热处理车间课程设计

1一、车间的任务和工作制度1.1车间生产任务本次设计热处理车间的生产任务是年产1000t，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30吨，故热处理车间的实际生产任务为970吨/年。则六种刀具各自的年产量为161.7吨，见表1-1表1-1序号品种规格单重(kg)热处理件重量1齿轮铣刀M101.41161.7tM5.50.532车刀A100.002A120.0043锥柄钻Φ11.8X850.105Φ14.1X1920.3251.2车间的工作制度及年时基数1.2.1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。1.2.2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5%。计算F设的值，F设=249×2×8×（1-5%）=3744.96≈3783（h）1.2.3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2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）二、工艺分析和设备选择2.1材料选择及刀具规格2.1.1材料的选择本设计车间的生产产品为齿轮铣刀、锥柄钻、车刀。查查《热处理工艺规范数据手册》P94及《热处理工艺设计与选择》P194，可知三种刀具宜用高速钢类，最终材料的选择是车刀选用w6mo5cr4v2，锥柄钻选用w9mo3cr4v，齿轮铣刀选用w18cr4v。2.1.2刀具规格尺寸刀具在高速切削时，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》，各刀具的尺寸数据如下：表2-1品种规格DdB齿轮铣刀M101203231.0M5.5953217.33表2-2品种规格尺寸车刀A1010x6x4A1212x8x5表2-3品种规格锥柄钻φ11.8×85φ14.1×1922.2工艺设计2.2.1工艺路线高速钢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《热处理工艺与实践》P116-119，得三种材料工艺参数如下：4表2-4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备注加热温度/°C保温时间/h冷却温度/°C时间（s/mm)介质温度°C时间（s/mmW6Mo5Cr4V28502炉冷至750℃，保温4h，再炉冷至550℃，出炉空冷85024中性盐浴1200~122012~15油560℃，3次，每次1h，空冷薄刃刀具1230复杂刀具1240简单刀具1150~120020冷拉模具W18cr4v8702炉冷至750℃，保温4h，再炉冷至550℃，出炉空冷850241260~128012~15560℃，3次，每次1h，空冷薄刃、复杂刀具1280~130012~15简单刀具1200~124015~20冷作模具W9mo3cr4v8502炉冷至750℃，保温4h，再炉冷至550℃，出炉空冷850241210~125012~15560℃，3次，每次1h，空冷对于不同的产品，由于规格尺寸的不同，则各种的热处理工艺参数略有不同。5在预热阶段，车刀由于尺寸较小，选用一次预热法预热；铣刀及锥柄钻由于尺寸较大，形状复杂选用二次预热法预热。预热的具体工艺参数下表。锥柄钻淬火温度选1250℃，车刀选1240℃，齿轮铣刀选1270℃。加热时间都选择12s/mm。表2-5刀具预热方法炉型加热温度/℃加热时间/(s/mm)适用范围车刀一次预热法盐浴炉85024适于形状简单，截面较小的工件齿轮铣刀、锥柄钻二次预热法第一次预热65040适于形状复杂或截面较大的工件第二次预热85024在淬火工艺中，车刀形状简单，直接使用油淬，即在油中冷却至350℃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。齿轮铣刀和锥柄钻都采用一次分级淬火，将淬火加热后的工件放入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。2.2.3各刀具工艺曲线各刀具工艺曲线如图所示(1)车刀工艺曲线（2）锥柄钻工艺曲线6（3）齿轮铣刀工艺曲线2.3热处理设备选择2.3.1预备热处理设备的选择由《热处理设备》可知工件退火一般选用箱式炉。本设计等温退火温度为850℃，故选用中温箱式炉。查《热处理设备》P67，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=3.5h，t保温=4+2=6h；t随炉冷=（750-550）/15=13.3h；上下料时间t上下=0.5h；退火总时间t退火=3+4+2+13.3+0.5=23.3h(1)生产齿轮铣刀（a)生产M10规格的铣刀，由表2-1可知该铣刀的尺寸，则该铣刀每一个所占的空间为：v=120×120×31.0=446400mm³n=V/v≈1233个M=1.41n=1738.35kg＞1200kg当n=851时M=1199.91kg≤1200kg7生产率为P=M/t退火=52.62kg/hE1=161700/52.62=3140.41h（b)生产M5.5规格的铣刀，由表2-1可知该铣刀的尺寸，则该铣刀每一个所占的空间为：v=95×95×17.3=156132.5mm³则，每炉可装该铣刀的个数为：n=V/v≈3526个装料总重量为：M=0.1n=1868.78kg＞1200kg所以，n取2264时，M=1199.92kg≤1200kg生产率为P=M/t退火=51.49kg/h年负荷时数E2=Q/P=3140.41h(2)生产车刀(a)A10车刀10×6×4同上，计算各参数v=240mm³当n=600000时，M=1200kgP=51.50kg/hE3=3139.81h(b)车刀A1212×8×5v=480mm³当n=300000时，M=1200kgP=51.50kg/hE4=3139.81h(3)生产锥柄钻(a)生产φ11.8×85规格的锥柄钻锥柄钻每一个所占的空间为：v=11.8×11.8×85=11835.4mm³则，每炉可装的个数为：n=V/v≈45617个则，装料总重量为：M=0.105n=4884.291200kg可取n=11428M=1199.94kg生产率为P=M/t退火=51.5kg/h年负荷时数为：E5=Q/P=3139.81h(b)滚刀φ14.1X192滚刀每一个所占的空间为：v=38171.5mm³每炉可装的个数为：n=V/v≈14423个装料总重量为：M=0.325n=4687.47kg1200kg所以n=3692时M=1199.9kg生产率为P=51.5kg/h年负荷时数为E6=Q/P=3139.81h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+E3+E4+E5+E6=18839.47h;设备数量为C=E/F设=4.98，C’=6;8设备负荷率为K=C/C’×100%=83%符合二班制设备负荷率80%~90%的要求的要求。2.3.2预热处理设备的选择预热时，分一次预热和二次预热两种工艺。各刀具采用的预热工艺见表2-5①一次预热法由《热处理手册第四版第三册》P237~243初步选用RDM-45-13型埋入式高温盐浴炉，炉膛尺寸350×300×700（单位：mm），额定温度1300℃，预热温度850℃。加热系数为24s/mm。a)生产车刀A10由于该刀具采用一次预热法，在预热中加热时间为t加热=24×4=96s查《热处理工艺参数手册》P21，保温时间可按下列经验公式计算：τ=αKD式中τ——保温时间（min）α——保温时间系数（min/mm），查《热处理工艺参数手册》表1-18，本设计选取0.35K——工件装炉方式修正系数，，通常取1.0~1.5本设计选取1.0D——工件有效厚度（mm）则A10的保温时间为τ=0.35×1.0×4=1.4min=84s所以，该刀具预热工艺时间为t=t加热+τ=180s车刀A10的装料设计埋入式盐浴炉炉膛尺寸的设计如下图9工件距离熔盐表面的距离一般不小于30mm，本设计a取30mm；工件距离炉膛内壁的距离约为50mm，本设计b取50mm；熔盐表面与炉膛口的距离约为50~100mm，本设计c取50mm；电极下端距离炉膛底的距离d一般为50~70mm，本设计取50mm；电极高度由炉型而定，本炉型的电极高度e取113mm，则工件距离底部的距离大于163mm，本设计f取200mm。则，该盐浴炉工作空间尺寸大约为250×200×500（单位：mm）车刀A10的尺寸为10X6X4，则装料方式可设计为横排10个，纵排15个，列排20个，即装料的方式为10x15x20。综上，RDM-35-13型盐浴炉，一炉可以放置的车刀A10的个数为n=10×15×20=3000个则一炉装料量M=0.002n=6kg生产率P=M/t=（6/180）×3600=120kg/h设备年负荷时数E1=Q/P=161700/120=1347.5h(b)车刀A12该车刀采用的是一次预热法。选用RDM-45-13型埋入式高温盐浴炉。该盐浴炉工作空间尺寸大约为250×200×500（单位：mm）。计算该车刀预热时间为t=225s装料设计如下：对应工作空间尺寸，装料方式为10x10x15综上，一次装载个数为n=1500个一次装料量为M=0.004n=6kg生产率为P=M/t=96kg/h设备年负荷时数E2=Q/P=1684.38hE=E1+E2=3031.88h设备数量C=E/F设=3031.88/3783=0.801C’=1台设备负荷率K=C/C’×100%=80.1%②二次预热法第一次预热本次预热初步选用RDM-70-8型埋入式中温盐浴炉，炉膛尺寸为450×350×700（单位：mm），额定温度为850℃，工作空间尺寸为350×250×500（单位:mm）。由表2-5可知，预热温度为650℃，加热时间是40s/mm。(a)生产齿轮铣刀M10同上，计算铣刀的预热时间为t=1891s装料设计如下：对应工作空间尺寸，装料方式为2×2×13综上，一次装载个数为n=52一次装料量为M=1.41n=73.32kg生产率为P=M/t=139.58kg/h10设备年负荷时数E1=Q/P=1158.48h(b)生产齿轮铣刀M5.5计算该刀具的预热时间为t=1055.3s对应工作空间尺寸，装料方式为3×2×15综上，一次装载个数为n=90一次装料量为M=0.53n=47.7kg生产率为P=M/t=162.72kg/h设备年负荷时数E2=Q/P=993.73h