平面磨床砂轮主轴热处理车间设计说明书

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课程设计任务书

题目 平面磨床砂轮主轴热处理车间设计 姓名 学号 班级

老

师

设计平面磨床砂轮主轴热处理车间设计 题 目 各位同学根据设计题目，编制课程设计任务书，其中应包括如下内容：制定热处理工艺、工作制度、年时基数、生产纲领，选择所需要的热处理设备，最后应给出参考文献，并绘制出设备在车间的平面布置图。具体要求如下： （1）确定工件的形状、尺寸，制定出车间的工作制度、年时基数、生产纲领； （2）对于没有给出材料的零件，选择材料，要论述工件的服役条件及对材料性能的要求； 成绩 课 （3）确定工件的加工工艺流程，制定热处理工艺，并且，加以论述其依据； （4）根据热处理工艺选择适当的热处理设备，对主要的加热设备的炉体结构、炉膛尺寸、功率要进行计算和论述，根据生产率确定所需要的台数； （5）合理地设计工件的热处理生产线，画出设备在车间里面的平面布置图（该图要求用计算机绘制，并用A3纸打印出来，图中设备用参考图例画出，其它的要按照国家标准画出）； （6）设计任务书按照如下顺序进行装订：封面、表格、目录、具体内容、参考文献；设计任务书封面、表格请见后面附件，表格中设计题目、课程设计主要内容部分由同学填写，设计任务书除了封面、表格、目录以外，其余每页应该标注页码，并在目录部分自动生成。 （7）用同学名字作为文件夹名称，内含设计任务书的Word文档和车间平面布置图CAD文档，两个文件均用同学名字，和课程设计纸质材料一起上交。 （8）有关参考文献请参见目录，例如马永杰编著，热处理技术与装备，北京：化学工业出版社，2008，共计16本。 程设计主要内容 指导教师评语

目录

第1章 生产线设计任务书概述 .............................. 1

1.1 项目任务 ..................................................... 1

1.2 热处理概述 .................................................. 1 1.3 轴类零件概述 ................................................ 1 1.3.1 机床主轴的工作条件 ...................................... 1 1.3.2 机床主常见的失效形式 .................................... 1 1.3.3 机床主轴的主要性能要求 .................................. 2

第2章 材料的选择和介绍 ......................................... 2

2.1 材料的选用 .................................................. 2 2.2 材料成分及组分的作用 ........................................ 3 2.2.1 化学成分 ................................................ 3 2.2.2 主要组分的作用 .......................................... 3

第3章 热处理工艺设计 ........................................... 3

3.1 热处理技术要求 ............................................... 3

3.2 加工工艺流程 ................................................ 3 3.3 热处理工艺 .................................................. 3 3.3.1 预备热处理 ............................................. 4 3.3.2 最终热处理 ............................................. 4

第4章 热处理车间主要设备的选择与计算 ........................ 5

4.1 热处理设备选型的原则和依据 ................................. 5

4.1.1 热处理设备选择的原则 ................................... 5 4.1.2 热处理设备选择的依据 ................................... 6 4.2 热处理设备的选型 ........................................... 6 4.2.1 预备热处理设备 ........................................ 6 4.2.2 最终热处理设备

（一）调质处理设备 ..................................... 7 （二）感应加热表面淬火回火设备 ......................... 8 （三）低温时效处理设备 ................................. 8 4.3 热处理主要设备数量计算 ..................................... 8 4.3.1 工作制度和年时基数 ..................................... 8 4.3.2 设备数量的计算 ........................................ 10 4.3.3 车间生产纲领 .......................................... 10 4.4 淬火槽的设计 .............................................. 10 4.4.1 淬火油需要考虑的因素 .................................. 10 4.4.2 淬火油槽及其辅助设备的设计 ............................ 10 4.4.3 淬火油槽的防火 ........................................ 11

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4.5 辅助设备的选择 ................................................ 12 4.5.1 清洗设备 .............................................. 12 4.5.2 校直设备 .............................................. 12 4.5.3 检查设备 .............................................. 12

第5章 车间布局 ................................................. 12

5.1 车间在厂区内的位置 ......................................... 12 5.2 车间面积及面积指标 ......................................... 13 5.3 布局原则 ................................................... 13 5.4 车间设备布局间距 ........................................... 13

第6章 动力消耗及对公用系统设计 .............................. 14

6.1 电力安装容量 ............................................... 14 6.2 蒸汽 ....................................................... 14 6.3 生产用水 ................................................... 14

第7章 热处理车间的生产组织与人员 ............................ 14

7.1 组织 ....................................................... 14 7.2 工作人员 ................................................... 15

第8章 参考文献 ................................................. 16

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第1章 生产线设计任务书概述

1.1项目任务

本任务书主要对给定轴类零件的要求自主选定零件，并通过对轴服役条件的分析，合理地选择材料，完成对材料的成分分析，制定热处理工艺,选择热处理设备，最后对生产轴类零件的热处理生产车间进行设计，并作出车间平面布置图。本任务书选定的轴类零件为平面磨床砂轮主轴，重点是针对热处理工艺方面，对轴类零件的设计没有做深层次的研究。

1.2热处理概述

热处理是机械工业的一项重要基础技术，热处理对于充分发挥金属材料的性能潜力，提高产品的内在质量，节约材料，减少能耗，延长产品的使用寿命，提高经济效益都具有十分重要的意义。正所谓“工欲善其事,必先利其器”，那么就必须提供给热处理工艺良好的环境及先进的设备，总的来说就是一个设计得当的热处理车间。对于轴类零件的热处理加工工艺是要在满足零件使用性能要求的前提下，达到热处理生产的可行性和工艺性；既设计零件的材料和结构同时又与零件生产流程和热处理工艺过程的各环节密切相关。所以，在轴类零件设计时必须充分重视热处理生产的工艺性，合理选择材料，正确提出技术要求，同时在制定生产流程时应合理安排，正确地制定热处理工艺，确保产品质量，同时提高生产效率和降低生产成本也是十分必要的。

1.3轴类零件概述

1.3.1机床主轴的工作条件

机床主轴是切削机床的重要零件，在传递动力时承受着多种形式的载荷，在工作中作高速旋转运动。其主要作用是支撑传动零件并传递动力（扭矩），其工作条件如下：

（1）传递扭矩，承受交变扭转载荷，往往还受有交变弯曲应力。有时还承受拉-压轴向载荷作用。

（2）轴颈处及花键等滑动表面处，承受着较大的摩擦和磨损。 （3）主轴大多还承受一定的过载或冲击载荷的作用。

1.3.2机床主轴常见的失效形式

（1）磨损失效 由于轴的相对运动的表面（如轴颈处）过度磨损或润滑不良等而导致磨损失效。例如带内锥孔或外锥度的主轴，工作时和配合件虽无相对滑动，但频繁装拆，易于使锥面拉毛磨损；特别是主轴与滑动轴承相配的轴颈，由

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于润滑不良、轴承材料选择不当、结构设计不合理、加工精度不够、装配不良、间隙不均或潜入杂质微粒等都可能发生咬死（即抱轴），使轴颈工作面咬伤，这是机床主轴正常工作情况下常见的失效形式。

（2）变形或腐蚀失效 个别情况下发生过量弯曲或扭转变形（弹性的和塑性的）失效，可能发生振动或腐蚀失效的现象。

1.3.3机床主轴的主要性能要求

机床切削加工时，主轴高速旋转，受到弯曲、扭转、冲击等多种载荷的作用。根据工作条件和失效条件分析，可以对轴用材料提出如下主要性能要求： （1）高的疲劳强度，防止轴疲劳断裂；

（2）良好的综合力学性能，即强度与塑性、韧性有良好的配合，以防止过载和冲击断裂；

（3）高的硬度、热硬性、热强度的良好耐磨性，以增强抗咬死能力，防止轴颈、花键局部承受摩擦的部位过度磨损或咬死。

第2章 材料的选择和介绍

主轴为机床上主要传递动力的部件，在实际工作过程中，经常承受扭转、疲劳、冲击疲劳作用，因此应具有良好的综合力学性能。从主轴的工作条件、技术要求和结构分析，要求其具有足够的强度，高的硬度和耐磨性。

2.1材料的选用

根据该主轴的工作特点，结合其使用要求，应该选用调质钢。调质钢一般指经调质处理（淬火+高温回火）后使用的结构钢。淬火后得到的马氏体组织经高温回火后，得到在α相基体上分布上有极细小的颗粒状碳化物的回火屈氏体或回火索氏体组织。这种组织使钢具有较高的强度，良好的塑性和韧性。调质钢经过调质处理后可以满足机械零件对使用性能提出的具有比较全面的力学性能的要求。调质钢一般为中碳钢，主轴基体的强度和韧性得到了保障，能够满足主轴的工作要求。并且调质钢含有较多的合金元素，确保了调质处理的淬透性，减少主轴的变形量。

因此，根据工作特点，要求以及经济成本等因素最后选用40Cr调质钢作为平面磨床砂轮主轴的材料。

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2.2 材料成分及组分的作用

2.2.1 化学成分

碳 C：0.37~0.45 硅 Si:0.20~0.40 锰Mn:0.50~0.80

铬 Cr：0.80~1.10 磷 P：≤0.035 硫 S：≤0.035 （质量分数，%）

2.2.2主要组分的作用

Cr：铬在调质钢中的主要作用是提高淬透性，使钢经淬火回火有具有较好的综合力学性能。另外铬的加入能显著地提高抗氧化、防腐蚀能力，改善回火稳定性以及钢的强度、硬度和耐磨性，同时降低塑性和韧性。

Mn:锰是良好的脱氧剂和脱硫剂。钢中一般都含有一定量的锰，它能消除或减弱由于硫所引起的钢的热脆性，从而改善钢的加工性能。另外锰的存在提高了钢淬透性，心部得到马氏体组织，增强了钢的强度。

Si：硅作为还原剂和脱氧剂，能溶于铁素体和奥氏体中提高钢的硬度和强度。 S、P：杂质元素，严格控制。

第3章 热处理工艺设计

3.1 热处理技术要求

要求主轴心部调质到（250±10）HBW；主轴表面采用中频感应加热淬火。硬

度应≥59HRC。

3.2 加工工艺流程

下料→锻造→退火处理→粗切削加工→调质处理→精机械加工→感应加热表面淬火处理→低温回火→精磨加工→低温时效。

3.3 热处理工艺

工件名称：平面磨床砂轮主轴，其外形尺寸如下图所示：

图3.1 平面磨床砂轮主轴简图

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3.3.1 预备热处理

（1）技术要求

为消除锻造工艺造成的组织缺陷，起到均匀组织、细化晶粒、改善切削加工性能的作用，要求对工件进行软化预备热处理。 （2）工艺流程

加热温度800℃、保温时间3h、然后炉冷至550℃出炉空冷。其工艺曲线如下:

温度/℃

30～40℃/h 800℃ 炉冷 550℃ 空冷 3h 时间/h

图3.2 退火工艺曲线

3.3.2 最终热处理

（1）技术要求

工件的最终热处理有调质处理，感应加热表面淬火回火处理以及最后的低温时效处理。

调质处理：赋予主轴整体良好的综合力学性能。

感应加热表面淬火：根据所要求的硬化层深度来确定感应加热的频率。由于主轴尺寸较大、淬硬层深度要求≥2mm，故选用中频感应加热表面淬火。中频感应加热表面淬火课赋予主轴表面高硬度、高耐磨性及高的疲劳强度。 低温回火：保证主轴表面的高硬度、高耐磨性及高疲劳强度，减少内应力，降低脆性。

低温时效：进一步减少精机械加工造成的残余内应力，稳定主轴尺寸。

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（2）工艺流程

调质处理：加热温度810℃，保温2.5h→双液淬火（水淬油冷法）→高温回火600℃，保温4h→出炉空冷。

感应加热表面淬火回火：使用ZP-100中频感应加热进行感应淬火→加热至160℃、保温4h→空冷。

低温时效处理：加热至160℃、保温10h。

温度图/℃

500～600℃ 810℃ 2.5h3.3 调质处理工艺曲线 水冷20s h 第4章 热处理车间主要设备的600℃ 油冷 4h 选 空冷预热 淬火 高温回火 时间/h

择与计算

4.1热处理设备选型的原则和依据

4.1.1 热处理设备选择的原则

设备选择的基本原则是质量安全可靠，能生产出优质的产品，高的生产效率，低的生产成本和良好的工作环境。

⑴少品种大批量生产的热处理设备的选型：选用安全可靠、生产率高、运行成本低的连续式热处理设备。

⑵批量生产的热处理设备的选型：原则上以连续式热处理生产线为主，考虑产品种类问题，则所选用的设备便于工艺和生产调整。

⑶多品种单件生产的热处理设备的选型：宜采用周期式热处理设备，或以周期式热处理设备组建局部机械化、自动化联动线的方式。

4.1.2 热处理设备选择的依据

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（1）零件热处理工艺要求、技术条件； （2）零件的形状、尺寸、重量和材质； （3）零件生产量和劳动量；

（4）热处理所需的辅料及能源供应； （5）车间劳动安全卫生和环保要求； （6）设备投资和运行成本； （7）与前后工序的关系和衔接；

（8）企业及车间的自动化、机械化、现代物流和现代管理要求； （9）项目所在地及企业的特殊要求和条件。

4.2热处理设备的选型

4.2.1预备热处理设备

根据工艺条件的要求，选择型号为RT2-180-9的台车式电阻炉，其产品规格及技术参数见下表：

表4.1 RT2-180-9的台车式电阻炉的技术参数

额定型号 功率/kW 额定电压/V 相数 额定温度/℃ 工作空间尺寸（长×宽×高）/mm 2100×1050×750 在890℃时有关数据 空炉损耗功率/kW 空炉升温时间/h 最大装载量/kg RT2-180-9 180 380 3 950

≤40 ≤4.5 5000 由于退火为预备热处理工序，工件有较大的加工余量，热处理过程对工件的尺寸变形量要求没有那么严格，因此选择了装载量相对较大且装卸料方便的的台车式炉。这类炉子的炉底为一个可移动台车的箱式电阻炉，它适用于处理较大尺寸的工件。按工件之间间隔距离与工件尺寸相等原则将工件水平排列在电阻炉炉膛中，炉膛长2100mm，工件长为880mm；炉膛宽1050mm，工件最大直径为125mm，故每层可放置6件工件，又由于炉膛高度为750mm，工件的最大直径为125mm，并且根据40Cr材料的要求，因此工件在炉内堆放共2层。考虑到炉内的面积不能完全利用，同时第二次工件放置量比第一层少，由此可得，使用此型号台车式电阻炉一炉可加工9件工件。

要完成工件的退火处理需要3小时，故此设备的设备生产率为3件/h。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/2lx3.html