文字內(nèi)容2加工余孔及攻螺紋1）加

12、工凹模上的余孔；2）對指定的孔攻螺紋鉆床9熱處理保證6163hrc10磨平面磨上、下平面及相鄰兩側(cè)面至要求尺寸磨床11線切割按圖切割型孔達(dá)到尺寸要求線切割機(jī)12鉗工精修全面達(dá)到設(shè)計要求13檢驗(yàn)5 熱處理工藝方法選擇5.1 模具的預(yù)備熱處理為了消除毛坯的殘留組織缺陷，有利于后續(xù)冷熱處理，提高使用性能和壽命。冷作模具的預(yù)備熱處理采用球化退火，因?yàn)榍蚧嘶鹂梢垣@得滿意的機(jī)械加工性能，并做好淬火前組織上的準(zhǔn)備，球化退火組織對最終獲得熱處理后的強(qiáng)韌性、畸變、開裂傾向、耐磨性以及斷裂韌度有顯著的影響。球化溫度應(yīng)選在ar1以上2050為宜，要避免在退火過程出現(xiàn)有殘存的原片狀碳化物或新的片狀及棱角狀碳化物，應(yīng)

13、保留許多未溶的細(xì)小碳化物顆粒以作為球化的結(jié)晶核心，保證能加速球化過程和形成均勻的球化體。球化退火的等溫溫度和保持時間要選擇在不出現(xiàn)片狀或片、球狀混合組織，并有合適的球化速度范圍為宜，保證能加速球化過程和形成均勻的球化體。5.2 模具的最終熱處理冷作模具的最終熱處理是淬火低溫回火。在冷作模具的熱處理工藝過程中最重要的就是淬火和回火的處理，淬火是為了使冷作模具具有高的強(qiáng)度、硬度和耐磨等性能；回火主要是消除工件淬火時所產(chǎn)生的殘余內(nèi)應(yīng)力，提高材料的塑性和韌性，獲得良好的綜合力學(xué)性能，穩(wěn)定工件尺寸，使鋼的組織在工件使用過程中不再發(fā)生變化。淬火與低溫回火相結(jié)合，則可以使模具具有高的強(qiáng)度、耐磨性、足夠的強(qiáng)度

14、和韌性以及一定的沖擊性的配合，這使得冷作模具應(yīng)具備高的變形抗力、斷裂抗力、耐磨損、抗疲勞和不咬合等能力。淬火一般是把鋼加熱到臨界點(diǎn)ac1或ac3以上，保溫并隨之以大于臨界冷卻速度冷卻，以得到介穩(wěn)狀態(tài)的馬氏體或下貝氏體組織，而低溫回火一般是指在低于250的情況下進(jìn)行回火，同時還要根據(jù)鋼種注意要避免各種鋼的回火的脆性溫度區(qū)間。低溫回火可以使工具、量具獲得高硬度、耐磨、足夠的強(qiáng)度和韌性。6 制訂熱處理工藝制度6.1 預(yù)備熱處理工藝制度的制訂加熱速度加熱溫度保溫時間等溫溫度等溫時間冷卻速度90100/h7507604h6806904h30/h9mn2v球化退火工藝曲線溫度(t/)時間（t/h）550空

15、冷680690750760等溫4h保溫4ho冷卻30/h冷卻30/h6.1.1 加熱速度加熱速度主要與鋼的成分、工件的尺寸和形狀等因素有關(guān)。為防止變形開裂，應(yīng)該適當(dāng)控制加熱速度。碳鋼和低合金鋼的中、小件的加熱速度一般控制在100200/h；中、高合金鋼形狀復(fù)雜的或截面大的工件一般應(yīng)進(jìn)行預(yù)熱或采用低溫入爐進(jìn)行隨爐升溫的加熱方式，在溫度低于600700是的加熱速度為3070/h，高于此溫度后控制在80100/h。根據(jù)本設(shè)計中零件尺寸及形狀的實(shí)際情況，采用低溫入爐加熱，加熱速度為90100/h能夠達(dá)到目的。6.1.2 加熱溫度球化退火主要應(yīng)用于共析、過共析鋼，使鋼中的碳化物球化以降低硬度，改善組織，

16、提高淬火鋼的性能及減少淬火缺陷等。加熱溫度對鋼中碳化物的球化效果有著很大的影響。球化退火加熱溫度不宜太高，一般控制在稍高于ac1，如ac1+（2030），可獲得不均勻奧氏體和大量細(xì)小的殘留碳化物，作為碳化物球化的非自發(fā)核心，以促進(jìn)球化。所以根據(jù)9mn2v的ac1點(diǎn)的溫度（730）得到球化溫度為750760。6.1.3 加熱時間加熱時間主要與鋼的成分、工件的尺寸與形狀、加熱溫度、加熱介質(zhì)、加熱方式、裝爐量及熱處理目的有關(guān)，采用公式（min）來計算，其中k表示與加熱條件有關(guān)的綜合物理因素，而w=v/f（mm）表示與工件的尺寸和形狀有關(guān)的幾何因素（v為工件的體積，f為工件的面積）。根據(jù)本設(shè)計中零件的

17、尺寸確定加熱時間為：(0.62)（35+5+5）（2790）min。所以取加熱時間為60min。kw使用時間系數(shù)見下表：爐型系數(shù)工件形狀柱狀板狀薄管厚管鹽爐kwkw0.7(0.1670.25)d(0.1170.175)d0.7(0.1670.5)b(0.1170.35)b0.7(0.250.5)(0.1750.35)1.0(0.250.5)(0.250.5)空氣爐kwkw3.5(0.1670.25)d(0.60.9)d4(0.1670.5)b(0.62)b4(0.250.5)(12)4(0.250.5)(1.252.5)注：d為有效厚度；b為板厚；為管壁厚。6.1.4 保溫時間工件在爐內(nèi)要進(jìn)行

18、一段時間的保溫，一方面是為了使工件能夠很好地透熱，另一方面使工件內(nèi)部各部分的溫度分布均勻一致，組織狀態(tài)均勻一致。保溫時間的確定也與鋼的成分、工件的尺寸與形狀等有關(guān)。由于合金鋼中碳化物內(nèi)存在大量的合金元素，提高了碳化物的穩(wěn)定性，使得合金碳化物即使在高溫下也很難溶解，所以要進(jìn)行長時間的保溫，通過查閱合金鋼手冊相應(yīng)鋼種的等溫退火曲線取保溫時間為4h。6.1.5 等溫溫度由熱處理手冊查得，對于過共析鋼和合金工具鋼的球化退火溫度的確定應(yīng)該是ar1+（2030），所以根據(jù)9mn2v的ar1點(diǎn)溫度（655）來確定其等溫溫度為680690。6.1.6 等溫時間等溫時間取決于該材料的化學(xué)成分及工件截面尺寸，為了

19、使工件能夠很好地完成等溫轉(zhuǎn)變，使合金碳化物能夠很好地轉(zhuǎn)變成球狀碳化物，且均勻細(xì)小。根據(jù)合金鋼手冊相關(guān)鋼種的等溫曲線的等溫時間，所以取等溫時間為4h。6.1.7 冷卻速度冷卻速度對鋼退火后的組織與性能影響的一般規(guī)律是：冷卻速度越大，奧氏體分解溫度越低，則珠光體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物越細(xì)，應(yīng)力越大，硬度越高。所以，為達(dá)到預(yù)期的處理效果，冷卻速度應(yīng)控制適當(dāng)。由于要求等溫球化退火的冷卻速度緩慢，所以根據(jù)相關(guān)資料取冷速度為小于等于30/h。退火件一般采用隨爐冷卻至低于550出爐空冷，對于要求內(nèi)應(yīng)力較小的工件應(yīng)爐冷至低于350出爐空冷。各類鋼材的退火冷卻速度見下表：鋼材類別碳鋼合金鋼鋼合金鋼冷卻速度（/h）100150

20、50802070注：球化退火的冷卻速度為2060/h。6.2 最終熱處理工藝制度的制訂6.2.1 淬火工藝制度的制訂加熱速度加熱溫度保溫時間冷卻速度90100/h7607800.5h油淬時間（t/h）溫度(t/)o760780保溫0.5h油淬空冷9mn2v淬火工藝曲線（1）加熱速度加熱速度與退火時的加熱速度相同，加熱速度選擇為90100/h。一般在空氣爐中的加熱比在鹽浴爐中加熱要高1030，采用油、硝鹽淬火介質(zhì)時，淬火加熱溫度比用水淬火時要提高20左右。（2）加熱溫度鋼的淬火加熱溫度與鋼的含碳量有關(guān)，亞共析鋼的加熱溫度為ac3+（3050）；共析鋼和過共析鋼的淬火加熱溫度為ac1+（3050）

21、。因?yàn)?mn2v的ac1點(diǎn)溫度是730，所以加熱溫度為760780。（3）加熱時間與保溫時間爐中的工件應(yīng)在規(guī)定的加熱溫度范圍內(nèi)保持適當(dāng)?shù)臅r間，以保證必要的組織轉(zhuǎn)變和擴(kuò)散。加熱時間和保溫時間一共由三部分組成：升溫時間；透熱時間；組織轉(zhuǎn)變時間。加熱時間同退火工藝中的加熱時間的確定一致，由于在最終熱處理前，工件的尺寸發(fā)生了改變，所以其加熱時間會有一定的變化，利用退火工藝中所引用的經(jīng)驗(yàn)公式（min）來計算。根據(jù)本設(shè)計中零件的尺寸確定加熱時間為：（0.62）（350.50.5）（2070）min，還是取1h。其中保溫時間可以由經(jīng)驗(yàn)公式來加以確定。其中為保溫時間系數(shù)，可從工具書查得；k為工件在爐中裝爐形式

22、所相應(yīng)的修正系數(shù)；d為工件的有效厚度。根據(jù)本設(shè)計中零件的相關(guān)尺寸計算，其中k取1，所以保溫時間為：1.21（350.50.5）43.2min，即取40min。又由于手冊推薦普通碳鋼及低合金鋼在透熱后保溫515min即可滿足組織轉(zhuǎn)變要求，合金結(jié)構(gòu)鋼則需要1525min。本設(shè)計中的零件相對比較小，所以透熱時間基本上可以忽略。因此本設(shè)計中淬火的保溫時間確定為30min。保溫時間系數(shù)見下表單位為（min/mm）：工件材料直徑 501.01.21.21.50.30.40.40.5低合金鋼50501.21.51.51.80.450.50.50.65高合金鋼高速鋼 0.350.1 0.60.850.30.3

23、50.30.350.170.20.160.18（4）淬火冷卻9mn2v屬于冷作模具鋼，所以采用工模具鋼較為常見的淬火冷卻方式油冷淬火，以油為冷卻介質(zhì)的淬火冷卻，當(dāng)冷至油溫的時候?qū)⒐ぜ〕隹绽洹?.2.2 回火工藝制度的制訂加熱速度加熱溫度保溫時間冷卻速度90100/h1501803h空冷時間（t/h）o150180空冷9mn2v回火工藝曲線保溫3h溫度(t/)（1）加熱速度加熱速度與退火、淬火工藝中的加熱速度一致，取90100/h。（2）加熱溫度對于工具、模具鋼的回火要求是能夠保持高硬度的條件下，使脆性有所降低，殘余內(nèi)應(yīng)力有所減小，所以采用低溫淬火。根據(jù)手冊查得低溫回火溫度范圍在150250進(jìn)

24、行，但是9mn2v的回火脆性溫度區(qū)間在190250，所以加熱溫度為150180?；鼗饻囟鹊倪x擇見下表：工件名稱回火溫度回火組織回火目的工藝名稱工具、軸承、滲碳件及碳氮共滲件表面淬火件150250回火馬氏體在保持高硬度的條件下使脆性有所降低，殘余應(yīng)力有所減小低溫回火彈簧、模具等350500回火托氏體在具有高屈服強(qiáng)度及優(yōu)良的彈性的前提下使鋼具有一定塑性和韌性中溫回火主軸、半軸、曲連桿等重要零件500650回火索氏體使鋼既有較高的強(qiáng)度又有良好的塑性和韌性高溫回火切削加工量大而變形要求嚴(yán)格的工件及淬火返修件500760消除內(nèi)應(yīng)力去應(yīng)力回火精密工模具、機(jī)床絲杠、精密軸承120160長期保溫穩(wěn)定化的回火索

25、氏體及殘留奧氏體穩(wěn)定鋼的組織及工件尺寸穩(wěn)定化處理（3）保溫時間回火時間是從工件入爐后爐溫升至回火溫度是開始計算，回火溫度一般為13h。也可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式加以確定。其中為回火時間系數(shù)；為回火時間系數(shù)；d為工件的有效厚度。本設(shè)計中的零件的有效厚度為36mm，假設(shè)選擇回火爐為箱式電阻爐，查表得為120，為1，所以計算結(jié)果為156min，所以取3h。kn及an值推薦表如下：回火條件300以上300450450以上箱式電爐鹽浴爐箱式電爐鹽浴爐箱式電爐鹽浴爐kn/min1201202015103an/(min/mm)10.410.410.4（4）冷卻速度工件回火后即可出爐空冷至室溫。7 熱處理設(shè)備選擇7.

26、1 預(yù)備熱處理設(shè)備的選擇7.1.1 退火設(shè)備的選擇在本設(shè)計中的零件形狀為矩形，形狀規(guī)則且比較小，其預(yù)備熱處理的目的為球化退火，使其獲得滿意的機(jī)械加工工藝性能，為最終熱處理做好組織上的準(zhǔn)備。由于該材料的退火工藝中無需通過氣體保護(hù)進(jìn)行加熱，所以可以采用空氣氣氛直接裝爐加熱；此外，進(jìn)行預(yù)備熱處理的工件有足夠的加工余量，所以對工件脫碳層的要求相對就要??；并且本設(shè)計是針對單件小批量生產(chǎn)設(shè)計，所以退火爐選擇普通間隙式箱式電阻爐即可滿足設(shè)計要求。中溫箱式電阻爐的技術(shù)參數(shù)和結(jié)構(gòu)如下圖所示。這類爐子由爐體和電氣控制柜組成。爐體由爐架和爐殼、爐襯、爐門、電熱元件及爐門升降機(jī)構(gòu)等組成。電熱元件多分布于兩側(cè)墻和爐底。

27、爐內(nèi)溫度均勻度狀態(tài)主要受電熱元件布置，爐門的密封和保溫等狀態(tài)的影響。通常爐膛前端溫度較低。工件在高中、溫箱式電阻爐中加熱主要靠電熱元件和爐壁的熱輻射。根據(jù)形狀、尺寸以及生產(chǎn)批量選擇型號為rx3159的中溫箱式電阻爐作為該凹模的退火熱處理設(shè)備。7.2 最終熱處理設(shè)備的選擇由熱處理手冊查得，對于熱處理工件性能要求嚴(yán)格的工具鋼、模具鋼應(yīng)該選用真空爐、鹽浴爐或者流態(tài)化爐，這三種爐是對模具和刃具進(jìn)行熱處理的常用的熱處理設(shè)備。（1）鹽浴爐鹽浴爐是一種綜合換熱系數(shù)大，加熱速度快，加熱均勻，變形小，熱容量較大，加熱溫度波動小，容易恒溫加熱的熱處理設(shè)備；鹽液容易保持中性狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)無氧化無脫碳加熱，在鹽液中加入含

28、碳、含氮等物質(zhì)，容易實(shí)現(xiàn)化學(xué)熱處理；浴爐容易實(shí)現(xiàn)工件局部加熱錯做。但是，浴液對環(huán)境有不同的污染程度；工件帶出的廢鹽，不但造成浪費(fèi)，而且對工件有腐蝕，特別是粘在工件縫隙和盲孔中的鹽；中、高溫浴爐的浴面輻射熱損失較嚴(yán)重，不便于機(jī)械化和連續(xù)化生產(chǎn)。（2）流態(tài)化爐流態(tài)爐具有快速均勻接觸傳熱傳質(zhì)，能耗低，運(yùn)行成本低，爐床溫度均勻，使用溫度范圍寬，微（無）氧化脫碳，表面光潔，不需清洗，難以銹蝕（具有防銹性），熱處理后零件性能均勻并有很好的重現(xiàn)性；而且可以根據(jù)工藝任意設(shè)定氣氛，爐床內(nèi)氣氛換氣凈化只需23分鐘，對易變形，易開裂及桿（軸）、片和異型疑難零件有著良好的工藝效果；操作靈活簡便、維修少且方便，無毒害且

29、安全。流態(tài)爐還是柔性生產(chǎn)方式和批量生產(chǎn)作業(yè)相結(jié)合的經(jīng)濟(jì)爐型，是多類型工藝的熱處理車間；它減少各類單一功能設(shè)備投資，減少能源負(fù)荷配置的良好途徑，可以隨零件種類質(zhì)量和性能要求，靈活調(diào)整組織生產(chǎn)，可改變目前存在裝備（爐）單一的現(xiàn)狀。（3）真空爐真空爐熱處理設(shè)備具有高效、優(yōu)質(zhì)、低耗和無污染等一系列有點(diǎn)，是近代熱處理設(shè)備發(fā)展的熱點(diǎn)。真空熱處理設(shè)備種類較多，通常按用途和特性分類，例如：真空退火爐、真空淬火爐、真空回火爐、低真空爐、高真空爐等等。綜合上述三種爐型的特點(diǎn)，再根據(jù)本設(shè)計中零件尺寸、產(chǎn)品批量規(guī)模和對環(huán)境保護(hù)的要求。通過以上各熱處理設(shè)備的比較，選擇真空熱處理爐比較好。7.2.1 淬火設(shè)備的選擇由于該

30、零件是低合金工具鋼9mn2v制作的凹模，所以要求其整體具有高達(dá)6163hrc的硬度，同時還要求工件淬火后表面的化學(xué)成分波動小，沒有裂紋產(chǎn)生和很小的畸變度。為了滿足上述要求，就需要對工件在淬火加熱氣氛和淬火冷卻時要采取相應(yīng)的措施，在工件加熱時應(yīng)該通過例如真空的手段防止工件表面化學(xué)成分的變化，在淬火時應(yīng)采用油作為淬火介質(zhì)來控制工件的冷卻速度。所以采用油淬真空爐作為該凹模的淬火熱處理設(shè)備，由于形狀和批量小，所以采用雙室油淬真空爐就能達(dá)到目的。為了能夠防止加熱室被污染以及保持較好、較穩(wěn)定的真空度，選擇淬火室與加熱室之間有隔熱屏的雙室油淬真空爐。其中淬火介質(zhì)按照下表中所列出的相關(guān)參數(shù)選擇合適的淬火介質(zhì)。

31、根據(jù)工件的尺寸、形狀及生產(chǎn)批量選擇fhh20型油淬真空爐即可滿足要求。所選擇爐型的相關(guān)參數(shù)及結(jié)構(gòu)示意圖如下所示。7.2.2 回火設(shè)備的選擇在回火過程中對熱處理工件要求基本一致，只是為了使工件達(dá)到使用狀態(tài)下的性能要求，從加熱溫度對工件化學(xué)成分、形狀影響的方面和從熱處理設(shè)備成本方面來考慮，由于加熱溫度不高，所以對工件的氧化情況就不是很嚴(yán)重，且工件變形也比較均勻，對精加工影響不大，所以還是選用中溫箱式電阻爐作為該凹模的回火設(shè)備，其結(jié)構(gòu)和技術(shù)規(guī)格和預(yù)備熱處理中的一樣。8 工裝設(shè)計8.1 清洗設(shè)備為了防止零件出現(xiàn)軟點(diǎn)、組織不均勻等影響熱處理質(zhì)量的現(xiàn)象，所以要在零件熱處理前經(jīng)行清除銹斑、油漬、污垢、切削液

32、和研磨劑等，以保證不阻礙加熱和冷卻，不影響介質(zhì)和氣氛的純度。另外，在熱處理后也常需清洗，以去除零件表面殘油、殘渣和炭黑等附著物，以保證熱處理零件清潔度、防銹和不影響下道工序加工等要求。清洗設(shè)備主要有一般清洗機(jī)、超聲波清洗設(shè)備、脫脂爐清洗設(shè)備、真空清洗設(shè)備。根據(jù)各個清洗設(shè)備的用途并結(jié)合本設(shè)計中的零件的具體情況，本設(shè)計中的零件為小型的凹模，所以可以選擇一般清洗設(shè)備中的間歇式清洗設(shè)備就能滿足要求。為滿足清洗效果和保護(hù)環(huán)境，清洗機(jī)應(yīng)具備水過濾裝置、撇油裝置和霧氣處理裝置。此外，金屬清洗劑選擇合成洗滌劑，其中含有表面活性劑，可滲入零件的油膜內(nèi)起清洗乳化作用，成本低且效果好。清洗設(shè)備如下圖所示：8.2 清

33、理及強(qiáng)化設(shè)備零件經(jīng)過熱處理后，尤其是淬火回火之后，表面有氧化皮和粘著物，需要一定的設(shè)備將其清除掉，所以就應(yīng)該在熱處理后通過清理設(shè)備將工件表面的氧化皮和粘著物清理掉，防止對工件的性能及質(zhì)量等造成影響。如果要在清理氧化皮的同時使零件獲得良好的表面和提高工件表面的強(qiáng)度，可以利用拋丸機(jī)器或噴嘴將鋼丸高速射向零件表面，通過鋼丸的沖擊作用清除零件表面的氧化物和粘著物并同時達(dá)到強(qiáng)化作用，提高零件的疲勞壽命。常用的清理設(shè)備有機(jī)械式拋丸和氣力、液力噴丸（砂）。根據(jù)本設(shè)計中工件的實(shí)際情況選擇一臺機(jī)械式拋丸機(jī)器就可以同時滿足清理工件熱處理后工件表面的氧化皮和使工件表面強(qiáng)化，下圖是機(jī)械式拋丸機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。8.3 熱

34、處理用夾具當(dāng)工件在熱處理爐中進(jìn)行加熱時，為了能夠更好地使工件各個部位受熱均勻，同時也為了方便熱處理工作人員的操作，需要選擇合適的輔助工具，如夾具、墊具等。由于本設(shè)計中的工件是一個長方體塊，尺寸較?。煌瑫r為滿足淬火過程的順利進(jìn)行，選擇如下所示的墊具和夾具。墊具夾具9 檢驗(yàn)設(shè)備及方法選擇9.1 退火后的檢驗(yàn)9.1.1 外觀退火工件表面不能有裂紋及傷痕等缺陷。9.1.2 硬度退火后若硬度不均（組織不均勻）將影響切削性能和最終熱處理質(zhì)量。表面硬度的誤差范圍見下圖：所以，在本設(shè)計中的凹模淬火后的硬度值誤差為25hbs。根據(jù)手冊查得，要求9mn2v在球化退火后的硬度值為229hbs。選擇一臺布氏硬度計進(jìn)行

35、檢測即可。9.1.3 金相檢驗(yàn)低合金工具鋼球化退火后正常組織為均勻分布的球化體。若組織中有點(diǎn)狀和細(xì)片狀珠光體或分布不均勻的粗大球化體及粗片狀珠光體，都是不正常組織。碳化物網(wǎng)要求小于等于2級，珠光體為25級。但是對于一條成熟的生產(chǎn)線來說，此項檢驗(yàn)室可以省略。在本設(shè)計中為可靠做保證，根據(jù)相關(guān)手冊，選擇一臺低溫金相顯微鏡即可。其中在制作金相試樣的過程中，采用簡單方便的冷酸浸蝕試驗(yàn)法來顯示金相組織，根據(jù)冷酸浸蝕溶液成分及使用范圍（如下表）選擇合適的酸浸蝕劑：編號成分適用范圍123鹽酸500ml、硫酸35、硫酸銅150氯化高鐵200、硝酸300、水100鹽酸300、氯化高鐵500、加水至1000鋼與合金

36、45610%20%過硫酸銨水溶液10%40%（容積比）硝酸水溶液氯化高鐵飽和水溶液加少量硝酸（每500溶液加10硝酸）碳素結(jié)構(gòu)鋼合金鋼78硝酸1份、鹽酸3份硫酸銅100、鹽酸和水個500合金鋼9鹽酸60、鹽酸200、氯化高鐵、過硫酸銨30、水50精密合金高溫合金10100350工業(yè)氯化銅氨，水1000碳素結(jié)構(gòu)鋼合金鋼9.2 淬火回火后的檢驗(yàn)9.2.1 外觀工件表面不允許有裂紋和有害的傷痕（必要時可用磁粉探傷或其他無損檢測方法檢測）。鍛造余熱淬火工件，表面不能有折疊等缺陷。9.2.2 硬度硬度必須滿足技術(shù)要求6163hrc，表面硬度的誤差范圍，根據(jù)不同類型的工件，不能超過下圖所示：通過表中可以查

37、得，本設(shè)計中對零件表面硬度誤差范圍的允許值為4hrc。選用洛氏硬度計進(jìn)行硬度的檢驗(yàn)。根據(jù)熱處理手冊相關(guān)資料，洛氏硬度計的壓頭為金剛石圓錐，預(yù)載荷為100n，總載荷為1500n。9.2.3 畸變淬火回火的畸變允許值不得超過下圖數(shù)據(jù)所示，本設(shè)計中的零件在淬火后的最大彎曲允許值為0.5mm：10 熱處理缺陷分析10.1 退火缺陷分析10.1.1 硬度過高由于常在碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于4.5%的中、高碳鋼中出現(xiàn)硬度過高的現(xiàn)象，產(chǎn)生的原因主要有：（1）、冷卻速度快或等溫溫度低，組織中珠光體片間距變細(xì)，碳化物彌散度增大或球化不完全。（2）、某些高合金鋼等溫退火時，等溫時間不足，隨后冷至室溫的速度又快，產(chǎn)生部分貝氏

38、體活馬氏體轉(zhuǎn)變，是硬度升高。（3）、裝爐量過大，爐溫不均勻。10.1.2 球化不完全對于共析鋼、過共析鋼球化退火組織中有片狀珠光體，即球化不完全。（1）、細(xì)片狀珠光體+點(diǎn)狀珠光體，產(chǎn)生原因是退火溫度偏低或保溫時間不足，原始組織中細(xì)片狀珠光溶解不完全，或等溫溫度低、冷卻速度快，碳化物彌散度大。（2）、粗片狀珠光體+球狀珠光體，由于退火溫度高火保溫時間過長，未溶碳化物少，冷卻速度又緩慢或等溫溫度偏高引起的。10.1.3 球化不均勻過共析鋼球化退火后有時存在粗大的碳化物，出現(xiàn)碳化物不均勻現(xiàn)象。其原因是球化退火前未消除網(wǎng)狀的碳化物在球化退火時發(fā)生熔斷、聚集形成的。球化退火前通過正火消除網(wǎng)狀碳化物可使缺

39、陷消除。10.1.4 粗大魏氏組織加熱溫度過高，奧氏體晶粒粗大，冷速又較快的中碳鋼中常出現(xiàn)粗大魏氏組織，其鐵素體呈片狀按羽毛或三角形分布在原奧氏體晶粒內(nèi)。可通過完全退火或重新正火是晶粒細(xì)化加以消除。10.1.5 退火石墨碳素工具鋼和低合金工具鋼，退火加熱溫度過高或溫度時間過長，或者多次返修退火，組織中出現(xiàn)石墨碳，并在其周圍形成鐵素體。具有石墨碳的退火工件，韌性低，斷口呈灰黑色，又稱黑脆。工件淬火時易形成軟點(diǎn)，造成工模具崩刃或早期磨損。這種缺陷一般可作報廢處理，也可通過擴(kuò)散退火+重新正常退火挽救。10.2 淬火缺陷分析10.2.1 淬火畸變淬火畸變形成的原因主要有以下幾點(diǎn)：（1）、體積變化，熱處

40、理前后各種組織比體積不同時引起體積變化的組要原因，其中馬氏體貝氏體珠光體奧氏體的比體積依次減小。（2）、形狀畸變，工件各部位相對位置或尺寸發(fā)生改變，主要是由于加熱溫度不均，形成的加熱應(yīng)力引起畸變或工件在爐中放置不合理，在高溫下常因自重產(chǎn)生蠕變畸變。另外就是加熱時，隨加熱溫度升高，鋼的屈服強(qiáng)度降低，已存在于工件內(nèi)部才殘余應(yīng)力達(dá)到高溫下的屈服強(qiáng)度時，就會引起工件不均勻塑性變形而造成形狀畸變和殘余應(yīng)力松弛，淬火冷卻時的不同時性形成的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力使工件局部塑性變形。可以通過采用合理的熱處理工藝，對于復(fù)雜或者合金含量高的工件要進(jìn)行預(yù)熱等；合理設(shè)計零件，防止出現(xiàn)直棱直角和截面突變等不合理的情況；合理的

41、鍛造和預(yù)先熱處理改善原始組織，消除殘余應(yīng)力，從而減小淬火畸變。10.2.2 淬火開裂淬火開裂的原因有很多，比如說和熱處理工件的形狀，材質(zhì)，熱處理工藝，原始組織，材料本身，加熱冷卻速度的控制等等?？梢酝ㄟ^改進(jìn)工件結(jié)構(gòu)，截面力求均勻，不同截面處應(yīng)有圓角過渡，盡量減少不通孔、尖角，避免應(yīng)力集中引起的開裂；合理選擇鋼材；避免有顯微裂紋及嚴(yán)重非金屬夾雜物和碳化物偏析的原材料；爭取進(jìn)行預(yù)先熱處理，避免正火、退火組織缺陷；正確選擇熱處理工藝參數(shù)；合理選用淬火介質(zhì)和淬火方法；對工件易開裂部位經(jīng)行局部包扎并淬火后應(yīng)及時回火或等溫回火。10.2.3 硬度不足淬火硬度不足原因及控制措施：序號淬火硬度不足的原因控制措

42、施1介質(zhì)冷卻能力差，工件表面有鐵素體、托氏體等非馬氏體組織1）采用冷速較快的淬火介質(zhì)2）適當(dāng)提高淬火加熱溫度2淬火加熱溫度低，或預(yù)冷時間長，淬火冷卻速度低，出現(xiàn)非馬氏體組織1）確保淬火加熱溫度正常2）減少預(yù)冷時間3鋼的淬透性差，且工件截面尺寸大，不能淬硬采用淬透性好的鋼4高碳高合金鋼淬火加熱溫度較高，殘留奧氏體過量減低淬火加熱溫度或采用深冷處理5等溫時間過長，以前奧氏體穩(wěn)定化嚴(yán)格控制分級或等溫時間6表面脫碳采用可控氣氛加熱或其他防脫碳措施7合金元素內(nèi)氧化，表層淬透性下降，出現(xiàn)托氏體等非馬氏體而內(nèi)部則為馬氏體組織1）減低爐內(nèi)氣氛中氧化性組分含量2）選用冷速快的淬火介質(zhì)10.2.4 軟點(diǎn)淬火軟點(diǎn)產(chǎn)生原因及控制措施：序號軟點(diǎn)形成原因控制措施1淬火時工件表面氣泡未及時破裂致使氣泡處冷速降低，出現(xiàn)非馬氏體組織1）增加介質(zhì)與工件的相對運(yùn)動2）控制水溫和水中的雜質(zhì)（油、皂類）2工件表