熱處理工藝課程設(shè)計-粗紗錠桿課程設(shè)計.doc

第1頁共31頁1前言金屬熱處理是機(jī)械制造中的重要工藝之一，與其他加工工藝相比，熱處理一般不改變工件的形狀和整體的化學(xué)成分，而是通過改變工件內(nèi)部的顯微組織，或改變工件表面的化學(xué)成分，賦予或改善工件的使用性能。其特點是改善工件的內(nèi)在質(zhì)量，而這一般不是肉眼所能看到的。為使金屬工件具有所需要的力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能，除合理選用材料和各種成形工藝外，熱處理工藝往往是必不可少的。鋼鐵是機(jī)械工業(yè)中應(yīng)用最廣的材料，鋼鐵顯微組織復(fù)雜，可以通過熱處理予以控制，所以鋼鐵的熱處理是金屬熱處理的主要內(nèi)容。另外，鋁、銅、鎂、鈦等及其合金也都可以通過熱處理改變其力學(xué)、物理和化學(xué)性能，以獲得不同的使用性能。熱處理不僅對機(jī)械加工的順利進(jìn)行和保證加工效果起著重要作用，而且在改善或消除加工后缺陷，提高工件的使用壽命等方面起著重要作用。熱處理工藝課程設(shè)計是我們專業(yè)課程知識綜合應(yīng)用的實踐訓(xùn)練，著是我們邁向社會，從事職業(yè)工作前一個必不少的過程我們今天認(rèn)真的進(jìn)行課程設(shè)計，學(xué)會腳踏實地邁開這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會大潮中奔跑打下堅實的基礎(chǔ)。作為一名金屬材料工程專業(yè)的學(xué)生，我覺得這次課程設(shè)計是十分有意義的。大學(xué)的專業(yè)課程的學(xué)習(xí)已經(jīng)基本上結(jié)束，我們在課堂上接觸的僅僅是專業(yè)基礎(chǔ)課上的理論方面，如何去面對現(xiàn)實中的各種熱處理工藝設(shè)計？如何把我們學(xué)到的專業(yè)基礎(chǔ)理論和用到實踐中去呢？這次專業(yè)課程設(shè)計就為我們提供了這樣一個平臺。課程設(shè)計是我們專業(yè)課程知識綜合應(yīng)用的實踐訓(xùn)練，著是我們邁向社會，從事職業(yè)工作前一個必不少的過程我們今天認(rèn)真的進(jìn)行課程設(shè)計，學(xué)會腳踏實地邁開這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會大潮中奔跑打下堅實的基礎(chǔ)完成這次課程設(shè)計，需要綜合運(yùn)用本專業(yè)所學(xué)課程的理論和生產(chǎn)實際知識進(jìn)行一次熱處理設(shè)計工作的實際訓(xùn)練從而培養(yǎng)和提高學(xué)生獨立工作能力，鞏固與擴(kuò)充了專業(yè)課程所學(xué)的內(nèi)容，掌握熱處理工藝設(shè)計的方法和步驟，掌握怎樣根據(jù)零件的服役條件選擇材料、分析零件的工藝性，確定工藝方案，分析工藝的可行性。同時各科相關(guān)的課程都有了全面的復(fù)習(xí)，獨立思考的能力也有了提高。真正做到學(xué)以致用并從中發(fā)現(xiàn)自己平時學(xué)習(xí)的不足和薄弱環(huán)節(jié)，從而加以彌補(bǔ)。第2頁共31頁由于本人的設(shè)計能力有限，在設(shè)計過程中難免出現(xiàn)錯誤，懇請老師們多多指教,我十分樂意接受你們的批評與指正。2零件圖分析圖1粗紗錠桿零件圖2.1零件的總體分析錠桿是由纖維束加捻卷繞零件“錠子”內(nèi)的一根軸。錠子分為粗紗錠桿和細(xì)沙錠桿兩大類，細(xì)紗機(jī)的錠桿比粗紗機(jī)的錠桿的轉(zhuǎn)速還要高。錠桿的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)直接影響錠子的運(yùn)轉(zhuǎn)，影響到紗的質(zhì)量和產(chǎn)量。其錠子為一圓柱形長桿，直徑為1922mm，長度為7001000mm，隨機(jī)型而定。錠子下端插在固定龍筋上作為下支承的錠腳油杯內(nèi)，中部靠錠管上部的一段內(nèi)壁支承。錠子頂端有凹槽，使錠翼銷嵌入其中。為了使錠翼易于插上和拔下，凹槽部分的外圓有錐度，以與錠翼套管內(nèi)壁相吻合。豎式錠翼在落紗時需將錠翼拔出，費時又費工，并易損壞錠翼，難以實現(xiàn)自動落紗。并限制了粗紗機(jī)技術(shù)性能的提高，所以已被懸錠所代替。2.2零件的結(jié)構(gòu)形狀分析零件結(jié)構(gòu)形狀如圖1所示。第3頁共31頁2.3零件的尺寸及技術(shù)要求分析尺寸要求：中段直徑：35mm錠尖直徑大約為中段直徑的2/3即24mm技術(shù)要求：粗紗錠桿第一段硬度：35-45HRC第二段硬度：35-42HRC第三段硬度：62-80HRC3零件的服役條件及失效形式分析3.1服役條件錠桿是紡織機(jī)上的重要零件,它的回轉(zhuǎn)速度達(dá)到每分鐘一萬二千轉(zhuǎn)左右。由于這樣高的速度,加上紗、銅管、錠盤的負(fù)荷,因而尖端部分在錠膽中轉(zhuǎn)動時造成了劇烈的摩擦作用；所以錠桿的尖端部分必須要有很高的硬度及很好的耐磨性來防止這些磨耗。同時在紗廠應(yīng)用的時候,經(jīng)常需要更換銅管；但是工人不可能非常垂直地拔出來,總是或多或少地帶有一點偏斜,這個偏斜產(chǎn)生的同時,錠桿也會有些彎曲。如果錠桿沒有適當(dāng)?shù)捻g性,很容易因而引起折斷現(xiàn)象3.2失效形式主要是錠桿在轉(zhuǎn)動時受到的扭矩而產(chǎn)生的折斷和由于錠桿高速轉(zhuǎn)動而劇烈摩擦產(chǎn)生的表面磨損4材料選擇4.1粗紗錠桿的性能要求根據(jù)粗紗錠桿的工作狀況，可以初步得出其材料應(yīng)滿足的性能要求：一是具有較高的硬度，良好的韌性和耐磨性，以保證粗紗錠桿滿足高速工作下具有足夠好的耐磨性和不易斷裂；二是具有良好的抗疲勞和抗沖擊韌性的性能，使粗紗錠桿零件能夠在良好的服役條件下長時間的工作。4.2粗紗錠桿的材料選擇為滿足粗紗錠桿使用性能的要求，通過查閱熱處理手冊（第四版）第二卷典型零件處理得出T10A強(qiáng)度及耐磨性均較T8和T9高，但熱硬性低、淬透性不高且淬火變形大。適于制造切削條件差、耐磨性要求較高，且不受忽然和劇烈振動，需要一定韌性及具有鋒利刀口的各種工具，如車刀、刨刀、車軸、低精度而第4頁共31頁外形簡單的量具(如卡板等)，可用作不受較大沖擊的耐磨零件。T10A鋼又稱通用低淬透性冷作模具鋼，高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼，優(yōu)點是可加工性能好，價格便宜，來源容易，但是淬透性較差，淬火變形大，因為鋼中含有合金元素少，回火抗力低，承載能力低。因此粗紗錠桿選擇材料為T10A，表示平均含量為1%的高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼。具體化學(xué)成分如下表T10A鋼化學(xué)成分表牌號化學(xué)成分W/%CMnSiSP小于或等于T10A0.95-1.040.400.350.0200.030T10A鋼各臨界相變點溫度相變點臨界相變溫度Ac1727Ms230Acm8005確定加工路線（冷、熱加工）加工工藝主要包括機(jī)加工和熱處理工藝。機(jī)加工是指通過加工機(jī)械精確去除材料的加工工藝。它直接改變毛坯的形狀、尺寸和表面質(zhì)量等，使其成為零件的過程稱為機(jī)械加工工藝過程。熱處理是將金屬材料放在一定的介質(zhì)內(nèi)加熱、保溫、冷卻，通過改變材料表面或內(nèi)部的金相組織結(jié)構(gòu),來控制其性能的一種金屬熱加工工藝。制造工藝路線：熱軋棒料下料正火+球化退火車削整體淬火+中溫回火矯直車削錠尖感應(yīng)加熱淬火+低溫回火磨削檢驗入庫第5頁共31頁5.1正火和球化退火工藝簡介粗紗錠桿鍛件在鍛后若沿晶界出現(xiàn)網(wǎng)狀碳化物時，則先進(jìn)行正火處理，主要是消除網(wǎng)狀碳化物，為后面的球化退火做準(zhǔn)備。T10A鋼經(jīng)過熱軋后組織不均勻內(nèi)應(yīng)力較大，易變形開裂，一般采取球化退火，使?jié)B碳體成球狀均勻分布，以獲得鐵素體機(jī)體上分布的細(xì)小均勻的球粒狀碳化物組織。球化退火是使鋼中碳化物球化而進(jìn)行的退火工藝。球化退火主要適用于共析鋼和過共析鋼，如碳素工具鋼、合金工具鋼、軸承鋼等。這些鋼經(jīng)軋制、鍛造后空冷，所得組織是片層狀珠光體與網(wǎng)狀滲碳體，這種組織硬而脆，不僅難以切削加工，且在以后淬火過程中也容易變形和開裂。而經(jīng)球化退火得到的是球狀珠光體組織，其中的滲碳體呈球狀顆粒，彌散分布在鐵素體基體上，和片狀珠光體相比，不但硬度低，便于切削加工，而且在淬火加熱時，奧氏體晶粒不易長大，冷卻時工件變形和開裂傾向小。另外對于一些需要改善冷塑性變形（如沖壓、冷鐓等）的亞共析鋼有時也可采用球化退火。5.2整體淬火+中溫回火工藝簡介淬火的目的是為了獲得馬氏體組織，增加工件的硬度回火是將淬火鋼加熱到奧氏體轉(zhuǎn)變溫度以下，保溫1到2小時后冷卻的工藝。回火往往是與淬火相伴，并且是熱處理的最后一道工序。經(jīng)過回火，鋼的組織趨于穩(wěn)定，淬火鋼的脆性降低，韌性與塑性提高，消除或者減少淬火應(yīng)力，穩(wěn)定鋼的形狀與尺寸，防止淬火零件變形和開裂，中溫回火是指工件在250500之間進(jìn)行的回火。目的是得到較高的彈性和屈服點，適當(dāng)?shù)捻g性。回火后得到回火托氏體，指馬氏體回火時形成的鐵素體基體內(nèi)分布著極其細(xì)小球狀碳化物（或滲碳體）的復(fù)相組織。5.3感應(yīng)加熱淬火+低溫回火簡介感應(yīng)加熱淬火是最常用的表面加熱淬火方法，具有工藝簡單、工件變形小、生產(chǎn)效率高、省能、環(huán)境污染少、工藝過程易于實現(xiàn)機(jī)械化和自動化等優(yōu)點感應(yīng)淬火后的零件可在爐中回火，也可以采用自回火或感應(yīng)加熱回火。爐中回火通常適用于感應(yīng)淬火冷透的工件、浸淬以及薄壁和形狀復(fù)雜的工件，通常在空氣爐或油浴護(hù)中回火。自回火就是利用感應(yīng)淬火冷卻后殘留第6頁共31頁下來的熱量而實現(xiàn)的短時間回火。采用自回火是應(yīng)該嚴(yán)格控制冷卻劑的溫度、噴冷時間和噴射壓力，對工藝要求較高。連續(xù)感應(yīng)淬火的長軸或其他零件，有事采用感應(yīng)加熱回火比較方便。這種回火方法，可以緊跟淬火后進(jìn)行。由于回火溫度低于磁性轉(zhuǎn)變溫度，電流的透入深度較小。另一方面，為降低表面淬火件過渡層中的殘留壓應(yīng)力，回火的感應(yīng)加熱層深度應(yīng)比淬火層深才能達(dá)到回火目的。因此，感應(yīng)加熱回火應(yīng)采用很低的頻率或很小的比功率，延長回火時間。6熱處理工藝方法選擇和詳細(xì)熱處理工藝6.1正火工藝的選擇6.1.1正火加熱溫度的確定對于T10A鋼來說，含碳量為1%,根據(jù)鐵碳合金相圖可以得到Acm的溫度為800，可以得到錠桿的加熱溫度為Acm+（30-50），即830-8506.1.2正火加熱時間的確定錠桿在箱式電阻爐的加熱時間根據(jù)熱處理手冊（第四版）第一卷可以得到正火加熱時間的計算公式為t=akD式中t-加熱時間（min或s）a-加熱系數(shù)（min/mm或s/mm）D-工件有效厚度（mm）K-工件轉(zhuǎn)爐條件修正系數(shù)，通常取1.0-1.5.根據(jù)公式，可以得到a=（20-30）min/25，取K=1，錠桿的有效厚度為45mm，錠桿的加熱時間大致為45/25*（20-30）min=36-54min，初步定第7頁共31頁為50min.6.1.3冷卻方式和介質(zhì)在空氣中冷卻到室溫6.1.4正火工藝曲線6.2退火工藝的選擇6.2.1球化退火加熱溫度的選擇常用工具鋼等溫球化退火工藝規(guī)范鋼號臨界點/加熱溫度/等溫溫度/硬度HBWAc1AcmAr1750-770680-700197T10A730800700根據(jù)表格，選擇加熱溫度為750-770，等溫溫度為