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确定车间各部分恩怨的配备和车间的管理系统。
热处理车间设计是一项内容极为广泛的工作,涉及工艺、设备、建筑、动力、给排水、采暖通风、采光、总图、运输、卫生设施、环境保护、车间组织与管理、经济核算等方面的知识。
本文根据以上的三个方面做了相关热处理车间设计,但由于笔者的水平有限,设计书中存在较多的不足之处,还望读者谅解。
关键词:
热处理车间;
热处理工艺;
设计
1绪论
1.1选题
本文设计的热处理车间以规格为D=20mm的17CrNi齿轮热处理为主,同时也可进行其他品种及规格工件的热处理,本车间为多品种小批量热处理车间。
1.2热处理车间设计概述
本文的热处理车间设计主要内容包括以下方面:
(1)车间生产纲领的确定;
(2)热处理工艺设计;
(3)车间工作制度和工作时间总数;
(4)热处理设备的选择和计算;
(5)车间的组织和人员;
(6)车间的面积组成;
(7)热处理车间的平面布置;
(8)热处理车间的采暖、通风、采光;
(9)热处理车间厂房建筑;
(10)热处理车间技术计算;
(11)热处理车间经济分析;
(12)热处理车间生产安全和环境保护;
2车间生产纲领的确定
车间生产纲领即为被加工工件的年产量、品种、规格等,是车间在单位时间内(一般为年)份工种的任务指标,计算单位为吨或件。
生产纲领是车间设计最基本、最重要的原始依据,直接决定车间的生产规模和生产性质。
根据形式不同,可分为明显生产纲领和不明显生产纲领,后者又分为隐蔽生产纲领、折合生产纲领和估算生产纲领。
明显生产纲领明确给出了热处理零件的品种、规格、数量和技术条件。
计算时只需加入车间生产过程中的损失量,即可按公式2-1[1]计算:
其中:
A—车间年生产纲领,t/a或件/年;
A0—热处理零件计划重量,t/a或件/年;
—车间生产损失率,%。
本车间的热处理工件相对确定,参考相关文献[2]制定热处理计划重量为400t,暂定车间生产损失率为1%,则车间生产纲领为400t/年。
3热处理工艺设计
热处理工艺设计是按车间生产规模及图样技术要求而制订出热处理工艺规程的工作。
它是热处理车间设计的中心环节,是设备选择的主要依据。
在大批量少品种生产时,要逐件设计;
单件小批量多品种生产时,通常选择代表件进行设计,一般只对主要零件,特殊要求的零件及最大、最重的零件进行设计,其余则参考类似产品零件制定工艺。
3.1工件加工路线和热处理工序设置
工件加工路线是工件从毛坯生产、加工处理到装配成产品所经过的整个加工过程。
它是工厂生产组织的基础,涉及工序的组合和工序间的配合,应由个工种人员共同完成。
常规零件加工路线中热处理工序的设置如下:
(1)铸铁,铸钢,有色金属一般铸件的预备热处理与铸造之后进行,包括正火、扩散退火、等温退火、球化退火、可锻化退火、再结晶退火、消除应力退火、人工时效(稳化处理)等。
(2)硬度要求在285HB(30HRC)以下的一般铸件,可在机械加工前热处理到要求硬度,包括正火、调质(淬火及高温回火)。
加工余量大的锻件,为保证其热处理效果,应在粗加工后进行热处理。
(3)表面硬化,化学热处理零件,硬度要求大于285HB(30HRC)的零件,应在机械加工后进行。
一些精度要求高的零件,可使用特殊加工刀具的零件,也可在加工前进行热处理。
(4)局部化学热处理零件,生产批量大时,非处理部分应镀层保护,批量小时可采用机械保护,防渗涂层以及车去渗层等方法。
(5)绕制弹簧、冷镦、冷挤成形零件、应进行去应力退火、再结晶退火、正火等工序。
(6)形变热处理可简化工艺路线,减少工序,节约能源。
有些铸、锻件,特别是锻件,可充分利用锻造余热进行淬火、调质等处理,使锻造加工与热处理结合起来。
3.2热处理工艺制定
热处理工艺是指热处理作业的全过程,包括热处理工艺规程的制定、工艺过程的控制和质量保证、工艺管理、工艺工装以及工艺试验等,通常所说的热处理工艺就是指热处理工艺规程的制定。
(1)常规热处理工艺
热处理零件的常规热处理工艺,包括毛坯的预备热处理和零件的最终热处理,如退火、正火、去应力退火、调质(淬火及高温回火)、时效及固溶处理等。
(2)化学热处理
化学热处理包括奥氏体状态下渗碳、碳氮共渗,铁素体状态下的渗氮和氮碳共渗,以及渗硼、渗硅、渗铝及各种渗金属和多元共渗工艺。
化学热处理可以在气态、固态或液态介质中完成,确定化学热处理的工艺选用。
有化学热处理后需要淬火的,应根据可能尽量采取渗后直接淬火工艺。
(3)调质热处理
(4)感应加热淬火
感应加热可使用高频、中频、工频、超音频,以及双频及脉冲加热工艺,根据零件钢种、尺寸特点、要求硬化层深度、零件批量等确定工艺。
感应加热淬火后可根据可能采用自然回火。
(5)火焰表面淬火
火焰表面淬火技术的发展,如采用先进温度检测技术与自动化控制与操作,淬火质量可保证。
在单件小批量生产中部分采用火焰淬火工艺,生产灵活实用。
(6)高密度能量表面处理
高密度能量表面处理包括激光表面处理,电子束表面处理和物理及化学气相沉积。
一般适用某些特定的零件,选用这种工艺必须先进行工艺实验,试生产使用,用从热处理质量和经济效益考虑。
4车间工作制度和工作时间总数
车间工作制度表示车间每天生产时的工作班数,一般有一班制、两班制和三班制。
工人和设备年时基数为工人和设备每年工作小时数。
工人年时基数决定于每班工作时数,设备年时基数与工作制度有关。
工作制度则由车间生产性质、工艺特点、设备状况、各车间生产上的相互配合以及车间可能的发展情况确定。
根据车间生产性质和任务,一般单件小批量生产性质的综合热处理车间,应采用两班工作制。
其中个别工艺周期较长应连续生产的设备或大型设备应考虑三班工作制;
安装在生产流水线上的热处理设备,应与生产线生产班制相一致。
详细见表4.1。
(1)设备年时基数为设备在全年内的总工时数,等于在全年日内应工作的的时数减去各种时间损失,即:
F设=D设Nn(1-b)(1-e)
其中F设—设备年时基数(h);
D设—设备全年工作日,等于全年日数(365天)-全年假日(10天)-全年星期双休日(104天)=251天;
N—每日工作班数;
n—每班工作时数,一般为8小时,对于有害健康的工作,有时为6.5小时;
b—损失率,时间损失包括设备检修及事故损失,工人非全日缺勤而无法及时调度的损失,以及每班下班前设备和场地清洁工作所需的停工损失。
e—工艺参数或机构调整时的时间损失,%,专用设备为0,多用设备为1%-2%,当机构调整频繁时,取上限,反之取下限。
(2)工人年时基数:
F人=D人n(1-b%)
式中F人—工人年时基数(h);
D人—工人全年工作日,等于全年日数(365天)-全年假日(10天)-全年星期双休日(104天)=251天;
b—时间损失率,一般取4%,时间损失包括病假、事假、探亲假、产假
及哺乳、设备请扫、工作休息等工时损失。
一般设备,工作班制为2班制,代入数据计算得F投=3737,F人=1927。
表1热处理车间设备年时基数
项目
生产性质
工作
班制
全年
工作日
每班工作时数
全年时间损失(%)
年时基数
/h*(年*台)-1
一二班
三班
一班
二班
一、设备
一般设备
阶段工作制
1、2、3
251
8
6.5
4
6
1970
3820
5250
重要设备
12
16
1930
3700
5030
小型简易热处理炉
5
7
大型复杂热处理炉
连续工作制
3
355
-
14
7240
5热处理设备的选择和计算
根据在生产过程中的功用,热处理设备可分为主要设备及辅助设备两大类。
主要设备是用来完成热处理主要工序的设备,包括加热设备、冷却设备、热工测量设备及控制仪表。
辅助设备是用来完成各种辅助工序及主要工序中的辅助动作所用的设备及工作工夹具,包括清洗和清理设备、检验设备、校正设备、加热或冷却介质制备及处理设备、起重运输设备、动力设备、工夹具、吊具、垫具及消防灭火装置等。
5.1热处理炉的选择
热处理设备的选择主要指炉型的选择。
热处理设备结构类型繁多,根据工件的形状、尺寸、重量、工艺特点及批量大小等可综合考虑选用。
根据参考文献[1]34页的表格及内容,本热处理炉型选用成批生产的周期式可控气氛箱式炉和周期式可控气氛井式炉,其工艺类别为渗碳、碳氮共渗、光亮、淬火和正火等,17CrNi做齿轮需进行渗碳工序,故选择合理。
5.2感应加热设备选择
感应加热所需的电流频率取决于产品零件对淬硬层深度的要求。
对于齿轮类零件,其最佳电流频率f最佳≈2*105/m2,其中m为齿轮的模数。
5.3设备生产率的计算
设备的生产率是设备在单位时间内所处理的工件的重量或数量,常用kg/h或件/h表示。
生产率有两类:
实际生产率和标定生产率。
实际生产率是指设备处理具体工件及在具体工序与操作时的实际生产能力。
标定生产率是依设备最大功率按热平衡的方法确定的,它是没有考虑实际情况的理论值。
本设计采用粗略估算法来确定设备的生产率,有下表可进行估算。
表2单位炉底面积的平均生产率参考指标
炉子类型
退火
正火淬火
回火
气体渗碳
固体渗碳
箱式炉
推杆式炉
输送带式炉
立式旋转炉
台车式炉
双台车式炉
振底式炉
40~60
60~70
—
35~50
60~80
100~120
120~160
60~80
120~140
140~180
80~100
100~125
50~70
35~45
8~10
8~12
12~15
5.3设备年负荷时数及设备数量计算
设备年负荷时数E为:
E=A/p
式中A-设备年需完成的生产量(Kg/年)
P-设备生产率(Kg/h)
设备数量计算:
C=E/F投
式中F投为设备年时基数(h)
5.4冷却设备的选择
由参考文献[1]44页的内容冷却设备选取原则及常用淬火槽的技术规格选取规格为2*4,容积为12.5的井式淬火油槽或水槽。
为了加速淬火介质的冷却,可采用搅拌、水
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