表面工程課程設(shè)計(jì)

1、iJ I A N G S U U N I V E R S I T Y現(xiàn)代表面工程課程設(shè)計(jì)學(xué)院名稱：材料科學(xué)與工程學(xué)院專業(yè)班級(jí)：金屬1002姓 名：鄒振強(qiáng)學(xué) 號(hào)：31007020402012年1月16日2零件主視圖(mm)be零件實(shí)物圖3、零件1零件名稱：呆梅雙用扳手2.零件尺寸零件高度：10mm零件長(zhǎng)度：見(jiàn)零件圖零件寬度：見(jiàn)零件圖二、服役條件服役環(huán)境：普通大氣環(huán)境或油污環(huán)境用途：扳手的主要用途是用來(lái)擰緊或旋松螺釘、螺母工作原理：利用杠桿原理擰轉(zhuǎn)螺栓、螺釘、螺母和其他螺紋緊持螺栓或螺母的開(kāi) 口或套孔固件的手工工具。扳手通常在柄部的一端或兩端制有夾柄部施加外力柄 部施加外力，就能擰轉(zhuǎn)螺栓或螺母持螺

2、栓或螺母的開(kāi)口或套孔。 使用時(shí)沿螺紋旋 轉(zhuǎn)方向在柄部施加外力，就能擰轉(zhuǎn)螺栓或螺母。三、所需性能扳手是一件生活中常見(jiàn)的工具，其用途十分廣泛，工廠中零部件的裝配，汽車的 維修，生活中小物件的加固，都需要用到扳手，我們所介紹的扳手是運(yùn)用在工廠 車間的扳手，工廠的條件決定了它必須具有如下特點(diǎn)；1.耐腐蝕我們平常的加工車間油污較重，對(duì)扳手的腐蝕加劇，加速扳手的生銹，所以必須 要具有耐油不易生銹的特點(diǎn)。2.耐磨扳手的用途決定了其必須具備常溫耐磨的特點(diǎn)3.輕質(zhì)扳手主要是由人工操作，輕質(zhì)的特點(diǎn)可以讓工人工作起來(lái)更省力，工作效率更高4.強(qiáng)度大。4扳手有時(shí)會(huì)受到較大的力，必須具備較大的強(qiáng)度。5.價(jià)格適中，使用周期

3、長(zhǎng)工具的價(jià)格太高，使用周期太短會(huì)給工廠帶來(lái)諸多不便，所以要從客戶角度出發(fā), 研究出材質(zhì)廉價(jià)，使用壽命長(zhǎng)的工件。四、工藝選擇1.材料選擇鉻釩鋼：化學(xué)符號(hào)CR-V，是鋼材中質(zhì)量較好的碳鋼：質(zhì)量一般，市面流通的較多目前市面上主要流通的是用45鋼材料制作的，也有少部分用50鋼制作，稍微高 端點(diǎn)的采用40CrV,50CrV。鉻釩鋼在硬度和耐磨、耐腐蝕性能都比碳鋼好，同樣 制作工藝上講要比碳鋼更復(fù)雜，價(jià)格也很高。為了我們的工具有更好的使用性能 和性價(jià)比，我們可以采用比4 5鋼價(jià)格略高，但是性能更好的40Cr鋼。鉻能顯著提高強(qiáng)度、硬度和耐磨性，但同時(shí)降低塑性和韌性。鉻還能提高鋼的抗氧化 性和耐腐蝕性，同時(shí)也

4、提高鋼的淬透性，使工件在后續(xù)熱處理中獲得更多的M,提高工件的硬度。綜合以上，所以我們采用4 0Cr鋼。2.4 0Cr鋼扳手毛坯加工工藝選擇1、毛坯加工工藝的選擇A、常見(jiàn)的毛坯加工工藝常見(jiàn)的毛坯加工工藝有鑄造和鍛造。鑄造是將金屬熔煉成符合一定要求的液 體并澆進(jìn)鑄型里，經(jīng)冷卻凝固、清整處理后得到有預(yù)定形狀、尺寸和性能的鑄件 的工藝過(guò)程。鑄造毛坯因近乎成形，而達(dá)到免機(jī)械加工或少量加工的目的降低了 成本并在一定程度上減少了制作時(shí)間。鑄造是現(xiàn)代裝置制造工業(yè)的基礎(chǔ)工藝之鍛造是一種利用鍛壓機(jī)械對(duì)金屬坯料施加壓力，使其產(chǎn)生塑性變形以獲得具 有一定機(jī)械性能、一定形狀和尺寸鍛件的加工方法，鍛壓（鍛造與沖壓）的兩大

5、組 成部分之一。通過(guò)鍛造能消除金屬在冶煉過(guò)程中產(chǎn)生的鑄態(tài)疏松等缺陷，優(yōu)化微觀組織結(jié)構(gòu)，同時(shí)由于保存了完整的金屬流線，鍛件的機(jī)械性能一般優(yōu)于同樣材 料的鑄件。鑄造的優(yōu)缺點(diǎn)：5優(yōu)點(diǎn)：1）生產(chǎn)成本低。鑄造是比較經(jīng)濟(jì)的毛坯成形方法，對(duì)于形狀復(fù)雜 的零件更能顯示出它的經(jīng)濟(jì)性。2） 鑄造的零件尺寸和重量的適應(yīng)范圍很寬，金屬種類幾乎不受限 制。3）可生產(chǎn)形狀復(fù)雜的毛坯， 特別適用于生產(chǎn)具有復(fù)雜的內(nèi)腔的零件， 節(jié)省切削加工工時(shí)，生產(chǎn)效率高。缺點(diǎn)：1）需用材料和設(shè)備多。2）鑄造生產(chǎn)會(huì)產(chǎn)生粉塵、有害氣體和噪聲對(duì)環(huán)境的污染。3）鑄件質(zhì)量不穩(wěn)定，尺寸精度不高鍛造的優(yōu)缺點(diǎn):鍛造改善金屬的內(nèi)部組織，提高金屬的力學(xué)性能；生

6、產(chǎn)率高；適用范圍廣；可以大大地節(jié)省金屬材料和減少切削加工工時(shí)； 但是，不能鍛造形狀復(fù)雜的鍛件E、毛坯加工工藝的選定我們現(xiàn)在所制作的扳手結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 尺寸較小，鍛造工藝完全可以處理，所以我們 采用鍛造工藝來(lái)制作毛坯?？紤]到工件的尺寸較小結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單我們采用整體鍛造。2毛坯的成件工藝圓棒剪切下料f加熱f輥鍛機(jī)輥鍛 （制坯）f磨擦壓力機(jī)鍛造成形f切邊f(xié)后序 機(jī)加工熱處理精磨成件表面處理3工件表面處理在工件成型后，其表面多少還存在瑕疵，而且工件此時(shí)的表面性能也不能達(dá)到工6件的性能要求，為了改善工件表面的結(jié)構(gòu)，提高工件的表面性能，要對(duì)工件進(jìn)行 表面處理。3.1表面處理的方法的比較目前表面處理的方法有許多，主要

7、有電鍍，化學(xué)鍍，熱噴涂。這三類在工業(yè)中的 應(yīng)用相當(dāng)廣泛，他們的優(yōu)缺點(diǎn)如下：A.化學(xué)鍍的特點(diǎn)：1、 表面硬度高，耐磨性能好：其表面硬度可在HvO.1 =550-1100kg/mm2（相 當(dāng)于HRC=55-72）的范圍內(nèi)任意控制選擇。處理后的機(jī)械部件，耐磨性能好， 使用壽命長(zhǎng)，一般可提高3-4倍，有的可達(dá)8倍以上。2、硬化層的厚度極其均勻，處理部件不受形狀限制，不變形。特別適用于形狀 復(fù)雜、深盲孔及精度要求高的細(xì)小及大型部件的表面強(qiáng)化處理。3、 具有優(yōu)良的抗腐蝕性能：它在許多酸、堿、鹽、氨和海水中具有很好的耐蝕 性，其耐蝕性比不銹鋼要優(yōu)越得多4、 處理后的部件，表面光潔度高，表面光亮，不需重新機(jī)械

8、加工和拋光，即可 直接裝機(jī)使用。5、 鍍層與基體的結(jié)合力高，不易剝落，其結(jié)合力比電鍍硬鉻和離子鍍要高。6可處理的基體材料廣泛：可處理材料有各種模具合金鋼、不銹鋼、銅、鋁、鋅、鈦、塑料、尼龍、玻璃、橡膠、粉末、木頭等B.電鍍電鍍又分為許多種，我們?cè)诖酥恢攸c(diǎn)說(shuō)電鍍鉻，經(jīng)電鍍鉻處理后，模具、工件 有如下優(yōu)點(diǎn)：1、表面平整、光潔、易于脫模，為保證產(chǎn)品之光潔、 平整2、不會(huì)生銹，一點(diǎn)銹斑都不會(huì)有。3、鍍的過(guò)程中原零件變形小，表層鍍鉻后可增強(qiáng)硬度（HR65以上），7耐高溫達(dá)500 C、耐腐蝕、防酸、耐磨損。4、 如果零件尺寸不到位，可以通過(guò)加幾c鉻來(lái)達(dá)到尺寸。5、根據(jù)產(chǎn)品之特點(diǎn)，達(dá)到視覺(jué)、立體的效果，確保

9、產(chǎn)品的穩(wěn)定的表面 質(zhì)量。C.熱噴涂熱噴涂技術(shù)具有的優(yōu)點(diǎn)1、設(shè)備輕便，可現(xiàn)場(chǎng)施工。2、工藝靈活、操作程序少。可快捷修復(fù)，減少加工時(shí)間。3、適應(yīng)性強(qiáng)，一般不受工件尺寸大小及場(chǎng)地所限。4、涂層厚度可以控制。5、除噴焊外，對(duì)基材加熱溫度較低，工件變形小，金相組織及性 能變化也較小。6、適用各種基體材料的零部件、幾乎可在所有的固體材料表面上 制備各種防護(hù)性涂層和功能性涂層。缺點(diǎn)：1、 由于涂層與基體主要是靠機(jī)械結(jié)合情勢(shì)（噴焊工藝除外），所以其與 基體表面的結(jié)合強(qiáng)度，絕對(duì)地較低于金屬熱處 理，涂層自身強(qiáng)度一般不可能達(dá) 到基體金屬本身的強(qiáng)度。2、涂層存在一定的氣孔（噴焊工藝除外），這對(duì)于請(qǐng)求耐化學(xué)介質(zhì)腐蝕的

10、環(huán)境是不利的。但有試驗(yàn)表明，當(dāng)涂層厚度達(dá)到一定值時(shí)，（比方鎳包鋁材料的等離子噴涂層，厚度到達(dá)0.30.5毫米以上時(shí)）其氣孔已被涂層自身關(guān)閉，成 為非穿透性氣孔。另外，還可以對(duì)涂層進(jìn)行封孔處理。 然而在某些情形下氣孔的 存在恰是咱們所須要的。例如作為隔熱涂層、含油軸承和人造骨骼等。83、某些噴涂方法（特殊是等離子噴涂和噴焊工藝）要產(chǎn)生多種有害因素。綜合以上，根據(jù)我們的生產(chǎn)條件及工件性能要求， 我們選擇電鍍這種表面處理方 法，電鍍主要有三種：鍍鋅，鍍鈦及鍍鉻。鍍鋅雖然廉價(jià)，工藝簡(jiǎn)單，但是其鍍后的表面不耐磨，硬度也低，而且結(jié)合強(qiáng)度 較低，膜層易脫落。鍍鈦價(jià)格太昂貴，而且工藝復(fù)雜，設(shè)備要求也高。所以我

11、們選擇電鍍鉻這種相對(duì)經(jīng)濟(jì)而且鍍后性能也很好的表面處理方法。鍍鉻工藝選擇鍍鉻分為兩種，一種是鍍防護(hù)裝飾鉻，一種是鍍硬鉻。鍍硬鉻價(jià)格高，膜層厚度太薄，鍍后還需再加工，工藝繁瑣復(fù)雜，一般常在高溫 條件下使用的機(jī)械采用的較多，相比之下，我們采用鍍防護(hù)裝飾性鉻。這樣既可 以有很好的耐蝕性也很美觀。五. 工藝分析1.電鍍?cè)黼婂儯‥lectroplati ng）就是利用電解原理在某些金屬表面上鍍上一薄層其它金屬或 合金的過(guò)程，是利用電解作用使金屬或其它材料制件的表面附著一層金屬膜的工 藝從而起到防止腐蝕，提高耐磨性、導(dǎo)電性、反光性及增進(jìn)美觀等作用。電鍍時(shí)，鍍層金屬或其他不溶性材料做陽(yáng)極， 待鍍的工件做陰極

12、，鍍層金屬的陽(yáng) 離子在待鍍工件表面被還原形成鍍層。2.鍍鉻時(shí)的電極反應(yīng)陰極反應(yīng)：鍍鉻時(shí)陰極析出氫氣：2H+2eH2由于氫離子放電析出氫氣，陰極區(qū)內(nèi)的PH升高，重鉻酸根向鉻酸根轉(zhuǎn)化使陰極區(qū)的六價(jià)鉻以鉻酸形式存在，然后鉻酸根在陰極放電析出金屬鉻：9CrO42+4H2O+6eCr+80H陽(yáng)極反應(yīng)：在鍍鉻過(guò)程中陽(yáng)極表面析出大量氧氣：2H2O-4eO2+4H+此外部分三價(jià)鉻被氧化成六價(jià)鉻:Cr2O3+4H2O-6e62O72+8H鍍鎳與鍍鉻原理相似這里不做過(guò)多敘述。3鍍鉻的工藝流程鍍鉻的工藝流程為：拋光除蠟水洗電解除油水洗浸蝕水洗鍍半光 亮鎳水洗光亮鎳水洗鍍鉻水洗干燥檢驗(yàn)4鍍鉻的工序1拋光目的:使工件表

13、面粗糙度降低，以獲得光亮、平整表面。拋光是在拋光機(jī)上進(jìn)行的。拋光輪采用較軟材料（如棉布、麻布、絲綢等圓片）制成鍍鉻用的拋光膏：氧化鉻73%,硬脂酸23%,油酸4%.2除蠟清除拋光時(shí)附著在表面的蠟油，為后續(xù)的除油做準(zhǔn)備，用專用除蠟水進(jìn)行除蠟3.水洗4電解除油電化學(xué)除油又稱電解除油，是在堿性溶液中，以零件為陰極，采用鎳板為第二電 極，在電解液作用下將零件表面油污除去的過(guò)程。 電化學(xué)除油液與堿性化學(xué)除油10液相似，但其主要依靠電解作用強(qiáng)化除油效果， 通常電化學(xué)除油比化學(xué)除油更有效，速度更快，除油更徹底。電解除油液成分：氫氧化鈉（g/L）磷酸鈉（g/L）碳酸鈉（g/L）60302070電流密度（A/d

14、m2）2時(shí)間/min10除油液中各組分的作用:氫氧化鈉（NaOH）是除油溶液的主要成分，直接參與除油過(guò)程的化學(xué)反應(yīng),2碳酸鈉 是除油溶液中的主要成分，碳酸鈉溶于水后，即發(fā)生水解反應(yīng)，生成 的氫氧化鈉與油脂發(fā)生皂化反應(yīng)除去油污，碳酸鈉在除油溶液中起到補(bǔ)充所消耗 的氫氧化鈉的作用，并對(duì)溶液的PH值起到緩沖作用（PHC 8.5寸，皂化反應(yīng)不能 進(jìn)行，PH 10.2時(shí)，皂化物水解）。3磷酸三鈉的作用。一是水解，生產(chǎn)的氫氧化鈉參與除油的皂化反應(yīng)； 二是磷酸 三鈉潤(rùn)濕性好，對(duì)油脂有一定的乳化作用，容易清洗干凈。5.水洗 先用熱水 （60到90度） 洗后再用流動(dòng)水洗6.浸蝕20%稀硫酸1mi n目的:除去金

15、屬零件表面上的氧化皮和銹蝕物7.水洗8.鍍半光鎳鍍裝飾鉻時(shí)需要在鍍鉻前先鍍鎳，以使鍍層具有光澤附著性能更好。半光鎳與光亮鎳區(qū)別是添加劑的添加量。我們選用的鍍光亮鎳配方為1112光亮鎳配方硫酸鎳300 g/L氯化鎳50 g/L硼酸50 g/LBFJ6A8 ml/LBFJ6B0.6 ml/LR21 ml/LBFJ6B為主光劑R2為潤(rùn)濕劑BFJ6A為輔光劑電鍍環(huán)境溫度：56 CPH:4.82電流密度：4 A/dm9.水洗10.鍍光亮鎳。11.水洗12.鍍鉻將工件接在陰極，陽(yáng)極采用鉛棒，在電鍍槽中進(jìn)行電鍍鍍鉻液的配方為：鉻酐230.0g/L硫酸2.3g/L鉻離子(Cr3+)3 g/L工藝條件：溫度55

16、C，電流密度25A/dm2鍍液中各成分的作用131.鉻酐鉻酐的水溶液是鉻酸，是鉻鍍層的惟一來(lái)源。鉻酐的濃度對(duì)鍍液的電導(dǎo) 率起決定作用?？芍诿恳粋€(gè)溫度下都有一個(gè)相應(yīng)于最高電導(dǎo)率的鉻酐濃 度；鍍液溫度升高，電導(dǎo)率最大值隨鉻酐濃度增加向稍高的方向移動(dòng)。因 此，單就電導(dǎo)率而言，宜采用鉻酐濃度較高的鍍鉻液。酐濃度過(guò)高或過(guò)低都將使獲得光亮鍍層的溫度和電流密度的范圍變窄。較濃的鍍液主要用于裝飾電鍍，鍍液的性能雖然與鉻酐含量有關(guān)，最主要 的取決于鉻酐和硫酸的比值。2.催化劑硫酸為催化劑。一般鉻酸根與硫酸根離子的比例為100:1，當(dāng)催化劑含量過(guò)低時(shí)，得不到鍍層或得到的鍍層很少，主要是棕色氧化物。若催化劑 過(guò)量

17、時(shí)，會(huì)造成覆蓋能力差、電流效率下降，并可能導(dǎo)致局部或全部沒(méi)有 鍍層。3.三價(jià)鉻鍍鉻液中Cr6+離子在陰極還原產(chǎn)生Cr3+，與此同時(shí)在陽(yáng)極上重新被氧化，三價(jià)鉻濃度很快達(dá)成平衡，平衡濃度取決于陰、陽(yáng)極面積比。Cr3+離子是陰極形成膠體膜的主要成分，只有當(dāng)鍍液中含有一定量的Cr3+時(shí)，鉻的沉積才能正常進(jìn)行。因此，新配制的鍍液必須采取適當(dāng)?shù)拇胧┍ＷC含有 一定量的Cr3+。為了保證Cr3+的濃度常用的措施有：1采用大面積陰極進(jìn)行電解處理。2添加還原劑將Cr6+還原為Cr3+，較為常用的是酒精（98%）， 用量為0.5mL/L。3添加一些老槽液。13.水洗14.干燥14注意：1鍍鉻時(shí)，應(yīng)先用是正常電鍍時(shí)電

18、流密度的1.52倍鍍35分鐘，然后再 正常電流密度電鍍，要盡量縮短各工序之間的過(guò)渡引起的停留時(shí)間。2.鍍鉻后應(yīng)進(jìn)行除氫處理，以減少孔隙，防止產(chǎn)生氫脆。3.一般鍍層都需要進(jìn)行鈍化處理，鍍鉻層能在空氣中形成致密的氧化膜， 故不需要進(jìn)行鈍化處理。4.鍍鉻過(guò)程中，由于使用不溶性陽(yáng)極，陰極電流效率又很低，致使大量 氫氣和氧氣析出，當(dāng)氣體逸出液面時(shí)，帶有大量的鉻酸，形成鉻霧造成嚴(yán)重的污 染?？梢栽阱円褐屑尤肱菽种苿┮种沏t霧的形成。5.工件在鍍前應(yīng)進(jìn)行預(yù)熱處理。六、鍍層性能測(cè)試1電鍍層外觀檢測(cè)金屬零件電鍍層的外觀檢驗(yàn)是最基本， 最常用的檢驗(yàn)方法。外觀不合格的鍍件就 無(wú)需進(jìn)行其它項(xiàng)目的測(cè)試。檢驗(yàn)時(shí)用目力觀察

19、，按照外觀可將鍍件分為合格的、有缺陷的和廢品三類。外觀不良包括有孔針、麻點(diǎn)、起瘤、起皮、起泡、脫落、陰陽(yáng)面、斑點(diǎn)、燒焦、 暗影、樹(shù)枝狀和海綿狀沉積層以及應(yīng)當(dāng)鍍覆而沒(méi)有鍍覆的部位等缺陷。2.結(jié)合力試驗(yàn)鍍層結(jié)合力是指鍍層與基體金屬的結(jié)合強(qiáng)度， 即單位面積的鍍層從基體金屬上剝 離所需要的力。這是表面處理中得到的鍍層的最重要指標(biāo)。鍍層結(jié)合力不好，多數(shù)原因是鍍前處理不良所致。另外，鍍液成分與工藝規(guī)范不 當(dāng)或基體金屬與鍍層金屬的熱膨脹系數(shù)懸殊，均對(duì)鍍層結(jié)合力有明顯的影響。15評(píng)定鍍層與基體金屬結(jié)合力通常采用定性方法。可以用劃痕實(shí)驗(yàn)，即百格實(shí)驗(yàn)，具體做法是用刀片在事件表面劃出百格，再用膠紙3m膠紙粘貼，然后用橡皮擦在膠紙上面來(lái)回摩擦數(shù)十次，使其完全貼密后，撕開(kāi)膠紙，膠紙與試件表面成45角迅速斜拉。標(biāo)準(zhǔn)：試件經(jīng)百格測(cè)試，鍍層不掉不脫，不起泡為結(jié)合力合格。3.氣孔率的測(cè)定。使用的溶液為：鐵氰化鉀K3Fe（CN）6，化學(xué)純10g氯化鈉（NaCI，化學(xué)純）60g氯化銨（NH4C1，化學(xué)純）30g蒸餾水1L此溶液應(yīng)保存在暗處，如出現(xiàn)明顯分層或渾濁