叶片泵轴零件课程设计
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
1前言
本次课程设计主要是制定典型零件的生产工艺,是以《金属热处理原理》、《金属热处理工艺学》和《金属材料学》为基础的一门综合课程设计。
金属热处理是机械制造中的重要工艺之一,与其他加工工艺相比,热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分,而是通过改变工件内部的显微组织,或改变工件表面的化学成分,赋予或改善工件的使用性能。
其特点是改善工件的内在质量,而这一般不是肉眼所能看到的。
为使金属工件具有所需要的力学性能、物理性能和化学性能,除合理选用材料和各种成形工艺外,热处理工艺往往是必不可少的。
钢铁是机械工业中应用最广的材料,钢铁显微组织复杂,可以通过热处理予以控制,所以钢铁的热处理是金属热处理的主要内容。
另外,铝、铜、镁、钛等及其合金也都可以通过热处理改变其力学、物理和化学性能,以获得不同的使用性能。
热处理不仅对机械加工的顺利进行和保证加工效果起着重要作用,而且在改善或消除加工后缺陷,提高工件的使用寿命等方面起着重要作用。
合理的热处理工艺方案,不但可以满足设计及使用性能的要求,而且具有最高的劳动生产率,最少的工序周转和最佳的经济效果。
从本次课程设计中,我们可以获得综合运用所学的基本理论、基本知识、基本技能,独立分析和解决实际问题的能力;培养严肃、认真、科学的工作作风和勇于进取开拓的创新精神。
通过本次课程设计,可以是我们初步掌握典型零部件生产工艺过程;掌握怎样根据零件的服役条件选择材料、分析零件的工艺性,确定工艺方案,分析工艺的可行性。
理论联系实际,综合运用基础课及专业课程多方面的知识去认识和分析零部件热处理生产过程的实际问题,培养解决问题的能力。
真正做到学以致用并从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节,从而加以弥补。
通过本次课程设计,学生能够正确地对局部与整体的把握,培养我们对细节注重的能力,同时掌握整体学习、工作以及研究的本领。
2 零件图分析
图1 叶片泵轴零件图[2]
2.1 零件的总体分析
叶片泵是由转子,定子,叶片和配油盘相互形成封闭容积的体积变化来实现泵的吸油和压油。
叶片泵的结构紧凑,零件加工精度要求高。
叶片泵转子旋转时,叶片在离心力和压力油的作用下,尖部紧贴在定子内表面上。
这样两个叶片与转子和定子内表面所构成的工作容积,先由小到大吸油后再由大到小排油,叶片旋转一周时,完成两次吸油与排油。
泵轴在工作是承受扭转和弯曲疲劳,在花键和轴颈处受磨损。
因此,要求轴具有高的强度,良好的韧性及耐磨性。
2.2 零件的结构形状分析
零件结构形状如图1所示
2.3 零件的服役条件及失效形式分析
2.3.1 服役条件
泵轴是叶片泵的主要零件之一,主要传递动力。
在工作时,高速旋转的轴承受弯曲、扭转和冲击等多种载荷。
2.3.2 失效形式
叶片泵轴的主要失效形式时疲劳断裂,在花键和轴颈处可能发生工作面的磨
损、咬伤,甚至是咬裂。
2.4 性能要求
叶片泵轴的主要性能要求是要求轴具有高的强度,良好的韧性及耐磨性,以保证轴在良好的服役条件下长时间的工作。
3材料选择
3.1 材料的选择
根据叶片泵轴的性能为要求,可以知道我们所选材料要具有高的强度,良好的韧性及耐磨性。
叶片泵轴选择材料分为两类:一类是合金渗碳钢12CrNi3等,另一类是中碳45钢或中碳合金钢40Cr、42CrMo等。
根据零件要求我们零件不需要进行渗碳热处理,所以选择中碳45钢或中碳合金40Cr等。
下面对这2中不同的材料进行比较:
⑴化学成分:(表1)
牌号化学成分(质量分数)(%)
C Si Mn Cr P S Ni Cu
≤
45钢0.42~0.50 0.17~0.37 0.50~0.80 ≤0.250.035 0.035 0.25 0.25 40Cr 0.37~0.44 0.17~0.37 0.50~0.80 0.80~1.10 0.035 0.035 0.030 0.030 ⑵物理常数(近似值:℃):(表2)
临界点Ac1Ar1Acm Ac3Ar3Ms 45钢724 682 780 751 350 40Cr 743 693 780 782 730 355
⑶力学性能:(表3)
牌号试样
毛坯
直径
/mm
力学性能
抗拉强
度σb
(MPa)
屈服强
度σs
(MPa)
伸长
率δ5
(%)
断面收
缩率
ψ(%)
冲击吸
收功
A K/(%)
冲击韧
度αk/
(J/cm2)
钢材交货状
态硬度HBW
≤
≥未热退火
处理钢
45
25 600 355 16 40 39 49 229 197 钢
40Cr 25 980 785 9 45 47 58.8 207 45钢是普通的中碳结构钢,冷热加工性能都不错,机械性能好,且价格低、来源广,所以应用广泛。
用做截面尺寸较小或不要求完全淬透的零件,经过调质处理后,硬度可达到220-250HBS,表面淬火后硬度为48-52HRC。
40Cr一般用做淬透性较高的零件,合金元素Cr可阻碍碳化物正在高温回火时聚集长大,保证钢的高强度,铬还阻碍α相的再结晶,能保持细小的晶块结构,具有优良的机械性使能。
40Cr经调质处理后,硬度可达到220-250HBS,表面淬火后硬度为52-61HRC。
综合以上所列出的各项数据显示,合金钢有较高的淬透性,适用于大截面零件,而且还有高的冲击韧性和低的韧-脆转化温度。
但是合金钢经常遇到一个特殊的问题就是高温回火脆性,高温回火后的冷却速度是影响钢韧性的主要因素,冷却速度越慢,室温冲击韧性越低,韧-脆转化温度越高因而合金调质钢的热处理过程不易把握。
与合金调质钢相比,碳素结构钢的淬透性较低,尽管如此由于碳素调制钢价格便宜,来源广,综合考虑:在满足零件条件(调质硬度为235-269HBW,表面淬火后硬度为55-60HRC)的前提下, 45钢非常的适合制作这个叶片泵轴。
3.2 钢中元素的作用
由上可知45钢为制作叶片泵轴的材料,以下来介绍下45钢中各种合金元素的作用:
⒈碳(C):钢中含碳量增加,屈服点和抗拉强度升高,但塑性和冲击性降低,当碳量0.23%超过时,钢的焊接性能变坏,因此用于焊接的低合金结构钢,含碳量一般不超过0.20%。
碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力,在露天料场的高碳钢就易锈蚀;此外,碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。
⒉硅(Si):在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂,所以镇静钢含有0.15-0.30%的硅。
如果钢中含硅量超过0.50-0.60%,硅就算合金元素。
硅能显著提高钢的弹性极限,屈服点和抗拉强度,故广泛用于作弹簧钢。
在调质结构钢中加
入1.0-1.2%的硅,强度可提高15-20%。
硅和钼、钨、铬等结合,有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用,可制造耐热钢。
含硅1-4%的低碳钢,具有极高的导磁率,用于电器工业做矽钢片。
硅量增加,会降低钢的焊接性能.
⒊锰(Mn):在炼钢过程中,锰是良好的脱氧剂和脱硫剂,一般钢中含锰
0.30-0.50%。
在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”,较一般钢量的钢不但有足够的韧性,且有较高的强度和硬度,提高钢的淬性,改善钢的热加工性能,如16Mn钢比A3屈服点高40%。
含锰11-14%的钢有极高的耐磨性,用于挖土机铲斗,球磨机衬板等。
锰量增高,减弱钢的抗腐蚀能力,降低焊接性能。
⒋铬(Cr):在结构钢和工具钢中,铬能显著提高强度、硬度和耐磨性,但同时降低塑性和韧性。
铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性,因而是不锈钢,耐热钢的重要合金元素。
⒌镍(Ni):镍能提高钢的强度,而又保持良好的塑性和韧性。
镍对酸碱有较高的耐腐蚀能力,在高温下有防锈和耐热能力。
但由于镍是较稀缺的资源,故应尽量采用其他合金元素代用镍铬钢。
⒍铜(Cu):武钢用大冶矿石所炼的钢,往往含有铜。
铜能提高强度和韧性,特别是大气腐蚀性能。
缺点是在热加工时容易产生热脆,铜含量超过0.5%塑性显著降低。
当铜含量小于0.50%对焊接性无影响。
⒎钼(Mo):钼能使钢的晶粒细化,提高淬透性和热强性能,在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力(长期在高温下受到应力,发生变形,称蠕变)。
结构钢中加入钼,能提高机械性能。
还可以抑制合金钢由于火而引起的脆性。
在工具钢中可提高红性。
⒏磷(P):在一般情况下,磷是钢中有害元素,增加钢的冷脆性,使焊接性能变坏,降低塑性,使冷弯性能变坏。
因此通常要求钢中含磷量小于0.045%,优质钢要求更低些。
⒐硫(S):硫在通常情况下也是有害元素。
使钢产生热脆性,降低钢的延展性和韧性,在锻造和轧制时造成裂纹。
硫对焊接性能也不利,降低耐腐蚀性。
所以通常要求硫含量小于0.055%,优质钢要求小于0.040%。
在钢中加入0.08-0.20%的硫,可以改善切削加工性,通常称易切削钢。
4 确定加工路线(冷、热加工)
叶片泵轴的整体加工工艺流程:毛坯→调质→检验→一次机加工(粗车留精车量3-5mm)→高频感应加热淬火→检验→回火→检验→二次机加工(精加工留精磨量0.15-0.25mm)→研磨→成品。
加工工艺主要包括机加工和热处理工艺。
机加工是指通过加工机械精确去除材料的加工工艺。
它直接改变毛坯的形状、尺寸和表面质量等,使其成为零件的过程称为机械加工工艺过程。
热处理是将金属材料放在一定的介质内加热、保温、冷却,通过改变材料表面或内部的金相组织结构,来控制其性能的一种金属热加工工艺。
该零件结构简单,可以先对毛坯进行调制处理,然后通过机加工使其成型;之后进行高频感应加热淬火,达到表面所需硬度,然后进行回火;改善其切削性能然后经过机加工使其复合尺寸要求;最后经过研磨,以满足尺寸精度,即可得到所需的零件。
5 热处理工艺方法选择
5.1 调质工艺的选择
为了达到技术要求的调制硬度235~269HBS,得到回火索氏体,得到良好的强韧性,提高使用性能和寿命,叶片泵轴应该进行调质处理。
调质,即淬火加高温回火,以获得回火索氏体组织,主要用于中碳碳素结构钢或低合金结构钢以获得良好的综合机械性能。
该叶片泵轴的调质处理使采用单液淬火的方法+高温回火。
调质时加热到830±10℃,保温1.5h,水冷;在530±10℃时回火,保温2h。
5.2 高频感应加热淬火工艺的选择
由于叶片泵工作时配油盘和转子端面、叶片端面发生相对滑动而产生磨损,严重时间隙封破坏,泄漏量加大,泵的容积效率下降,将影响叶片泵进而整个系统的正常工作,故叶片泵轴零件表面要求要有良好的耐磨性,以保证它能长时间的良好工作。
45钢在调制后表面硬度不够高,耐磨性较差,不能满足零件的性能要求。
故一般在最后精加工之前要对其进行表面处理,以达到其工作性能的要求。
表面淬火是一种对零件需要硬化的表面进行加热淬火的工艺。
该零件表面的硬度和耐磨性要求较高,用普通的表面淬火方法效果不是很明显,所以运用感应加热表面淬火方法。
较之于普通淬火方法,感应加热具有加热速度快,时间短,
热效率高,工件表面不易氧化脱碳;表面奥氏体晶粒细化,同时心部扔为原始组织,淬火后力学性能优良,表面硬度,耐磨性,疲劳强度和冲击韧性好。
由技术要求淬硬层深度为2.2-2.7mm,所以采用高频感应淬火。
淬火方式是连续加热淬火,移动速度是6mm/s,喷水冷却。
5.4 回火工艺的选择
回火是紧接着淬火的一道热处理工艺,大多数淬火钢都要进行回火,其目的主要是为了稳定组织,减少或消除淬火应力,提高钢的塑性和韧性,获得强度、硬度和塑性,根据回火的温度不同,回火可分为高温回火、中温回火、低温回火,经过回火的钢随着回火温度的升高,硬度越低。
为满足工件工作性能要求,我们采用低温回火处理,即150-250℃之间回火,45钢硬度在55-60HRC之间,满足要求可行。
加热到160±10℃,保温1h。
6 制订热处理工艺制度
牌号Ac1Ac3Ar1Ms
45钢724℃780℃682℃350℃
表4 45钢的物理性质
6.1 调质处理工艺制度的制定
6.1.1淬火工艺的制定
⒈加热温度
+钢的淬火加热温度与钢的含碳量有关,共析钢和过共析钢的淬火温度为Ac
1
+(30-50)℃,且一般在空气炉中加热(30-50)℃;亚共析钢的加热温度为Ac
3
比在盐浴炉中加热高10-30℃,综合考虑淬火加热温度印在区间820-840℃,在此选用830℃。
⒉加热与保温时间
炉中的工件应在规定的加热温度范围内保持适当的时间,以保证必要的组织转变和扩散。
加热与保温时间一共有三部分组成:由零件入炉到达指定工艺温度
所需升温时间(τ
1)、透热时间(τ
2
)以及组织转变所需时间(τ
3
)组成。
τ
1
+
τ2由设备功率、加热介质以及工件尺寸、装炉数量等决定,τ3则与钢材的成分、组织以及热处理技术要求等有关。
常用的经验公式为:τ=α²K²D
式中:τ——加热时间,min;
α——加热时间系数,min/mm;
K——装炉量修正系数;
D——工件有效厚度,mm。
对于圆柱形工件的有效厚度,但高度大于直径时,可按直径为有效厚度进行计算,图1中的工件的毛坯直径为40mm,即工件的有效厚度为D=40mm,加热系数α和装炉修正系数K见下表,对于45钢,α=1.0,K=2.0,则τ=1.0³2.0³40=80min,考虑到透热之后,还需要5-15min的组织转变时间,因而我选择1.5h的加热和保温时间
表5 常用钢的加热系数(min/mm)
工件材料直径/
mm
<600℃气体
介质炉中预热
750-850℃盐浴
炉中加热或预热
800-900℃气体
介质炉中加热
1100-1300℃盐
浴炉中加热
碳素钢≤50
>50 0.3-0.4
0.4-0.5
1.0-1.2
1.2-1.5
低合金钢≤50
>50 0.45-0.5
0.5-0.55
1.2-1.5
1.5-1.8
高合金钢高速钢0.35-0.4 0.3-0.35
0.3-0.35
0.65-0.85 0.17-0.2
0.16-0.18
表6 工件装炉修正系数
工件装炉方式修正系
数K工件装炉方式修正系
数K
1.0 1.0
1.0 1.4
2.0 4.0
1.4
2.2
1.3
2.0
1.7 1.8
⒊冷却介质和冷却方式
冷却介质为水。
淬火介质首先要有足够的淬火能力或冷却能力,淬火介质的冷却能力必须保
证工件以大于临界淬火冷速冷却,工件尺寸一定时冷速越快越有可能获得较大的淬硬深度。
但过高的冷速又将增加工件截面温度使应力与组织应力增大,容易引起变形开裂。
因此冷却能力又不宜过于剧烈。
根据分析叶片泵轴的要求,所选用的淬火方法为在盐浴炉中加热至830℃然后进行保温,而后在水中快速的冷却。
6.1.2回火工艺的制定
⒈加热温度
根据零件的要求,调制后的硬度为235-269HBS,由表7、表8得,选择回火温度为530±10℃。
表7 各种工件的回火温度即回火目的
工件名称回火温度回火组织回火目的工艺名称
工具、轴承、渗碳件及碳氮共渗见表面淬火件150-250℃回火马氏体在保持高硬度的
条件下使脆性有
所降低,残余应
力有所减少
低温回火
弹簧、模具等350-500℃回火托氏体在具有高屈服强
度及优良的弹性
的前提下使钢具
有一定的塑性和
韧性
中温回火
主轴、半轴、曲连杆等重要的零
件500-650℃回火索氏体使钢既有较高的
强度又有良好的
韧性和塑性
高温回火
切削加工量大而500-760℃消除内应力去应力回火
变形要求严格的工件及淬火返修
件
精密工模具、机床丝杠、精密轴
承120-160℃
长期保温
稳定化的回火索
氏体及残留奥氏
体
稳定钢的组织及
工件尺寸
稳定化处理表8 45钢调制硬度
钢号回火温度(℃) 硬度(HBS)
45 600-640 200-230 560-600 220-250 540-570 250-280
⒉回火时间
从工件入炉后炉温升至回火温度时开始计算。
回火时间一般为1-3h,可参考经验公式加以确定:
t n =K
n
+A
n
D
式中:t
n
——回火时间(min);
K
n
——回火时间基数;
A
n
——回火时间系数;
D——工件有效厚度(mm),K
n 和A
n
的值见下表。
本设计中的零件的有效厚度为40mm,选择回火炉为箱式电炉,根据查表计算结合装炉量,选取2h为保温时间。
表9 K n 及A n推荐表n
回火条件
300℃以下300-450℃450℃以上
箱式电炉盐浴炉箱式电炉盐浴炉箱式电炉盐浴炉
K n/min 120 120 20 15 10 3
A n/(min/mm) 1 0.4 1 0.4 1 0.4
⒊回火后的冷却
工件回火后即可出炉空冷至室温。
6.2 感应淬火工艺的制定
6.2.1 频率的确定
叶片泵轴的失效形式为疲劳断裂、磨损,淬硬层深度为2.2-2.7mm,由下表可知需要采用高频电流进行加热。
表10 淬硬层深度与电流频率的关系
淬硬层深度/mm 1.0 1.5 2.0 3.0 4.0 6.0 10.0 最高频率/Hz 250000 100000 60000 30000 15000 8000 2500 最低频率/Hz 15000 7000 4000 1500 1000 500 150
最佳频率/Hz 60000 25000 15000 7000 4000 1500 500
推荐使用设备晶体管
式晶体管
式或机
式
(8KHz)
晶体管
式或机
式
(8KHz)
机式
(8KHz)
机式
(2.5KHz)
机式
(2.5KHz)
机式
(0.5,1.0KHz)
6.2.2 感应加热温度和加热方式的确定
常用加热方式有两种,一种是同时加热,及对工件需淬火表面同时加热,一般在设备功率足够、生产批量比较大的情况下采用;另一种是连续加热法,挤兑工件需淬火部位中的一部分同时加热,通过感应器与工件的相对运动,把已加热部位逐渐移到冷却为之冷却,待加热部位移至感应器中加热,如此连续进行,直至需要硬化的全部部位淬火完毕。
由于所要加热的工件淬火部位比较分散,难以实现对其同时加热,因而选择连续加热法。
感应加热温度因根据钢种、原始组织及在相变区的加热速度来确定。
一般高频感应加热淬火温度可比普通加热淬火温度高30-200℃,因而我选择880-900℃为其加热温度。
表11 不同材料推荐的感应淬火温度及通常希望的表面硬度金属淬火温度/℃淬火介质硬度/HRC 碳钢及合金钢
w(C)0.30% w(C)0.35% w(C)0.40% w(C)0.45% w(C)0.50% w(C)0.60% 900-925
900
870-900
870-900
870
845-870
水
水
水
水
水
水
油
50
52
55
58
60
64
62
6.2.3 感应加热时间的确定
加热时间需要根据淬硬层深度确定,叶片泵轴加热时间可参考下表确定。
进过查表计算有加热时间为30S,移动速度为6mm/s。
表12 根据淬硬层深度选择加热时间与比功率
项目淬硬层深
度/mm 加热时间
/s
比功率
/(kw/cm2)
淬硬层深
度/mm
加热时间
/s
比功率
/(kw/cm2)
直径/mm f=250kHz 圆柱外表面加热
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2.5
4.0
7.0
8.0
9.0
9.3
9.5
9.7
9.8
10
0.5
0.44
0.43
0.425
0.422
0.42
0.42
0.42
0.42
0.42
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
9.0
12.5
16.5
18
20
20.5
21
22
23
0.28
0.27
0.265
0.26
0.255
0.255
0.255
0.255
0.255
6.2.4 冷却方式及冷却介质的选择
常用的冷却方式是喷射冷却和浸液冷却法。
喷射冷却法及当反应器加热终了时把工件置于喷射器中,向工件喷射淬火介质进行冷却,其冷却速度可以通过调节液体压力、温度及喷射时间来控制。
浸液淬火法即当工件加热终了时,进入淬火介质中进行冷却。
考虑到零件加工部位的分散性,零件的形状复杂,我选择了喷射冷却法,这样比较容易控制冷却速度。
冷却介质使用水溶液。
6.2.5 感应加热淬火后的回火
感应淬火冷透的工件、浸淬或连续淬火后的工件以及薄壁和形状复杂的工件,通常在空气炉或油浴炉中回火。
表13 45钢感应加热淬火后在炉中回火的规范
钢号要求硬度/HRC 淬火后硬度/HRC 回火规范
温度/℃时间/min
45 40-45 ≥50 280-320 45-60
≥55 300-320 45-60
≥50 200-220 45-60 45-50 ≥55 200-250 45-60
50-55 ≥55 180-200 45-60
⒈回火温度的确定
根据本次设计零件的硬度要求,再对照表后,我制定了回火温度为160±10℃。
⒉回火保温时间的确定
回火时间一般从工件入炉后炉温升至回火温度时开始计算,一般为1-3h,在实践中常用工件的有效厚度估算,结合表我选择了保温时间为1h
7 热处理设备选择
热处理常用的加热设备按能源分有燃料加热设备和电加热设备;按工作温度可分为高温炉(>1000℃)、中温炉(650℃~1000℃)和低温炉(≤650℃)。
生产上常用的加热设备有电阻炉、浴炉、气体渗碳炉、高频感应加热设备等。
炉型的选择应依据不同的工艺要求及工件的类型来决定。
热处理设备的选择要从多方面来考虑,包括:经济性、可靠性、配套性、安全性、以及工厂的实际情况等。
7.1 调制设备的选择
7.1.1 淬火加热炉的选择
表14 为几种常用热处理炉的分类
分类原则炉膛形式工艺用途
炉型箱式炉
井式炉
罩式炉
贯通式炉
转底式炉
管式炉退火炉淬火炉回火炉渗碳炉渗氮炉实验炉
盐浴炉不能用于淬火,感应热处理炉只用于表面热处理,可控气氛热处理炉一般用于气体渗碳、渗氮、碳氮共渗等工艺,真空热处理设备一般用于处理零件性能、精度要求非常高的零件,成本较高,应用范围受到限制。
故我们在这里选用电阻炉,箱式电阻炉该类热处理电阻炉是以电为能源的,通过炉内电热元件将电能转化为热能而加热工件的炉子,是一种造价相对便宜的炉子,以降低成本。
鉴于所需要的加热温度,选择中温箱式电阻炉进行加热。
根据下表综合零件尺寸最大直径Φ40mm,长度185mm,等因素考虑,选取RX3-15-9型中温箱式电阻炉。
表15 为中温箱式电阻炉产品规格及技术参数[3]
型号功率
/KW 电
压
/V
相
数
最高工作
温度℃
炉膛尺寸(长³宽
³高)/(mm³mm
³mm)
炉温850℃时的指标
空载
耗能
/KW
空炉升
温时间
/h
最大装
载量
/kg
RX3-15-9 15 380 1 950 600³300³250 5 2.5 80 RX3-30-9 30 380 3 950 950³450³3507 2.5 200 RX3-45-9 45 380 3 950 1200³600³4009 2.5 400 RX3-60-9 60 380 3 950 1500³750³45012 3 700
RX3-75-9 75 380 3 950 1800³900³55016 3.5 1200
图2 45KW中温箱式电阻炉
1——炉底板 2——电热元件 3——炉衬 4——配重 5——炉门升降机构
6——限位开关 7——炉门 8——链轮
7.1.2回火加热炉的选择
回火温度为530℃,根据工件的回火温度要求可以选用强迫对流箱式电阻炉,也称为箱式回火炉。
图16 箱式回火炉技术参数
项目指标
炉子有效尺寸(长³宽³高)/mm 1220³914³760
额定装炉量/kg 1000
额定生产能力/(kg/h) 600
加热温度/℃最高550
炉温均匀性/℃±5
炉墙外表面温度/℃≤50
保护气氛及均匀化时间/h 氮气
装出料方式
开式链条和滚动导轨
额定功率/kW
75
图3 箱式回火炉结构
1——导槽升降系统 2——炉门 3——加热元件 4——循环风扇 5——炉衬
6——炉门升降压紧系统 7——滚动导轨 8——炉门密封
7.2 表面感应加热设备的选择 7.2.1 感应淬火机床
根据工件尺寸要求和机床的通用操作性,可以选择GCLD0560导柱式通用淬火机床。
表17 GCLD 系列导柱式通用淬火机床主要技术参数
型号 GCLD2060 GCLD1660 GCLD1460 GCLD1260 GCLD1060 GCLD0860 GCLD0560 最大加持零件长度/mm 2050
1650
1450
1250
1050
850
550
最大淬火零件长度/mm
2000
1600
1400
1200
1000
800
500
最大淬火
600 600 600 600 600 600 600 零件直径
/mm
150 150 150 150 150 150 150 最大淬火
零件重量
/kg
主轴旋转
0-200 0-200 0-200 0-200 0-200 0-200 0-200 速度
/(r/min)
工件移动
1-60 1-60 1-60 1-60 1-60 1-60 1-60 速度
/(mm/s)
3.6 3.6 3.6 3.6 3.6 3.6 3.6 快速移动
速度
/(m/min)
主轴数1或2 1或2 1或2 1或2 1或2 1或2 1或2 ±0.1 ±0.1 ±0.1 ±0.1 ±0.1 ±0.1 ±0.1 移动定位
精度/mm
传动形式机械传动
7.2.2 感应加热圈的设计
感应器是感应加热的主要工装,选择感应器的原则是保证工件表面加热层温度均匀、电效率高、容易制造、安装操作方便。
按感应器形状可分为圆柱外表面加热感应器,内孔表面加热感应器,平面加热感应器以及特殊形状表面加热感应器。
由图1可知零件为圆柱状,因而可以采用圆柱外表面加热感应器。
在此我选用了高频外表面连续淬火感应器(见图4),它的设计参数为:⑴感应圈内壁与
一般为10-15mm。
如零件有台零件的间隙a可取1.5-3.5mm;⑵感应圈的高度h
i
肩过渡处圆角需淬火时h
可减少至5-10mm;⑶感应圈的宽度的选择要保证足够的
i
水流量,通常比同时加热感应器大;⑷喷孔的尺寸、分布和喷水角见表19、表
20。
图4 高频外表面连续淬火感应器
表18 感应器和工件的间隙(单位:mm)
工件或淬火部分加热方法高频中频
简单圆柱外表面同时 1.5-3(≤5) 2-5
简单圆柱外表面连续2-4 2-5
表19 自喷式感应器喷孔直径(单位:mm)
冷却剂高频/200-300KHZ 中频/2.5及8KHZ
水0.8-1.2 1.0-1.8 聚乙烯醇水溶液 1.0-1.5 15-2.0 乳化液 1.0-1.2 1.5-2.0
油 1.2-1.5(通常用附加喷头) 1.5-2.5(通常用附加喷头)
表20 连续加热自喷施感应器喷孔分布
备注频率喷孔间距/MM 喷孔轴线与工件
轴线夹角
高频/200-300kHz 1.5-3.5 25°-45°通常为一列孔中频/2.5-8kHz 2.0-4.0 25°-45°一列孔或四列孔根据工件的尺寸要求,我们可以选择上面的感应器,工件的直径为32mm,零件与感应器的间隙选择3mm,喷孔的直径选择1mm,喷孔间距选择2mm,喷孔轴线与工件轴线夹角选择30°。
7.3感应淬火后回火设备
感应淬火后需要对工件进行回火,根据工件的回火温度要求我选用了强迫对流箱式电阻炉。
8 工装设计(夹具、辅具等)
8.1冷却设备的选择
选用普通型间隙淬火槽,由于此类淬火槽水的热容量很大,冷却能力很强,工件在水中淬火时,阻碍冷却。
为此淬火水槽应设置搅拌后其他使介质运动的装置,水温控制在15-25℃可获得一致的淬火效果。
图5 普通淬火槽
8.2热处理工装夹具设计
热处理夹具的选择原则为:
①符合热处理技术条件:保证零件热处理加热,冷却,炉气成分均匀度,不致使零件在热处理过程中变形。
②符合经济要求:在保证零件热处理质量复合热处理技术要求时,确保设备具有高的生产能力。
夹具应具有质量轻,吸热量少,热强度高及使用寿命长的特点。
③符合使用要求:保证装卸零件方便和操作安全。
8.2.1调质处理夹具选择
根据所选热处理炉以及零件形状可以选择该夹具作为淬火夹具。
因为淬火、回火选用的是均是箱式炉,根据零件尺寸选用夹具如下图所示:。