車刀熱處理工藝設(shè)計及卡片守則

1、課程設(shè)計說明書題 目: 車刀熱處理工藝說明書 學(xué)院(直屬系): 材料科學(xué)與工程學(xué)院 年級、專業(yè): 10級材料工程-2 學(xué) 生 姓 名: 學(xué) 號: 指 導(dǎo) 教 師: 開 題 時 間: 2013 年 12 月 23 日完 成 時 間: 2014 年 1 月 3 日學(xué)習(xí)態(tài)度（15分）技術(shù)水平與實際能力（25分）創(chuàng)新（10分）說明書（報告書、圖紙）質(zhì)量（50分）總評目 錄引言 1一車刀熱處理設(shè)計 11零件概述 11.1工作條件及受力分析21.2技術(shù)及性能要求 31.3失效形式及使用性能 32材料的選用 43. 加工工藝流程 44.熱處理工藝 54.1 預(yù)備熱處理54.2 最終熱處理55.熱處理工藝分析

2、6 5.1 軟化退火65.2 淬火65.3 回火6二熱處理主要設(shè)備選擇 6 1.預(yù)備熱處理設(shè)備62.最終熱處理設(shè)備7三熱處理主要數(shù)量計算81.年時基數(shù)82設(shè)備數(shù)量的計算9四質(zhì)量檢測 9五結(jié)論11參考文獻(xiàn) 12引言 熱處理工藝課程設(shè)計是高等工業(yè)學(xué)校材料科學(xué)與工程專業(yè)材料工程方向同學(xué)的一次專業(yè)課設(shè)計練習(xí)，是熱處理原理與工藝課程的最后一個教學(xué)環(huán)節(jié)。其目的是：培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的熱處理課程的知識去解決工程問題的能力，并使其所學(xué)知識得到鞏固和發(fā)展。學(xué)習(xí)熱處理工藝設(shè)計的一般方法、熱處理設(shè)備選用和裝夾具設(shè)計等。進(jìn)行熱處理設(shè)計的基本技能訓(xùn)練，如計算、工藝圖繪制和學(xué)習(xí)使用設(shè)計資料、手冊、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。因此，本課

3、程設(shè)計要求我們綜合運(yùn)用所學(xué)知識來解決生產(chǎn)實踐中的熱處理工藝制定問題，包括工藝設(shè)計中的細(xì)節(jié)問題，如設(shè)備的選用，夾具的設(shè)計等。要求我們設(shè)計工藝流程，這需要翻查大量的文獻(xiàn)典籍。如何靈活使用資料、手冊，怎樣高效查找所需信息，以及手冊的查找規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)等，均不是一蹴而就的事情，需要我們在實踐中體會并不斷地總結(jié)，才能不斷進(jìn)步。摘要車刀是用于車削加工的、具有一個切削部分的刀具。為了保證刀刃能進(jìn)入工件并防止卷刀，須使刃具具有高于被切削材料的硬度，一般應(yīng)在60HRC以上，加工軟材料時可取4555HRC。為了使刀具能承受切削熱的作用，防止在使用過程中因溫度升高而導(dǎo)致硬度下降，應(yīng)要求刃具具有高的紅硬性。因此，車刀材料

4、必須具備高硬度、高耐磨性、足夠的強(qiáng)度和韌性，還需具有高的耐熱性（紅硬性），即在高溫下仍能保持足夠硬度的性能。關(guān)鍵詞: 車刀 熱處理 高硬度 設(shè)計一、車刀熱處理設(shè)計1. 零件概述車刀零件圖車刀工作圖1.1 工作條件及受力分析刃具在切削過程中，刀刃與工件表面金屬相互作用，使切削產(chǎn)生變形與斷裂，并從工件整體剝離下來。故刀刃本身承受彎曲、扭轉(zhuǎn)、剪切應(yīng)力和沖擊、振動等負(fù)載荷作用。由于切削層金屬的變形及刃具與工件、切削的摩擦產(chǎn)生大量的摩擦熱，均使刃具溫度升高。切屑速度越快，則刃具的溫度越高，有時刀刃溫度可達(dá)600左右。刀刃溫度升高（T）與切削速度（），走刀量（S）和切削進(jìn)刀深度（t）之間有如下經(jīng)驗關(guān)系:T

5、=C·a·Sb·tc 式中a、b、c、C均為隨刃具與工件材料而異的常數(shù)。其中對刀刃溫度的影響以切削速度（）的影響最大。1.2 技術(shù)及性能要求 高硬度，高耐磨性是刀具最重要的使用性能之一，若沒有足夠的高的硬度是不能進(jìn)行切削加工的。否則，在應(yīng)力作用下，工具的形狀和尺寸都要發(fā)生變化而失效。高耐磨性則是保證和提高工具壽命的必要性，除了以上要求紅硬性及一定的強(qiáng)度和韌性。在化學(xué)成分上，為了使工具鋼尤其是刃具鋼具有較高的硬度，通常都使其含有較高的的碳（W（C）=0.65%1.55%），以保證淬火后獲得高碳馬氏體，從而得到高的硬度和切斷抗力，這對減少防止工具損壞是有利的。大量的含

6、碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)又可提高耐磨性，加入Mn、Si增加淬透性和回火穩(wěn)定性，加入W、Mo、V、Co等合金元素以提高鋼的紅硬性。具鋼的理想淬火組織應(yīng)該是細(xì)小的高碳馬氏體和均勻細(xì)小的碳化物，刃具鋼在熱處理前都應(yīng)進(jìn)行球化退火，以使碳化物呈細(xì)小的顆粒狀且分布均勻。工具鋼因C的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，因此，在熱處理淬火加熱時應(yīng)在鹽浴爐或保護(hù)氣氛條件下進(jìn)行加熱，否則易產(chǎn)生氧化脫碳現(xiàn)象。1.3 失效形式及使用性能刀刃是的失效形式有很多種，有的刃具刀刃處受壓彎曲，有的刃具受強(qiáng)烈振動，沖擊時崩落一塊（即崩刀）。有的小型刃具整體折斷等等。但這些情況畢竟比較少見，刀具較普遍的失效形式是磨損。刃具鋼應(yīng)具有如下使用性能：（1）為了保證刃具的

7、使用壽命，應(yīng)要求有足夠的耐磨性。高的耐磨性不僅決定于高硬度，同時也取決于鋼的組織。在馬氏體基體上分布著彌散的碳化物，尤其是各種合金碳化物能有效地提高刃具鋼的耐磨能力。（2）為了保證刀刃能進(jìn)入工件并防止卷刀，必須使刃具具有高于被切削材料的硬度（一般應(yīng)在60HRC以上，加工軟材料時可取4555HRC），故刃具鋼應(yīng)是以高碳馬氏體為基體組織。（3）由于在各種形式的切削過程中，刃具承受沖擊，振動等作用，應(yīng)當(dāng)要求刀具有足夠的塑性和韌性，以防使用中崩刀或折斷。（4）為了使刀具能承受切削熱的作用，防止在使用過程中因溫度升高而導(dǎo)致硬度下降，應(yīng)要求刃具具有高的紅硬性。鋼的紅硬性是指鋼在受熱條件下，仍能保持足夠的硬

8、度和切削能力，這種性能成為鋼的紅硬性。紅硬性可以用高溫回火后在室溫條件下測得的硬度直來表示。所以紅硬性是鋼抵抗多次高溫回火軟化的能力，實質(zhì)上這是一個回火抗力的問題。2. 材料的選用 車刀尺寸及角度 CrWMn含碳量：W（C）= 0.90%1.05% 合金元素總量<5%熱處理工藝：球化退火+預(yù)熱（600650）+淬火+低溫回火性能：Cr，Mn，Si提高淬透性，強(qiáng)化M基體，提高回火穩(wěn)定性。Cr，Mn，W和V細(xì)化晶粒。缺點：低合金范圍，滿足不了生產(chǎn)需求。 W2Mo8Cr4V2Co8 含碳量：W（C）= 0.97%1.05% 熱處理工藝：預(yù)備熱處理（軟化退火）切削加工最終熱處理（淬火、回火等）性

9、能：紅硬性高、耐磨性好、強(qiáng)度高，易于熱處理，熱硬度及韌性較高，可磨削優(yōu)良，密度較小，易于氧化脫碳。650時，實際硬度仍高于50HRC材料的確定：W2Mo8Cr4V2Co8的紅硬性、耐磨性優(yōu)于CrWMn，且經(jīng)濟(jì)上較合理，更適合用于車刀，根據(jù)綜合分析選擇W2Mo8Cr4V2Co8為實驗材料。3. 加工工藝流程下料鍛造預(yù)備熱處理（軟化退火）切削加工最終熱處理（淬火、回火等）磨加工磨刃4. 熱處理工藝4.1預(yù)備熱處理（1）技術(shù)要求為便于后續(xù)的切削加工，要求對工件進(jìn)行軟化熱處理預(yù)備熱處理，使得工件退火后硬度HBW269（2）工藝流程加熱至6502530/h加熱至840860保溫0.3h1060/h 冷卻

10、至7802530/h冷卻至650空冷或油冷4.2最終熱處理（1）技術(shù)要求對工件進(jìn)行最終熱處理，使得工件在處理后得到好的耐磨性和熱硬性，使用硬度HRC=6570,以獲得滿足使用要求的性能。（2）工藝流程清洗烘干預(yù)熱（第一次500600，第二次800900）加熱至12001220保溫冷卻（油淬）清洗烘干檢查回火（530550三次回火）清洗表面處理5. 熱處理工藝分析5.1軟化退火高速鋼中有較高的碳含量和大量的合金元素，在鍛造以后，即使空冷也會有較高的硬度，軟化退火可獲得滿意的可加工性，為淬火作好組織準(zhǔn)備，即退火可降低硬度，改善切削加工性能和獲得均勻的組織，改善熱處理工藝性能。此處W2Mo9Cr4V

11、2Co8采用840860高溫退火工藝，與普通退火工藝相比，保溫時間大大縮短，冷卻階段的保溫時間幾乎被取消，因而退火周期大大縮短。5.2淬火淬火工藝使過冷奧氏體進(jìn)行馬氏體或貝氏體轉(zhuǎn)變，得到馬氏體或下貝氏體組織，然后配合以不同溫度的回火，以大幅提高工具鋼的強(qiáng)度、硬度、耐磨性、疲勞強(qiáng)度以及韌性等，從而賦予工具以需要的綜合機(jī)械性能。高合金的W2Mo9Cr4V2Co8高速鋼導(dǎo)熱性差，為防止工件加熱時變形、開裂和縮短加熱的保溫時間以減少脫碳，采用兩次預(yù)熱，500600一級預(yù)熱、800900二級預(yù)熱可以減少因鹽浴爐加熱速度快而快速升溫導(dǎo)致的淬火缺陷。5.3回火W2Mo9Cr4V2Co8高速鋼車刀對熱硬性的要

12、求較高，在淬火后，材料里還有大量的殘余奧氏體存在，其硬度較低（4050HRC),后經(jīng)560回火3次，由于回火時殘余奧氏體分解及碳化物彌散硬化，硬度可升高到6570HRC。進(jìn)行多次回火，是為了逐步減少殘留奧氏體量?；鼗鸷蟮慕M織為回火馬氏體、細(xì)顆粒剩余碳化物及少量殘余奧氏體二、熱處理主要設(shè)備選擇1 預(yù)備熱處理設(shè)備根據(jù)工藝條件的要求，選擇型號為RJ9-190-9的中溫井式電阻爐，其產(chǎn)品規(guī)格及技術(shù)參數(shù)見下表型號額定功率/kW額定電壓/V相數(shù)額定溫度/爐膛尺寸（直徑X深度）/mm在890時有關(guān)數(shù)據(jù)空爐損耗功率/kW空爐升溫時間/h最大裝載量/kgRJ2-90-99038039501000X1200334

13、1500RJ系列自然對流井式電阻爐均有一個井式爐膛，且爐內(nèi)不設(shè)風(fēng)扇的電阻爐。加密封措施通保護(hù)氣體保護(hù)加熱，防止工件氧化等。按工件之間間隔距離與工件尺寸相等原則將工件豎直排列在電阻爐爐膛中，考慮到爐內(nèi)面積不能完全利用，故每層可裝加1000件工件，爐膛深1200mm，工件長160mm，同樣考慮應(yīng)夾具所占尺寸，可裝加5層，由此可得，使用此型號井式電阻爐一爐可加工5000件工件。要完成工件的預(yù)備熱處理需要12小時，故此設(shè)備的設(shè)備生產(chǎn)率為400件/h。2 最終熱處理設(shè)備2.1淬火工藝設(shè)備一級預(yù)熱（550）設(shè)備：三相埋入式電極鹽浴爐RDM-30-6。二級預(yù)熱（820）設(shè)備：三相埋入式電極鹽浴爐RDM-30

14、-8。奧氏體化（1210）加熱設(shè)備：三相埋入式電極鹽浴爐RDM-45-13。 埋入式電極鹽浴爐的電極從浴槽側(cè)壁插入，埋在浴槽砌體中。為了保證加熱過程中夾具的一致性和爐膛的使用率，提高能源利用率和簡化操作，本淬火分級加熱方案中的料框尺寸為300×250×700（長×寬×深/mm）。（1） 裝爐修正系數(shù)K的確定W2Mo8Cr4V2Co8（M42）高速工具鋼車刀熱處理時在吊籃中間隔為16mm，所以裝爐修正系數(shù)K取2.0。（2）由鋼種決定的加熱系數(shù)a（min/mm）的確定：常用鋼的加熱系數(shù)工件材料工件直徑/mm<600箱式爐中加熱750850鹽爐中加熱或預(yù)

15、熱800900箱式爐或井式爐中加熱10003000高溫鹽爐中加熱碳鋼50500.30.40.40.51.01.21.21.5合金鋼50500.450.500.500.551.21.51.51.8高合金鋼0.300.400.300.350.170.2高速鋼0.300.350.650.850.160.180.160.18所需數(shù)據(jù)為：項目一級預(yù)熱二級預(yù)熱淬火溫度/5508201210加熱系數(shù)0.40.350.18（3）工件有效厚度的確定：下表為不同形狀和尺寸的工件加熱計算時的特征尺寸及形狀系數(shù)表，有此可計算出工件的有效厚度為：D=邊長×形狀系數(shù)=10×0.7=7mm。不同形狀和尺

16、寸的工件加熱計算時的特征尺寸及形狀系數(shù)工件形狀特征尺寸 s形狀系數(shù) k球球徑0.7立方體邊長0.7圓柱直徑1.0菱形邊長1.0環(huán)環(huán)寬度1.5環(huán)厚度1.5板厚度1.5管材壁厚開口通管2.0；長管4.0；閉口管4.0根據(jù)時間計算公式t=a×K×D 【其中K-裝爐修正系數(shù)，D-工件有效厚度（mm），a-由鋼種決定的加熱系數(shù)（min/mm）】，以及經(jīng)驗公式等，查找資料，可得烘干預(yù)熱階段t1=0.4×2.0×7=5.6min=336s，二級預(yù)熱階段t2=0.35×2.0×7=4.9min=294s，加熱至淬火溫度t3=0.18×2.0

17、×7=2.52min=152s?？紤]到裝加、運(yùn)輸以及清洗過程中的時耗及冷卻所需時間，則用此設(shè)備每小時可生產(chǎn)400件產(chǎn)品。2.2回火熱處理設(shè)備回火設(shè)備產(chǎn)能應(yīng)與淬火設(shè)備產(chǎn)能相匹配，才能最大化地提高生產(chǎn)效率。每次回火需耗時3h，使用RJ2-90-9型號的中溫?zé)崽幚頎t作為回火爐每小時大約可生產(chǎn)1000件工件，滿足產(chǎn)能要求，整個回火過程需要三臺此型號熱處理爐分別進(jìn)行第一、第二、第三次回火處理。三、熱處理主要數(shù)量計算1.年時基數(shù)工人年時基數(shù)式中工人年時基數(shù)（h）；工人全年工作日，等于全年日數(shù)（365天）-全年假日（10天）-全年星期雙休日（104天）=251天；時間損失率，一般取4%，時間損失包

18、括病假、事假、探親假、產(chǎn)假及哺乳、設(shè)備請掃、工作休息等工時損失。項目生產(chǎn)性質(zhì)工作班制全年工作日每班工作時數(shù)全年時間損失（%）年時基數(shù)一、設(shè)備一般設(shè)備連續(xù)工作制3355897722重要設(shè)備階段工作制32518164718小型簡易熱處理爐階段工作制3251875571大型復(fù)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2518121748熱處理車間設(shè)備和工人年時基數(shù)此熱處理車間中設(shè)備為小型簡易熱處理爐，采用階段工作制，工作班制為3班制，每班工作8小時，全年工作日為251天，全年時間損失為7%，年時基數(shù)為5571。2.設(shè)備數(shù)量的計算式中-設(shè)備年時基數(shù)（h

19、）根據(jù)年生產(chǎn)任務(wù)及設(shè)備生產(chǎn)率計算可以確定，此熱處理車間所需熱處理加工設(shè)備為：RJ2-90-9中溫井式電阻爐2臺、RDM-30-6三相埋入式電極鹽浴爐1臺、RDM-30-8三相埋入式電極鹽浴爐1臺、RDM-45-13三相埋入式電極鹽浴爐1臺。四、質(zhì)量檢測1原材料進(jìn)廠入庫檢測（1）原材料硬度檢測（2）碳化物不均勻檢測（3）表面脫碳檢測（4）淬火實驗2刀具退火質(zhì)量檢測退火時應(yīng)防止氧化脫碳，退火后的型變量應(yīng)小于加工余量的13，如形變超差，允許較直，但是較直后必須補(bǔ)充去應(yīng)力退火3調(diào)質(zhì)質(zhì)量檢測調(diào)制處理后一般只檢測硬度，HRC應(yīng)在40左右4最終熱處理檢測檢測項目檢測方法淬火前檢測檢測有無形變超差、裂紋和碰傷

20、等淬火現(xiàn)場檢測校正儀器儀表，淬火晶粒度和淬火后硬度檢測回火后檢測用肉眼或放大鏡觀察表面有無裂縫、燒傷等硬度檢測洛氏硬度最好控制在65-67HRC彎曲檢查較直并進(jìn)行去應(yīng)力紅硬性檢測600攝氏度下保溫4小時檢測其洛氏硬度刀具表面質(zhì)量檢測檢測表面有無過少或麻點等結(jié)論在此次課程設(shè)計中，進(jìn)行了車刀的熱處理工藝設(shè)計，選擇了W2Mo8Cr4V2Co8作為零件材料，包括了加工路線中有關(guān)熱處理工序和熱處理輔助工序的設(shè)計，根據(jù)零件的技術(shù)要求，選定能實現(xiàn)技術(shù)要求的熱處理方法，制定工藝參數(shù)，畫出熱處理工藝曲線圖，選擇設(shè)備，作出熱處理工藝卡，以上這些內(nèi)容已經(jīng)在本說明書中作了詳細(xì)敘述。通過這次對所學(xué)專業(yè)金屬材料有關(guān)熱處理

21、的課程設(shè)計，使我更加的了解自己所學(xué)專業(yè)的實際應(yīng)用，了解到了在生活中即使一個小零件在它投入使用之前都經(jīng)歷了復(fù)雜的過程。每一個過程都要精益求精，任何小的失誤都會導(dǎo)致材料的缺陷。 這次課程設(shè)計也使我將在實習(xí)中的知識更加具體的與實際相聯(lián)系，使在書本學(xué)到的知識更加立體，使理論運(yùn)用于實踐，正如馬克思所說的只有實踐才是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，只有將所學(xué)應(yīng)用于實際才能學(xué)有所用，才能更好的服務(wù)于社會。 從中我深刻的體會到了做事要嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真，一絲不茍。并發(fā)現(xiàn)自己在本門學(xué)科的學(xué)習(xí)中還有很多不足，有些知識掌握的并不是那么的扎實，通過課設(shè)使我更加的鞏固了之前所學(xué)的有關(guān)熱處理的知識。 致謝在此感謝我們的賀老師，老師嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一

22、絲不茍的作風(fēng)是我們在以后的學(xué)習(xí)、工作中的榜樣，老師循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪。老師為我們解決設(shè)計過程中的難題，這種敬業(yè)的程度在大學(xué)老師中是非常少的。同時也感謝對我?guī)椭^的同學(xué)們，謝謝你們對我的幫助，讓我感受到同學(xué)的友誼。對我而言，知識上的收獲重要，精神上的豐收更加可喜。挫折是一份財富，經(jīng)歷是一份擁有。這次熱處理工藝設(shè)計必將成為我人生旅途上一個非常美好的回憶！參考文獻(xiàn)1 馬鵬飛，李美蘭.熱處理技術(shù) M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.122 孫大能，雷廷權(quán)等.熱處理手冊M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1991.3 趙步青 高速鋼刀具熱處理質(zhì)量檢測M.浙江：浙江工具廠，19994 鳳

23、儀.金屬材料學(xué). M.北京：國防工業(yè)出版社， 2009.45 束德林.工程材料力學(xué)性能. M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2007.56 邢建東，陳金德.材料成形技術(shù)基礎(chǔ). M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.67 上海機(jī)械學(xué)院.鋼鐵材料及熱處理M.上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社， 1998.8 徐流杰，等.高釩高速鋼中碳化釩的形態(tài)研究J.鑄造，2003,52（11）9 大連工學(xué)院.金屬學(xué)及熱處理M.北京：科學(xué)出版社，2003.10 鄭明新.工程材料M.北京：清華大學(xué)出版社，1997.11 朱張校.工程材料M.北京：清華大學(xué)出版社，2001.12 潘金生.材料科學(xué)基礎(chǔ)M.北京：清華大學(xué)出版社，2004.

24、熱處理工藝卡片熱處理工藝卡產(chǎn)品型號12x12x80零（部）件圖號產(chǎn)品名稱車刀零（部）件名稱W2Mo8Cr4V2Co8高速鋼車刀簡圖：材料牌號W2Mo8Cr4V2Co8零件重量0.09kg工藝路線預(yù)備熱處理切削加工最終熱處理（淬火、回火等）磨加工磨刃技術(shù)條件檢驗方法硬度硬度60HRC洛氏硬度計工序號工序名稱設(shè)備裝爐數(shù)量裝爐溫度加熱溫度加熱時間保溫時間冷卻工時（-min）介質(zhì)溫度1預(yù)熱一次預(yù)熱RJ9-90-942 件258507h0.3h空氣25二次預(yù)熱一次二次2終熱淬火RDM-30-6330 件251230180s122.4s油253淬火冷卻RDM-30-8330件25600 180s122.4s氮?dú)?、空?54一次回火RJ2-90-92