精选板牙热处理工艺设计低合金刃具钢.docx

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精选板牙热处理工艺设计低合金刃具钢

山西机电职业技术学院

毕业设计（论文）说明书

材料工程系金属材料与热处理技术专业

毕业设计（论文）题目板牙热处理工艺设计低合金刃具钢

班级：

材料0907

学生姓名徐建飞学号29210220

指导教师孙佳佳

2012年4月15日

前言

　　在当今社会生产中，金属材料的应用是十分广泛的，尤其是钢铁材料，在工业、农业、交通运输、建筑以及国防等各方面都离不开它。

随着现代化工农业以及科学技术的发展，人们对金属材料的性能要求越来越高。

为满足这一点，一般可以采取两种方法：

研制新材料和对金属材料进行热处理。

热处理是一种综合工艺，热处理工艺就是研制这种综合工艺的原理及规律一门学科。

　　热处理工艺设计是整个机械加工过程中的一个重要环节，它与工件设计及其它加工工艺之间存在密切关系。

如何实现工件设计时提出的几何形状和加工精度，满足设计时所需的各种性能指标，热处理工艺制定的合理与否，有着至关重要的作用。

现在工业的迅速发展对机械零部件，工模具等提出的要求愈来愈高。

热处理不仅对锻造机械加工的顺序进行和保证加工效果起者重要作用，而且在改善或消除加工后的缺陷，提高工件使用寿命的方面起着重要作用。

为获得理想的组织与性能，保证零件在生产过程中的质量稳定性和使用寿命，就必须从工件的特点、要求和技术条件入手，认真分析产品在使用过程中的受力状况和可能的失效形式，正确选材，再根据生产规模，现场条件，热处理设备提出几种可行的热处理方案，最后根据其经济性，质量稳定性和便于管理方面，降低成本等因素，确定出一种最佳方案。

1.板牙及其分类及其使用方法注意事项和维护……………………………………………………………………4

1.1什么是板牙……………………………………………………………………4

1.2板牙的分类……………………………………………………4

1.3板牙的使用方法………………………………………………5

1.4注意事项………………………………………………6

1.5、维护………………………………………………7

2.板牙的服役条件及可能的失效形式………………………………………………8

2.1疲劳断裂的分析………………………………………………8

2.2磨损失效的分析………………………………………………8

2.3变形失效的分析………………………………………………9

3.CrWMn化学成分………………………………………………10

3.1CrWMn钢的化学成分……………………………………………10

3.2板牙热处理加工路线……………………………………………10

3.3力学性能………………………………………………11

3.4物理性能………………………………………………11

3.5板牙热处理工艺规程……………………………………………11

3.5.1热加工………………………………………………11

3.5.2预先热处理………………………………………………12

3.5.3球化退火………………………………………………13

3.5.4淬火………………………………………………13

3.5.5低温回火工艺………………………………………………15

3.5.6各热处理后金相组织图………………………………………………16

3.5.7板牙淬火后板牙的经验项目、内容和要求………………………………………………18

3.5.8板牙热处理中常见的缺陷及措施………………………………………………19

4总结………………………………………………20

5参考文献………………………………………………21

第1章板牙及其分类及其使用方法注意事项和维护.

1.1什么是板牙

板牙相当于一个具有很高硬度的螺母，螺孔周围制有几个排屑

板牙

孔，一般在螺孔的两端磨有切削锥。

板牙按外形和用途分为圆板牙、方板牙、六角板牙和管形板牙（见图板牙的类型）。

其中以圆板牙应用最广，规格范围为M0.25～M68毫米。

当加工出的螺纹中径超出公差时，可将板牙上的调节槽切开，以便调节螺纹的中径。

板牙可装在板牙扳手中用手工加工螺纹，也可装在板牙架中在机床上使用。

板牙加工出的螺纹精度较低，但由于结构简单、使用方便，在单件、小批生产和修配中板牙仍得到广泛应用。

1.2板牙的分类

　　板牙按外形和用途分为圆板牙、方板牙（四方板牙）、六方板牙（六角板牙）、管

板牙

形板牙和管子板牙.其中以圆板牙应用最广,规格范围为M0.25～M68mm.圆板牙、六方板牙国家均有国标,但五金市场上一般只能买到圆板牙,很难买到六方板牙,更别说四方板牙了.由于四方板牙（图1）没有国标,生产厂家更少,且外观也不尽相同.但是,四方板牙在维修和安装机器设备中,却非常有用.

按板牙材料分类有:

工具钢板牙（用于镀锌管,无缝钢管,圆钢筋,铜材,铝材等加工丝口用）

　　高速钢板牙（用于不锈钢管,不锈钢圆帮加工丝口用）

　　还有就是根据特殊套丝机型分类有:

　　50A型板牙/100A型板牙/MCC套丝机板牙/REX套丝机板牙/Q74板牙/114R板牙/青羊板牙

　　按板牙材料分类有:

工具钢板牙（用于镀锌管,无缝钢管,圆钢筋,铜材,铝材等加工丝口用）高速钢板牙（用于不锈钢管,不锈钢圆帮加工丝口用）英制板牙（BSPT）板牙的牙角度为55度美制板牙（NPT）板牙的牙角度为60度　

1.3板牙的使用方法

　　用圆片板牙加工螺纹时，呈半切削半挤压状态。

板牙的内径和中径为切削部

板牙

分，尤其是板牙内径要承受较大的切削力，因此必须具有一定的强度和切削能力。

考虑到板牙切削出的螺钉与螺孔配合时应有一定的间隙，并考虑到磨损量，故设计板牙时，应使内径和中径小于螺纹内径、中径的标称尺寸。

jmM0.8的螺纹内径D内=0.584毫米，板牙的内径D板内。

．，=0.55毫米，M0.8的螺纹中径D中=0.67毫米，板牙的中径应为D板中m．x=0.67毫米，一般确定在0.66—0.67毫米．在实际生产中，板牙由于中径磨损造成报废的情况很少，所以在设计时对中径的磨损量可考虑得小些。

但如果中径过小，则螺纹的推压力就取增大，所以板牙的中径不宜设计过小。

螺纹的外径是通过切削时金属在板牙的挤压作用下塑性变形而得到。

为了不使金属发生阻塞致使工件折断，板牙的外径不应参加工作，它与被切削之间要留有间隙。

如切削M0.8螺纹，板牙外径最小为0.8毫米，一般外径要加大0-02^0.03毫米．

1.4注意事项

　　先在螺栓坯料的端部加工出45度的倒角，以防止在板牙的导向刃上产

板牙

生突然加载现象。

同时要确保圆板牙或六角板牙垂直地切入螺栓坯料。

　　尽可能减小螺栓坯料的直径，即确保与螺栓大径有关的公差靠近下限，这样可把攻丝时产生的切削力降至最低。

　　使用带刃倾角部分的板牙，这样可确保把切屑导出切削加工区域。

　　采用正确的冷却液，并把足量的冷却液对准切削加工区域。

　　在调节开口板牙时，不得把板牙张开，张开的板牙在攻丝时会对工件产生刮擦而不是切削。

均匀地转动调节螺钉，可把开口板牙闭合大约0.15mm。

若压力只作用在板牙的一边，可能会使板牙损坏。

1.5、维护

　　1）搬运注意项目：

将板牙头在套丝位置锁定，使板牙完全伸开，将倒角刀在倒角位置锁定，之后方能可靠搬运。

2）安放：

安放机器时，四支脚的长度必需进行调节，即要使后卡盘比前卡盘高些。

（这样的好处就是套丝机工作时，切削油不会往管子内壁渗）。

CrWMn是制作模具最常用的高碳合金工具钢。

第2章板牙的服役条件及可能的失效形式

2.1疲劳断裂的分析

疲劳断裂是机械零件在循环应力作用下，将会出现的疲劳断裂。

所有机械零件在工作过程中的实效疲劳断裂与断裂失效的50%~90%时，疲劳断裂一般会发生突然，危害性大，疲劳断裂是发生在零件的局部应力区，某些晶粒在变力作用下形成微裂纹，随着循环数增加，裂纹继续扩展，导致最终疲劳断裂。

针对疲劳断裂的特点，可以采用各种强化方法来提高零件的抗疲劳能力。

2.2磨损失效的分析

　　磨损是相互接触的零件间存在滑动时，接触表面会因发生摩擦损坏而引起形状变化的现象，它是一种可以看到的，渐发生的破坏形式。

主要有磨粒磨损和黏着磨损。

　　磨粒磨损是由于相对运动的物体接触时，滑动表面高低不平，凸出的硬质点将轴的接触面刨出沟槽或划伤而产生的破坏。

常见的磨粒磨损有：

与切削、磨削加工类似的和有高强度、高硬度的磨粒进入两个接触面间的沟槽。

　　黏着磨损是在两个相对运动的物体直接接触中，由于接触应力很高而引起塑性变形，导致物体接触，温度升高并发生黏着、焊合现象，分离时黏合处撕开，从而将小块料撕去，造成表面损伤。

　　提高耐磨性，一是要材料有高硬度，若材料中存在耐磨硬颗粒，更有利。

二是材料具有小的摩擦系数，降低配对材料间的原子结合力，此外，改善润滑条件，细化表面粗糙度，使机械零件保持清洁等，均有利于减少摩擦磨损。

2.3变形失效的分析

变形失效主要有弹性和塑性变形失效。

弹性变形失效是零件过量弹性变形产生的失效。

主要是指失去弹性的能力，属于功能失效。

引起弹性变形的原因零件刚度不够，除结构因素外，还取决与材料的弹性模量，因此，要预防弹性变形失效，因选择弹性模量高的材料来制作零件。

塑性变形失效是零件因过量塑性变形产生的失效，主要由于应力过大造成的。

零件产生塑性变形，是由于实际工作应力超过了这种材料的屈服强度。

在设计装配使用正常情况下，应考虑选用高屈服强度材料。

CrWMn钢具有高淬透性。

由于钨形成碳化物，这种钢在淬火和低温回火后具有比铬钢和9SiCr钢更多的过剩碳化物和更高的硬度及耐磨性。

此外，钨还有助于保存细小晶粒，从而使钢获得较好的韧性。

所以由CrWMn钢制成的刃具，崩刃现象较少，并能较好地保持刀刃形状和尺寸。

但是，钢对形成碳化物网比较敏感，这种网的存在，就使工具刃部有剥落的危险，从而使工具的使用寿命缩短，因此，有碳化物网的钢，必须根据其严重程度进行锻压和正火。

这种钢用来制造在工作时切削刃口不剧烈变热的工具和淬火时要求不变形的量具和刃具，例如制作刀、长丝锥、长铰刀、专用铣刀、板牙和其他类型的专用工具，以及切削软的非金属材料的刀具。

根据板牙的服役条件和失效形式选择CrWMn作为板牙热处理的材料

第3章CrWMn化学成分

3.1CrWMn钢的化学成分（GB/T1229-2000）w/%

CrWMn合金工具钢

碳C：

0.90～1.05

　　硅Si：

≤0.40

　　锰Mn：

0.80～1.10

　　硫S：

≤0.03

　　磷P：

≤0.03

　　铬Cr：

0.90～1.20

　　镍Ni：

允许残余含量≤0.25

　　铜Cu：

允许残余含量≤0.30

钨W：

1.20～1.60

3.2板牙热处理加工路线

要求热处理后变形小，尺寸稳定，表面硬度54~58HRC。

用CrWMn钢制造，其工序为：

热扎钢下料—→预先热处理—→球化退火—→粗加工—→淬火—→低温回火—→精加工—→精磨

3.3力学性能

　　硬度：

退火，255～207HB，压痕直径3.8～4.2mm；淬火，≥62HRC

　　热处理规范及金相组织：

　　热处理规范：

淬火,800～830℃油冷。

　　交货状态：

钢材以退火状态交货。

3.4物理性能

CrWMn钢临界温度示于表2-13-2其饱和磁感Bs为1.82~1.86T；电阻约为0.24×10-6Ω·m。

　　表2-13-2CrWMn钢的临界温度

临界点

Acl

Acm

Arl

温度（近似值）/℃

750

940

710

3.5板牙热处