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(jì)課程設(shè)計(jì)

1、 表8-3廣東工業(yè)大學(xué)華立學(xué)院課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)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(jì)學(xué)生學(xué)部（系）機(jī)電與信息工程學(xué)部專業(yè)班級(jí)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化姓 名x x x學(xué) 號(hào)1201110x0xx一、課程設(shè)計(jì)（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(jì)（大批量生產(chǎn)）二、課程設(shè)計(jì)（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(guó)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(duì)零件的特點(diǎn)，制訂工藝規(guī)程文件（機(jī)械加工的工藝過(guò)程卡及工序卡片）。4、設(shè)計(jì)機(jī)床夾具（保證零件加工精度要求）。5、編寫(xiě)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（5000字，規(guī)范說(shuō)明書(shū)書(shū)寫(xiě)

2、格式）。三、課程設(shè)計(jì)（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(guò)程卡片1份4、機(jī)械加工工序卡片1套5、夾具設(shè)計(jì)裝配圖1張6、課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)1份四、課程設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)程安排序號(hào)設(shè)計(jì)（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(jì)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(jì)11052013.11.225撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)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(cè)，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(cè)，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(guó)主編，機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（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(jì)手冊(cè)，上?？茖W(xué)技術(shù)出版社2000。發(fā)出任務(wù)書(shū)日期：2013年 11 月 1 日 指導(dǎo)教師簽名：計(jì)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(jì)（論文）課程名稱 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì) 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(jì)學(xué)生學(xué)部（系）機(jī)電與信息工程學(xué)部專業(yè)班級(jí) 11材

4、料1班 學(xué) 號(hào) 12021101009 學(xué)生姓名 何漢森 指導(dǎo)教師 萬(wàn)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(guò)程綜合卡片定模板機(jī)械加工工序卡片動(dòng)模板零件圖 動(dòng)模板機(jī)械加工工藝過(guò)程綜合卡片動(dòng)模板機(jī)械加工工序卡片裝配圖夾具裝配圖說(shuō)明書(shū)1 前言熱處理工藝課程設(shè)計(jì)是學(xué)生對(duì)熱處理工藝的基礎(chǔ)知識(shí)、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(guò)課程設(shè)計(jì)，可以培養(yǎng)學(xué)生初步的設(shè)計(jì)思想、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，了解設(shè)計(jì)的一般方法和步驟；初步培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)基本技能和對(duì)工程技術(shù)問(wèn)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(jì)可以增強(qiáng)同學(xué)對(duì)

5、基礎(chǔ)知識(shí)的理解，通過(guò)金屬熱處理工藝學(xué)、固態(tài)相變?cè)韺W(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(guò)程及熱處理方法，通過(guò)課程設(shè)計(jì)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(guò)本課程設(shè)計(jì)之后，我們對(duì)所學(xué)習(xí)過(guò)的知識(shí)有一個(gè)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(wèn)題和解決問(wèn)題的能力；課程設(shè)計(jì)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(huì)前一次重要的鍛煉，它要求我們?cè)谡n程設(shè)計(jì)中從使用性能、成本要求、加工工藝性能等多方面考慮一個(gè)零件的熱處理工藝。通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，學(xué)生能夠正確地對(duì)局部與整體的把握，能培養(yǎng)我們對(duì)細(xì)節(jié)注重的能力，同

6、時(shí)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(gè)凹模的零件圖，它由四個(gè)螺紋孔（分布在模具的四個(gè)角上）和靠近螺紋各有一個(gè)模具導(dǎo)桿孔；在靠近中央位置有一個(gè)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(duì)位置各有一個(gè)矩形型孔，在矩形型孔之間對(duì)稱分布著許多小孔。從形狀看來(lái)，這個(gè)凹模是一個(gè)相對(duì)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(duì)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(gè)尺寸較小的凹模，因而其工作時(shí)所受的載荷也相對(duì)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(shí)的整體硬度為6163hrc，所以它的使用狀態(tài)時(shí)的

7、硬度很高。綜合對(duì)該零件的形狀、尺寸、技術(shù)要求這三方面的分析，這個(gè)模具屬于一個(gè)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(guò)60hrc。作為一個(gè)小型的冷作凹模，則其工作時(shí)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(shí)效形式有：過(guò)載失效、磨損失效、咬合失效以及多沖疲勞失效等。但是對(duì)其作用的載荷都相對(duì)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(gè)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(guò)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(duì)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(xiàng)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(lái)看，9mn2v在符合要求的同時(shí)具有整體優(yōu)勢(shì)。因?yàn)閺臒崽幚硖攸c(diǎn)來(lái)看，9mn2v的化學(xué)成分相對(duì)簡(jiǎn)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(lái)，9mn2v的臨界點(diǎn)相對(duì)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(shì)。此外，對(duì)9mn2v進(jìn)行回火的時(shí)候還可以不用通過(guò)介質(zhì)來(lái)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(gè)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(hào)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(zhǎng)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(duì)稱中心，各個(gè)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(duì)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(jì)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(duì)最終獲得熱處理后的強(qiáng)韌性、畸變、開(kāi)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(guò)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(guò)程和形成均勻的球化體。球化退火的等溫溫度和保持時(shí)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(guò)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(guò)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(shí)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(guò)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(shí)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(shí)間等溫溫度等溫時(shí)間冷卻速度90100/h7507604h6806904h30/h9mn2v球化退火工藝曲線溫度(t/)時(shí)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(kāi)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(jì)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(guò)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(duì)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(shí)間加熱時(shí)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(lái)計(jì)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(jì)中零件的

17、尺寸確定加熱時(shí)間為：(0.62)（35+5+5）（2790）min。所以取加熱時(shí)間為60min。kw使用時(shí)間系數(shù)見(jiàn)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(shí)間工件在爐內(nèi)要進(jìn)行

18、一段時(shí)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(shí)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(zhǎng)時(shí)間的保溫，通過(guò)查閱合金鋼手冊(cè)相應(yīng)鋼種的等溫退火曲線取保溫時(shí)間為4h。6.1.5 等溫溫度由熱處理手冊(cè)查得，對(duì)于過(guò)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(lái)確定其等溫溫度為680690。6.1.6 等溫時(shí)間等溫時(shí)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(cè)相關(guān)鋼種的等溫曲線的等溫時(shí)間，所以取等溫時(shí)間為4h。6.1.7 冷卻速度冷卻速度對(duì)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(duì)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(jiàn)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(shí)間冷卻速度90100/h7607800.5h油淬時(shí)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(shí)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(shí)，淬火加熱溫度比用水淬火時(shí)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(guò)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(shí)間與保溫時(shí)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(shí)間，以保證必要的組織轉(zhuǎn)變和擴(kuò)散。加熱時(shí)間和保溫時(shí)間一共由三部分組成：升溫時(shí)間；透熱時(shí)間；組織轉(zhuǎn)變時(shí)間。加熱時(shí)間同退火工藝中的加熱時(shí)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(shí)間會(huì)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(lái)計(jì)算。根據(jù)本設(shè)計(jì)中零件的尺寸確定加熱時(shí)間為：（0.62）（350.50.5）（2070）min，還是取1h。其中保溫時(shí)間可以由經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)加以確定。其中為保溫時(shí)間系數(shù)，可從工具書(shū)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(jì)中零件的相關(guān)尺寸計(jì)算，其中k取1，所以保溫時(shí)間為：1.21（350.50.5）43.2min，即取40min。又由于手冊(cè)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(jì)中的零件相對(duì)比較小，所以透熱時(shí)間基本上可以忽略。因此本設(shè)計(jì)中淬火的保溫時(shí)間確定為30min。保溫時(shí)間系數(shù)見(jiàn)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(jiàn)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(shí)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(shí)間冷卻速度90100/h1501803h空冷時(shí)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(duì)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(cè)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(jiàn)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(zhǎng)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(shí)間回火時(shí)間是從工件入爐后爐溫升至回火溫度是開(kāi)始計(jì)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(shí)間系數(shù)；為回火時(shí)間系數(shù)；d為工件的有效厚度。本設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)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(wú)需通過(guò)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(duì)工件脫碳層的要求相對(duì)就要?。徊⑶冶驹O(shè)計(jì)是針對(duì)單件小批量生產(chǎn)設(shè)計(jì)，所以退火爐選擇普通間隙式箱式電阻爐即可滿足設(shè)計(jì)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(mén)、電熱元件及爐門(mén)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(mén)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(hào)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(cè)查得，對(duì)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(duì)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(dòng)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(wú)氧化無(wú)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(cuò)做。但是，浴液對(duì)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(duì)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(wú)）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(duì)易變形，易開(kāi)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(jiǎn)便、維修少且方便，無(wú)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(wú)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(jì)中零件尺寸、產(chǎn)品批量規(guī)模和對(duì)環(huán)境保護(hù)的要求。通過(guò)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(shí)還要求工件淬火后表面的化學(xué)成分波動(dòng)小，沒(méi)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(duì)工件在淬火加熱氣氛和淬火冷卻時(shí)要采取相應(yīng)的措施，在工件加熱時(shí)應(yīng)該通過(guò)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(shí)應(yīng)采用油作為淬火介質(zhì)來(lái)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(guò)程中對(duì)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(duì)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(lái)考慮，由于加熱溫度不高，所以對(duì)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(duì)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(jì)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?jiān)吞亢诘雀街?，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(gè)清洗設(shè)備的用途并結(jié)合本設(shè)計(jì)中的零件的具體情況，本設(shè)計(jì)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(guò)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(guò)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(guò)清理設(shè)備將工件表面的氧化皮和粘著物清理掉，防止對(duì)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(shí)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(guò)鋼丸的沖擊作用清除零件表面的氧化物和粘著物并同時(shí)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(jì)中工件的實(shí)際情況選擇一臺(tái)機(jī)械式拋丸機(jī)器就可以同時(shí)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(shí)，為了能夠更好地使工件各個(gè)部位受熱均勻，同時(shí)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(jì)中的工件是一個(gè)長(zhǎng)方體塊，尺寸較??；同時(shí)為滿足淬火過(guò)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(jiàn)下圖：所以，在本設(shè)計(jì)中的凹模淬火后的硬度值誤差為25hbs。根據(jù)手冊(cè)查得，要求9mn2v在球化退火后的硬度值為229hbs。選擇一臺(tái)布氏硬度計(jì)進(jìn)行

35、檢測(cè)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(jí)，珠光體為25級(jí)。但是對(duì)于一條成熟的生產(chǎn)線來(lái)說(shuō)，此項(xiàng)檢驗(yàn)室可以省略。在本設(shè)計(jì)中為可靠做保證，根據(jù)相關(guān)手冊(cè)，選擇一臺(tái)低溫金相顯微鏡即可。其中在制作金相試樣的過(guò)程中，采用簡(jiǎn)單方便的冷酸浸蝕試驗(yàn)法來(lái)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(hào)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(guò)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(gè)500合金鋼9鹽酸60、鹽酸200、氯化高鐵、過(guò)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(shí)可用磁粉探傷或其他無(wú)損檢測(cè)方法檢測(cè)）。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(guò)下圖所示：通過(guò)表中可以查

37、得，本設(shè)計(jì)中對(duì)零件表面硬度誤差范圍的允許值為4hrc。選用洛氏硬度計(jì)進(jìn)行硬度的檢驗(yàn)。根據(jù)熱處理手冊(cè)相關(guān)資料，洛氏硬度計(jì)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?cè)试S值不得超過(guò)下圖數(shù)據(jù)所示，本設(shè)計(jì)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(guò)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(guò)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(shí)，等溫時(shí)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(guò)大，爐溫不均勻。10.1.2 球化不完全對(duì)于共析鋼、過(guò)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(shí)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(shí)間過(guò)長(zhǎng)，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(guò)共析鋼球化退火后有時(shí)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(shí)發(fā)生熔斷、聚集形成的。球化退火前通過(guò)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(guò)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)?？赏ㄟ^(guò)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(guò)高或溫度時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，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(shí)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(bào)廢處理，也可通過(guò)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(shí)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(duì)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(shí)，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(shí)，就會(huì)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(shí)的不同時(shí)性形成的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力使工件局部塑性變形?？梢酝ㄟ^(guò)采用合理的熱處理工藝，對(duì)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(jì)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(kāi)裂淬火開(kāi)裂的原因有很多，比如說(shuō)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^(guò)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(guò)渡，盡量減少不通孔、尖角，避免應(yīng)力集中引起的開(kāi)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(zhēng)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(duì)工件易開(kāi)裂部位經(jīng)行局部包扎并淬火后應(yīng)及時(shí)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(hào)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(shí)間長(zhǎng)，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(shí)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(guò)量減低淬火加熱溫度或采用深冷處理5等溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，以前奧氏體穩(wěn)定化嚴(yán)格控制分級(jí)或等溫時(shí)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(hào)軟點(diǎn)形成原因控制措施1淬火時(shí)工件表面氣泡未及時(shí)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(duì)運(yùn)動(dòng)2）控制水溫和水中的雜質(zhì)（油、皂類）2工件表