(完整word版)热处理车间设计

热处理课程设计

-----变速箱齿轮热处理车间设计

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目录

一、概述 (3)

二、热处理车间任务 (3)

（一）车间生产纲领 (3)

（二）工作条件分析 (3)

（三）材料的选用 (3)

三、热处理工艺设计及主要设备选用 (4)

（一）工艺设计 (4)

（二）设备选用及数量计算 (9)

（三）冷却设备 (12)

（四）清理设备 (12)

（五）辅助设备 (13)

（六）起重运输及自动化设备 (13)

四、车间布局 (14)

（一）车间在厂区的位置 (14)

（二）车间面积及面积指标 (14)

（三）布局原则 (15)

（四）车间设备布局间距 (15)

（五）车间布局图 (15)

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一、概述

热处理是机械工业的一项重要基础技术，通常像轴、轴承、齿轮、连杆等重要的机械零件和工模具都是要经过热处理的。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”，那么也就必须给热处理一个良好的环境及先进设备，总的来说就是一个设计得当的热处理车间。

设计的主要内容整个热处理车间的设计过程。热处理车间生产任务、工作制度及年时基数、工艺设计、热处理设备的选择与计算、车间设备组织与布置、车间动力和辅助材料消耗量计算、热处理的生产安全与环境保护、热处理车间人员定额、热处理车间的建设投资及技术经济指标等方面，对热处理车间进行设计。从热处理技术的现状和水平，掌握其发展趋势，大力发展先进的热处理新技术、新工艺、新材料、新设备，用高新技术改造传统的热处理技术，实现“优质、高效、节能、降耗、无污染、低成本、专业化生产”的方向上设计热处理车间。

二、热处理车间任务

本设计的任务是设计一间主要生产变速箱齿轮的热处理车间。

（一）车间生产纲领

所设计的热处理车间的年产量为1500吨的变速箱齿轮，属于中等批量的生产任务。

（二）工作条件分析

变速箱齿轮为汽车、拖拉机等发动机的重要部件，用于改变发动机曲轴和传动轴的速度比。故齿面在较高的载荷（冲击载荷和交变载荷等）下工作，因此磨损快。在工作过程中，通过齿面的接触传递动力，两齿面在相对运动过程中，既有滚动也有滑动，存在较大的压应力和摩擦力，经常换挡使齿轮根部受到冲击。要求变速箱齿轮具有高的抗弯强度、接触疲劳强度和良好的耐磨性，心部有足够的强度和冲击韧性。

其失效的主要形式为：

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（1）齿面接触疲劳磨损；

（2）齿面磨损；

（3）轮齿折断；

（4）齿端磨损、齿面塑性变形和崩角。

（三）材料的选用

根据变速箱齿轮的服役条件，采用20CrMnTi低合金渗碳钢是适宜的，该钢的淬透性和心部强度较高，含碳量低，故可使齿轮心部具有良好的韧性；合金元素铬和锰的存在提高了淬透性，心部得到低碳马氏体组织，增强了钢的强度；而铬元素还有促进渗碳、提高渗碳速度的作用；锰具有减弱渗碳时表面含碳量过高的作用；而钛阻止加热时奥氏体晶粒的长大，提高钢的强度和韧性。

三、热处理工艺设计及主要设备选用

（一）工艺设计

（1）典型工件名称

SH130载重汽车变速箱第二轴倒挡齿轮外形尺寸如下图所示。所使用材料为20CrMnTi钢。

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（2）热处理技术条件

齿轮齿顶硬度应为58～63HRC，距齿顶2/3齿高处的心部硬度为33～48HRC。渗碳层深度应为0.9～1.3mm。观察金相组织（400倍）齿顶角处碳化物应≦5级，分度圆处马氏体及残余奥氏体为1～5级。心部游离铁素体为1～4级。

花键孔尺寸应≦39.73mm，键宽应满足最好尺寸要求。

（3）加工工艺流程

锻坯→预先热处理（正火）→粗机械加工→最终热处理（渗碳→淬火→低温回火）→精机械加工→成品。

（4）热处理工艺规范

①正火

加热温度920～1000℃、保温时间2h，采用吹风冷却或喷雾冷却以适当提高坯料硬度。

②渗碳

采用滴注式气体渗碳炉，渗碳温度为920℃、保温时间3.5h，出炉后迅速置入撒有适量甲醇的密封缓冷坑中冷却至室温。甲醇在和高温工件接触后，立即燃烧成还原性气体，工件就在该气氛保护下冷却。

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③淬火

渗碳后采用一次淬火工艺，盐浴炉淬火加热温度为860℃、保温时间0.5～1h，油冷淬火。

④低温回火

回火加热温度为185℃、保温时间1.～2h。

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（5）热处理工艺解析 ①正火 均匀组织、细化晶粒，改善工件的切削加工性及减少最终热处理后的变形。

②渗碳 增加齿轮齿部的碳含量，为随后的热处理做装备。

③淬火 采用一次淬火法的目的就是为了进一步减小工件的变形，同时在盐浴加热时花键孔内套上心轴（图下所示），使齿轮和心轴一同加热油淬，这样工件小端的收缩率显著减少，花键孔冷却较均匀，使变形锥度减小，经磨花键孔内圆后，可保证图纸要求。

(180±10)℃

空冷

温度 时间

2.0h

④低温回火较少淬火应力，降低了脆性，减少了工件变形倾向，保证工件齿部的高硬度高耐磨性及齿轮心部足够的强度和塑韧性。

（6）滴注式气体渗碳热处理工艺操作技术实施要点

①准备

a.按照井式气体渗碳炉操作规程检查设备，确保设备运转正常。新炉或更换炉衬的炉子，工件渗碳前应空炉对炉罐和挂具进行预先渗碳。预渗碳时间一般为：新炉罐8～12h，旧炉罐4h左右，挂具4h。

b.清除工件表面油污、锈斑、毛刺和水迹（常用10%的Na2CO3水溶液、汽油或四氯化碳等作清洗介质，以去除油污及其他污物；对有锈的工件，可用砂纸打磨或进行喷砂，或用10%的硫酸水溶液（40～80℃）浸洗，酸洗后应用碱中和并清洗干净），确保工件表面无碰伤及裂纹。

c.对工件的非渗碳部位进行涂料处理（表）其厚度一般应＞0.3mm。此外还可以采用预留加工量、镀铜（镀铜层厚度一般应＞0.03mm），或对不需要渗碳部位用紧密固定的钢套及轴环等保护方法。

d.试样的准备试样的材质应与工件相同。试样有两种：一种是Φ10mm×100mm的炉前试棒，用于确定出炉时间，另一种是与工件形状近似的随炉试块，与工件一起处理，用于检查渗碳层深度及金相组织。

e.检查渗剂的数量是否充足

f.应定期清理炉内炭黑，以免引起渗碳不均

②工件装炉

a.将工件装入料筐或挂在吊具上，装吊方式要有利于减少工件的变形。

b.工件相互间或工件与料筐之间的间隙应大于5mm，层与层之间可用丝网隔开，以保证渗碳气氛的流通，使渗碳均匀。

c.在每筐有代表性的位置放一块试样

d．装炉重量及装料总高度应小于设备规定的最大装载量和炉膛有效尺寸。

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