年产500吨的热处理车间设计

1编号热处理车间设计说明书二级学院材料科学与工程学院专业材料科学与工程班级学生姓名指导教师时间热处理车间设计说明书2目录第一章车间的任务和工作制度……………………………………………………31.1车间的类别…………………………………………………………………31.2车间生产任务………………………………………………………………31.3车间的工作制度及年时基数………………………………………………3第二章工艺分析和设备选择………………………………………………………42.1产品技术要求的分析………………………………………………………42.2工艺设计……………………………………………………………………52.3热处理设备选择……………………………………………………………8第三章车间建筑物………………………………………………………………233.1热处理车间的位置………………………………………………………233.2车间的要求…………………………………………………………………243.3热处理车间面积指标………………………………………………………253.4车间建筑物的要求…………………………………………………………26第四章热处理车间平面布置……………………………………………………284.1设备布置间距……………………………………………………………28第五章热处理车间的生产组织与人员…………………………………………295.1生产组织………………………………………………………………295.2基本工作人员…………………………………………………………295.3其他人员………………………………………………………………31第六章车间用电与用水量的计算…………………………………………………316.1车间用电量计算…………………………………………………………316.2车间全年用水量的计算…………………………………………………32参考文献……………………………………………………………………………33附表1……………………………………………………………………………34附表2……………………………………………………………………………36附表3……………………………………………………………………………38热处理车间设计说明书3第一章车间的任务和工作制度1.1车间的类别本次车间设计的类别定为成品热处理车间，主要承担产品最终阶段的热处理任务，以达到产品最终技术要求。这类车间常独立设置，常与机加工车间相邻或设在机加工车间内。本次设计的车间采用独立设置，故也称作独立热处理车间。1.2车间生产任务车间生产任务（或称生产纲领）是指车间承担的年产量。本次设计热处理车间的生产任务是年产500t，生产三类六种规格的刀具，各种规格刀具的年产量各占总年产量的1/6。详见《专业课程设计任务书》。本热处理车间生产的废品率为3%（包括热处理报废和运输报废），达15吨，故热处理车间的实际生产任务为515吨/年。则六种刀具各自的年产量为85.8吨，见表1-1。表1-1热处理车间生产纲领序号产品名称规格单重（kg）年热处理件重量/t1齿轮铣刀M2.25M100.11.4185.82滚刀Φ80×800.85Φ115×1153.13车刀A50.28A60.641.3车间的工作制度及年时基数1.3.1工作制度热处理车间常有长工艺周期的生产和热处理炉空炉升温时间长的情况，所以多数采用二班制或三班制。本设计采用二班制。1.3.2设备年时基数设备年时基数为设备在全年内的总工时数，等于在全年工作日内应工作的时热处理车间设计说明书4数减去各种时间损失。根据文献《热处理车间设计》的公式计算，公式如下：F设=D设Nn（1-b%）式中F设——设备年时基数（h）；D设——设备全年工作日，等于全年日数（365天）-全年假日（10天）-全年双修日（106天）=249天；N——每日工作班数；n——每班工作时数，取8h；b——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，此处取6%。计算F设的值，F设=249×2×8×（1-6%）=3744.96≈3745（h）1.3.3工人年时基数工人年时基数可依据下式计算：F人=D人n（1—b%）式中F人——工人年时基数（h）；D人——工人全年工作日（249天）；b——时间损失率，包括病假、事假、探亲假、产假及哺乳、设备清扫、工间休息等工时损失，本设计取4%。计算F人的值，F人=249×8×（1—4%）=1912.32≈1912（h）第二章工艺分析和设备选择2.1产品技术要求的分析2.1.1材料的选择本设计车间的生产产品为齿轮铣刀、滚刀、车刀。查热处理手册第三版第三册可知三种刀具的可用钢号。为了简化工艺和生产成本，本设计中，三类产品都选用W6Mo5Cr4V2钢号，属高速钢类。W6Mo5Cr4V2的化学成分如表2-1。表2-1W6Mo5Cr4V2的化学成分牌号化学成分（质量分数）/%CWMoCrVCoSiMnSP≤W6Mo5Cr4V20.80~0.905.50~6.754.50~5.503.80~4.401.75~2.200.20~0.450.15~0.400.0300.030热处理车间设计说明书52.1.2技术分析刀具在高速切削时，其刃部的温度可达600℃以上，而刀具硬度只有轻微的下降，要求有较高的红硬性。在这样的条件下，一般都选用高速钢。高速钢在650℃是的实际硬度仍然高于50HRC。高速钢需要经过退火、淬火和回火处理，具体热处理工艺后面将有介绍。查《机械加工常用刀具数据速查手册》，齿轮铣刀的尺寸数据如表2-2。表2-2齿轮铣刀的尺寸数据（单位：mm）品种规格DdB齿轮铣刀M2.2560228.2M101203231.0齿轮铣刀的外形如图2-1所示。品种规格滚刀Φ80×80Φ115×115热处理车间设计说明书6品种规格尺寸车刀A58×8×63A619×19×1502.2工艺设计2.2.1工艺路线高速钢W6Mo5Cr4V2的热处理一般工艺路线如下：预备热处理→淬火预热→淬火加热→淬火→三次回火2.2.2详细工艺参数查《金属材料手册》363页，设计W6Mo5Cr4V2的热处理工艺参数如表2-3。表2-3W6Mo5Cr4V2常规热处理工艺参数牌号退火工艺淬火和回火工艺等温退火淬火预热淬火加热淬火介质回火制度回火后硬度HRC加热温度/℃保温时间/h冷却硬度HBS温度/℃时间(s/mm)介质温度/℃时间(s/mm)W6Mo5Cr4V28502炉冷至750℃，保温≤25585024中性盐1200~1220①6~15油560℃，3次，≥621230②≥63热处理车间设计说明书74h，再炉冷至550℃，出炉空冷浴1240③每次1h，空冷≥641150~1200④20≥60注：①高强薄刃刀具淬火温度②复杂刀具淬火温度③简单刀具淬火温度④冷作模具淬火温度对于不同的产品，由于规格尺寸的不同，则各种的热处理工艺参数略有不同。在预热阶段，车刀（规格8×8×63）和铣刀M2.25由于尺寸较小，选用一次预热法预热；铣刀M10、滚刀和车刀（规格19×19×150）由于尺寸较大，选用二次预热法预热。预热的具体工艺参数见表2-4。滚刀和铣刀都是较复杂的工件，淬火温度选1230℃，车刀选1240℃。表2-4各刀具采用的预热工艺参数刀具预热方法炉型加热温度/℃加热时间/(s/mm)适用范围车刀（8×8×63）、齿轮铣刀M2.25一次预热法盐浴炉85024适于形状简单，截面较小的工件齿轮铣刀M10、滚刀、车刀（19×19×150）二次预热法第一次预热空气炉550100适于形状复杂或截面较大的工件盐浴炉65040第二次预热盐浴炉85024在淬火工艺中，油淬适用于简单的刀具淬火，在油中冷却至300~400℃后空冷。对于形状较复杂的刀具，为了减小刀具畸变和开裂的倾向，都采用分级淬火工艺。工业生产中几乎80%的刀具都采用一次分级淬火，将淬火加热后的工件放入580~620℃的中性盐浴炉中，保持一段时间（相当于淬火加热时间），然后空冷至室温。故本设计中车刀采用油淬，齿轮铣刀和滚刀采用一次分级淬火。2.2.3各刀具工艺曲线各刀具工艺曲线如图2-2所示。热处理车间设计说明书8A）车刀8×8×63的热处理工艺曲线B）车刀19×19×150的热处理工艺曲线热处理车间设计说明书9C）滚刀和铣刀的热处理工艺曲线图2-2铣刀、滚刀和车刀的工艺曲线2.3热处理设备选择2.3.1预备热处理设备的选择初步选用RX3-75-9型中温箱式炉，炉膛尺寸为1800×900×550（单位：mm），最大装料量1200kg，查《热处理手册》第三版第三卷表3-5知道炉温850℃时空炉升温时间为3.5小时。装料时，工件与电热元件或工件与炉膛之间应保持一定的距离，查《热处理炉》附表22，RX3-75-9型中温箱式炉的有效装料体积为：V=1430×770×500=550550000mm³炉冷速度一般为10~20℃/h，此处取15℃/h则等温退火各阶段的时间：t升温=3h，t保温=4+2h，t空冷=（750-550）/15=13.3h上下料时间t上下=0.5h则，退火总时间t退火=3+4+2+13.3+0.5=22.8h①生产齿轮铣刀a）生产M2.25规格的铣刀，由表2-2可知该铣刀的尺寸，则该铣刀每一个所占的空间为：热处理车间设计说明书10v=60×60×8.2=29520mm³则，每炉可装该铣刀的个数为：n=V/v=18650.07≈18650个则，装料总重量为：M=0.1n=1865kg＞1200kg所以，n取12000时，M=1200kg≤1200kgRX3-75-9型中温箱式炉的生产率为P=M/t退火=52.63kg/h则，该设备处理M2.25齿轮铣刀的年负荷时数为E1=Q/P=87500/52.63=1662.55hb）生产M10规格的铣刀，同理计算：v=120×120×31.0=446400mm³n=1233个M=1.41n=1738.35kg＞1200kg当n=851时，M=1199.91kg则，生产率为P=52.62kg/hE2=87500/52.62=1662.86h②滚刀a）滚刀φ80×80生产φ80×80规格的滚刀，，滚刀每一个所占的空间为：v=80×80×80=512000mm³则，每炉可装该滚刀的个数为：n=V/v=1075.29≈1075个则，装料总重量为：M=0.85n=913.99kg＜1200kg所以，n取1075个RX3-75-9型中温箱式炉的生产率为P=M/t退火=40.08kg/h则，该设备处理φ80×80滚刀的年负荷时数为热处理车间设计说明书11E1=Q/P=87500/40.08=2183.13hb）滚刀φ115×115生产φ115×115规格的滚刀，，滚刀每一个所占的空间为：v=115×115×115=1520875mm³则，每炉可装该滚刀的个数为：n=V/v=361.99≈362个则，装料总重量为：M=3.1n=1122.2kg＜1200kg所以，n取362个RX3-75-9型中温箱式炉的生产率为P=M/t退火=49.22kg/h则，该设备处理φ80×80滚刀的年负荷时数为E1=Q/P=87500/49.22=1777.73h③生产车刀a）车刀8×8×63同上，计算各参数当n=4286时，M=1199.8kgP=1199.8/22.8=52.62kg/hE5=87500/52.62=1662.87hb）车刀19×19×150当n=1875时，M=1200kgP=1200/22.8=52.63kg/hE5=87500/52.63=1662.55h综上所述，RX3-75-9型中温箱式炉用做等温热处理炉适用于所有产品，则该设备的年负荷时数为E=E1+E2+…+E6=10611.69h设备数量为C=E/F設=2.834，C’=3设备负荷率为K=C/C’×100%=94.47%符合二班制设备负荷率80%~90%的要求。热处理车间设计说明书122.3.2预热处理