锉刀的设计及热处理工艺培训资料.docx

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锉刀的设计及热处理工艺培训资料

课程设计任务书

设计题目年产量为99.6吨的扁平中齿双纹T12A锉刀

学生姓名

学生学号

专业班级金属材料13-2班

指导教师

设计

题目

成绩

课

程

设

计

主

要

内

容

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，将题目变更为“年产~~的热处理生产线”；

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；

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、炉膛尺寸要进行计算和论述，根据计算结果选择定型热处理设备，并确定其详细参数，根据生产率、热处理工艺及设备装载量确定所需要的设备台套数；

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、将上述工作内容按学校要求规定装订成册，由班长在课程设计结束前一天交给相关老师，同时将每个同学的电子文挡一起上交。

指

导

教

师

评

语

一、综述

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。

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。

车间设计的主要内容，一般热处理车间的设计，应包括如下主要内容：

（1）确定材料、服役条件、对材料性能的要求；

（2）确定零件形状、尺寸；

（3）车间生产纲领、工作制度、年时基数；

（4）确定工件加工工工艺流程、确定热处理工艺；

（5）根据热处理工艺选择适当的热处理设备；

（6）合理设计工件热处理生产线；

（7）对公共系统设计的要求；

（8）生产安全与环境保护；

（9）工艺设备平面布置图与设备明晰表；

二、热处理车间任务

本设计的任务是设计一间生产T12A钢锉刀的热处理车间。

（1）工作条件分析

T,碳：

121.2%含碳量A：

高级T12A钢高级优质碳素工具钢

T12A碳素工具钢，该钢是过共析钢,由于含碳量高,淬火后仍有较大的过剩碳化物,可加工性好、价格便宜、来源容易。

但其缺点是：

淬透性低、耐磨性差、淬火变形大。

因此，只适于制造一些尺寸小、形状简单、轻负荷的工具以及要求硬化层不深并保持高韧性的冷像模等。

T12A工具钢化学成份：

C

Mn

Si

S

P

1.15-1.24

0.40

0.35

0.032

0.035

物理性能：

表T12钢的临界温度

临界点

Ac1

Acm

Ar1

温度（近似值）/℃

730

820

700

表T12钢的线膨胀系数

温度/℃

20-100

20-200

20-300

20-500

20-700

20-900

线膨胀系数/℃

11.5x10-6

13.0x10-6

14.3x10-6

15.1x10-6

15.8x10-6

32.4x10-6

表T12钢的质量定压热容

温度/℃

300

500

700

900

质量定压热容cp/J·（kg·k）-1

548.4

728.5

649.0

636.4

参考对应牌号

中国GB标准牌号T12、中国台湾CNS标准牌号SK120、德国DIN标准材料编号1.1663、德国DIN标准牌号C125W2、法国AFN0R标准牌号Y2120、法国NF标准牌号C12E3U、意大利UNI标准牌号C120KU、酉班牙UNE标准牌号（C120）、日本JIS标准牌号SK120、美国ASTM/AISI/SAE标准牌号W1A-11½、美国UNS标准牌号T72301、俄罗斯r0CT标准牌号Y12、国际标准化组织（ISO）标准牌号TC120、瑞典SS标准牌号1885、英国B5标准牌号BW1C、韩国KS标准牌号STC2.[1]

（2）零件的形状与尺寸

2.21.锉刀认知：

1.锉刀：

用于手工锉削的工具，由锉刀和锉刀手柄组成。

2.用途：

条形、多刃，主要用来对金属、木料、皮革等工件表面层作微量加工，锉削的最高精度可达0.01mm，表面粗糙度可达1.6-0.8μm.。

锉削加工范围包括：

平面、台阶面、角度、曲面、沟槽和各种复杂的表面等，以及配键、只做样板和装配时对工件的修整等。

2.22．锉刀分类：

A.按锉齿的大小分：

粗齿锉、中齿锉、细齿锉和油光锉等；

B.按齿纹分为单齿锉和双齿锉；

单齿锉：

是锉刀上只有一个方向齿纹，呈条形。

与锉刀中心线成70°，一般用于锉软金属，如铜、锡、铅等；

双齿锉：

双齿锉有2种齿纹，有低齿和面齿之分，呈多齿。

低齿纹与锉刀中心线成45°，齿纹间距较疏；面齿纹与锉刀中心线成60-65°，间距较密，适用于锉削硬材料；

C.锉按断面形状分：

板锉（平锉）：

用于锉削平面、外圆和凸圆弧面。

如图：

方锉：

用于锉削平面和方孔及方槽。

如图：

三角锉：

用于锉削平面、方孔及60°以上的锐角。

如图：

圆锉：

用于锉削圆内弧面。

如图：

半圆锉：

用于锉削平面、内弧面和大的圆孔。

如图：

D.锉刀按用途不同分：

A.普通锉（或称钳工锉）：

使用最多的是异形锉：

异形锉是用来锉削工件特殊表面用的。

有刀口锉、菱形锉、扁三角锉、椭圆错、圆肚锉等；

B.整形锉（或称什锦锉）：

用于修整细小部分的表面，通常以5支、6支、8支、10支或12支为一组。

2.23.锉刀规格

A.尺寸规格：

圆锉刀，以直径表示，如¡；

方锉刀，以断面边长表示，如☐△；

B.粗细规格：

以锉刀每10mm长度内主锉纹条数表示，分通流的有1#（粗齿纹，CUT1）；2#（中齿纹，CUT2）；3#（细齿纹，CUT3）；特殊的00#（特粗齿纹，CUT00）；0#（加粗齿纹，CUT0）；4#（特殊齿纹又称油光锉，特殊齿）。

2.24.锉刀的选用

A.根据加工件的形状和加工面的大小选择锉刀形状和规格；

B.根据价格材料的软硬、价格余量、精度和表面粗糙度的要求选择锉刀齿的粗细。

a.粗齿纹锉刀：

齿距大，不易堵塞，适宜粗加工（加工余量大、精度等级和表面质量要求低），如铜、铝、锡、铅等软金属；

b.适宜加工钢和铸铁等；

c.只用于精加工，做最后表面修光。

2.25.锉刀的保养

为延长锉刀的使用寿命，必须遵守以下几个原则：

A.不准用新锉刀锉屑硬金属；

B.不准用锉刀锉淬硬材料；

C.不准锉屑有氧化皮和表面粘砂的材料，待清理完后再行锉削加工；

D.锉削时，要经常用钢丝刷清理齿纹（槽）的锉屑；

E.锉削速度要慢，快速易磨损锉齿；

F.锉刀不能沾水，沾油。

2.26.本车间所选用的锉刀尺寸

A.本车间设计的锉刀是用高碳素工具钢（又称过共析钢其组织是由珠光体和渗碳体组成），选用必须具备高硬度、高耐磨性和足够的韧性的T12A钢，经热处理后，在将工作部分淬硬至62HRC~67HRC。

锉刀的结构及各部分名称：

型号：

8

类型：

T12A

材质：

高级碳素钢

锉纹号：

3

横截面形状：

扁（平）形

规格（工作部分）：

150mm

长度：

260mm（mm）

重量：

200g

锉齿粗细：

中齿

锉纹：

双纹

宽/厚：

20/5（mm）

用途：

锉平面、外圆面和凸弧面

（3）车间生产纲领、年时基数、工作制度

2.31.生产纲领

一个热处理车间或工段所承担的生产纲领，是设计热处理车间的基础。

只有明确了车间的纲领，所确定的车间生产规模，所选定的工艺和设备才能符合实际需要。

所谓生产纲领，首先是所承担本企业的生产产品的热处理零件年产量，也就是设计纲领。

以满足零件热处理新的技术要求为前提，“三创新”（即材料创新、工艺创新和工装创新）的结果是行之有效的结果。

 热处理工艺设计是热处理车间设计的中心环节，是设备选择的主要依据。

所确定的热处理工艺必须先进、可靠、经济合理，并与车间生产规模相适应。

常规工艺应力求工艺路线简化，运输量最小，工序较小，节省能源及劳动量。

采用先进工艺应经过技术经济论证或实验研究，取得可信的试用效果。

企业机械产品热处理零件生产纲领，包括铸件，锻件毛坯的预备热处理和机械产品零件的最终热处理。

这些就是根据产品零件图纸所规定的技术所决定的。

热处理车间还应该承担本企业自制的切削工具、各类模具、机械修理备件、配件的热处理任务，根据其任务量的大小确定车间的设置。

为提高设备负荷率，应尽量结合车间的特点接受对外协作任务，对于比较固定的长期协作任务，也应列入车间生产任务内。

产品

材料

日产件数（个）

工件重（kg）

年处理件（kg）

备注

计划量

备品量

实际量

锉刀

T12A

428

0.2

97608

1992

99600

备品率2%，废品率2%

所设计的热处理车间的年产量为99.6吨的扁平中齿双纹T12A锉刀。

2.32.年时基数

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，应采用三班工作制。

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。

详细见下表。

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%）

式中：

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（106天）=249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（一般取4%）。

表热处理车间设备设计年时基数

项目

生产性质

工作班制

全年工作日

全年工作时数

年时基数

一般设备及热处理设备

阶段工作制

3

249

8、6.5

5378.4

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）=249天；

热处理车间设备和工人年时基数：

表热处理车间工人车间设计年时基数

项目

全年工作日

工作班制

每班工作时数

年时基数

一般工作条件

249

3

8、6.5

5378.4

2.33.车间工作制度

为了加强热处理车间管理，减少车间设备故障率，确保产品的热处理质量。

特制订本制度。

热处理操作员：

●必须掌握常用钢的热处理基本知识及化学热处理的基本原理。

●熟悉公司现有热处理设备型号、规格、一般构造，使用性能及维护保养知识。

●具备独立处理一般故障及突发故障的应变能力，了解公司主要产品的热处理过程，确保设备按工艺要求正常运转。

零件周转：

●熟悉公司主要产品加工流程，热处理之前工件进入热处理车间需对照批次控制卡确认信息与实物相符合，热处理之后，再次确认批次控制卡信息，确认无误，在签名栏，签名确认，完成该批次工件在热处理区域流转。

●新锻件淬透性测试或上一工序要求追踪的零件，需做好标示，直至整个加工过程完成。

热处理工艺：

●热处理操作员依据工程部下发受控工艺文件，按照零件类型选择合适的工艺及装炉方式进行生产。

●保温时间按照热电偶显示温度及碳势值已达到设定要求开始计算，适当补充保温时间15-30min。

●新材料或难度较大且无生产经验产品的热处理，均应先做热处理工艺评定及试生产，然后进行量产。

工件的热处理：

●工件入炉前应经过外观检查（如磕碰伤、未打标号），确认无误后方可进炉生产。

●操作员将工件进炉后，需按照要求填写生产追踪表、生产监控表，确认记录仪表正常运行，记录热处理过程时间-温度曲线。

●必须严格执行热处理工艺，遵守热处理工艺守则。

●严格按照操作规程操作。

不合格品的复检：

●在热处理的检验过程中，有一个试样检验不合格，应以加倍数量的试样重新检验，如仍然有一件或全部不合格，则应对该批次工件判定隔离，做好标识送往MRB区域。

●对于判定为不合格的工件，上报工程部，确认返修工艺。

可进行2次返工处理（不包括第一次），按照上述检验方法对工件取样，如检验不合格，则报废。

检验员职责：

●检验员按照零件技术要求取样、完成试样检验项目，填写检验单。

●检验员将检验完成试样装入专用样品袋，对照检验单填写试样标签，每个试样标签应具有下列永久且唯一的信息,“样品编号”“样品状态”“分析要求’’，及必要的送检或取样时间。

●检验员将做好标识的试样,按序装入金相检测室试样抽屉，每月的15日,将保存在抽屉里的试样转移到试样保存柜。

摆放整齐（按时间或状态），有逻辑性,做好防锈防潮工作,方便追溯及保存试样的完整,金相检测室抽屉只保存当月试样.

试样保存周期：

Valve烧伤检测试样保存周期6个月,CCR&CS检测试样保存周期为2年.对于超出试样保存周期的试样,撤出FIFO房试样保存柜,转入纸箱封存.

通用细则：

1、准时上班，不迟到，不早退。

2、工作时间内必须在自己的工作岗位上，不准随意离岗，串岗。

3、工作时间里不准私自外出，若有特殊原因需外出则要以书面形式向主管请假，注明请假原因及请假时间，到时间及时上班否则将按旷工处里。

4、上班时间要穿厂服，车间内不准穿拖鞋。

5、车间内不准大声喧哗，嬉闹。

6、车间内不准看小说，杂志，不准玩游戏。

7、爱护公司财物，不准随意丢弃，肆意破坏各种工具。

8、不准盗窃公司和他人财物，一经发现，不论情节轻重，将扣除所有工资，并送公安机关处理。

9、维护公司利益和形象，不做任何有损公司利益和形象的行为。

在公司里做到举止文明，待人接物要谦和。

10、加工设备要定期保养，检修，更好的保证设备的正常运转。

11、工作时必须按正确的方法操作，不经培训的人员禁止单独上岗，避免工伤事故的发生。

12、讲究卫生，不随意吐谈，不乱丢垃圾，在车间里不吸烟。

三、锉刀

（1）锉刀的服役条件

具有高韧性、高强度、耐疲劳。

（2）锉刀的失效形式

锉削时锉刀的平直运动是锉削的关键。

锉削的力有水平推力和垂直压力两种。

推动主要由右手控制，其大小必须大于锉削阻力才能锉去切屑，压力是由两个手控制的，其作用是使锉齿深入金属表面。

由于锉刀两端伸出工件的长度随时都在变化，因此两手压力大小必须随着变化，使两手的压力对工件的力矩相等，这是保证锉刀平直运动的关键。

锉刀运动不平直，工件中间就会凸起或产生鼓形面。

锉削速度一般为每分钟30～60次。

太愉，操作者容易疲劳，且锉齿易磨钝；太慢、切削效率低。

因而锉刀的失效形式主要是磨损失效，断裂失效，其次还有化学腐蚀失效等。

（3）锉刀的性能特点

根据锉刀的服役条件和失效形式知其需具备的性能要求有：

1）高硬度（≥HRC60）,主要取决于含碳量。

2）高耐磨性，即靠高硬度和析出的细小均匀碳粒化合物来达到。

3）足够的韧性，即防止脆断。

四、热处理工艺方法及选择

（1）锉刀的热处理工艺

路线：

热轧钢板（带）下料——锻（轧）柄部——球化退火——机加工——淬火——低温回火。

4.11．T12钢制锉刀，其工艺路线

锻造——热处理——机加工——热处理——精加工。

细分为如下工艺流程:

外购轧坯→断坯→退火→校直→冲头→冲柄→磨小面→倒角→剁边纹→刨大面→切头尾→磨大面→剁齿→淬火→回火→去毛刺→上油→包装→入库。

锉刀由T12锻成，然后退火磨削校正，经剁锉机剁出锉齿后在淬火，硬度一般62-67HRC。

球化退火：

将毛坯加热到760-770℃，保温2-4h然后以30-50℃／h的速度冷却到550-600℃出炉后空冷，处理后组织为球化体，硬度为180-200HB。

淬火温度为770-780℃，可用盐溶液、高频感应加热或在保护气氛炉中加热，以防止表面脱碳和氧化。

加热后水冷，由于锉刀柄部要求较低，在淬火时先将齿部放在水中冷却，待柄部颜色变成暗红色时才全部倾入水中。

当锉刀冷却到150-200℃时，提出水面。

木锤校直。

低温回火：

锉刀通常在温度为160-180℃的硝盐中回火，时间0.75-1h，空冷。

成品板锉表面刃部硬度64-67HRC，柄部＜35HRC。

大面机加工工艺的改进：

1采用校直工序校直工序。

利用系列专用压直模在冲床上进行。

锉坯经冲压校直后,可消除退火后锉坯的扭曲凹凸现象,保证了表面平直度,使后续机加工的加工余量较为均匀。

校直时,应根据锉刀品种选择专用压直模,并合理调整行程和压力。

2采用“先刨后磨”。

大面机加工采用“先刨后磨”方式。

刨削工序的作用是切除表面大部分加工余量,保证刨纹深浅一致,无漏刀、麻坑等问题。

磨削工序的作用是均匀磨去表面脱碳层,保证表面平整,不出现波纹粗丝流。

3合理选用磨削用量。

合理选用磨削用量对于锉刀表面波度的控制非常重要。

合理磨削用量为:

磨头主轴转速n=1460r/min,工作台移动速度v=15m/min,吃刀深度（垂直进给量）f=0105mm/次。

如表面波度不能满足要求需要返工时,应调整垂直进给量为f=0102mm/次。

磨削到尺寸后不加进给量,让工作台往返运行3～5次后再撤换工件,通过等量磨削保证加工质量。

磨削前应仔细修整砂轮。

新换砂轮应上升到工件高度以上位置方可开车,先空运转5～10分钟,经修整后方可用于加工。

4提高刨床、磨床的安装地基刚度,在磨床地基。

上设置减振沟（减少附近冲床振动对磨削精度的影响）等措施,对于提高磨削质量也可起到一定作用。

预热：

为了减少锉刀加热时内部产生应力，使之弯曲小和防止裂纹，对锉刀在加热之前要进行预热以达到以上目的。

预热温度为550～650℃，时间为加热时间的5—6倍。

锻后热处理也叫退火得到的是球化珠光体组织，硬度一般为机械加工能够加工的动的范围，机加工后的热处理叫淬火+回火，一般采用较低的温度回火，得到的是回火马氏体+碳化物，硬度较高T12钢780℃水淬、低温回火后为回火马氏体和碳化物。

锻造后，晶粒破碎，硬度强度增大。

第一次的热处理为退火。

目的：

降低材料的硬度，使组织均匀，利于机械加工，此时的组织为铁素体加渗碳体的机械混合物。

HRC不会超过30。

第二次热处理后，对于锉刀，其硬度应该大于50HRC，同时保证材料的耐磨性。

此时组织为马氏体和少量的奥氏体。

淬火温度760－780℃，回火温度160－180℃，回火后硬度大于HRC60T12是碳素工具钢，含碳量1.2％。

4.12．球化退火的具体工艺

表碳素工具钢的球化退火工艺

钢号

加热温度/℃

保温时间/h

冷却速度/（℃/h）

出炉温度/℃

硬度（HBS）

T12A

760-780

2-4

20-30

550

197-217

退火：

放煤气炉上面烧到红色，然后关掉炉子，把刀子放在炉子上冷却，或者空气冷却也可以。

1充分球化退火，球化退火能够球化渗碳体,降低工件材料硬度,改善切削加工性能。

采用的球化退火工艺为:

加热升温至760℃→保温3小时→随炉缓冷至650～660℃→保温4小时→随炉缓冷至550℃→吊高10cm,至400℃左右吊去外罩。

在球化退火工艺中,适当延长了球化时间,以使渗碳体充分球化,保证退火后金相组织为球状珠光体4～6级,球化率达%以上。

具体操作时应注意:

退火时的装炉量应按锉刀的规格确定,每次装炉量不能超过规定值,叠装时必须将锉坯在炉板上垫高10cm左右

退火的目的：

主要是降低金属材料的硬度，提高塑性，以利切削加工或压力加工，减少残余应力，提高组织和成分的均匀化，或为后道热处理作好组织准备等。

4.13.淬火

为防止锉刀淬火加热时的氧化脱碳，过去一般在含有黄血盐的盐浴中加热，盐浴成分为：

35%黄血盐+15%碳酸钠+50%氯化钠。

这种工艺为锉刀发展做出了很大的贡献，但由于盐浴对环境有污染，目前日趋淘汰，现在应用高频感应加热和流态床通保护气氛加热工艺方法。

锉刀的淬火工艺为760-800℃水淬。

由于锉刀柄部硬度要求较低，因此淬火时只将有齿部分放入水中淬火，待柄部颜色变成暗红色时再淬柄，锉刀在水中冷却到200℃左右时，取出在水槽边手工校直，操作者只要准确掌握锉刀的出水时机，校直不成问题。

快速加热淬火淬火是提高锉刀硬度和耐磨性的重要手段,为了获得板条马氏体组织,采用快速加热淬火,以缩短淬火时奥氏体化的加热时间。

快速加热淬火可采用两种方式:

一种是先加热炉温至760～820℃之间,到温度后再将工件放入炉内,并随炉保温。

另一种是先将工件放入炉内随炉加热,以100℃/min的速度升温,用6～8min时间将炉温升至760～820℃之间,随炉保温一段时间后随炉缓冷至550℃,随后将样品迅速放入水中进行水淬,经20min左右降至室温。

其中,随炉保温时间根据锉刀尺寸确定,若锉刀厚度为3～5mm,保温5min;若锉刀厚度为5～10mm,则保温15min。

由于淬火时奥氏体化时间较短,加上球化退火后渗碳体颗粒较粗,溶入奥氏体中的碳浓度较低,经快速加热淬火后就可得到以板条马氏体和隐晶马氏体为主的基体组织,其上分布有较大颗粒的残余渗碳体。

板条马氏体是一种具有高强度、高韧性和良好耐磨性的组织,不仅可以提高锉刀基体的韧性,而且对提高锉刀的磨削性能有很大帮助。

采用充分球化退火和快速加热淬火相结合的热处理新工艺后,克服了通常热处理后产生高碳片状马氏体引起的脆性增加,提高了基体韧性,克服了锉刀使用中的严重崩刃现象,大大提高了锉刀使用寿命。

淬火的目的：

使钢件获得所需的马氏体组织，提高工件的硬度，强度和耐磨性，为后道热处理作好组织准备等。

4.14.回火

锉刀通常在160-180℃的硝盐中回火1