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1绪论选题背景及设计意义选题背景新热处理车间,通常采取“购买一批、自制一批、改造一批、淘汰一批”的调整思路,全面实行设备升级通过引进先进技术和对引进技术的消化吸收,使热处理生产技术有突出的变化⑴引进国外先进技术设备,对热处理车间进行设计设计意义热处理生产技术必须迎头赶上,才干抓住机遇、迎接新的挑战[2]从技术专业化与协作来看,从产品生产专业化到工艺专业化,都是为了实现生产技术的现代化组织热处理生产工艺专业化协作,建立热处理专业工厂,将有力地促进我国热处理行业技术的现代化发展热处理工艺专业化生产有利于采用新工艺、新设备,可以提高设备利用率,提高热处理质量,提高生产率,节约能源消耗,降低生产成本因此,在武汉重型机床厂新建热处理车间时,必须特殊重视并解决专业化与协作问题,确定车间的专业化生产特点热处理车间设计概述车间设计的主要内容,普通热处理车间的设计,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;
2.丝杆的工作条件、失效形式、性能要求、确定选材丝杆是各类机床上的重要零件之一,它是机床上最常见的一种将旋转运动转变为低温时效:180220℃X812小时气体渗氮图
5.01C8599铲床丝杆调质与气体渗氮工艺图热处理工艺解析.调质获得均匀细密的回火索氏体组织,细密的索氏体金相组织有利于零件精加工后获得光洁的表面同时,也使主轴具有良好的综合力学性能,经淬火后高温回火,其硬度可达220—250HBSo.去应力时效消除工件内部的残存内应力,尽可能减少工件的变形,为后续工序渗氮奠定基础.低温时效尽量减少精机械加工后所导致的残存内应力,稳定工件尺寸.气体渗氮工件的变形小,表面有更高的硬度和耐磨性,疲劳强度高,同时又有高的抗腐蚀性和热硬性6热处理设备选用选用适当的热处理设备依据是热处理工艺的类型,产品零件的特性,即零件形状、尺寸、质量和材料,产品技术要求和精度,产品生产量和劳动量,所用的能源、气氛及淬火介质的物质条件C8599铲床丝杆的调质处理使用RJ2-95-9型井式电阻炉;去应力处理使用使用RJ2-95-9型井式电阻炉;低温时效使用RJ2-95-9型井式电阻炉;气体渗氮炉使用RN-140-6型井式气体渗氮炉热处理炉技术参数如下
6.01电阻炉炉体结构
6.11炉架和炉壳炉架的作用是承受炉衬和加工在和以及支撑炉拱的侧应力炉架通常用型钢焊接成型加架,型钢的型号随炉子的大小、炉衬材料和结构而已轻质耐火砖和耐火纤维炉衬的应用,大大地减轻了炉架的负荷炉壳的作用是中护炉衬,加固炉子结构和保护炉子的密封性,通常是用钢板复贴在钢架上焊接而成对小型电阻炉,也可不设炉架,用厚钢板焊接成炉壳,同时起钢架作用炉壳钢板厚度普通取2-6慢mm炉底用较厚钢板,侧壁用较薄的钢板制作空气介质炉的炉壳普通采用断续焊接,壳控气氛炉采用连续焊接
6.
1.
2.2炉衬炉衬的作用是保护炉膛的温度、造成炉膛良好的温度均匀度和减少炉内热量的散失炉衬也应减少自身的储蓄热炉衬由炉底、炉壁、炉顶组成电阻炉炉衬多用轻质耐火砖(密度为400-1000kg/nf)和耐火纤维砌筑,惟独在需特殊加固和支撑的部位才采用重质砖⑴炉底炉底的结构受电热元件安装方式、炉底板、导轨和炉内传动装置的影响通常箱式电阻炉炉底结构是在炉底外壳钢板上用保温砖砌成方格子状,然后再格子中填充松散的保温材料,再起上面平铺-2层保温砖,之后再铺一层轻质砖,其上它置支撑炉底板或者导轨的重质砖和电热元件搁砖采用辐射管电热元件的路子,炉底常用耐火纤维预制块铺设炉底设有导轨的炉子,炉底应考虑导轨的支撑和固定⑵炉墙中温炉的炉墙普通分两层,内层为耐火层,常用轻质砖;外层为保温砖高温炉炉壁常采用三层,内层用高铝砖;中间层用轻质黏土砖;外层用保温砖低温炉常采用在双层钢板内填充保温材料的结构井式炉炉墙常砌成如图所示的结构耐火纤维的应用,使炉衬结构多样化,有全纤维炉衬、复合纤维炉衬,以及在砖墙中加纤维夹层等形式,炉衬厚度也相应减薄确定炉衬厚度的基本原则是保证炉外壳温度不超过许可的温升(普通为50-60℃)o表为炉膛温度与炉衬厚度及结构炉墙的结构还应根据电热元件的支撑方式进行设计耐火纤维炉衬的结构有衬面粘贴、层铺、叠铺等形式炉墙砌筑应以炉子中心为基准,砖缝要错开,炉墙转角处相互咬合,保证整体结构强度炉墙每米长度留5-6mm膨胀缝,各层间膨胀缝应错开,缝内填入马粪纸或者纤维炉温低800C的炉墙壳不设膨胀缝⑶炉顶炉顶结构形式主要有拱顶和平顶两种形式,少数大型炉用吊顶砖砌的热处理炉大多采用拱顶耐火纤维炉衬常用预制耐火纤维块作平顶拱顶的同心角成为拱角,普通采用60℃拱顶跨度较大且<
3.944m时采用90拱顶重力及其受热时产生的膨胀力形成推力作用于拱角上拱顶采用与拱角相应的契形石专砌筑,其上再铺或者砌以轻质保温材料,拱角则用密度为
1.0T.3g/n)2的拱角砖砌砖筑拱顶灰缝不大于
1.5mm拱顶砖斜面应与拱角相适应,不得用加厚灰缝或者砌制斜面的办法找平拱角砖与共脚之间必须撑实,拱顶应从两边拱脚分别向中心对称砌筑跨度小于3m的拱顶应在中心打入一锁砖;跨度超过3m应均匀打入三块锁砖,锁砖插入深度为砖长的2/3然后用木槌打入拱角砖的侧面紧靠拱角梁,以支撑侧推力拱顶的砌法有错砌和环砌两种错砌比较常用,但拆修不方便,普通间隙炉采用此法;环砌多用于连续式炉或者工作温度较高,拱顶易坏的场所
1.
2.3炉口装置炉口装置路口装置包括炉门(炉盖)、炉门导板(炉面板)和压紧机构,有时还设有密封辅助装置炉口装置在保证装出料要求的前提下,炉口应密封好,有足够的保温能力,热损失小,保持炉前区有良好的温度均匀度炉门应大于炉口,通常炉门与炉口每边重叠65-130nini.对可见控气氛炉,炉口应严格密封炉门外壳普通用灰铸铁铸造,或者用钢板焊成,应对焊缝进行去应力退火,以减少使用时炉门的变形炉门热面砌轻质砖,外层加保温砖或者用耐火纤维预制块砌筑炉门、炉盖砌筑尺寸见表炉门砌体表面应从四周向中间逐渐凹陷3-5mm装电热元件的炉门,其搁丝砖应比门边框缩进10T5mm炉门框和炉盖板为防止炉口受热发生弯曲变形,常用铸铁和铸钢制成,或者用耐热钢制作,有时还加设水套为防止炉口火焰或者热辐射直接传给炉子门框,炉口的四周常为耐火砖砌体,即炉门框从炉口向外退缩一定距离,约50-80mm炉或者滚轮滑入炉门框上的契形滑槽或者滑道沟内,炉门越向下,炉门越压紧炉面板炉门面板与炉门之间装有石墨石棉盘根还利用斜炉门靠炉门自重向里的水平分力压紧对密封要求严格的炉口装置,需借人力或者机械力进行压紧常用的人力压紧装置是借凸轮、螺杆或者连杆机构压装机械力密封装置常用的有借气缸推拉力把炉门推下,借斜炉门自重压紧,或者推动曲柄连杆压紧,也有借弹簧力拉动曲柄连杆机构将炉门压紧,对于耐火纤维炉口应防止炉门升降时将其拖坏,通常用定向轨道来解决炉门侧边的滚轮沿轨道升降,而轨道仅在炉门落下的终点(两个滚轮有两个点)向内弯曲使炉门压紧炉门框,其余位置,离开炉框,与耐火纤维炉口分离C.确定热处理炉生产率热处理炉在单位时间内可完成一定热处理工序零件的分量即为生产率,以Kg/h或者件/h计为使不同规格和炉型热处理炉进行比较,生产率还可以单位炉底面积或者单位炉膛面积在单位时间内的产量计算平均生产率是指热处理炉在普通正常使用条件下所达到的生产率,是热处理炉处理各类不同零件完成一定工序,在较长期稳定使用后,统计生产数据所计算出来的生产率(如表
3.1)o表
3.1单位炉底面积的平均生产率参考指标d.热处理炉的计算根据热处理零件分工的年处理量,分别采用各工序的平均生产率,可以计算得出某项设备所承担热处理任务的年负荷数,再根据该项设备的工作制度所确定的年时基数,即可计算得出该项设备的负荷率并确定台数设备需要量可根据热处理工序生产任务和设备生产能力计算出设备年负荷基数,再计算设备需要量具体计算见表
3.2和
3.4o备年负荷基数设备年负荷基数G为G=Q/p(公式
3.1)式中Q-设备年需完成的生产量(Kg/年)P-设备生产率(Kg/h)备数量计算(公式
3.2)式中f-设备年时基数h表
3.2热处理设备计算表每一个工件的质量小于140kgRJ2-95-9型井式电阻炉最大装载量1600kgRN-140-6型井式气体渗氮炉最大装载量将近3000kgo综合考虑炉膛尺寸,最大装载量等可知RJ2-95-9型井式电阻炉每次可处理最大12根丝杆,RN-140-6型井式气体渗氮炉每次可处理最大24根丝杆.调质过程低温时效过程气体渗氮过程淬火冷却设备1淬火冷却槽购置炉子要考虑工艺的通用性,即淬火+回火使用应用灵敏性、精密定位、自动控制能力,工件定位准确,运行平稳可靠由全固态晶体管感应加热电源和数控淬火机床组成的高频淬火系统具有很高的柔性,通过程序的编制,在淬火过程中变更程序的指令,能很容易自动调节电源的输出功率、通电和断电时间、喷液开始结束时间、工件加热冷却长度、工件的挪移速度、延时加热冷却时间、提前喷液时间,这样对同一工件的不同部位尺寸、位置要求不同淬硬层深度的可用同一个感应器,采用一次装夹连续淬火的方式就能很容易达到技术要求.且可使硬化层连续过渡分布该技术和热处理工艺结合,可完成盘类、齿轮类、套管类、轴类零件的内孔外表面的高频淬火,可实现连续淬火、同时淬火、同轴分段连续淬火、同轴分段同时淬火和同轴分段同时连续淬火工艺该技术特殊合用于要求不同的直径段具有不同硬化层深度,且淬硬层连续或者不连续的多台阶轴类零件的热处理,满足了多台阶轴类件各直径段的表面淬火硬度及淬硬层深度的特殊要求,且淬硬层在台阶处能呈连续过渡,以减少台阶轴尖角应力和热应力的影响保证了轴件的强度,解决了汽车创造过程的关键技术问题2淬火冷却介质冷却系统冷却形式真空炉的冷却有油冷温和冷目前使用以气冷为主,因为气冷对热处理零件无任何污染和不良影响油冷有表面微渗碳问题,对质量有影响,处理后零件表面洁净不需要清洗所以,在满足冷却速度的条件下,普通以气冷淬火作为首选,这样可以减少热处理后零件的清洗以及由此产生的污染冷却是关键环节,特别是氮气的情况炉内设置的不同形式气嘴进行喷冷,气冷的冷却速度主要受气压、流速、气流的形式、分布等影响,在进行选择时要全面考虑一般情况,气压高、流速大、冷却速度快,即冷却速度是直接受到气压和流速的影响另外,气冷时换热器冷却水流量的大小对于实际冷却有明显影响我们在不同炉同样的气压和流量条件下比较表明,冷却水流量大者冷却速度明显加快冷却的均匀性十分重要,有一些真空炉喷嘴分布设计考虑不合理,靠炉门一侧未设置喷气嘴,进行小零件处理时不明显,当处理零件尺寸较大时由于阻挡的作用,气流流通不畅,冷却速度有明显差异,导致局部淬火不足、均匀性变差[17]可控气氛发生装置的选择炉用可控气氛发生装置及操作要求可控气氛发生装置应设有防回火、熄火和过压等安全装置在可控气氛管路上和火帘管上应设置安全切断阀在炉温低于700摄氏度可能熄火和压力过低有可能回火时,都应该自动关闭阀门安全切断阀应该与温度控制和路门开启装置取锁在停炉后应打开炉门或者发散管,排除炉内残存的可控气氛,或者用惰性气体进行吹扫开路时,吹扫炉内的空气应高于着火温度下进行当工艺要求在700摄氏度以下时,炉内吹扫应在低温下进行,或者用氮气吹扫,带炉内空气置换完毕,方可升盖炉子应严格密封,并在正压下运行路子还应设防爆装置热处理车间设备需求量见表
3.4辅助设备1清洗设备随着热处理工艺的发展和对环境卫生的要求日益提高零件热处理先后的清洗更加重要一些化学热处理工艺如渗碳、渗氮,操作前要求比较彻底的除油,有的利用热处理炉废气烧尽表面油污,以保证热处理质量零件的热处理后除油,可防止回火过程中产生大量的烟雾,污染环境,同时保持零件表面光亮目前主要清洗设备有室内和输送带式、悬挂输送链式、滚筒式清洗机、溶剂清洗及其他超净清洗设备2清理设备为清理零件热处理后表面的氧化皮,可采用喷砂机、喷丸机、抛丸机、喷丸清理滚筒、砂轮机、抛光机、酸洗槽等随着检验设备的发展,过去常用酸洗方式清理氧化皮,现已多采用喷丸清理,并发展了强化喷丸和应力喷丸等先进技术表
3.4热处理车间设备需求量表3矫正设备矫正设备的类型及合用范围见表
3.5表
3.5常用矫正设备及合用范围根据零件直径可选用的矫正设备规格及定额指标见表36表
3.6矫正设备的规格及定额指标4检查设备为检查零件热处理后的硬度,普通采用布式、洛式、肖式硬度计检查薄件和浅渗层零件用维氏硬度计,检查大型零件用手提布式、肖式、大型悬臂式或者龙门式布氏硬度计为了特殊需要还需要各式特种硬度计,如里式硬度计为检查零件表面裂纹,采用磁粉探伤仪,为检查零件内部质量,采用超声波探伤仪、射线探伤仪5其他辅助设备其他辅助设备,包括焊接设备,如对焊机、钎焊机、高频焊接设备、存放工具夹装置,如工具架、吊具架、冷却盘、冷却坑,切取式样设备,如锯床、切割机、磨光式样设备等为了正确制定工艺,进行质量检查和分析废品,除在企业中心实验室外,普通热处理车间为配合生产还应设小型实验室,配置基本的化学分析和金相检验设备,以及渗层深度检测仪,气氛组分分析装置等检修间应配置必要的机械加工机床,创造必要的设备备件和为感应加热用感应器创造服务,以及为仪表的检修校正服务起重运输及机械化,自动化设备1常规起重运输设备起重设备根据设备安装、修理、工艺所需起吊运输最大零件分量以及工艺平面布置决定,起重设备合用范围及选择原则见表
3.70表
3.7起重设备合用范围及选择原则2生产机械化与自动化装置热处理设备的机械化与自动化,车间之间及车间内工序之间的机械化运输装置及控制,根据零件的产量和生产过程的具体需要,合理选用与布置,以改善劳动条件,提高生产率a辐道辑道可运输和贮存部份零件,将不同工序联系起来,有着不同形式布置,如直线型、U型、L型、环型等如用辐道将清理、矫直、检查等工序联系起来以辐道连接渗碳生产线,以便输送b.轨道车根据不同的设备操作和布置选用,如利用倾式轨道和小车为推杆式炉返回底盘和垫板;利用普通轨道车和激动轨道车联系渗碳、淬火、清洗、回火等周期作业炉c.单轨电动葫芦单轨葫芦可将各工序设备联系起来,可布置成一字型、L型、环型d.悬挂运输链用于车间之偶尔工序之间的运输,连续运行,通过与下降段配合,可实现连续式炉生产线的全过程机械化运输e.平板车用于大件的运输及工件过跨运输机械手大量生产热处理作业中,机械手运用广泛如齿轮牙床淬火冷却专船用机械手7车间布置车间在厂区内的位置对热处理车间在总体布置中要求1热处理车间散发大量燃烧废气、保护气氛废气,其他有害气体及油烟、粉尘等,所以应位于其他厂房下风向,且要有卫生防护带2热处理车间挨近各类震源时,应该有一定间距或者采取相应的隔震措施,震源如锻锤、空压机、氧气机、铁路等热处理车间为综合性处理车间,为全厂服务,在工厂总体位置中应选择适中的位置或者挨近与其联系多的车间车间面积及面积指标车间总面积包括工艺设计中用于基本生产设备和辅助设备所占用的面积,包括厂房、披屋、露天起重机下的有效面积1生产面积见表
4.1生产设备、设备之间通道、工人操作、工件存放地所占用的面积,以及清洗、清理、矫正、取样、运输设备所占用的面积,占总面积50%〜70%2辅助面积变配电间、变频间、电容期间、检验间、快速实验室、保护气氛制备间、机修间、仪表间、通风机室、各类仓库、主要通道、露天仓库等所占用的面积,占总面积30%〜50%表
4.1车间面积生产面积指标直线运动或者直线运动转变为旋转运动的传动、定位功能部件,它有较高的精确度和尺寸稳定性,广泛应用于各类机床的传动进给机构和调节挪移机构,能够保证直线运动的精确性和均匀性它的精度高低,直接影响到机床的加工精度,影响加工中心、坐标镇床的定位精度和测试仪器的测量精度所以,丝杆是这种机床和仪器的关键零件之一精密丝杆的热处理,工艺比较复杂,质量要求较高,影响因素较多,需要认真分析对待常见的击穿丝杆主要有梯形丝杆和滚珠丝杆两大类普通机床普遍使用的是梯形丝杆,而滚动丝杆用于传动效率高,动作灵敏,进给均匀平稳,低速无爬行,定位精度和重复精度高,使用寿命长,广泛应用于数控机床和加工中心上1工件条件与常见失效形式丝杆普通在机床上由两点或者几个支点来支撑运行进行旋转运动,推动螺母及连接的滑板等零件进行平移丝杆于螺母的罗纹牙齿侧面相对滑行,丝杆每转一周则推进一个螺距,螺母存在很大的磨擦力,螺母与丝杆齿形面易于磨损,而且一根丝杆仅仅一部份磨损严重,引起螺距误差进而影响精度滑动丝杆的主要失效形式是由于磨损或者塑性变形而丧失精度由于丝杆精度的高低直接影响罗纹车床、罗纹磨床、铲床、坐标链床和测量仪器的加工精度、定位精度、或者测量精度在这些机床的仪器中,丝杆是实现精确定位和精密加工的关键环节之O滚珠丝杆工作时常承受弯曲、扭转、疲劳、冲击,同时在滑动与转动部位承受磨擦作用,其工作表面承受较大的接触应力滚珠丝杆主要的失效形式是解除疲劳破坏既疲劳剥落,俗称麻点,同时也存在机械损伤磨损随着高精度、自动化数控车床的大量应用,它要求在高进给速度下工作平稳和高定位精度,故应使用滚珠丝杆副以减少摩擦阻力滚珠丝杆的动、静磨擦系数相差极小,在静止、低速和高速时磨擦距几乎不变,传动灵敏、平稳、低速无爬行;传动效率可达90%以上,比梯形丝杆副高2~~4倍,可消除轴向间隙,提高轴向刚度,预拉伸安装可减少丝杆的受热伸长量,于是定位精度和重复高精度由于滚珠丝杆具有一系列优点,因此它不仅广泛应用于数控车床,而且在普通车床上也逐渐推广应用2主要性能要求平面布置设计平面布置设计基本原则大型连续式设备及机组的布置,根据数量确定是否跨厂房跨度,尽量在同一跨度中,有利于使用起重设备车间有一端封闭墙体时,大型设备尽量靠在内墙布置,以利用采光和通风热处理车间在工艺流程基本顺畅的情况下,可按设备分片布置设备布置应符合工艺流程的需要,零件的流向应尽量由入料端向出料端,避免交叉和往返运输设备应尽量布置整齐,箱式炉以炉口取齐,井式炉以中心线取齐需要起重运输工具的设备,应布置于起重机有效范围内需局部通风的设备应靠外墙或者挨近柱子布置,以利于通风管的引出车间内应避免隔断,对必须设置隔离间的应集中于车间的一端喷砂间靠外墙隔断,有利于砂的储存和设置除尘装置生产区内应留有零件装卸及存储面积或者立体仓库车间需留出必要的通道,通道的尺寸随车间使用运输车型而异车间预留扩建面积可采取车间内预留设备空地或者预留增跨或者接长厂房空地留有计算机控制管理房地综上所叙,科学的生产设计和能源管理是能源有效利用的最有潜力的因素保证满负荷生产、充分发挥设备能力是科学管理的目标之一先进工业国家从能源利用率和生产成本的精打细算出发,在电和燃料的一次和二次能源的调配上做出合理的选择,在热处理能源结构、充分利用废热、余热上积累了丰富的经验口8]我国机械工业95%以上的热处理炉用电是很不合理的在当前天然气资源已能充分供应的条件下,热处理的能源结构必须调整和改变研究、开辟和推广节能的热处理工艺是投入小、见效快的节能措施热处理设备的选型、结构和使用上也都有很大的节能潜力[均设备布置间距1炉子后端距离墙柱的距离,普通箱式炉采用广2m;煤气炉和油炉取
1.5〜
1.8m;可控气氛炉应留出辐射管取出的距离2炉子之间的距离,小型炉
0.8〜
1.2m;中型炉
1.2〜
1.5m;大型炉间隙式炉组成的生产线
0.5~
0.8m;连续式炉
3.0~
4.0m3井式炉间的距离,小型炉
0.8~
1.2m;中型炉大型炉
2.5〜4m4井式炉炉口距地面距离,渗碳炉
0.3m;正火、回火炉
0.7〜
0.8m5连续式炉的炉先后区空地,锻件热处理炉炉前6~8m;炉后8〜12m;连续气体渗碳炉炉前4〜6m;炉后2〜3m;普通连续式炉炉先后4〜6m6炉子安装高度即炉口平面到地平的距离,人工操作时,普通为
0.85〜
0.9m设备区域布置⑴热处理车间规图2热处理车间平面布置图见附图8热处理车间建造物与构筑物建造物的设计1防火热处理厂房耐火等级通常为
一、二级耐火建造物,要求墙、地面、顶棚等必须耐火,通常为钢筋混凝土结构或者钢结构2通风为排出烟尘、热量,厂房要有一定高度,合理开设天窗,使厂房有良好的自然通风条件3采光根据需要设天窗和屋面窗以保证良好的采光需要厂房建造参数厂房的跨度与柱距取决于产品工艺的需要和设备选型在选用井式炉时,可将炉子置于地坑内或者采用操作平台将炉子置于地坑可降低厂房高度,节约造价厂房出入口厂房普通人行出口宽
1.2m、
1.5m或者
1.8m高
2.4m主要物流出入口见表
5.1应根据所通过的车辆种类以及所需进入设备的需要确定表
5.1各类车辆所需大门尺寸厂房较长,要两端开门或者中部设出入口各大门一律往外开或者用电动推拉大门地面载荷及地面材料热处理车间的地面载荷取决于生产的对象和性质,试验辅助部门在
0.5〜
1.0t/m2;工具、机修备件热处理部门在1〜
2.0t/m2;中小件区
1.5~
2.0t/m2;大批量流水生产半成品热处理在
2.0~
3.5t/m2;大批量流水线生产的毛坯人处理部门在
3.0〜
3.5t/m2表
5.2热处理车间地面材料特殊构筑物及附属建造物的设计热处理车间的地下设施和需要安装在地坑中的设备较多还有许多地沟,如通风沟、管道沟、烟道等,需处理好走向,以确保无不干扰而由于生产和工艺的需要,车间内建有各类附属的小隔间,如变电间、配电间、电容器间、喷砂间用氟盐热处理间、快速实验室等需要隔断并封顶的隔间,有一些如机修间、钳工工作间、电工工作间等不需要封顶的隔间,可采用墙体或者玻璃隔断9动力消耗及对公用系统设计热处理车间需消耗的各种动力和辅助材料,包括电力、燃料、压缩空气、蒸汽、水、油类、盐类活血热处理渗剂及保护加热气体等等电力安装容量热处理车间电力消耗包括动力用电、工艺用电和照明用电动力用电,是指热处理车间各种机械装置的驱动电动机所消耗的电量其消耗量按照各设备安装容量和设备负荷时间计算由热处理车间设备明细表,得用电总量=
3910.8KW加之在热处理工程中加热工件和工作介质所消耗的工艺用电和照明用电,取4500KWo压缩空气热处理车间压缩空气用于连续用气设备,如喷砂、喷丸设备、风动工具、吹扫喷嘴等其消耗量的计算是以温度为20摄氏度,压力为
101.3KPa时的自由空气为标准的包括炉温升降气缸压缩空气的消耗量、各类用途喷嘴压缩空气消耗量蒸汽蒸汽在热处理车间主要用于加热清洗槽、热水淬火冷却槽、重油燃烧雾化及预热、石油液化气液化、煤气管路清扫等热处理车间使用的蒸汽为饱和蒸汽、常用压力为200〜400KPa蒸汽的比热容为2100KJ/Kg.重油燃烧用蒸汽雾化的蒸汽消耗量,各类水槽、清洗槽蒸汽加热,使用蛇形管、排管、水套或者直接将蒸汽通入槽内加热氧、乙快氧气和乙焕在热处理车间主要用于表面淬火冷却和零件矫正所消耗的量均指在标准状态下的体积,其消耗量主要取决于淬火方法、淬火层深以及淬火表面积供应方式有两种,输送管网与瓶装生产用水热处理车间设备用水除个别情况外,对水质无特殊要求,普通生活用水则可以满足要求高频设备用水,要求矿物杂志不能超过
0.017g/L电阻率每厘米不大于4000欧姆,水压为119~196KPa或者蒸播水,或者采用离子交换树脂软化水其它用水量包括感应加热设备及淬火冷却水消耗量⑴R1-17全齿淬火设备电源、R1-18单齿淬火设备电源、500kW中频电源、350kW中频电源循环用水量为20t/ho20t/hx4=80t/hoR1-17-1GCK11200淬火机床循环水量为40t/hR1-17-2GC13080淬火机床循环水量为40t/h但二者不同时使用;R1-18-1GCK13450淬火机床循环水量为20t/h;与500kW中频电源配套的立式淬火机床循环水量40t/h;与350kW中频电源配套的卧式淬火机床循环用水量为20t/h40t/h+20t/h+40t/h+20t/h=120t/ho淬火冷却水油槽水消耗量:淬火油槽循环水量+淬火水槽循环水量30t/h+20t/h=50t/ho循环总用水量80t/h+120t/h+50t/h=250t/h250t/hx7240=1810000t=181万吨燃料热处理车间的燃料消耗量,粗略计算按照单位分量工件消耗燃料指标核燃料炉生产量计算和统计各燃料炉有确定的最大燃料消耗量,根据常用热处理工艺周期和炉子平均生产能力,同时要考虑到各炉子的负荷率、连续使用和冷炉升温需要,以及车间所装炉子台数等因素热处理工序所耗电能、煤气、重油量见表
6.1表
6.1热处理工序所耗电能、煤气、重油10热处理车间的生产组织与人员组织为适应热处理生产管理与调度方便,除一些规模较小的工段、小组和流水线上的热处理部份,如铸、锻车间小型毛坯热处理工段,机械加工生产线上的感应加热淬火部份,可分属各有关车间外,热处理通常宜作为独立的车间,以利于生产技术的发展、产品质量的提高和进行成本核算热处理车间可由生产部份、辅助部份和技术管理部份组成管理部份包括计划、调度、生产技术和行政管理,辅助部份包括机修、电修、管修、仪表运行、工具、材料、辅助材料、实验室等;工作人员热处理车间的生产组织包括生产工人、辅助工人、工程技术人员、管理人员和服务人员(见表
7.1)o生产工人是指直接从事热处理工艺及设备操作的人员辅助工人是指生产工人以外直接为热处理生产服务的人,如热处理准备工、起重运输工等工程技术人员是指从事技术工作的人员设备定员应根据实际需要,尽量多考虑多机台的管理,减少设备定员,使工人满负荷工作,提高生产率表
7.1车间基本生产工人计算指标11热处理的生产安全与环境保护生产安全热处理车间是一个潜在触电、爆炸、灼伤、火灾和毒害危(wei)险的车间,因此车间的设计过程中必须认真对待热处理生产中危害因素与防止措施a.触电电热设备与电网安全连接、触电保护(如防护用品、接地保护等)、电容放电保护b.电磁辐射静电及电磁防护如接地、屏蔽等c.毒害产生毒害气体的工艺设备,应装设在单独的隔间内,专设通风系统d.烫伤和烧伤操作人员除应该遵守操作流程,佩戴防护用品外,防止盐浴喷溅,应配备烘干设备,避免工件将水带入浴炉;防止气体燃料,特殊是采用可控气氛时,避免一氧化碳、氢等可燃性气体泄漏引起爆炸,在炉前应常点燃火炬;出炉热工件应有秩序堆放,避免灼伤事件e.噪声采用消声、隔音措施,或者将产生噪声的设备单独装在封闭隔间内f.粉尘对于产生的设备设封闭隔间,装通风系统设备投入运行后的检查、使用维修,通风设施等条件必须不断的改善,才可以是生产安全的进行热处理车间的防火对燃料炉、可控气氛炉、淬火油槽设定安全的使用要求车间内煤气、乙快、氧气等及液体燃料输送管道,应保证安全可靠,时常检查管道及阀们是否泄漏环境保护热处理车间存在着对人身和环境有害的物质,如CO、HCN、NH3粉尘以及噪音等环境污染源,车间设计过程中必须对防止污染和管理污染进行设计在预防和管理二者之间应以预防为主气体渗碳、碳氮共渗、氮碳共渗、真空油气淬火、低压渗碳高压气淬、合成淬火剂等一系列热处理工艺和材料都是防患于未然的清洁热处理技术为防止产生污染源,可采取不产生或者少产生污染的工艺,如采用电或者气体燃料为热源,避免使用煤为燃料;采用气体化学热处理工艺,避免使用固体渗碳等产生灰尘污染的工艺;采用五毒盐浴,避免使用氧化盐;用湿喷砂取代干喷砂,或者用无气喷砂,以及使用不含氧化硅的颗粒;用喷丸、抛丸取代酸洗热处理车间产生的污染在尽可能减少的情况下,对产生的有害气体、烟气、粉尘、酸雾、气溶胶等物质采取管理措施,产生严重污染废气的设备或者生产工艺,应设计成密封操作间、设备单独通风系统,必要时设除尘、吸收、净化装置燃烧炉的燃烧废热时,燃烧器结构的完善和空燃比的严格控制,在保证合理燃烧的前提下,能使NO和CO降到最低限度剧毒物的应用受到最大程度的限制NO2CY液体渗氮和氟化盐浴中的CN-大都被CNO-代替[20]CN-废水处理技术已达到相当先进程度工模具的盐浴加热淬火已逐步被真空高压气淬技术所代替主要从现有热处理生产的现状,重视对清洁热处理生产技术的研究,强化对热处理生产中浮现污染环节的管制,支持环保措施的实施,重视设备的更新,采用清洁、不污染环境的设备是热处理行业贯彻科学发展观的主要内涵之一[21]12热处理车间的建设投资及成本车间基本投资计算在新建的热处理车间设计中,通过对投资、劳动生产率等主要技术经济指标的计算分析,评价设计的技术经济效益,以确定最优设计方案企业必须不断的提高产品质量,发展品种,降低材料消耗、节省工时、充分利用设备、提高劳动生产率、降低成本,全面贯彻优质、高产、低消耗的方针热处理车间基本建设投资计算是指在车间建设过程中所支出的一切直接用于基本建设的资金包括土建工程投资、公用系统投资和工艺投资热处理车间的技术经济指标热处理车间的技术指标可以综合表示车间生产或者车间设计中的技术经济概况,以及与类似车间比较所达到的水平指标的高低与车间类型、规模、所采用工艺的先进性,设备的专用性、机械化、自动化的程度,以及车间生产组织的合理性等诸因素有关热处理车间的技术指标的主要项目车间总面积的产量、每平方米车间生产面积年丝杆整体要有一定的刚度要求和强度,在工作中不能产生大的挠度和塑性变形,因此必须具有较好的综合力学性能和高的尺寸稳定性同时其相关工作部位(滚道、轴径)也要求具有高的磨损抗力,高的接触疲劳强度既具有高硬度、高强度与足够的耐磨产量、每台主要加热设备年产量、每一工人年产量、每一辈子产工人年产量、每吨产品的劳动量、每吨产品电力安装量及每吨产品的工艺投资技术指标可以综合表示车间生产过程中的技术经济状况,是评价车间生产的合理性指标热处理生产的成本分析成本分析是对生产成本形成情况进行评价、剖析、总结的工作,其目的是确定实际成本达到的水平,查明升降的原因,寻觅进一步降低成本的方向和途径热处理生产成本,除因车间规模、零件批量、设备及工艺不同而异外,主要在于加强生产成本管理、采取全员性、全面性、预防性科学成本管理方法,使企业的每一个部门、每一个职工自觉地参加成本管理,对生产中影响成本的因素及时反馈和处理热处理是材料学的一种,材料统一相似是控制成本的有效手段,所以必须在设计阶段就要进行成本控制设计要充分考虑工艺的创造成本,采用工艺性好的材料进行设计方案,在产品设计时工艺人员的早期参预时是必不可少的,采取并行工程的方法,优化产品的设计从而降低成本[22]13结论为促进我国热处理技术的发展,我们在热处理车间设计中,应全面了解热处理技术的现状和水平,掌握其发展趋势,从改革产品设计和生产工艺,合理利用设备、提高设备利用率;正确分配和组织人力,提高生产率;合理利用工艺材料,提高材料的代用;节约能源;提高产品的质量、减少或者灭绝废次品等方面设计热处理车间,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”,力争到达到工业发达国家的先进水平热处理车间的具体设计参数见表
13.1表
13.1热处理车间设计参数性还要求丝杆在工作过程中,具有传动灵敏平稳、定位精度和重复精度高等要求;对于在腐蚀介质和较高温度下工作的丝杆,还要求具有耐腐蚀性和耐热性等
(3)丝杆材料的选择根据丝杆在机械上所起的作用啊、对精度的要求以及它承受载荷大小的能力,可分为普通丝杆(梯形丝杆精度7~9级,滚珠丝杆为D〜H级)和精密丝杆(梯形丝杆精度6级以下,滚珠丝杆为C级)根据热处理情况又可分为淬硬丝杆(硬丝杆)和不淬硬丝杆(软丝杆)丝杆材料首先要严把原材料的验收,应按照国家标准进行逐项检验,特殊是原材料的表面质量(主要是对原材料的外观、形状、表面缺陷)检验、化学成份检验和内部质量(即内部组织缺陷,如疏松、夹渣、偏析、脱碳等)检验,合格后方能投产普通精度软丝杆,应用很普遍,如机床上7~8级的定位丝杆、手动进给丝杆等,由于其加工方便、创造成本低,故对使用材料的性能要求不高,多用于一些常见的中碳钢和中碳低合金钢对于高精度精密软丝杆,其精度在6级以上、硬度在35HRC以下的精密丝杆,多用于轻载荷、工作频率低、润滑条件好的结构钢种他常用碳含量较高的钢,如T10A、T12A等他对材料的要求,除与普通精度软丝杆相似的条件外,还要求材料的磨削性能好、不易磨焦表面、产生磨裂的敏感性低、磨削表面粗糙度低等对于高精度高精密硬丝杆而恶言,要求其心部具有一定的强度和塑韧性,表面滚道要有高硬度(普通为58-63HRC)以保证有足够的承载能力,能够带动很重的载荷自由的精确运动,这就要求所使用的材料的抗拉强度要达到700-1OOOMPa还有一定的韧性和精度稳定性,工件在创造过程中还要求有良好的冷热加工工艺性能
(1)梯形丝杆用材普通精度(指7~9级)丝杆对于轻载荷常用非合金中碳结构钢(如
45、50钢)创造,经正火、调制处理,或者用冷这一切削钢(如Y45MnV)直接机械加工而成对于又耐磨性能要求的可选用调质非合金或者低合金结构钢(如
45、45Cr钢),经感应加热表面淬火后使用用于测量、受力不大的丝杆可选用调质非合金结构钢(如
45、40Cr钢)经感应加热后直接使用高精度(指6级以上)的丝杆对轻载荷常用非合金(碳素)或者低合金工具钢(如T10A\T12A或者9Mn2VCrWMn钢)创造,经调质或者球化退火处理对于工作频率高的丝杆常用低合金工具钢(如9Mn2V、CrWMn钢)创造、整体淬火,还可采用高级渗碳专用钢(如38CrMoAIA35CrMo钢)创造并经渗氮处理,用于承受较高温度场合对于要求耐磨的小规格丝杆可用渗碳低合金钢(如20CrMnTi钢)创造,经渗碳加淬火加低温回火后使用对于在高温下工作的丝杆可采用沉淀硬化不锈钢(如0Cr17Ni4CuNb钢)创造,经固熔加时效处理后使用
(2)滚珠丝杆用材低精度轻载荷滚珠丝杆可选用非合金(碳素)结构钢(如
45、50钢)创造,经正火、调质处理;有些可选用冷轧成型钢(如冷轧60钢)直接使用高精度、重载荷滚珠丝杆多选用低合金工具钢(如9Mn2VCrWMn钢)和滚动轴承钢(如GCr15GCr15SiMn)创造,采用感应加热表面淬火,也有采用火焰加热表面淬火或者整体淬火的小规格滚珠丝杠习惯性选用渗碳钢(如20CrMnTi钢),经渗碳+淬火+低温回火后使用某些热处理时易变形的高精度滚珠丝杠可选用专用渗碳钢(如38CrMoAIA钢)创造,经渗氮处理后使用在腐蚀性和高温环境下工作的滚珠丝杆可选用沉淀硬化不锈钢(如1Cr15Co14Mo5VN0O17Ni4Cu4Nb钢)创造,经固熔处理+时效处理后使用图
2.03滚珠丝杆材料的选择制号篇及31冷R即■外,中再为应停火・南/也为应火•体广大lCrl3Col4Mo$VN做石而・福政OCrlTNiiCuiNL直格+时收综上阐述C8599铲床丝杆选择20CrMnTio20CrMnTi是性能良好的渗碳钢,淬透性较高,经渗碳淬火后具有硬而耐磨的表面与顽强的心部,具有较高的低温冲击韧性,焊接性中等,正火后可切削性良好用于创造截面<30mm的承受高速、中等或者重载荷、冲击及磨擦的重要零件,如齿轮、齿圈、齿轮轴十字头等20CrMnTi钢的化学成份见下表20CrMnTi钢化学成份GB/T1299—2000川/%3零件形状、尺寸工件名称C8599铲床丝杆,使用材料为20CrMnTio图
3.01C8599铲床丝朴
4.车间生产纲领工作制度、年时基数生产纲领一个热处理车偶尔工段所承担的生产纲领,是设计热处理车间的基础惟独明确了车间的纲领,所确定的车间生产规模,所选定的工艺和设备才干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者实验研究,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,锻件毛坯的豫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工作制度、年时基数根据车间生产性质和任务,普通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者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
4.01o1)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=DN(1—b%)八才/设设、(公式
4.01)式中F设一设备年时基数(h);D设一设备全年工作日,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,普通为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2)工人年时基数公式
4.02式中f人一工人年时基数(h);D一工人全年工作日,等于全年日数(365天)-全年假日(10天)-全年星期人双休日(104天)=251天;表
4.1热处理车间设备和工人年时基数b一时间损失率,普通取4%时间损失包括病假、事假、探亲假、产假及哺孚L、设备请扫、工作歇息等工时损失本车间设备年时基数7722h工人年时基数1830ho5工艺分析
5.1工艺分析的基本原则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者实验研究,取得可信的试用效果热处理技术条件气体渗氮后渗氮层纵深度》
0.4mm表面硬度三650HV渗氮层脆性W1级,单边磨去
0.05mm后,硬度2600HV径向跳动Wo.o5mmC8599铲床丝杆加工工艺流程下料力70mmX1638mm3车外圆I调质I粗车去应力处理I精车罗纹I低温时效研中心孔I半精磨外圆I磨罗纹气体渗氮I研中心孔I精磨罗纹及外圆C8599铲床丝杆热处理工艺规范调质去应力处理►低温时效►气体渗氮调质860~880c加热,保温
1.5〜2小时,油冷;580~600℃加热回火6~8小时,炉冷至300℃以下出炉去应力处理
550、6000cx6〜8小时型号额定功率/KW相数电压/V额定温度升温时间工作空间尺寸RJ2-95-9953380950220800X2000RN-140-6140338065020800X3500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40~6060~7035-5060-80100^120120〜160120^160100^12060~80120^140140^18080^100100^125100^12580〜10050~70100^120100^12035〜453~108〜1212〜15序号设备名称用途生产率Kg/h年处理量/t=生产率X设备年时基数7240h1井式电炉回火、稳定、时效
30217.22井式气体氮化炉氮化29210型号设备年需完成的生产量0/年Q设备生产率Kg/hp设备年时基数hF设备数量CRJ2-95-9型井式电阻炉
231.663077221型号设备年需完成的生产量0/年Q设备生产率Kg/hp设备年时基数hF设备数量CRJ2-95-9型井式电阻炉
231.663077221型号设备年需完成的生产量0/年Q设备生产率Kg/hp设备年时基数hF设备数量CRN-140-6型井式气体渗氮炉
231.002977221序号设备名称设备年时基数数量台设备电量KW备注用口合计1井式电炉
7722295.
0190.0—2井式气体氮化炉
77221140.
0140.0—3中频电源—1500+350850—4淬火油槽—2——可挪A清洗槽1200200移A冷水槽17执水槽
160.
060.08阜化槽
160.
060.09浸油槽
160.
060.010空油槽1设备类型规格主要用途三辐矫直机—等径或者径差很小零件矫零件直径/mm设备规格八定额指标/件/h50~7025〜4040〜60设备名称常用规格主要合用范围选用意见梁式起重机「3t中小型设备维修,中小零件运输、装卸每一跨可选一台电动葫芦
0.25^1t井式炉组,小型热处理车间表面淬火组、酸洗、发蓝生产线的起重运输,工序衔接每条生产线可选用一台悬挂运输链—一—辐道———平板车———电瓶车、叉车、手推车———车间类型规模生产指标t/m2X年锻件热处理小型2~3中型3〜
4.5大型5~6综合热处理小型
0.8~
1.2中型标准件热处理—
3.0^
4.0宽度m高度m合用车辆宽度m高度m合用车辆
2.
12.42t以下电瓶车
3.
03.6中型载重汽车
2.
42.45~10t窄轨电动平板车
3.
33.6重型载重汽车
3.
03.0轻型载重汽车5r0t———部门名称选用地面层材料毛皮热处理半成品热处理辅助热处理喷砂间酸洗间盐浴炉间高中频间油冷却地下室混凝土、块石、钢砖、铸铁板混凝土、水磨石混凝土、水磨石、马赛克混凝土、水磨石马赛克、耐酸水泥水磨石、马赛克水磨石混凝土工序温度范围/C处理吨数/t电能/KW总电能/KW煤气/m3总煤气/m3重油/m3总重油/m3淬火800-
8508261486.
8578.
274.3淬火
1300579.
21668.
1463.
469.5正火860-
880434.
4938.
3347.
539.1气体渗氮900-
920434.
41876.
61.0-
1.
2521.3——高温回火500-
600434.
4469.
2217.
252.1低温回火180-
200217.
2117.
343.4——时效100-
200434.4——————总计
7692.9x
1.5=115402507x
1.4=3510277x
1.2=333序号设备类型热处理工序每台设备所需的基本生产工人1井式气体渗氮炉(1台)渗氮12井式加热炉(2台)调质、时效23淬火机床(1台)淬火14冷处理设备(1台)冷处理15清洗机(1台)清洗16校直压床(1台)校直1710名辅助+3名工程技术人员+1名管理人员+1名服务人员15合计人数22技术参数年产量/t年总劳动量/h设备总数/台人员总数电力安装容量循环总用水量/t总用煤气量/IT13车间面积/m2/KW数据233台时工时主辅
220.15181万3510320要助万设设备备724017903115成份CSiMnTiCrPNiCus含量
0.17^
0.
230.17^
0.
370.80^
1.
100.
00.
101.00^
1.
300.
0300.
0300.
0300.030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
一、设备普通设备连续工作制3355897722重要设备阶段工作制32518164718小型简易热处理炉阶段工作制3251875571大型复杂热处理炉连续工作制33558147326
二、工人普通工作条件251881830较差工作条件2518121748。