熱處理車間的設(shè)計(jì)

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1緒論

1.1選題背景及設(shè)計(jì)意義

1.1.1選題背景

新熱處理車間，尋常采取“購(gòu)買一批、自制一批、改造一批、淘汰一批〞的調(diào)整思路，全面實(shí)行設(shè)備升級(jí)。通過(guò)引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)和對(duì)引進(jìn)技術(shù)的消化吸收,使熱處理生產(chǎn)技術(shù)有突出的變化[1]。引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)設(shè)備，對(duì)熱處理車間進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1.1.2設(shè)計(jì)意義

熱處理生產(chǎn)技術(shù)必需迎頭趕上,才能抓住機(jī)遇、迎接新的挑戰(zhàn)[2]。從技術(shù)專業(yè)化與協(xié)作來(lái)看，從產(chǎn)品生產(chǎn)專業(yè)化到工藝專業(yè)化，都是為了實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)技術(shù)的現(xiàn)代化。組織熱處理生產(chǎn)工藝專業(yè)化協(xié)作，建立熱處理專業(yè)工廠，將有力地促進(jìn)我國(guó)熱處理行業(yè)技術(shù)的現(xiàn)代化發(fā)展。熱處理工藝專業(yè)化生產(chǎn)有利于采用新工藝、新設(shè)備，可以提高設(shè)備利用率，提高熱處理質(zhì)量，提高生產(chǎn)率，儉約能源消耗，降低生產(chǎn)成本。因此，在武漢重型機(jī)床廠新建熱處理車間時(shí)，必需特別重視并解決專業(yè)化與協(xié)作問(wèn)題，確定車間的專業(yè)化生產(chǎn)特點(diǎn)。

1.2熱處理車間設(shè)計(jì)概述

車間設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，一般熱處理車間的設(shè)計(jì)，應(yīng)包括如下主要內(nèi)容：（1）確定材料、服役條件、對(duì)材料性能的要求；（2）確定零件形狀、尺寸。

（3）車間生產(chǎn)綱領(lǐng)、工作制度、年時(shí)基數(shù)；（4）確定工件加工工工藝流程、確定熱處理工藝；（5）根據(jù)熱處理工藝選擇適當(dāng)?shù)臒崽幚碓O(shè)備；（6）合理設(shè)計(jì)工件熱處理生產(chǎn)線（7）對(duì)公共系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求；（8）生產(chǎn)安全與環(huán)境保護(hù)；

（9）工藝設(shè)備平面布置圖與設(shè)備明晰表；

2.絲桿的工作條件、失效形式、性能要求、確定選材

絲桿是各類機(jī)床上的重要零件之一，它是機(jī)床上最常見(jiàn)的一種將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)?/p>

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直線運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)、定位功能部件，它有較高的確切度和尺寸穩(wěn)定性，廣泛應(yīng)用于各類機(jī)床的傳動(dòng)進(jìn)給機(jī)構(gòu)和調(diào)理移動(dòng)機(jī)構(gòu)，能夠保證直線運(yùn)動(dòng)的確切性和均勻性。它的精度高低，直接影響到機(jī)床的加工精度，影響加工中心、坐標(biāo)鏜床的定位精度和測(cè)試儀器的測(cè)量精度。所以，絲桿是這類機(jī)床和儀器的關(guān)鍵零件之一?？b密絲桿的熱處理，工藝比較繁雜，質(zhì)量要求較高，影響因素較多，需要認(rèn)真分析對(duì)待。常見(jiàn)的擊穿絲桿主要有梯形絲桿和滾珠絲桿兩大類。一般機(jī)床普遍使用的是梯形絲桿，而滾動(dòng)絲桿用于傳動(dòng)效率高，動(dòng)作靈敏，進(jìn)給均勻平穩(wěn)，低速無(wú)爬行，定位精度和重復(fù)精度高，使用壽命長(zhǎng)，廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床和加工中心上。（1）工件條件與常見(jiàn)失效形式

絲桿一般在機(jī)床上由兩點(diǎn)或幾個(gè)支點(diǎn)來(lái)支撐運(yùn)行進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)螺母及連接的滑板等零件進(jìn)行平移。絲桿于螺母的螺紋牙齒側(cè)面相對(duì)滑行，絲桿每轉(zhuǎn)一周則推進(jìn)一個(gè)螺距，螺母存在很大的摩擦力，螺母與絲桿齒形面易于磨損，而且一根絲桿僅僅一部分磨損嚴(yán)重，引起螺距誤差進(jìn)而影響精度。

滑動(dòng)絲桿的主要失效形式是由于磨損或塑性變形而喪失精度。由于絲桿精度的高低直接影響螺紋車床、螺紋磨床、鏟床、坐標(biāo)鏜床和測(cè)量?jī)x器的加工精度、定位精度、或測(cè)量精度。在這些機(jī)床的儀器中，絲桿是實(shí)現(xiàn)確切定位和縝密加工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。

滾珠絲桿工作時(shí)常承受彎曲、扭轉(zhuǎn)、疲乏、沖擊，同時(shí)在滑動(dòng)與轉(zhuǎn)動(dòng)部位承受摩擦作用，其工作表面承受較大的接觸應(yīng)力。滾珠絲桿主要的失效形式是解除疲乏破壞（既疲乏剝落，俗稱麻點(diǎn)），同時(shí)也存在機(jī)械損傷磨損。隨著高精度、自動(dòng)化數(shù)控車床的大量應(yīng)用，它要求在高進(jìn)給速度下工作平穩(wěn)和高定位精度，故應(yīng)使用滾珠絲桿副以減少摩擦阻力。滾珠絲桿的動(dòng)、靜摩擦系數(shù)相差微小，在靜止、低速和高速時(shí)摩擦距幾乎不變，傳動(dòng)靈敏、平穩(wěn)、低速無(wú)爬行;傳動(dòng)效率可達(dá)90%以上，比梯形絲桿副高2~~4倍，可消除軸向間隙，提高軸向剛度，預(yù)拉伸安裝可減少絲桿的受熱伸長(zhǎng)量，因而定位精度和重復(fù)高精度。由于滾珠絲桿具有一系列優(yōu)點(diǎn)，因此它不僅廣泛應(yīng)用于數(shù)控車床，而且在普通車床上也逐漸推廣應(yīng)用。

（2）主要性能要求

絲桿整體要有一定的剛度要求和強(qiáng)度，在工作中不能產(chǎn)生大的撓度和塑性變形，因此必需具有較好的綜合力學(xué)性能和高的尺寸穩(wěn)定性。同時(shí)其相關(guān)工作部位（滾道、軸徑）也要求具有高的磨損抗力，高的接觸疲乏強(qiáng)度既具有高硬度、高強(qiáng)度與足夠的耐磨

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性。還要求絲桿在工作過(guò)程中，具有傳動(dòng)靈敏‘平穩(wěn)、定位精度和重復(fù)精度高等要求；對(duì)于在腐蝕介質(zhì)和較高溫度下工作的絲桿，還要求具有耐腐蝕性和耐熱性等。(3)絲桿材料的選擇

根據(jù)絲桿在機(jī)械上所起的作用啊、對(duì)精度的要求以及它承受載荷大小的能力，可分為普通絲桿（梯形絲桿精度7~9級(jí)，滾珠絲桿為D~H級(jí)）和縝密絲桿（梯形絲桿精度6級(jí)以下，滾珠絲桿為C級(jí)）。根據(jù)熱處理狀況又可分為淬硬絲桿（硬絲桿）和不淬硬絲桿（軟絲桿）。

絲桿材料首先要嚴(yán)把原材料的驗(yàn)收，應(yīng)依照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行逐項(xiàng)檢驗(yàn)，特別是原材料的表面質(zhì)量（主要是對(duì)原材料的外觀、形狀、表面缺陷）檢驗(yàn)、化學(xué)成分檢驗(yàn)和內(nèi)部質(zhì)量（即內(nèi)部組織缺陷，如疏松、夾渣、偏析、脫碳等）檢驗(yàn)，合格后方能投產(chǎn)。普通精度軟絲桿，應(yīng)用很普遍，如機(jī)床上7~8級(jí)的定位絲桿、手動(dòng)進(jìn)給絲桿等，由于其加工便利、制造成本低，故對(duì)使用材料的性能要求不高，多用于一些常見(jiàn)的中碳鋼和中碳低合金鋼。

對(duì)于高精度縝密軟絲桿，其精度在6級(jí)以上、硬度在35HRC以下的縝密絲桿，多用于輕載荷、工作頻率低、潤(rùn)滑條件好的結(jié)構(gòu)鋼種。他常用碳含量較高的鋼，如T10A、T12A等他對(duì)材料的要求，除與普通精度軟絲桿相像的條件外，還要求材料的磨削性能好、不易磨焦表面、產(chǎn)生磨裂的敏感性低、磨削表面粗糙度低等。

對(duì)于高精度高縝密硬絲桿而惡言，要求其心部具有一定的強(qiáng)度和塑韌性，表面滾道要有高硬度（一般為58~63HRC），以保證有足夠的承載能力，能夠帶動(dòng)很重的載荷自由的確切運(yùn)動(dòng)，這就要求所使用的材料的抗拉強(qiáng)度要達(dá)到700~1000MPa，還有一定的韌性和精度穩(wěn)定性，工件在制造過(guò)程中還要求有良好的冷熱加工工藝性能。

（1）梯形絲桿用材

普通精度（指7~9級(jí)）絲桿對(duì)于輕載荷常用非合金中碳結(jié)構(gòu)鋼（如45、50鋼）制造，經(jīng)正火、調(diào)制處理，或用冷這一切削鋼（如Y45MnV）直接機(jī)械加工而成。對(duì)于又耐磨性能要求的可選用調(diào)質(zhì)非合金或低合金結(jié)構(gòu)鋼（如45、45Cr鋼），經(jīng)感應(yīng)加熱表面淬火后使用。

用于測(cè)量、受力不大的絲桿可選用調(diào)質(zhì)非合金結(jié)構(gòu)鋼（如45、40Cr鋼）經(jīng)感應(yīng)加熱后直接使用。

高精度（指6級(jí)以上）的絲桿對(duì)輕載荷常用非合金（碳素）或低合金工具鋼（如

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T10A\\T12A或9Mn2V、CrWMn鋼）制造，經(jīng)調(diào)質(zhì)或球化退火處理。

對(duì)于工作頻率高的絲桿常用低合金工具鋼（如9Mn2V、CrWMn鋼）制造、整體淬火，還可采用高級(jí)滲碳專用鋼（如38CrMoAlA、35CrMo鋼）制造并經(jīng)滲氮處理，用于承受較高溫度場(chǎng)合。

對(duì)于要求耐磨的小規(guī)格絲桿可用滲碳低合金鋼（如20CrMnTi鋼）制造，經(jīng)滲碳加淬火加低溫回火后使用。

對(duì)于在高溫下工作的絲桿可采用沉淀硬化不銹鋼（如0Cr17Ni4CuNb鋼）制造，經(jīng)固熔加時(shí)效處理后使用。

（2）滾珠絲桿用材

低精度輕載荷滾珠絲桿可選用非合金（碳素）結(jié)構(gòu)鋼（如45、50鋼）制造，經(jīng)正火、調(diào)質(zhì)處理；有些可選用冷軋成型鋼（如冷軋60鋼）直接使用。

高精度、重載荷滾珠絲桿多項(xiàng)選擇用低合金工具鋼（如9Mn2V，CrWMn鋼）和滾動(dòng)軸承鋼（如GCr15，GCr15SiMn）制造，采用感應(yīng)加熱表面淬火，也有采用火焰加熱表面淬火或整體淬火的。

小規(guī)格滾珠絲杠習(xí)慣性選用滲碳鋼（如20CrMnTi鋼），經(jīng)滲碳+淬火+低溫回火后使用。

某些熱處理時(shí)易變形的高精度滾珠絲杠可選用專用滲碳鋼（如38CrMoAlA鋼）制造，經(jīng)滲氮處理后使用。

在腐蝕性和高溫環(huán)境下工作的滾珠絲桿可選用沉淀硬化不銹鋼（如1Cr15Co14Mo5VN，0Cr17Ni4Cu4Nb鋼）制造，經(jīng)固熔處理+時(shí)效處理后使用。圖2.03滾珠絲桿材料的選擇

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綜上闡述C8599鏟床絲桿選擇20CrMnTi。

20CrMnTi是性能良好的滲碳鋼，淬透性較高，經(jīng)滲碳淬火后具有硬而耐磨的表面與

堅(jiān)韌的心部，具有較高的低溫沖擊韌性，焊接性中等，正火后可切削性良好。用于制造截面＜30mm的承受高速、中等或重載荷、沖擊及摩擦的重要零件，如齒輪、齒圈、齒輪軸十字頭等。

20CrMnTi鋼的化學(xué)成分見(jiàn)下表：

20CrMnTi鋼化學(xué)成分（GB/T1299—2000）ω/%成分CSiMnTiCrPNiCuS含量0.17～0.230.17～0.370.80～1.100.04～0.101.00～1.30≤0.0