车刀热处理工艺设计及卡片守则汇总.docx
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车刀热处理工艺设计及卡片守则汇总
课程设计说明书
题目:
车刀热处理工艺说明书
学院(直属系):
材料科学与工程学院
年级、专业:
10级材料工程-2
学生姓名:
学号:
指导教师:
开题时间:
2013年12月23日
完成时间:
2014年1月3日
学习态度
(15分)
技术水平与实际能力(25分)
创新
(10分)
说明书(报告书、图纸)质量(50分)
总评
目录
引言…………………………………………………………………………………1
一.车刀热处理设计………………………………………………………………1
1.零件概述………………………………………………………………………1
1.1工作条件及受力分析………………………………………………………2
1.2技术及性能要求…………………………………………………………3
1.3失效形式及使用性能……………………………………………………3
2.材料的选用……………………………………………………………………4
3.加工工艺流程…………………………………………………………………4
4.热处理工艺……………………………………………………………………5
4.1预备热处理…………………………………………………………………5
4.2最终热处理…………………………………………………………………5
5.热处理工艺分析…………………………………………………………………6
5.1软化退火……………………………………………………………………6
5.2淬火…………………………………………………………………………6
5.3回火…………………………………………………………………………6
二.热处理主要设备选择……………………………………………………………6
1.预备热处理设备…………………………………………………………………6
2.最终热处理设备…………………………………………………………………7
三.热处理主要数量计算……………………………………………………………8
1.年时基数…………………………………………………………………………8
2.设备数量的计算…………………………………………………………………9
四.质量检测…………………………………………………………………………9
五.结论………………………………………………………………………………11
参考文献……………………………………………………………………………12
引言
热处理工艺课程设计是高等工业学校材料科学与工程专业材料工程方向同学的一次专业课设计练习,是热处理原理与工艺课程的最后一个教学环节。
其目的是:
培养学生综合运用所学的热处理课程的知识去解决工程问题的能力,并使其所学知识得到巩固和发展。
学习热处理工艺设计的一般方法、热处理设备选用和装夹具设计等。
进行热处理设计的基本技能训练,如计算、工艺图绘制和学习使用设计资料、手册、标准和规范。
因此,本课程设计要求我们综合运用所学知识来解决生产实践中的热处理工艺制定问题,包括工艺设计中的细节问题,如设备的选用,夹具的设计等。
要求我们设计工艺流程,这需要翻查大量的文献典籍。
如何灵活使用资料、手册,怎样高效查找所需信息,以及手册的查找规范和标准等,均不是一蹴而就的事情,需要我们在实践中体会并不断地总结,才能不断进步。
摘要
车刀是用于车削加工的、具有一个切削部分的刀具。
为了保证刀刃能进入工件并防止卷刀,须使刃具具有高于被切削材料的硬度,一般应在60HRC以上,加工软材料时可取45~55HRC。
为了使刀具能承受切削热的作用,防止在使用过程中因温度升高而导致硬度下降,应要求刃具具有高的红硬性。
因此,车刀材料必须具备高硬度、高耐磨性、足够的强度和韧性,还需具有高的耐热性(红硬性),即在高温下仍能保持足够硬度的性能。
关键词:
车刀热处理高硬度设计
一、车刀热处理设计
1.零件概述
车刀零件图
车刀工作图
1.1工作条件及受力分析
刃具在切削过程中,刀刃与工件表面金属相互作用,使切削产生变形与断裂,并从工件整体剥离下来。
故刀刃本身承受弯曲、扭转、剪切应力和冲击、振动等负载荷作用。
由于切削层金属的变形及刃具与工件、切削的摩擦产生大量的摩擦热,均使刃具温度升高。
切屑速度越快,则刃具的温度越高,有时刀刃温度可达600℃左右。
刀刃温度升高(ΔT)与切削速度(υ),走刀量(S)和切削进刀深度(t)之间有如下经验关系:
ΔT=C·υa·Sb·tc
式中a、b、c、C均为随刃具与工件材料而异的常数。
其中对刀刃温度的影响以切削速度(υ)的影响最大。
1.2技术及性能要求
高硬度,高耐磨性是刀具最重要的使用性能之一,若没有足够的高的硬度是不能进行切削加工的。
否则,在应力作用下,工具的形状和尺寸都要发生变化而失效。
高耐磨性则是保证和提高工具寿命的必要性,除了以上要求红硬性及一定的强度和韧性。
在化学成分上,为了使工具钢尤其是刃具钢具有较高的硬度,通常都使其含有较高的的碳(W(C)=0.65%~1.55%),以保证淬火后获得高碳马氏体,从而得到高的硬度和切断抗力,这对减少防止工具损坏是有利的。
大量的含碳质量分数又可提高耐磨性,加入Mn、Si增加淬透性和回火稳定性,加入W、Mo、V、Co等合金元素以提高钢的红硬性。
具钢的理想淬火组织应该是细小的高碳马氏体和均匀细小的碳化物,刃具钢在热处理前都应进行球化退火,以使碳化物呈细小的颗粒状且分布均匀。
工具钢因C的质量分数较高,因此,在热处理淬火加热时应在盐浴炉或保护气氛条件下进行加热,否则易产生氧化脱碳现象。
1.3失效形式及使用性能
刀刃是的失效形式有很多种,有的刃具刀刃处受压弯曲,有的刃具受强烈振动,冲击时崩落一块(即崩刀)。
有的小型刃具整体折断等等。
但这些情况毕竟比较少见,刀具较普遍的失效形式是磨损。
刃具钢应具有如下使用性能:
(1)为了保证刃具的使用寿命,应要求有足够的耐磨性。
高的耐磨性不仅决定于高硬度,同时也取决于钢的组织。
在马氏体基体上分布着弥散的碳化物,尤其是各种合金碳化物能有效地提高刃具钢的耐磨能力。
(2)为了保证刀刃能进入工件并防止卷刀,必须使刃具具有高于被切削材料的硬度(一般应在60HRC以上,加工软材料时可取45~55HRC),故刃具钢应是以高碳马氏体为基体组织。
(3)由于在各种形式的切削过程中,刃具承受冲击,振动等作用,应当要求刀
具有足够的塑性和韧性,以防使用中崩刀或折断。
(4)为了使刀具能承受切削热的作用,防止在使用过程中因温度升高而导致硬度下降,应要求刃具具有高的红硬性。
钢的红硬性是指钢在受热条件下,仍能保持足够的硬度和切削能力,这种性能成为钢的红硬性。
红硬性可以用高温回火后在室温条件下测得的硬度直来表示。
所以红硬性是钢抵抗多次高温回火软化的能力,实质上这是一个回火抗力的问题。
2.材料的选用
车刀尺寸及角度
1CrWMn
含碳量:
W(C)=0.90%~1.05%合金元素总量<5%
热处理工艺:
球化退火+预热(600℃~650℃)+淬火+低温回火
性能:
Cr,Mn,Si提高淬透性,强化M基体,提高回火稳定性。
Cr,Mn,W和V细化晶粒。
缺点:
低合金范围,满足不了生产需求。
2W2Mo8Cr4V2Co8
含碳量:
W(C)=0.97%~1.05%
热处理工艺:
预备热处理(软化退火)→切削加工→最终热处理(淬火、回火等)
性能:
红硬性高、耐磨性好、强度高,易于热处理,热硬度及韧性较高,可磨削优良,密度较小,易于氧化脱碳。
650℃时,实际硬度仍高于50HRC
材料的确定:
W2Mo8Cr4V2Co8的红硬性、耐磨性优于CrWMn,且经济上较合理,更适合用于车刀,根据综合分析选择W2Mo8Cr4V2Co8为实验材料。
3.加工工艺流程
下料→锻造→预备热处理(软化退火)→切削加工→最终热处理(淬火、回火等)→磨加工→磨刃
4.热处理工艺
4.1.预备热处理
(1)技术要求
为便于后续的切削加工,要求对工件进行软化热处理预备热处理,使得工件退火后硬度HBW≤269
(2)工艺流程
加热至650℃→25~30℃/h加热至840~860℃→保温0.3h→10~60℃/h冷却至780℃→25~30℃/h冷却至650℃→空冷或油冷
4.2.最终热处理
(1)技术要求
对工件进行最终热处理,使得工件在处理后得到好的耐磨性和热硬性,使用硬度HRC=65~70,以获得满足使用要求的性能。
(2)工艺流程
清洗→烘干→预热(第一次500~600℃,第二次800~900℃)→加热至1200~1220℃保温→冷却(油淬)→清洗→烘干→检查→回火(530~550℃三次回火)→清洗→表面处理
5.热处理工艺分析
5.1.软化退火
高速钢中有较高的碳含量和大量的合金元素,在锻造以后,即使空冷也会有较高的硬度,软化退火可获得满意的可加工性,为淬火作好组织准备,即退火可降低硬度,改善切削加工性能和获得均匀的组织,改善热处理工艺性能。
此处W2Mo9Cr4V2Co8采用840~860℃高温退火工艺,与普通退火工艺相比,保温时间大大缩短,冷却阶段的保温时间几乎被取消,因而退火周期大大缩短。
5.2.淬火
淬火工艺使过冷奥氏体进行马氏体或贝氏体转变,得到马氏体或下贝氏体组织,然后配合以不同温度的回火,以大幅提高工具钢的强度、硬度、耐磨性、疲劳强度以及韧性等,从而赋予工具以需要的综合机械性能。
高合金的W2Mo9Cr4V2Co8高速钢导热性差,为防止工件加热时变形、开裂和缩短加热的保温时间以减少脱碳,采用两次预热,500~600℃一级预热、800~900℃二级预热可以减少因盐浴炉加热速度快而快速升温导致的淬火缺陷。
5.3.回火
W2Mo9Cr4V2Co8高速钢车刀对热硬性的要求较高,在淬火后,材料里还有大量的残余奥氏体存在,其硬度较低(40~50HRC),后经560℃回火3次,由于回火时残余奥氏体分解及碳化物弥散硬化,硬度可升高到65~70HRC。
进行多次回火,是为了逐步减少残留奥氏体量。
回火后的组织为回火马氏体、细颗粒剩余碳化物及少量残余奥氏体
二、热处理主要设备选择
1.预备热处理设备
根据工艺条件的要求,选择型号为RJ9-190-9的中温井式电阻炉,其产品规格及技术参数见下表
型号
额定功率/kW
额定电压/V
相数
额定温度/℃
炉膛尺寸(直径X深度)/mm
在890℃时有关数据
空炉损耗功率/kW
空炉升温时间/h
最大装载量/kg
RJ2-90-9
90
380
3
950
1000X1200
≤33
≤4
1500
RJ系列自然对流井式电阻炉均有一个井式炉膛,且炉内不设风扇的电阻炉。
加密封措施通保护气体保护加热,防止工件氧化等。
按工件之间间隔距离与工件尺寸相等原则将工件竖直排列在电阻炉炉膛中,考虑到炉内面积不能完全利用,故每层可装加1000件工件,炉膛深1200mm,工件长160mm,同样考虑应夹具所占尺寸,可装加5层,由此可得,使用此型号井式电阻炉一炉可加工5000件工件。
要完成工件的预备热处理需要12小时,故此设备的设备生产率为400件/h。
2.最终热处理设备
2.1淬火工艺设备
一级预热(550℃)设备:
三相埋入式电极盐浴炉RDM-30-6。
二级预热(820℃)设备:
三相埋入式电极盐浴炉RDM-30-8。
奥氏体化(1210℃)加热设备:
三相埋入式电极盐浴炉RDM-45-13。
埋入式电极盐浴炉的电极从浴槽侧壁插入,埋在浴槽砌体中。
为了保证
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- 车刀 热处理 工艺 设计 卡片 守则 汇总