热处理车间设计说明书-第二组最终版.doc
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1、杨梦雅:年产500吨高速钢工具热处理工段的设计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 指导教师 胡耀波 职 称 副教授 时 间 2014年1月10日 摘 要本次设计是通过高速钢工具的热处理工段来设计年产量500吨的高速钢工具的热处理车间,主要从生产纲领的计算、材料的选择、工艺的采用、设备的种类以及数量的选取等入手,进行一系列详细的分析和计算,最终得到确定的数据。热处理车间的长为42m,宽为24m。车间中主要设备有中温箱式炉1台、三相埋入式电极盐浴炉6台、井式回火炉3台、冷处理设备1台以及发黑处理设备等,用于高速钢工具的热处理。每台主要设备的负荷率都处于80%到95
2、%之间。除此之外,还有清洗机、喷砂机、液压矫直机和金相显微镜,超声波无损检测仪,硬度计等辅助性设备若干台。采用二班制,设置设备的工作时间约为306天,工人的工作时间为251天。根据车间的设备进行人员配备,总计46人。最后,我们整理各个方面的数据资料,对费用进行统计,得出该热处理车间工作一年产品总成本为8750.69万元。关键词: 热处理 高速钢工具 车间设计目 录1.分析设计题目和原始资料- 4 -1.1 生产纲领的计算- 4 -1.2 工作班次的决定- 6 -1.3 车间性质及车间位置的分析与决定- 6 -2.冶金部分- 7 -3. 工艺部分- 7 -3.1 零件在全厂的加工路线及热处理的位
3、置和次数- 7 -3.2热处理工艺的各工序及各工序的具体参数- 7 -3.2.1 热处理工序- 7 -3.3工艺明细表及典型零件的热处理工艺卡片- 9 -3.4热处理设备类型的选择- 14 -3.5热处理生产纲领按工序分配表- 14 -4. 设备的选择和数量的计算- 15 -4.1 设备类型的选择- 15 -4.1.1烘干、预热、淬火加热、分级淬火设备- 16 -4.1.2回火设备- 16 -4.1.3辅助设备- 16 -4.2设备数量的计算- 16 -4.2.1设备的生产率- 16 -4.2.2设备的年时基数- 16 -4.2.3设备年负荷时数- 17 -4.2.4设备数量计算- 17 -4
4、.2.5负荷率- 17 -4.3设备明细表- 18 -5. 热处理车间(工段)车间平面布置与厂房选择- 20 -5.1车间面积的估算- 20 -5.2厂房结构的确定- 21 -5.3车间的输送带、通道和门- 21 -5.4设备的布置- 21 -6. 热处理车间生产组织- 22 -6.1热处理车间的组织形式- 22 -6.2计算和配备基本生产工人、工程技术人员、行政管理人员等- 22 -6.3车间人员明细表- 23 -7. 技术经济计算及车间设计的技术经济指标- 24 -7.1车间的各种辅助材料、燃料及动力的年消耗量和费用- 24 -7.1.1辅助材料年消耗量和费用- 24 -7.1.2 动力的
5、年消耗量和费用- 25 -7.2用水消耗量和费用- 26 -7.2.1生活用水消耗量及费用- 26 -7.2.2生产用水消耗量及费用- 26 -7.3热处理车间厂房的面积及厂房建筑的投资- 27 -7.4设备费、折旧费等- 27 -7.5车间人员的工资、工资附加费、年工资总额- 28 -7.6 车间办公费用及其他费用- 29 -7.7热处理车间产品成本概算- 30 -7.7.1 年运营成本- 30 -7.7.2刀具材料成本- 30 -7.8热处理车间设计的主要技术经济指标- 30 -8. 结论- 32 -9. 参考文献- 33 - 35 -年产500吨高速钢工具热处理工段的设计1. 分析设计题
6、目和原始资料表1 品种规格序号品种规格和单件重量规格(mm)单重(kg)规格(mm)单重(kg)规格(mm)单重(kg)1正方形车刀条18-2000.5720-2000.7122-2000.852花键拉刀6*11*14*3(3050)0.766*23*26*6(5080)3.728*42*48*8(80120)20.83磨前齿轮滚刀m53.08m85.51m109.584盘形剃齿刀mn2*2404.05mn3*2404.28mn5*2404.55品种规格分配:1、 正方形车刀条:占高速钢总重量的30%,各种规格平均各占1/3;2、 花键拉刀:占高速钢总重量的30%,各种规格平均各占1/3;3、
7、 磨前齿轮滚刀:占高速钢总重量的20%,各规格平均各占1/3;4、 盘形剃齿刀:占合金工具钢总重量的15%,各种规格平均各占1/3。1.1 生产纲领的计算在本任务中,明确给出了需要热处理的产品的品种及数量,因此设计生产纲领时应采用明显的生产纲领。其计算方法为1:A=A0(1+%)式中 A实际产品的年生产量(吨/年或公斤/年、件/年);A0生产纲领中给出的产量(吨/年或公斤/年、件/年);系数(%),一般情况为零,当生产新产品时,为了考虑到在制造过程中出现返修品或进行工艺分析时造成一定的损耗,因而根据实际情况加一个系数。在本任务中取为0.01。由此可得生产纲领明细表,见表2。表2 生产纲领明细表
8、序号产品名称型号规格钢号件重/10-3t生产纲领备注年计划产量/t年计划产量/件系数/%年实际产量/t年实际产量/件1正方形车刀条18-20065420.5750877200.0150.00587729220-20065420.7150704230.0150.00570430322-20065420.8550588240.0150.005588294花键拉刀6*11*14*3(3050)65420.690.7650657890.0150.00565796450.0756*23*26*6(5080)65422.83.7250134410.0150.00513442450.9268*42*48*8
9、(80120)654217.6920.85024040.0150.0052404453.117磨前齿轮滚刀m565423.0833.3108120.0133.303108138m85.5133.360440.0133.30360449m108.6133.338680.0133.303386810盘形齿轮铣刀mn2*24065424.052561730.0125.003617311mn3*2404.282558410.0125.003584212mn5*2404.552554950.0125.003549513其他6542250.0125.003总计500.053368325003368661.
10、2 工作班次的决定热处理车间的工作制度取决于生产性质、工艺过程和生产规模。年产500吨高速钢工具工具热处理工段属于中型生产规模,但从节约能量消耗、提高设备利用率出发,我们决定将所有工人分为三个工作组,采用两班连续工作制,即每天两班,每班8小时,设备工作日306天,工人工作日为251天。两班连续工作制具体实施方法为:第一个工作日,第一、二工作组分别负责早班和晚班,第三工作组休息;第二个工作日,第三、一工作组分别负责早、晚班,第二工作组休息;第三个工作日,第三、二工作组分别负责早、晚班,第一工作组休息,以此类推。1.3 车间性质及车间位置的分析与决定 在本任务中,我们设计的为高速钢工具的热处理车间
11、,为该厂的主要车间,主要进行零件的最终热处理。 由于热处理生产与相邻工序生产(锻造和机加工)在工艺上和组织生产商的关系十分密切,因此我们设计热处理车间与锻工车间、机械加工车间共用一栋厂房。这不但缩短了工件在生产过程中的运输途径,减少了运输工具及工人的需要量,而且缩短了生产周期,减少了车间仓库面积的需要量,同时也减少了运输造成的产品品种混淆、钢号错乱及工件表面或刃部碰伤的可能性1。热处理车间机加工车间锻工车间图1车间位置示意图热处理车间与锻工车间、机械加工车间之间的相对位置关系如图1所示。热处理车间占一个跨度。在锻工车间锻造后的零件运入热处理车间进行预备热处理,然后由热处理车间运入机械加工车间进
12、行加工,加工完毕返回热处理车间进行最终热处理,最后再返回机械加工车间进行精加工。2. 冶金部分高速钢的牌号很多,且各自具有很多不同的特点及应用范围。用高速钢作为刀具材料,应根据加工材料的性能、制造刀具的类型、加工方式和工艺系统刚性、成本和来源等条件合理选择。目前,我国最常用的通用型高速钢是W18Cr4V和W6Mo5Cr4V2,俗称18-4-1和6-5-4-2。2这两种高速钢通用性较强,可用来制造任务书中提到的所有刀具。其中W6Mo5Cr4V2的突出特点是具有很高的硬度、耐磨性及热硬性(也称红硬性),当刃具温度高达500600摄氏度左右时,硬度仍无明显下降,能以比低合金刃具钢更高的速度进行切削,
13、主要用于制造切削速度高、负荷重、工作温度高的各种切削刀具,如车刀、铣刀、滚刀、刨刀、拉刀、钻头、丝锥等。W6Mo5Cr4V2钢为钨钼系通用高速钢的代表钢号。该钢具有碳化物细小均匀、韧性高、热塑性好等优点。由于资源与价格关系,许多国家以W6Mo5Cr4V2钢取代W18Cr4V而成为高速钢的主要钢号。因此,我们选择用W6Mo5Cr4V2制造正方形车刀条、花键拉刀、磨前齿轮滚刀、盘形剃齿刀。而为了节约成本,花键拉刀的刀柄部分采用45钢3. 工艺部分3.1 零件在全厂的加工路线及热处理的位置和次数所有零件在全厂的加工路线均为原材料锻造热处理(退火)机械加工热处理(淬火)、回火精加工(磨削),因此共需要
14、两次热处理,第一次是锻造之后的退火,第二次是机械加工之后的最终热处理。而本次热处理车间的设计只考虑最终热处理。3.2热处理工艺的各工序及各工序的具体参数3.2.1 热处理工序2l 烘干 为避免高速钢在加热时飞溅,高速钢热处理时需先进行200左右2min时间的烘干。l 预热由于高速钢合金含量高,导热性较差,淬火加热前必须进行预热,通常为两次。34低温预热:500600保温0.8-1.0minmm(盐浴炉)。中温预热:800850保温0.4-1.0minmm(盐浴炉)。l 淬火加热 高速钢淬火温度的选择:从增加碳化物溶入量、提高奥氏体合金化程度的角度来说,奥氏体化温度越高越好,以便增加钢的耐磨性和
15、红硬性。但从晶粒度、强度的角度来说,随着奥氏体化温度的升高,钢的晶粒组化,到达一定限度以后,钢的强度和韧性就会下降。而这两方面都与工具的使用寿命有密切的关系,因此正确地选择淬火温度,对工具的使用寿命有极大的影响。W6Mo5Cr4V2的淬火温度通常12101250。 当工件几何形状复杂,厚薄不均,在整体加热时,容易产生局部过热,甚至引起变形和开裂。所以在保证必要的热硬性前提下,应适当降低加热温度。另外对于要求精度很高的刀具,为了减少变形,也应适当降低加热温度。 对于截面小的刀具如小钻头等,在使用过程中,往往感到强度不足,为了使工具具有综合的机械性能,应采用较低的淬火温度。对于截面积较大,承受单位
16、较小的工具,强度不致发生问题,故应采用较高的淬火温度,以求提高其热硬性。对于工具刃部工作时受热较高,但冲击载荷小、形状简单的刀具,如车刀等,则宜采用较高的淬火温度,以期获得较高的热硬性。l 冷却 高速钢刀具的淬火冷却方式一般采用盐浴分级淬火,贝氏体等温淬火适用于形状复杂的大型刀具(以防止淬冷开裂)和要求淬冷畸变很小的刀具。分级冷却温度通常为550或600,分级时间与淬火加热时间相同。盐浴分级冷却后,在下贝氏体区等温停留,有利于减小淬火应力。通常在240260等温60240min,可形成大量贝氏体,并显著提高高速钢的强度和硬度。l 回火 高速钢回火规范的确定,一般都以获得最高回火硬度,残留奥氏体
17、的充分分解和消除内应力为原则。高速钢回火应达到最佳的碳化物二次析出硬化效应、残留奥氏体记分转变和残留应力彻底消除的三大目标。高速钢淬火加热后奥氏体中含有大量碳和合金元素,Ms和Mf点显著降低,淬火后总保留着大量残留奥氏体,影响尺寸稳定性。普通高速钢的回火硬化峰值均在540560左右,所以大多数高速钢通常选择540560回火。通常采用多次回火,每次11.5小时。经三次回火后残余奥氏体量降到了1%2%。此外,由于柄部材料45钢,柄部与头部通过焊接连接,需要对其柄部进行专门的淬火处理。花键拉刀要垂直加热、垂直冷却,并需要校直。3.3工艺明细表及典型零件的热处理工艺卡片零件的热处理工艺明细表如下表3所
18、示:表3 零件的热处理工艺明细表序号零件编号零件名称产品型号钢号淬火回火要求烘干第一次预热第二次预热加热冷却方式温度()时间HRC备注温度()时间(s)温度()时间(s)温度()时间(s)温度()时间(s)11-1正方形车刀条18-200654220012085087060012301240300在235盐浴中冷却(中性盐)至240280保温左右1.5h,空冷。5505601h,3次6421-220-200850870123012403105505601h,3次6431-322-200850870123012403205505601h,3次6442-1花键拉刀6*11*14*3(3050)65
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