表面工程課程設(shè)計(jì)

1、J 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：金屬1002姓 名：鄒振強(qiáng) 學(xué) 號：3100702040 2012年1月16日 零件主視圖(mm) 零件實(shí)物圖 一、零件1.零件名稱：呆梅雙用扳手2.零件尺寸零件高度：10mm零件長度：見零件圖零件寬度：見零件圖2、 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

2、持螺栓或螺母的開口或套孔。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。 3、 所需性能扳手是一件生活中常見的工具，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更省力，工作效率更高。4. 強(qiáng)度大。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，

3、使用周期長工具的價(jià)格太高，使用周期太短會(huì)給工廠帶來諸多不便，所以要從客戶角度出發(fā)，研究出材質(zhì)廉價(jià)，使用壽命長的工件。4、 工藝選擇1.材料選擇鉻釩鋼：化學(xué)符號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，我們可以采用比鋼價(jià)格略高，但是性能更好的40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)也提高鋼的

4、淬透性，使工件在后續(xù)熱處理中獲得更多的，提高工件的硬度。綜合以上，所以我們采用鋼。 2.鋼扳手毛坯加工工藝選擇1、毛坯加工工藝的選擇 A、常見的毛坯加工工藝 常見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)工藝之一。 鍛造是一種利用鍛壓機(jī)械對金屬坯料施加壓力，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)的兩大組成部分之一。通過鍛造能消

5、除金屬在冶煉過程中產(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)：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；生產(chǎn)率高；適用范圍廣；可以大大地節(jié)省金屬材

6、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。、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制作毛坯?？紤]到工件的尺寸較小結(jié)構(gòu)簡單我們采用整體鍛造。2.毛坯的成件工藝圓棒剪切下料加熱輥鍛機(jī)輥鍛（制坯）磨擦壓力機(jī)鍛造成形切邊后序機(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

7、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Hv0.1 =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，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

8、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，我們在此只重點(diǎn)說電鍍鉻，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、鍍的過程中原零件變形小，表層鍍鉻后可增強(qiáng)硬度（HR65以上），耐高溫達(dá)500、耐腐蝕、防酸、耐磨損。4、如果零件尺寸不到位，可以通過加幾c鉻來達(dá)到尺寸。5、根據(jù)產(chǎn)品之特點(diǎn)，達(dá)到視覺、立體的效果，確保產(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)

9、場施工。2、工藝靈活、操作程序少?？煽旖菪迯?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地所限。4、涂層厚度可以控制。5、除噴焊外，對基材加熱溫度較低，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（噴焊工藝除外），所以其與基體表面的結(jié)合強(qiáng)度，絕對地較低于金屬熱處 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），這對于請求耐化學(xué)介質(zhì)腐蝕的環(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

10、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。3、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。所以我們選擇電鍍鉻這種相對經(jīng)濟(jì)而且鍍后性能也很好的表面處理方法。五工藝分析1.電鍍原理電鍍(El

11、ectroplating)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極，待鍍的工件做陰極，鍍層金屬的陽離子在待鍍工件表面被還原形成鍍層。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7

12、3，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程。電化學(xué)除油液與堿性化學(xué)除油液相似，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) 60 磷酸鈉(g/L) 30碳酸鈉(g/L) 20溫度/ 70電流密度(A/dm2) 2時(shí)間/min 10 5. 稀硫酸目的:除去金屬零件表面上的氧化皮和銹蝕物我們選用的鍍光亮鎳配方為光亮鎳配方硫酸鎳

13、300 g/L氯化鎳50 g/L 硼酸50 g/LBFJ6A8 ml/LBFJ6B0.6 ml/L R21 ml/LBFJ6B為主光劑R2 為潤濕劑BFJ6A為輔光劑電鍍環(huán)境 溫度： 56 PH： 4.8 電流密度： 4 A/dm2 鉻酐2300gL硫酸2.3gL鉻離子(Cr3+)3 gL工藝條件：溫度55，電流密度25Adm2 鍍液中各成分的作用1.鉻酐鉻酐的水溶液是鉻酸，是鉻鍍層的惟一來源。鉻酐的濃度對鍍液的電導(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

14、度過高或過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。若催化劑過量時(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

15、，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： 采用大面積陰極進(jìn)行電解處理。 添加還原劑將Cr6+還原為Cr3+，較為常用的是酒精（98%），用量為05mL/L。 添加一些老槽液。13. 水洗14. 干燥注意：1.鍍鉻時(shí)，應(yīng)先用是正常電鍍時(shí)電流密度的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.鍍鉻過程中，由于使用不溶性陽極，陰極電流效率又很低，致使大量氫

16、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。可以在鍍液中加入泡沫抑制劑抑制鉻霧的形成。 5.工件在鍍前應(yīng)進(jìn)行預(yù)熱處理。6、 鍍層性能測試1. 電鍍層外觀檢測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需進(jìn)行其它項(xiàng)目的測試。檢驗(yàn)時(shí)用目力觀察，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、陰陽面、斑點(diǎn)、燒焦、暗影、樹枝狀和海綿狀沉積層以及應(yīng)當(dāng)鍍覆而沒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

17、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，均對鍍層結(jié)合力有明顯的影響。評定鍍層與基體金屬結(jié)合力通常采用定性方法?？梢杂脛澓蹖?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回摩擦數(shù)十次，使其完全貼密后，撕開膠紙，膠紙與試件表面成45角迅速斜拉。標(biāo)準(zhǔn)：試件經(jīng)百格測試，鍍層不掉不脫，不起泡為結(jié)合力合格。4. 電鍍層厚度的測量鍍鉻層厚度并無國家標(biāo)準(zhǔn),一般防護(hù)裝飾性鉻的厚度為2030m，我們采用熒光膜厚儀x-ray檢測。5. 膜層硬度測試硬度是鍍層重要機(jī)械性能之一。硬度測試用硬度計(jì)測試（HV、HRC等）或H級硬度的鉛筆以45角1mm/s的速度500N的力向前推進(jìn)，擦拭干凈后不出現(xiàn)劃痕為合格。試件經(jīng)鉛筆劃過鍍鉻層不可能有劃痕，硬度在400-1200HV范圍內(nèi)。（GB/T9790-1988）6. 防銹測試采用中性鹽霧試驗(yàn)（NSS試驗(yàn)），試驗(yàn)方法按照GB