完整word版热处理车间设计Word下载.docx

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（五）辅助设备13

（六）起重运输及自动化设备13

四、车间布局14

（一）车间在厂区的位置14

（二）车间面积及面积指标14

（三）布局原则15

（四）车间设备布局间距15

（五）车间布局图15

一、概述

热处理是机械工业的一项重要基础技术，通常像轴、轴承、齿轮、连杆等重要的机械零件和工模具都是要经过热处理的。

热处理对于充分发挥金属材料的性能潜力，提高产品的内在质量，节约材料，减少能耗，延长产品的使用寿命，提高经济效益都具有十分重要的意义。

正所谓“工欲善其事,必先利其器”，那么也就必须给热处理一个良好的环境及先进设备，总的来说就是一个设计得当的热处理车间。

设计的主要内容整个热处理车间的设计过程。

热处理车间生产任务、工作制度及年时基数、工艺设计、热处理设备的选择与计算、车间设备组织与布置、车间动力和辅助材料消耗量计算、热处理的生产安全与环境保护、热处理车间人员定额、热处理车间的建设投资及技术经济指标等方面，对热处理车间进行设计。

从热处理技术的现状和水平，掌握其发展趋势，大力发展先进的热处理新技术、新工艺、新材料、新设备，用高新技术改造传统的热处理技术，实现“优质、高效、节能、降耗、无污染、低成本、专业化生产”的方向上设计热处理车间。

二、热处理车间任务

本设计的任务是设计一间主要生产变速箱齿轮的热处理车间。

（一）车间生产纲领

所设计的热处理车间的年产量为1500吨的变速箱齿轮，属于中等批量的生产任务。

（二）工作条件分析

变速箱齿轮为汽车、拖拉机等发动机的重要部件，用于改变发动机曲轴和传动轴的速度比。

故齿面在较高的载荷（冲击载荷和交变载荷等）下工作，因此磨损快。

在工作过程中，通过齿面的接触传递动力，两齿面在相对运动过程中，既有滚动也有滑动，存在较大的压应力和摩擦力，经常换挡使齿轮根部受到冲击。

要求变速箱齿轮具有高的抗弯强度、接触疲劳强度和良好的耐磨性，心部有足够的强度和冲击韧性。

其失效的主要形式为：

（1）齿面接触疲劳磨损；

（2）齿面磨损；

（3）轮齿折断；

（4）齿端磨损、齿面塑性变形和崩角。

（三）材料的选用

根据变速箱齿轮的服役条件，采用20CrMnTi低合金渗碳钢是适宜的，该钢的淬透性和心部强度较高，含碳量低，故可使齿轮心部具有良好的韧性；

合金元素铬和锰的存在提高了淬透性，心部得到低碳马氏体组织，增强了钢的强度；

而铬元素还有促进渗碳、提高渗碳速度的作用；

锰具有减弱渗碳时表面含碳量过高的作用；

而钛阻止加热时奥氏体晶粒的长大，提高钢的强度和韧性。

三、热处理工艺设计及主要设备选用

（一）工艺设计

（1）典型工件名称

SH130载重汽车变速箱第二轴倒挡齿轮外形尺寸如下图所示。

所使用材料为20CrMnTi钢。

（2）热处理技术条件

齿轮齿顶硬度应为58～63HRC，距齿顶2/3齿高处的心部硬度为33～48HRC。

渗碳层深度应为0.9～1.3mm。

观察金相组织（400倍）齿顶角处碳化物应≦5级，分度圆处马氏体及残余奥氏体为1～5级。

心部游离铁素体为1～4级。

花键孔尺寸应≦39.73mm，键宽应满足最好尺寸要求。

（3）加工工艺流程

锻坯→预先热处理（正火）→粗机械加工→最终热处理（渗碳→淬火→低温回火）→精机械加工→成品。

（4）热处理工艺规范

①正火

加热温度920～1000℃、保温时间2h，采用吹风冷却或喷雾冷却以适当提高坯料硬度。

②渗碳

采用滴注式气体渗碳炉，渗碳温度为920℃、保温时间3.5h，出炉后迅速置入撒有适量甲醇的密封缓冷坑中冷却至室温。

甲醇在和高温工件接触后，立即燃烧成还原性气体，工件就在该气氛保护下冷却。

③淬火

渗碳后采用一次淬火工艺，盐浴炉淬火加热温度为860℃、保温时间0.5～1h，油冷淬火。

④低温回火

回火加热温度为185℃、保温时间1.～2h。

（5）热处理工艺解析

①正火均匀组织、细化晶粒，改善工件的切削加工性及减少最终热处理后的变形。

②渗碳增加齿轮齿部的碳含量，为随后的热处理做装备。

③淬火采用一次淬火法的目的就是为了进一步减小工件的变形，同时在盐浴加热时花键孔内套上心轴（图下所示），使齿轮和心轴一同加热油淬，这样工件小端的收缩率显著减少，花键孔冷却较均匀，使变形锥度减小，经磨花键孔内圆后，可保证图纸要求。

④低温回火较少淬火应力，降低了脆性，减少了工件变形倾向，保证工件齿部的高硬度高耐磨性及齿轮心部足够的强度和塑韧性。

（6）滴注式气体渗碳热处理工艺操作技术实施要点

①准备

a.按照井式气体渗碳炉操作规程检查设备，确保设备运转正常。

新炉或更换炉衬的炉子，工件渗碳前应空炉对炉罐和挂具进行预先渗碳。

预渗碳时间一般为：

新炉罐8～12h，旧炉罐4h左右，挂具4h。

b.清除工件表面油污、锈斑、毛刺和水迹（常用10%的Na2CO3水溶液、汽油或四氯化碳等作清洗介质，以去除油污及其他污物；

对有锈的工件，可用砂纸打磨或进行喷砂，或用10%的硫酸水溶液（40～80℃）浸洗，酸洗后应用碱中和并清洗干净），确保工件表面无碰伤及裂纹。

c.对工件的非渗碳部位进行涂料处理（表）其厚度一般应＞0.3mm。

此外还可以采用预留加工量、镀铜（镀铜层厚度一般应＞0.03mm），或对不需要渗碳部位用紧密固定的钢套及轴环等保护方法。

d.试样的准备试样的材质应与工件相同。

试样有两种：

一种是Φ10mm×

100mm的炉前试棒，用于确定出炉时间，另一种是与工件形状近似的随炉试块，与工件一起处理，用于检查渗碳层深度及金相组织。

e.检查渗剂的数量是否充足

f.应定期清理炉内炭黑，以免引起渗碳不均

②工件装炉

a.将工件装入料筐或挂在吊具上，装吊方式要有利于减少工件的变形。

b.工件相互间或工件与料筐之间的间隙应大于5mm，层与层之间可用丝网隔开，以保证渗碳气氛的流通，使渗碳均匀。

c.在每筐有代表性的位置放一块试样

d．装炉重量及装料总高度应小于设备规定的最大装载量和炉膛有效尺寸。

e．材质相同、渗碳层技术要求相同、渗碳后热处理方式相同的工件，放在同一炉生产。

③操作要点

a.升温装炉。

将空炉升温至600℃，启动风扇，在800℃开始滴入渗剂，到渗碳温度即可装炉（严禁在＜750℃时向炉内滴注任何有机液体，以防低温下其滴入炉内造成爆炸）。

b,控制升温速度，使工件各部分之间不产生明显的温差。

c.排气阶段。

工件入炉后，将炉盖压紧密封。

开始加热，并启动风扇。

由于炉温大幅度下降，同时还有大量空气进入炉内，因此本阶段的作用是要使炉温迅速恢复到规定的渗碳温度，同时，要尽快排除进入炉内的空气，防止工件产生氧化。

加大甲醇或煤油的滴量可增加排气速度，使炉内较快形成还原性气氛或渗碳性气氛。

若用煤油排气，滴量只能适当增加，因为此时炉温较低，煤油分解不完全，滴量过度，易产生大量炭黑。

滴量大小应根据炉子的容积来确定。

排气阶段的时间，通常是炉子达到渗碳温度后再延续30～50min,以便完全清除炉内的CO2、H20、O2等氧化脱碳性气体。

当滴入渗碳剂时，应打开排气孔进行排气，将废气点燃。

待炉温达900℃时，加大渗剂滴量，加速排气，至CO2体积分数小于0.5﹪时排气结束（注意仅凭火苗颜色判断排气程度的做法是不准确的）。

d.渗碳阶段。

此阶段的作用是渗入碳原子，并获得一定深度的渗层。

排气阶段结束后，进入渗碳阶段，放入试棒，关好试棒孔，调整渗剂滴量，调整炉内压力为200～500Pa。

排气管的废气火焰稳定，呈浅黄色，长度在80～120mm之间，无黑烟和火星。

根据火焰燃烧的状况可判断炉内工作情况。

若火焰中出现火星，说明炉内炭黑过多；

若火焰过长，尖端外缘呈白亮色，说明渗碳剂供给量太多；

火焰太短，外缘为透明的浅蓝色，则表明渗碳剂供给量不足或炉子漏气。

e.气体渗碳时，渗剂的消耗量与炉型、装炉量及滴注剂种类有关。

一般以100cm2的渗碳面积，滴入1.0～1.2cm3/h的渗剂为宜。

在升温和保温时，不同炉型的滴注量也不同。

f.降温冷却阶段。

在渗碳阶段结束前30～60min，检查炉前试棒渗碳层厚度，确定降温的开始时间。

检查方法有断口目测法和炉前快速分析法。

断口目测法是将渗碳试棒从炉中取出，淬火后打断，观察断口，渗碳层呈白色瓷状，未渗碳部分为灰色纤维状，交界处的碳的质量分数约为0.4﹪，用读数放大镜测量表面至交界处的厚度。

或将试棒断口在砂轮上磨平，用4﹪的硝酸酒精溶液浸蚀磨面，几秒钟后会出现黑圈，黑圈厚度即可近似代表渗碳层厚度，用读数放大镜测量。

当降至规定温度后，工件出炉。

按工艺要求将工件放入冷却坑、有水冷却套的冷却井中冷却，或在空气中散开冷却或直接淬火。

在冷却井中冷却时，为减少氧化脱碳，可向冷却井中倒入一些煤油或酒精。

g.为防止产生炭黑和加速扩散，可通少量氨气。

④操作注意点

a.渗碳罐应保持正压，不得漏气，可用火苗检查炉盖和风扇处有无漏气现象。

b.滴油管不得倾斜，应保持垂直状态，以保证渗剂能直接滴入炉膛内。

c.随时检查炉温，不得超过规定值±

10℃的范围。

d.随时检查渗碳剂的加入量，防止因炉盖振动而发生变化。

（二）主要设备选用及数量计算

（1）设备的选用

根据前述的热处理工艺设计及相关文献的表述，选择如下的几种热处理设备：

推杆式炉，周期式可控气氛井式炉，盐浴炉，输送带式炉。

冷却及清理设备有：

冷却油槽、缓冷坑、酸洗槽与酸洗室、水洗槽、喷丸机。

根据需要添置一些检验设备。

（2）设备及工人的年时基数

根据车间生产性质和任务，一般单件小批量生产性质的综合热处理车间，应采用两班工作制。

其中个别工艺周期较长应连续生产的设备或大型设备应考虑三班工作制；

安装在生产流水线上的热处理设备，应与生产线生产班制相一致。

详细见下表。

项目

生产性质

工作

班制

全年

工作日

每班工

作时数

全年时间损失

（%）

年时

基数

一、设备

一般设备

连续工作制

3

355

8

9

7722

重要设备

阶段工作制

251

16

4718

小型简易热处理炉

7

5571

大型复杂热处理炉

14

7326

二、工人

一般工作条件

1830

较差工作条件

12

1748

1）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的时数减去各种时间损失，即：

式中—设备年时基数（h）；

—设备全年工作日，等于全年日数（365天）-全年假日（10天）-全年星期双休日（104天）=251天；

N—每日工作班数；

n—每班工作时数，一般为8小时，对于有害健康的工作，有时为6.5小时；

—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。

2）工人年时基数

式中—工人年时基数（h）；

—工人全年工作日，等于全年日数（365天）-全年假日（10天）-全年星期双休日（104天）=251天；

—时间损失率，一般取4%，时间损失包括病假、事假、探亲假、产假及哺乳、设备请扫、工作休息等工时损失。

（