W18Cr4V普通銑刀性能與熱處理工藝分析

1、W18Cr4V普通銑刀性能與熱處理工藝分析摘 要W18Cr4V鋼是制作冷作模具和刃具常用的材料，鑄態(tài)的W18Cr4V鋼組織中一般會含有大量的分布不均勻的共晶碳化物，鍛壓或軋制處理可以使共晶碳化物碎化，但不會對碳化物不均勻分布的狀況產生太大改變。為了改善碳化物分布不均勻的狀況，生產生活中還要對W18Cr4V鋼進行退火、淬火以及回火等必要的熱處理工藝，這將會在很大程度上提高W18Cr4V鋼產品的使用壽命。論文對W18Cr4V鋼的成分特點、組織性能進行了詳細的分析，闡述了W18Cr4V鋼的退火工藝，淬火工藝和回火工藝流程。并設計了W18Cr4V鋼的熱處理實驗，對W18Cr4V鋼退火之后、淬火之后、一

2、次回火之后、兩次回火之后和三次回火之后的金相組織和力學性能進行了研究分析，這對實際生產具有一定的意義。本論文是對銑削套件進行工藝分析、數控編程及完成加工，主要運用所學知識對零件圖進行工藝分析、制定工藝路線、確定工藝方案。并運用UG軟件進行造型和自動編程，最終完成零件的加工。論文表明：通過對該零件的工藝分析、造型、加工，深入了解了零件制造的全過程，加工完成后零件也達到了加工要求。造型、軌跡及G代碼的生成也以最簡潔的方式做出，達到了預期的要求。關鍵字：W18Cr4V，淬火工藝，組織，性能；工藝分析AbstractW18Cr4V steel is a common material for maki

3、ng cold working dies and cutting tools. Generally, the cast W18Cr4V steel structure contains a large amount of eutectic carbides with uneven distribution. Forging or rolling treatment can make eutectic carbides crumble, but it will not change the situation of uneven distribution of carbides too much

4、. In order to improve the uneven distribution of carbide, necessary heat treatment processes such as annealing, quenching and tempering should be carried out for W18Cr4V steel in production and life, which will greatly improve the service life of W18Cr4V steel products. In this paper, the compositio

5、n and microstructure of W18Cr4V steel are analyzed in detail, and the annealing process, quenching process and tempering process of W18Cr4V steel are described. The heat treatment experiment of W18Cr4V steel was designed, and the microstructure and mechanical properties of W18Cr4V steel after anneal

6、ing, after quenching, after one tempering, after two tempering and after three tempering were studied and analyzed.This paper is the milling kit process analysis, CNC programming and complete processing, mainly using the knowledge of the parts of the process analysis, the development of the process

7、route, determine the process plan. And the use of UG software modeling and automatic programming, the final completion of parts processing. The paper shows that: through the process analysis, modeling and processing of this part, the whole process of parts manufacturing is deeply understood, and the

8、 parts also meet the processing requirements after the processing is completed. Modeling, trajectory and G code generation is also made in the most concise way, to achieve the desired requirements.Keywords: W18Cr4V, quenching process, structure, performance; Technology analysis目錄前言12第1章 W18Cr4V鋼的基本信

9、息141.1 W18Cr4V鋼的化學成分141.2 W18Cr4V鋼中各元素在鋼中的作用141.2.1 W18Cr4V鋼中碳元素的作用141.2.2 W18Cr4V鋼中鎢元素的作用141.2.3 W18Cr4V鋼中鉻元素的作用151.2.4 W18Cr4V鋼中釩元素的作用151.2.5 W18Cr4V鋼中鉬元素的作用151.2.6 W18Cr4V鋼中硅元素的作用151.2.7 W18Cr4V鋼中錳元素的作用161.3熱處理零件結構設計171.4熱處理工藝設計191.4.1工藝分析的基本原則191.4.2 工藝路線191.4.3 工藝方法的選定20第二章 立銑刀材料設計.212.1.1立銑刀的服

10、役條件212.1.2主要失效形式21 2.2.1 銑刀材料的基本要求及設計方案222.2.2優(yōu)化比較22 2.3加工工藝流程232.3.1立銑刀的焊接與退火23 2.4熱處理工藝25 2.4.1預熱處理27 2.4.2淬火處理282.4.3回火處理29第三章 熱處理車間設計30 3.1生產綱領31 3.2工作制度和年時基數31第四章 熱處理車間布置31 4.1熱處理車間分類32 4.1.1按工作性質分類32 4.1.2按生產環(huán)境分類32 4.1.3按生產性質分類33 4.2車間設備組織與設置33 4.2.1車間設備平面布置的原則34 4.2.2熱處理車間內設備的組織原則34 4.3設備平面布置

11、設計34 4.3.1設備平面布置的一般原則34 4.3.2設備布置間距35 4.4 車間在廠區(qū)內的位置35 4.5 車間面積及面積指標35設計總結.36參考文獻.37致謝.38前言 W18Cr4V鋼是鎢系高速工具鋼，在生產中因可以進行鍛造、焊接，其加工工藝性好，熱處理前后變形小，得到了普遍的應用。W18Cr4V鋼適于制造復雜的多刃、多齒刀具和高速切削用刨刀、車刀、銑刀、鉆頭等，還廣泛應用在制作冷擠壓模具和冷鐓壓模具1。通過高溫淬火W18Cr4V鋼可以獲得馬氏體組織，馬氏體轉變是W18Cr4V鋼熱處理強化的重要手段。在古代，人們就懂得使用淬火的工藝來加強冷兵器和農用鐵具的硬度和強度。W18Cr4

12、V鋼通過加熱到淬火溫度使組織奧氏體化，然后通過快速冷卻，在相對較低的溫度下發(fā)生馬氏體轉變。在回火工藝之后，W18Cr4V鋼中的殘余奧氏體可以進一步轉變成回火馬氏體，從而得到高強度高硬度的W18Cr4V高速工具鋼。本文研究并分析W18Cr4V銑刀工藝及組織性能。第1章 W18Cr4V鋼的基本信息1.1 W18Cr4V鋼的化學成分W18Cr4V鋼是高合金鋼，合金元素占比重約占23%。W18Cr4V鋼中各元素所占比例具體如表1-1所示。表1-1 W18Cr4V鋼中個元素所占比重元素碳鎢鉻釩硅錳鉬所占比例/%0.7-0.817.5-193.8-4.41.0-1.4 0.4 0.4 0.31.2 W18

13、Cr4V鋼中各元素在鋼中的作用1.2.1 W18Cr4V鋼中碳元素的作用W18Cr4V鋼中碳元素含量非常高，這可以保證W18Cr4V鋼中的合金元素能夠形成足夠多的合金碳化物，這些碳化物的硬度高，且可以在不同的階段析出，提二次硬化的效果。目前高速鋼的含碳量是以碳化物化學當量來計算加入的。當含碳量過高時W18Cr4V鋼的塑性和韌性會降低，W18Cr4V鋼的加工性能也隨之降低。1.2.2 W18Cr4V鋼中鎢元素的作用鎢元素是使W18Cr4V鋼具備紅硬性的重要元素。它可以形成強碳化物，在鋼中形成（Fe，W）6C等多種碳化物，同時部分鎢元素也會溶入固溶體中。淬火加熱時（Fe，W）6C等很難溶解，對晶粒

14、的長大具有阻礙作用，這樣W18Cr4V鋼加熱到1200時就仍然存有細小的晶粒。在回火過程中鎢的碳化物在馬氏體基體上彌散析出，產生W18Cr4V鋼的二次硬化效應，而且鎢的碳化物不易聚集長大，因而對鋼的紅硬性有利。溶入到固溶體中的鎢元素，既能提高回火時馬氏體分解溫度，又能阻礙鐵原子的擴散，提高鋼的回火穩(wěn)定性，使W18Cr4V鋼中的馬氏體在600625的環(huán)境中都比較穩(wěn)定。1.2.3 W18Cr4V鋼中鉻元素的作用鉻元素在各種高速鋼中的含量一般都是4%左右，W18Cr4V鋼也不例外，這是因為鉻元素在鋼中兩個方面的作用所決定的：一方面，鉻元素能夠顯著地提高鋼的淬透性，加熱時鉻基本上能全部溶入奧氏體中，從

15、而提高奧氏體的穩(wěn)定性，同時，鉻元素也是形成合金碳化物的元素，高速鋼中的鉻主要形成Cr23C6型碳化物；另一方面，鉻元素能明顯增加奧氏體向馬氏體轉變時的體積膨脹量，因此具有使殘余奧氏體增大的傾向，鉻元素含量過高，淬火后殘余奧氏體數量會有明顯地增多。1.2.4 W18Cr4V鋼中釩元素的作用釩元素也是W18Cr4V鋼中提高紅硬性的重要元素之一，能夠與碳元素結合形成強碳化物，形成穩(wěn)定的合金碳化物VC，VC在回火過程中以細小的彌散質點析出，也是產生二次硬化因素，且其作用比鎢元素還強。高速鋼的含釩量增加，耐磨性和紅硬性都會有很大提高，但是釩含量的提高就必須伴隨著碳含量的提高，以保證形成各種碳化物。隨著含

16、釩量的增加，高速鋼的切削加工性能會降低。1.2.5 W18Cr4V鋼中鉬元素的作用鉬和鎢是同族元素，因此在高速鋼中的作用也相似，也是強碳化物的形成元素。高速鋼中經常會用鉬元素替代鎢元素，一般是按質量分數計算，用1%鉬元素代替2%的鎢元素。W6Mo5Cr4V2鋼就時根據這個原理研究出來應用的高速鋼。鉬元素能夠使高速鋼中的萊氏體細化，減輕高速鋼中碳化物的偏析程度，提高高速鋼的熱塑性。但是鉬的主要合金碳化物（Fe，W）6C溶解到奧氏體的能力要比（Fe，W）6C低。因此鉬元素含量過高時，晶粒容易長大，過熱敏感性大。也有一定的脫碳傾向。1.2.6 W18Cr4V鋼中硅元素的作用在煉鋼過程中一般會加入一定

17、量的硅作為還原劑和脫氧劑，因此W18Cr4V鋼中一般含有少量的（0.150.30%）硅元素。此外，硅和鉬、鎢、鉻等結合，有提高抗腐蝕性和抗氧化的作用，可以提高鋼的耐熱性能。但硅量增加，會降低鋼的可焊接性。 1.2.7 W18Cr4V鋼中錳元素的作用在煉鋼過程中，錳是良好的脫硫劑和脫氧劑，因此W18Cr4V鋼中一般會含有0.300.50%的錳元素。 1.3熱處理零件結構設計需要熱處理的工件，在設計時，除了應考慮服役條件、承受載荷的大小和機械加工工藝外，還要要考慮熱處理的變形、開裂所造成的產品報廢。因此，對熱處理件結構形狀有一定的設計要求。 1）結構形狀設計應避免應力集中截面急劇變化的工件，淬火時

18、易引起過量變形或開裂，一般應采用平滑過渡或圓弧過渡；外形的尖銳棱邊，尖角和凹腔角處會產生應力集中，因此，也常用圓弧代替尖角，為防止工件上的孔或模具型腔成為裂紋的策源地，孔與孔之間應有一定的距離，沖模型腔與模邊之間的距離也應足夠大。 2）結構形狀設計應盡量簡單、均衡、規(guī)則、對稱結構件的形狀應盡量使工件各部位的質量均勻分布，以減少淬火時可能引起的過量變形和開裂。理想的結構形狀可遵循以下的基本原則：球形優(yōu)于立方體，更優(yōu)于長方體；圓柱體優(yōu)于圓錐體；圓形截面優(yōu)于橢圓形截面，方形截面優(yōu)于矩形截面；在可能的條件下，應盡量使功能孔的尺寸與位置均衡、對稱、分布，也可以通過加開工藝孔或工藝槽來解決質量均衡問題；輔

19、助孔應位于交叉刃口的延長線上，尤其不能靠近小銳角，以免成為裂紋的策源地。 3）設計中實際措施機械構件中工作的輪廓、形狀和尺寸是各式各樣的，往往不能遵循上述設計原則，對此可根據實際情況采取措施加以補救。設計成合理形狀，淬火后再磨去不必要的部分；開切必要的孔槽使質量均衡；一個不平衡的工件，為了平衡質量、改善散熱條件，可加開工藝孔；大型復雜工件可采用拼鑲結構，以解決加工和熱處理的困難；刻字、印痕的位置應遠離應力集中程度高的孔。為減少損失，避免事故，充分估計各種因素的影響，可采用設計、熱加工和熱處理幾方面共同商討，協同設計，避免因設計不當造成加工、熱處理和使用上的題。圖1.1銑刀零件圖1.4熱處理工藝

20、設計1.4.1工藝分析的基本原則 熱處理工藝設計是熱處理車間設計的中心環(huán)節(jié)，是設備選擇的主要依據。所確定的熱處理工藝必須先進、可靠、經濟合理，并與車間生產規(guī)模相適應。常規(guī)工藝應力求工藝路線簡化，運輸量最小，工序較小，節(jié)省能源及勞動量。采用先進工藝應經過技術經濟論證或實驗研究，取得可信的試用效果。 1.4.2 工藝路線產品零件從毛坯生產到完成成品，生產路線是確定熱處理車間任務的基礎，具體如下：（1）鑄鐵，鑄鋼，有色金屬一般鑄件的預備熱處理與鑄造之后進行，包括正火、擴散退火、等溫退火、球化退火、可鍛化退火、再結晶退火、消除應力退火、人工時效（穩(wěn)化處理）等。（2）硬度要求在285HB（30HRC)以

21、下的一般鑄件，可在機械加工前熱處理到要求硬度，包括正火、調質（淬火及高溫回火）。加工余量大的鍛件，為保證其熱處理效果，應在粗加工后進行熱處理。（3）表面硬化，化學熱處理零件，硬度要求大于285HB(30HRC)的零件，應在機械加工后進行。一些精度要求高的零件，可使用特殊加工刀具的零件，也可在加工前進行熱處理。（4）局部化學熱處理零件，生產批量大時，非處理部分應鍍層保護，批量小時可采用機械保護，防滲涂層以及車去滲層等方法。（5）繞制彈簧、冷鐓、冷擠成形零件、應進行去應力退火、再結晶退火、正火等工序。（6）形變熱處理可簡化工藝路線，減少工序，節(jié)約能源。有些鑄、鍛件，特別是鍛件，可充分利用鍛造余熱進

22、行淬火、調質等處理，使鍛造加工與熱處理結合起來。 1.4.3 工藝方法的選定（1）常規(guī)熱處理工藝熱處理零件的常規(guī)熱處理工藝，包括毛坯的預備熱處理和零件的最終熱處理，如退火、正火、去應力退火、調質（淬火及高溫回火）、時效及固溶處理等。從提高熱處理質量考慮，如不許在加熱過程中發(fā)生氧化、脫碳，應采用保護氣氛下加熱。（2）化學熱處理化學熱處理包括奧氏體狀態(tài)下滲碳、碳氮共滲，鐵素體狀態(tài)下的滲氮和氮碳共滲，以及滲硼、滲硅、滲鋁及各種滲金屬和多元共滲工藝。化學熱處理可以在氣態(tài)、固態(tài)或液態(tài)介質中完成，確定化學熱處理的工藝選用。有化學熱處理后需要淬火的，應根據可能盡量采取滲后直接淬火工藝。（3）調質熱處理調質熱

23、處理技術的發(fā)展主要有以下幾個方面。爐型。由于振底爐長期使用中存在振底板變形 零件在爐內布料、加熱不均 淬火質量散差大 同時振動噪聲大、環(huán)境差，振底爐已逐漸退出生產線，網帶爐、鑄鏈爐得到普遍應用。碳勢控制技術的應用。碳勢控制技術在保護氣氛調質生產線得到普遍應用。有效的控制爐內碳勢控制精度，保證了零件淬火后的表面質量。計算機技術的應用。通過應用計算機 能夠按照工藝設定自動完成工件的生產全過程記錄、保存工件生產中的各種工藝參數具有完善的故障診斷、安全警示及連鎖功能?？焖俅慊鹩秃退慊鸾橘|的應用?？焖俅慊鹩偷膽帽ＷC了高強度螺栓件的熱處理內在質量。水基淬火介質的應用解決了零件淬油不硬、淬水開裂及零件

24、淬火變形的質量問題。（4）感應加熱淬火感應加熱可使用高頻、中頻、工頻、超音頻，以及雙頻及脈沖加熱工藝，根據零件鋼種、尺寸特點、要求硬化層深度、零件批量等確定工藝。感應加熱淬火后可根據可能采用自然回火。（5）火焰表面淬火火焰表面淬火技術的發(fā)展，如采用先進溫度檢測技術與自動化控制與操作，淬火質量可保證。在單件小批量生產中部分采用火焰淬火工藝，生產靈活實用。（6）高密度能量表面處理高密度能量表面處理包括激光表面處理，電子束表面處理和物理及化學氣相沉積。一般適用某些特定的零件，選用這種工藝必須先進行工藝實驗，試生產使用，用從熱處理質量和經濟效益考慮。第二章 立銑刀材料設計2.1工件服役條件和失效形式分

25、析 2.1.1立銑刀的服役條件由于立銑刀是一種用來對金屬材料進行銑孔的刀具其結構如上圖油刃部和柄部組成，銑刀工作時刃部深入金屬內部進行銑削，被金屬包圍散熱困難，升溫快，尤其是切削速度很高刃部溫度很快達到600左右。因此要求刃部要有高的硬度、耐磨性和紅硬性要高。由于銑刀在很大的軸向壓力下鉆削，受大的壓應力和扭轉應力。因此要求具有一定的韌性和高的強度，由于刃部不斷磨損，為了使銑刀能長久的使用，要求刃部應淬透。對于柄部來說，它不承擔切削工作過程中擠壓扭轉。要求具有一定的韌度、強度和一定的硬度來保證銑刀良好的銑削要求立銑刀應有良好的幾何形狀。立銑刀的切削受力分析：在切削金屬材料時,立銑刀要受到阻止刀具

26、切除切屑的阻力(即銑削力) 。在不同的加工條件下,銑削力的變化范圍較大。分析認為,銑刀切削時,工件材料將發(fā)生部分彈性變形和塑性變形,并對刀具產生抗力;同時,刀具與切屑、刀具與工件之間要產生摩擦力,銑削力就是二者的合力。圖2.1立銑刀受力與變形示2.1.2主要失效形式 1刀具的磨粒磨損：磨粒磨損是因為工件材料磨擦劃過刀具的主后刀面而造成的。 2月牙洼磨損：月牙洼磨損是由鋼制工件與銑刀之間的化學作用(即刀具前刀面滲出的碳溶入切屑中)引起的。不過，月牙洼磨損也有可能是由高速切削鑄鐵時切屑劃過刀具前刀面的磨蝕作用所引起。 3溝槽磨損：刀具產生溝槽磨損的原因通常是在全切深情況下被加工工件表面某處的切削條

27、件與其余部分相比發(fā)生惡化造成的。導致工件表面切削條件出現差異的原因可能與工件表面剝落有關；也可能由冷作應力或加工硬化所引起；還有可能與某些似乎無關緊要的因素例如油漆有關，工件表面的油漆有可能對切入工件不太深的切削刃起到一種淬火作用。 4變形：刀具的變形是指刀片在切削熱和切削壓力的作用下發(fā)生軟化和扭曲變形。 5崩刃和碎裂：因為切削刃的脆性過大，難以承受切削沖擊而發(fā)生碎片崩裂。6熱裂紋與冷卻液有關當傾注到切削刃上的冷卻液不均勻時，切削刃的溫度就會發(fā)生波動，引起刀片膨脹和收縮，從而導致切削刃出現裂紋。 磨損 熱裂紋 變形 崩刃2.2材料設計方案及優(yōu)化比較 2.2.1 銑刀材料的基本要求及設計方案 1

28、）高硬度和耐磨性：在常溫下，切削部分材料必須具備足夠的硬度才能切入工件；具有高的耐磨性，刀具才不磨損，延長使用壽命。 2）好的耐熱性：刀具在切削過程中會產生大量的熱量，尤其是在切削速度較高時，溫度會很高，因此，刀具材料應具備好的耐熱性，既在高溫下仍能保持較高的硬度，有能繼續(xù)進行切削的性能，這種具有高溫硬度的性質，又稱為熱硬性或紅硬性。 3）高的強度和好的韌性：在切削過程中，刀具要承受很大的沖擊力，所以刀具材料要具有較高的強度，否則易斷裂和損壞。由于銑刀會受到沖擊和振動，因此，銑刀材料還應具備好的韌性，才不易崩刃，碎裂等特點，故設計以下方案。 方案一 W18Cr4VW18Cr4V為鎢系高速鋼，具

29、有高的硬度、紅硬性及高溫硬度。其熱處理范圍較寬淬火不易過熱，熱處理過程不易氧化脫碳，磨削加工性能較好。該鋼在500及600時硬度分別保持在HRC5758及HRC5253，對于大量的、一般的被加工材料具有良好的切削性能。 加工流程：鑄型鍛造球化淬火退火回火成品用途：形狀復雜的小型刀具成分含量: 含碳量0.70.8%，含鎢量17.519%，含鉻量3.804.4%，含釩量1.01.4%，含硅量小于0.4%，含錳量小于0.4%，含鉬量小于0.3%。成分特點：在鋼中，碳主要與鉻、鎢、鉬和釩(碳化物的形成元素)等形成碳化物，以提高硬度、耐磨性及紅硬性。鎢是提高紅硬性的主要元素，它在鋼中形成碳化物。加熱時，

30、一部分碳化物溶入奧氏體，淬火后形成含有大量鎢及其他合金元素、有很高回火穩(wěn)定性的馬氏體。在回火時，一部分鎢以碳化物的形式彌散析出，造成二次硬化。在加熱時，未溶的碳化物則起到阻止奧氏體晶粒長大的作用.釩能顯著地提高高速鋼的紅硬性、硬度及耐磨性。釩形成的碳化物在加熱時，部分溶入奧氏體，回火時以細小的質點彌散析出，造成二次硬化而提高鋼的紅硬性。鉻在高速鋼中主要是增加其淬透性，同時還能提高鋼的抗氧化脫碳和抗腐蝕能力。鈷也能顯著提高鋼的紅硬性及硬度。鍛造工藝：高速鋼加熱時很容易發(fā)生過燒，接近此溫度范圍的鍛造很容易出現碎裂，應嚴格控制其加熱溫度。 （1）鍛造溫度范圍鍛造溫度范圍W18Cr4V屬于高合金鋼，其

31、特點是升溫速度慢,鍛造溫度范圍窄。始鍛溫度為11001150C，終鍛溫度為900950C。 （2）加熱時間的確定W18Cr4V鋼的導熱性差，一般需分段加熱。低溫段加熱溫度為800900C，加熱時間一般按1mi n/ mm計算。高溫時快速加熱，加熱時間一般按0. 5mi n/ mm計算。加熱時，為了防止過熱或過燒，要嚴格控制上限溫度。同時，爐內的坯料要裝爐適量，還要不停地翻轉，以使其內外溫度均勻。熱處理工藝：熱處理工藝為前處理是退火，溫度為870880度，保溫23小時，然后800一840度預熱,從1270一1280度分級淬火,分級溫度為580一620,然后再560度進行三次回火,回火時保溫1小時

32、。 方案二 硬質合金鋼硬質合金：是金屬碳化物、碳化鎢、碳化鈦和以鈷為主的金屬粘結劑經粉未冶金工藝制造而成的。其主要特點如下：能耐高溫，在80010000C左右仍能保持良好的切削性能，切削時可選用比高速鋼高48倍的切削速度。常溫硬度高，耐磨性好?？箯潖姸鹊?，沖擊韌性差，刀刃不易磨的很鋒利。加工流程：制粉混合料制備成型燒結深度加工成品其加工工藝為以下步驟： 原輔材料：主料采用國內外優(yōu)質的碳化鎢(WC)、鈷粉(Co)、復式碳化物(CK)；輔料為：石蠟或SD增塑劑、酒精濕磨介質。 混合料制備：采用先進的可傾式球磨機、間隙式制粒機及其工藝技術、檢測技術和質量標準，已獲得流動性和壓制性能好的混合料。同時采

33、用行業(yè)內先進的石蠟工藝，從合金組織上滿足切削刀具的高性能。在合金棒料生產方面，如需滿足高能球磨的工藝要求，可選擇攪拌球磨機及其生產工藝。 成型：對于可轉位刀片的成型，國產仿DORST自動壓機及其制造技術為高精度刀具提供質量好、精度高的合金毛坯。對于小規(guī)格的棒料合金制品，單柱校正式油壓機及其技術工藝可以滿足其市場要求。成型模具可采用委外加工方式解決。 燒結：采用目前行業(yè)先進的脫蠟-燒結一體爐及其工藝技術可以生產出具有良好的組織和性能的硬質合金制品；采用最先進的低壓脫蠟-燒結一體爐及其工藝技術可以明顯改善合金的綜合性能，提供高質量、高性能的合金刀具。 深度加工（合金刀片）：采用工具磨、CNC數控周

34、邊磨及其工藝技術，生產各種精度等級的可轉位刀片，尤其是數控刀片。 合金制品標識：毛坯合金制品采用專用刻蝕液標識；精磨涂層制品采用激光打標。方案三 陶瓷刀具 陶瓷刀使用精密陶瓷高壓研制而成，故稱陶瓷刀。陶瓷刀具與硬質合金刀具相比，其硬度高，耐磨性好，在相同切削條件加工鋼料時，磨損僅為硬質合金刀具的1/15，刀具壽命長；在1200時仍能保持80HRA的高硬度，所以在高溫下仍能進行高速切削；它與鋼鐵金屬的親和力小，摩擦因數低，抗粘結和抗擴散能力強，切削時不易粘刀及產生積屑瘤，加工表面質量好。陶瓷刀大多是用一種納米材料“氧化鋯”加工而成。用氧化鋯粉末在2000度高溫下用300噸的重壓配上模具壓制成刀坯

35、，然后用金剛石打磨之后配上刀柄就做成了成品陶瓷刀。因此陶瓷刀具備了高硬度、高密度、耐高溫，抗磁化、抗氧化等特點。生產流程：混合配料壓制坯體坯體排膠GPS+HIP處理刀片刃磨試刀根據性能刀片可分3大類氧化鋁基陶瓷刀片：用于高速重切削、銑削等。加工材料包括硬化鋼、冷硬鑄鐵、超合金、其他類似的硬金屬。氮化硅基陶瓷刀片：用于高速重切削、銑削鑄鐵、切削非鐵金屬晶須陶瓷刀片：用于加工鎳基合金、高硬度鑄鐵和淬硬鋼等材料 其生產工序如下：混合配料：球磨振磨球磨加膠球磨；壓制坯體：陶瓷刀片的干粉壓制工序對粉體形貌、粉體表面電荷狀況以及混合粉體的造粒要求都很高，故壓制工藝難度較大；坯體排膠：陶瓷刀片的脫膠工藝與硬

36、質合金刀具生產工藝相似；GPS+HIP處理：燒結工藝采用氣氛保護燒結(GPS)+熱等靜壓(HIP)處理技術；刀片刃磨：陶瓷刀片的刃磨質量對刀具使用性能影響很大；試刀：對于不同批次、不同時間生產的陶瓷刀片，除監(jiān)控其性能指標外，在出廠前還應進行試刀，以檢驗刀片的切削性能。試刀一般在工廠的機床上完成。2.2.2優(yōu)化比較比較以上三種方案，高速鋼韌性好, 抗沖擊性，刃磨性好，硬度低，紅硬性差，通用性強，工藝成熟；硬質合金硬度高，紅硬性好，抗沖擊性差，韌性差，不便于刃磨成復雜的形狀，價錢較貴而且它太硬了，對它本身的加工也成了問題。這導致像麻花鉆這樣形狀比較復雜的工具就比較難用硬質合金制造了；陶瓷刀具的最大

37、弱點是斷裂韌性比硬質臺金低，脆性比硬質合金大因此要求機床具有足夠的剛性，陶瓷刀具的抗氧化能力大大優(yōu)于硬質合金，但是其工藝要求高，造價昂貴，并且正處于發(fā)展階段，還未普及。根據性能、加工制造、價格、本次設計的要求等方面的比較，優(yōu)選W18Cr4V做為本次設計的材料。2.3加工工藝流程 本次設計根據性能、加工制造、價格、本次設計的要求等方面的比較，我們選用了W18Cr4V，為鎢系高速鋼，具有高的硬度、紅硬性及高溫硬度。其熱處理范圍較寬淬火不易過熱，熱處理過程不易氧化脫碳，磨削加工性能較好，通用性強，工藝成熟，其加工工藝流程為：鋼材的入廠檢查下料鍛造焊接與退火機械加工成型熱處理刃磨 2.3.1立銑刀的焊

38、接與退火 在最終熱處理之前要進行預先輔助熱處理時柄部與刃部的焊接與退火。刃部和柄部的焊接在對焊機上進行焊接后，焊縫與熱影響區(qū)的熱應力很大，組織也不均勻，性能較差，為了消除應力，改善組織性能， 焊接后進行退火，把棒料投入已升溫至700800的退火爐中，待爐料集中后，在加熱至退火溫度850870，經保溫后冷至720740進行等溫轉變。以獲得等溫轉變組織。圖2.2 W18Gr4V鋼在電爐中的退火工藝曲線如下圖 退火后的硬度標準為：HB207255。2.4熱處理工藝材料在經過機械加工成型后，要進行最終熱處理，以達到工件所需要的機械性能要求，立銑刀的熱處理器路線是：刃部柄部淬火清洗中間檢查回火清洗檢驗噴

39、砂、交檢。 2.4.1預熱處理 淬火預熱由于高速鋼的導熱性很差，而淬火溫度卻很高，為減少加熱時產生的內應力，同時也為避免因冷卻工件放入熱爐時影響爐溫，因此要進行兩次預熱處理。 A第一次預熱溫度為500600、 B第二次預熱（中溫預熱）溫度為800850，這次預熱保溫時間不應該太長，以防止碳化物的穩(wěn)定。高溫加熱淬火，當溫度達到840后應立即將銑刀柄部放入水中冷卻，然后馬上拿出放在高溫爐中對刃部進行加熱，加熱時為避免熱量上傳影響刀柄部的性能應使鹽浴面低于焊縫10mm。為防止刃具在加熱時的變形在鹽浴爐中加熱時，應采用鐵絲吊掛垂直的加熱。 2.4.2淬火處理高速鋼的淬火主要是通過加熱是盡可能多的碳及合

40、金元素溶入奧氏體中冷卻后得到合金度很高的馬氏體組織從而獲得高的紅硬性和耐磨性打下基礎。淬火溫度的選擇，為了使高速鋼獲得高的硬度和紅硬性，較好的韌性應將淬火加熱溫度取在碳化物最大限度的溶入奧氏體而同時又不致使晶粒過分長大的溫度區(qū)內。 淬火加熱時間高溫加熱時間的選擇應保證刃具熱透并使合金碳化物充分溶解，又不引起晶粒粗大為原則。 淬火冷卻，高速鋼冷卻時的組織轉變，冷卻時的組織轉變取決于高溫加熱時所造成的奧氏體的合金度又取決于隨后的冷卻條件。圖2.3 W18Gr4V鋼在1280奧氏體化后的奧氏體等溫轉變曲線 從奧氏體的等溫轉變曲線看高速鋼的奧氏體穩(wěn)定性很大，因此采用分級淬火和等溫淬火。 A 第一次分級

41、淬火即加熱后的工件在580620的低溫中性鹽浴爐中進行保溫一段時間（保溫時間與加熱時間相同）。 B第二次分級淬火，即從580620鹽浴爐中后再與350400硝鹽爐中保溫一段時間約20分鐘左右分級淬火的優(yōu)點是可以防止二次碳化物的析出，并減少矯直機錐柄立銑刀的變形和開裂。C等溫淬火，為了進一步減少變形并提高韌性因此要進行等溫淬火，常采用的等溫溫度為200280加熱時間為1.52h淬火后約獲得50%的貝氏體和大量的殘余奧氏體因此淬火后的硬度比普通淬火稍低淬火變形開裂傾向很低。2.4.3回火處理 W18Gr4V鋼的淬火后組織處于不穩(wěn)定狀態(tài)，內應力大，殘余奧氏體多，硬度及紅硬性降低。若不及時回火容易崩刃

42、折斷等現象。為了為消除內應力，穩(wěn)定組織減少殘余奧氏體量，提高硬度，刃磨性和紅硬性需要淬火后及時回火。圖2.4 W18Gr4V鋼性能及殘余奧氏體量的（1）第一次回火 由于回火后殘余奧氏體量多第一次回火僅有15%左右的殘余奧氏體量發(fā)生轉變?yōu)轳R氏體。同時新生成的馬氏體有必然有新的內應力。所以要進行第二次回火。（2）第二次回火 殘余奧氏體量轉變更少，由于同樣原因，所以要進行第三次回火。（3）第三次回火 這次回火之后性能達到了刃具的要求回火后的組織為回火馬氏。其回火工藝圖如下圖2.5。工藝方法回火規(guī)范備注溫度（）時間（h）次數冷卻回火55057011.53空至室溫表2.1 為W18Gr4V鋼立銑刀回火工

43、藝圖2.5 回火工藝圖第三章 熱處理車間設計3.1生產綱領 計算公式 Q=q(1+)% Q車間生產綱領（件/年或t/年） q車間每年的熱處理計劃件數量，包括備件（件/年或t/年） 車間廢品損失率3.2工作制度和年時基數 根據車間生產性質和任務，一般單件小批量生產性質的綜合熱處理車間，應采用兩班工作制。其中個別工藝周期較長應連續(xù)生產的設備或大型設備應考慮三班工作制；安裝在生產流水線上的熱處理設備，應與生產線生產班制相一致。本次采用三班制。詳細見表3.1。1）設備年時基數為設備在全年內的總工時數，等于在全年日內應工作的的時數減去各種時間損失，即： (公式2.1)F設=251*3*8*（1-9%）=

44、5482h （查知一般設備時間損失率為9%）2）工人年時基數 (公式2.2) F人=251*8*（1-8%）=1847h (查詢知一般工人時間損失率為8%）選擇重要設備，年時基數為4718h表3.1 熱處理車間設備和工人年時基數項目生產性質工作班制全年工作日每班工作時數全年時間損失（%）年時基數一、設備一般設備連續(xù)工作制3355897722重要設備階段工作制32518164718小型簡易熱處理爐階段工作制3251875571大型復雜熱處理爐連續(xù)工作制33558147326二、工人一般工作條件251881830較差工作條件25181217483.3熱處理設備的選擇年產量4萬件，分4個批次生產，即

45、每批1萬件，立銑刀尺寸：4512*28*75(1）退火設備：選用TFRX-3-30-9，爐膛尺寸（mm）：950450350，一次可生產4500件裝爐量：3個(2)預熱處理設備：第一次預熱溫度為500600低溫預熱設備為RDM456型低溫鹽爐，爐膛尺寸(mm)：450350700，一次可生產3500件裝爐量：3個第二次預熱（中溫預熱）溫度為800850預熱時間按0.40.6分/min計算，故取20min鹽爐，采用工作溫度950的中溫鹽浴爐設備DM-75-8，爐膛尺寸(mm)：450350650，一次可生產3000件裝爐量：4個（3）淬火設備：淬火加熱錐柄立銑刀用高溫鹽浴爐其規(guī)格如及性能下表RY

46、D埋入型電極鹽浴爐型號數量功率爐膛尺寸使用溫度用途RYD-100-9111003003506001300CUIJUO淬火加熱一次可生產2000件裝爐量：5個（4）回火設備：回火設備的選用就爐溫的均勻性和加熱速度來內熱式電極鹽浴爐最好，可選用RJ-35-6型的爐子回火,爐膛尺寸500650mm，一次可生產2000件裝爐量：5個電阻爐 埋入型電極鹽浴爐 內熱式鹽浴爐第四章 熱處理車間布置4.1熱處理車間分類 4.1.1按工作性質分類 毛坯半成品（或稱第一）熱處理車間，承擔鍛件、鍛件毛坯熱處理任務，主要實施退火、正火、調質等預先熱處理工藝。這類車間常設在鍛造、鑄造車間內。 成品（或稱第二）熱處理車間

47、，主要承擔產品的最終階段的熱處理任務，主要實施淬火回火、滲碳、感應加熱淬火等熱處理，以達到產品最終技術要求。這類車間常獨立設置，常與機加工車間相鄰或設在機加工車間內。 4.1.2按生產環(huán)境分類 獨立的熱處理車間 附設在有關車間內部的熱處理工部，這類工部與其所在車間生產有著密切聯系，例如鍛件熱處理工部，可以減少工件運輸，便于利用鍛后余熱進行熱處理。 產品生產線中的熱處理工段。 4.1.3按生產性質分類 大批量生產全自動化熱處理車間。這類車間產品單一，工藝定型，選用專用性連續(xù)式熱處理設備，組成全自動的機械化生產線。 批量生產半自動熱處理車間。這類車間多選用柔性生產線或局部機械化自動生產。單件生產手

48、工操作熱處理車間。這類車間多選用間隙式手工操作的熱處理設備。4.2車間設備組織與設置 車間設備平面布置工作包括設計工作場地和布置設備。其基本內容是，根據熱處理生產任務確定生產組織方式；確定熱處理生產歸屬的車間或獨立車間；確定車間廠房位置、形式和尺寸；決定無聊運輸線路和方式，組織合理的生產流程；劃分車間各工序、工段及各工作場地，確定設備的工藝布置和相對位置及間隔距離，并留出工人操作及輔助面積，確定工人操作位置；最后畫出車間設備平面和立面布置圖，并編制設備明細表。 4.2.1車間設備平面布置的原則 大型連續(xù)式設備及機組的布置，根據數量確定是否跨廠房跨度，盡量在同一跨度中，有利于使用起重設備。車間有

49、一端封閉墻體時，大型設備盡量靠在內墻布置，以利用采光和通風。熱處理車間在工藝流程基本順暢的情況下，可按設備分片布置。設備布置應符合工藝流程的需要，零件的流向應盡量由入料端向出料端，避免交叉和往返運輸。設備應盡量布置整齊，箱式爐以爐口取齊，井式爐以中心線取齊。需要起重運輸 工具的設備，應布置于起重機有效范圍內。需局部通風的設備應靠外墻或靠近柱子布置，以利于通風管的引出。車間內應避免隔斷，對必須設置隔離間的應集中于車間的一端。噴砂間靠外墻隔斷，有利于砂的儲存和設置除塵裝置。生產區(qū)內應留有零件裝卸及存儲面積或立體倉庫。車間需留出必要的通道，通道的尺寸隨車間使用運輸車型而異。車間預留擴建面積可采取車間

50、內預留設備空地或預留增跨或接長廠房空地。留有計算機控制管理房地。熱處理車間的設計原則為： （1）熱處理車間的位置和熱處理生產的組織要保證全廠生產流程合理，各種物料的運行路線短捷，流動工作量小。 （2）充分考慮熱處理車間的特殊情況，改善操作環(huán)境和生產安全。 （3）設備布置應與電力、氣、燃料、水等供應路線相協調。 （4）合理利用車間面積。 （5）有利于設備的安裝和投產后設備的維修。 （6）有利于車間生產管理提高管理水平。 （7）注意車間的條理和美觀，提高生產的文明程度。 （8）考慮遠景的發(fā)展規(guī)劃。 4.2.2熱處理車間內設備的組織原則 （1）工藝原則：把相同的工藝設備組合和布置在一個工地上，如淬火

51、加熱爐為一類，滲碳爐為一類。這種組織方式便于工件按一定的工藝順序形成生產流程，適合于多工藝小批量生產方式。 （2）設備原則：把同類型的設備組織和布置在一個工地上，例如把井式爐組合在一起。這種方式便于設備管理。通常一個車間內混合有工藝原則和設備原則的組織方式。 （3）對象原則：以生產對象為線索，把完成該產品生產的熱處理設備按工藝順序組成生產線。這種方式適合于大批量生產。4.3設備平面布置設計 4.3.1設備平面布置的一般原則 （1）大型連續(xù)式設備及機組的布置，根據數量確定是否跨廠房跨度，一般應盡量布置在一跨度中，有利于是有起重運輸設備。 （2）車間有一面封閉墻體時，大型設備應盡量靠墻內布置，可利

52、采光和通風。 （3）中小型熱處理車間在工藝流程基本順暢的情況下，可按設備類型分片布置。 (4）設備布置應符合工藝流程的需要，零件的流向應盡可能由入料端流向出料端，避免交叉和往返運輸。 （5）設備應盡量布置整齊，箱式爐以爐口取齊，井式爐以中心線取齊。 （6）需要起重運輸的設備，應布置于起重機的有效范圍內。 （7）需局部通風的設備應靠外墻或靠近柱子布置，以利于通風管的引出。 （8）車間內應盡量避免隔斷，對必須設置隔間的應集中布置于車間的一端。噴砂間靠外墻隔斷，有利于砂的儲存和設置除塵裝置。 （9）生產區(qū)內應留有零件裝卸及儲存面積或立體倉庫。 （10）車間應留出必要的通道，通道的尺寸隨車間使用運輸車型而異。 （11）車間頂留擴建面積可采取車間內頂留設備空地或頂留增跨或姐廠房空地。 4.3.2設備布置間距 （1）爐子后端距墻柱的距離，一般箱式爐取1到2米；煤氣爐和油爐取1.5到1.8米；可控氣氛爐應留出輻射管取出的距離