热处理设备课程设计淬火盐水槽的设计

2015—2016学年第二学期

热处理设备课程设计淬火盐水槽设计

设计者：

班级：

指导教师：

设计日期：

目录

一．淬火槽设计

1.基本要求

2.设计内容

二．设备计算和选择

1.淬火盐水槽的尺寸确定

1.1淬火盐水槽的结构形式

1.2淬火盐水槽的尺寸计算

2.冷却循环系统的组成

3.冷却器的计算与选择

三．绘图

四．收获总结

致谢

一、淬火槽设计

1.基本要求

冷却是热处理生产的重要组成部分。淬火冷却设备的主要作用是实现对材料的淬火冷却，达到所要求的组织和性能；同时减少或避免工件在冷却过程中开裂和变形。

对淬火冷却设备的基本要求是：

①能容纳足够的淬火介质，以满足吸收高温工件的热量的需要；

②能控制淬火介质的温度、流量和压力参数等，以充分发挥淬火介质的功能；

③能造成淬火介质与淬火工件之间的强烈运动，，以加快热交换过程；

④对容易开裂和变形的工件，应设置适当的保护装置，以防止开裂和减少变形；

⑤设置介质冷却循环系统，以维持介质温度和运动；

⑥保护环境和生产安全。

2.设计内容

①根据工件的特性、淬火方法、淬火介质、生产量和生产线的组成情况，确定淬火槽的结构类型；

②根据每批淬火件的最大重量、最大淬火尺寸确定淬火槽的容积；

③选择淬火介质在槽内的运动形式，确定供排介质的位置。确定驱动介质运动装置的安装位置；

④选择淬火槽的结构材料，考虑材料的抗蚀性和避免应用催化介质变质的材料；

⑤绘制水槽结构图，给出用料明细表；

⑥给出配套冷却器（型号、换热量）。

二、设备计算和选择

1.淬火槽的尺寸确定

1.1淬火槽的结构形式

此次设计的淬火槽结构形式为普通型间隙作业淬火槽，主体结构由槽体、介质进排液管及溢流槽组成。

①槽体

淬火槽槽体材质采用Q235钢。其屈服强度δs=235MPa,抗拉强度δ

b=375-460MPa ，由于含碳适中，综合性能较好，强度、塑性和焊接等性能得到较好配合，用途最广泛，故选择Q235钢。

淬火槽形状为矩形，由最大装炉量（G

装

=867kg ）可知此淬火槽容积较大，

因此采用厚度为8mm 的钢板焊成。同时为了增强槽壁则焊以角钢（等边角钢）为筋，角钢厚度为8mm ，边长为60mm 。淬火液为盐水时，考虑盐水的腐蚀性，槽壁内外应涂有防锈漆。

②进液管和溢流槽

进液管布置在槽的下部，伸到槽内，距槽底为150mm 处，以避免搅动沉积在底部的铁屑等污物。进液管管径依淬火介质水的流速为1.0m/s 设计。

溢流槽设计在槽体上口边缘，便于槽内上浮的热介质溢流，也兼作热介质的出口。溢流槽的容积可容纳一批淬火件和夹具的体积。溢流槽排出的热介质依靠自重抽出，再从槽下部充入。 1.2淬火槽的尺寸计算

首先用热平衡法计算淬火液 需要量，然后确定淬火槽的容积和尺寸以及管道的尺寸。

炉体设计部分设计结果:最大装炉量：G 装=867kg

淬火工件尺寸：V 工=1700mm ×800mm ×500mm 两次淬火之间的时间间隔：τ=5.1h ⑴淬火液的需要量

根据热平衡原理可知，淬火工件放出的热量等于淬火液所吸收的热量，即

()()122g 2g 1g 1g t -t t -t VC C C G =

所以 ()()122g 2g 1g 1g t -t /t -t C C C G V = 式中: V ——淬火液的体积，m 3; G ——每次淬火工件的总质量，kg;

t g1 ，t g2——工件的加热温度和冷却终止温度，℃；

C g1 、C g2——工件在t g1 和t g2时的平均比热，当钢件加热到850℃时，C g1 ≈0.71kJ/(kg ·K);冷却到150℃时，C g2≈0.5kJ/(kg ·K)；

t 1、t 2——淬火液的开始和终止温度，对于水，t 1=10~25℃，t 2=30~40℃； C ——淬火液在t 1~t 2间的平均比热，对于水C=4.16×103kJ/(m 3·K)。

此次设计的最大装炉量G 装=867kg,根据公式可求出淬火液的体积： ()()

33

m 5.520-401016.41505.0-85071.0867=*****=

V 实践表明，用热平衡方法计算出淬火液需要量比较低，其实际冷却能力达不到生产的要求，所以一般还是用经验估算方法来确定淬火液的实际需要量。通常，对于置换冷却的淬火槽，淬火液的重量等于同时淬火工件重量的3~7倍。 故，淬火液的实际需要量G=7G 装

, 水的密度ρ水=1000kg/m 3 可求出 V=867×7

÷1000=6.069m 3

故淬火液的实际需要量 V=6.069m 3。 ⑵淬火槽的形状和尺寸计算 ①淬火液的深度h h=H 工+Δh 1+Δh 2+Δh 3

式中：H 工——工件的高度，m ；

Δh 1——淬火时，工件上端据液面的距离，取0.1~0.5m ； Δh 2——淬火时，工件下端据液面的距离，取0.1~0.4m ；

Δh 3——淬火时，工件上下移动的距离，短件取0.1~0.5m ，长件取0.5~1.0m 。 淬火工件尺寸：V 工=1700mm ×800mm ×500mm H 工=0.5m h=H 工+Δh 1+Δh 2+Δh 3=0.5+0.5+0.4+0.6=2.0m 故淬火液的深度为2.0m ②淬火槽的横截面面积： A=V/h=6.069 /2.0≈3m 2

矩形淬火槽横截面的长度为b ，宽度为a ,则A=a ×b,b=(1.2~1.7)a 。因此，当b=1.7a 时，a=1.5m , b=2m

故淬火槽的长度为2m,宽度为1.5m ③淬火槽的深度H H=h+h 4+h 5+h 6

式中：h 4——工件淬火后介质上升高度h 4=V 工/A=1.7×0.8×0.5/3=0.23m h 5——介质热膨胀使液面上升高度，h 5=ΔV/A(m) ΔV ——介质热膨胀体积，()221/-ρρρV V =∆(m 3)