热处理工艺课程设计-粗纱锭杆课程设计.doc

第1页共31页1前言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。钢铁是机械工业中应用最广的材料，钢铁显微组织复杂，可以通过热处理予以控制，所以钢铁的热处理是金属热处理的主要内容。另外，铝、铜、镁、钛等及其合金也都可以通过热处理改变其力学、物理和化学性能，以获得不同的使用性能。热处理不仅对机械加工的顺利进行和保证加工效果起着重要作用，而且在改善或消除加工后缺陷，提高工件的使用寿命等方面起着重要作用。热处理工艺课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程我们今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。作为一名金属材料工程专业的学生，我觉得这次课程设计是十分有意义的。大学的专业课程的学习已经基本上结束，我们在课堂上接触的仅仅是专业基础课上的理论方面，如何去面对现实中的各种热处理工艺设计？如何把我们学到的专业基础理论和用到实践中去呢？这次专业课程设计就为我们提供了这样一个平台。课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程我们今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础完成这次课程设计，需要综合运用本专业所学课程的理论和生产实际知识进行一次热处理设计工作的实际训练从而培养和提高学生独立工作能力，巩固与扩充了专业课程所学的内容，掌握热处理工艺设计的方法和步骤，掌握怎样根据零件的服役条件选择材料、分析零件的工艺性，确定工艺方案，分析工艺的可行性。同时各科相关的课程都有了全面的复习，独立思考的能力也有了提高。真正做到学以致用并从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。第2页共31页由于本人的设计能力有限，在设计过程中难免出现错误，恳请老师们多多指教,我十分乐意接受你们的批评与指正。2零件图分析图1粗纱锭杆零件图2.1零件的总体分析锭杆是由纤维束加捻卷绕零件“锭子”内的一根轴。锭子分为粗纱锭杆和细沙锭杆两大类，细纱机的锭杆比粗纱机的锭杆的转速还要高。锭杆的运转状态直接影响锭子的运转，影响到纱的质量和产量。其锭子为一圆柱形长杆，直径为1922mm，长度为7001000mm，随机型而定。锭子下端插在固定龙筋上作为下支承的锭脚油杯内，中部靠锭管上部的一段内壁支承。锭子顶端有凹槽，使锭翼销嵌入其中。为了使锭翼易于插上和拔下，凹槽部分的外圆有锥度，以与锭翼套管内壁相吻合。竖式锭翼在落纱时需将锭翼拔出，费时又费工，并易损坏锭翼，难以实现自动落纱。并限制了粗纱机技术性能的提高，所以已被悬锭所代替。2.2零件的结构形状分析零件结构形状如图1所示。第3页共31页2.3零件的尺寸及技术要求分析尺寸要求：中段直径：35mm锭尖直径大约为中段直径的2/3即24mm技术要求：粗纱锭杆第一段硬度：35-45HRC第二段硬度：35-42HRC第三段硬度：62-80HRC3零件的服役条件及失效形式分析3.1服役条件锭杆是纺织机上的重要零件,它的回转速度达到每分钟一万二千转左右。由于这样高的速度,加上纱、铜管、锭盤的负荷,因而尖端部分在锭胆中转动时造成了剧烈的摩擦作用；所以锭杆的尖端部分必须要有很高的硬度及很好的耐磨性来防止这些磨耗。同时在纱厂应用的时候,经常需要更换铜管；但是工人不可能非常垂直地拔出来,总是或多或少地带有一点偏斜,这个偏斜产生的同时,锭杆也会有些弯曲。如果锭杆没有适当的韧性,很容易因而引起折断现象3.2失效形式主要是锭杆在转动时受到的扭矩而产生的折断和由于锭杆高速转动而剧烈摩擦产生的表面磨损4材料选择4.1粗纱锭杆的性能要求根据粗纱锭杆的工作状况，可以初步得出其材料应满足的性能要求：一是具有较高的硬度，良好的韧性和耐磨性，以保证粗纱锭杆满足高速工作下具有足够好的耐磨性和不易断裂；二是具有良好的抗疲劳和抗冲击韧性的性能，使粗纱锭杆零件能够在良好的服役条件下长时间的工作。4.2粗纱锭杆的材料选择为满足粗纱锭杆使用性能的要求，通过查阅热处理手册（第四版）第二卷典型零件处理得出T10A强度及耐磨性均较T8和T9高，但热硬性低、淬透性不高且淬火变形大。适于制造切削条件差、耐磨性要求较高，且不受忽然和剧烈振动，需要一定韧性及具有锋利刀口的各种工具，如车刀、刨刀、车轴、低精度而第4页共31页外形简单的量具(如卡板等)，可用作不受较大冲击的耐磨零件。T10A钢又称通用低淬透性冷作模具钢，高级优质碳素工具钢，优点是可加工性能好，价格便宜，来源容易，但是淬透性较差，淬火变形大，因为钢中含有合金元素少，回火抗力低，承载能力低。因此粗纱锭杆选择材料为T10A，表示平均含量为1%的高级优质碳素工具钢。具体化学成分如下表T10A钢化学成分表牌号化学成分W/%CMnSiSP小于或等于T10A0.95-1.040.400.350.0200.030T10A钢各临界相变点温度相变点临界相变温度Ac1727Ms230Acm8005确定加工路线（冷、热加工）加工工艺主要包括机加工和热处理工艺。机加工是指通过加工机械精确去除材料的加工工艺。它直接改变毛坯的形状、尺寸和表面质量等，使其成为零件的过程称为机械加工工艺过程。热处理是将金属材料放在一定的介质内加热、保温、冷却，通过改变材料表面或内部的金相组织结构,来控制其性能的一种金属热加工工艺。制造工艺路线：热轧棒料下料正火+球化退火车削整体淬火+中温回火矫直车削锭尖感应加热淬火+低温回火磨削检验入库第5页共31页5.1正火和球化退火工艺简介粗纱锭杆锻件在锻后若沿晶界出现网状碳化物时，则先进行正火处理，主要是消除网状碳化物，为后面的球化退火做准备。T10A钢经过热轧后组织不均匀内应力较大，易变形开裂，一般采取球化退火，使渗碳体成球状均匀分布，以获得铁素体机体上分布的细小均匀的球粒状碳化物组织。球化退火是使钢中碳化物球化而进行的退火工艺。球化退火主要适用于共析钢和过共析钢，如碳素工具钢、合金工具钢、轴承钢等。这些钢经轧制、锻造后空冷，所得组织是片层状珠光体与网状渗碳体，这种组织硬而脆，不仅难以切削加工，且在以后淬火过程中也容易变形和开裂。而经球化退火得到的是球状珠光体组织，其中的渗碳体呈球状颗粒，弥散分布在铁素体基体上，和片状珠光体相比，不但硬度低，便于切削加工，而且在淬火加热时，奥氏体晶粒不易长大，冷却时工件变形和开裂倾向小。另外对于一些需要改善冷塑性变形（如冲压、冷镦等）的亚共析钢有时也可采用球化退火。5.2整体淬火+中温回火工艺简介淬火的目的是为了获得马氏体组织，增加工件的硬度回火是将淬火钢加热到奥氏体转变温度以下，保温1到2小时后冷却的工艺。回火往往是与淬火相伴，并且是热处理的最后一道工序。经过回火，钢的组织趋于稳定，淬火钢的脆性降低，韧性与塑性提高，消除或者减少淬火应力，稳定钢的形状与尺寸，防止淬火零件变形和开裂，中温回火是指工件在250500之间进行的回火。目的是得到较高的弹性和屈服点，适当的韧性。回火后得到回火托氏体，指马氏体回火时形成的铁素体基体内分布着极其细小球状碳化物（或渗碳体）的复相组织。5.3感应加热淬火+低温回火简介感应加热淬火是最常用的表面加热淬火方法，具有工艺简单、工件变形小、生产效率高、省能、环境污染少、工艺过程易于实现机械化和自动化等优点感应淬火后的零件可在炉中回火，也可以采用自回火或感应加热回火。炉中回火通常适用于感应淬火冷透的工件、浸淬以及薄壁和形状复杂的工件，通常在空气炉或油浴护中回火。自回火就是利用感应淬火冷却后残留第6页共31页下来的热量而实现的短时间回火。采用自回火是应该严格控制冷却剂的温度、喷冷时间和喷射压力，对工艺要求较高。连续感应淬火的长轴或其他零件，有事采用感应加热回火比较方便。这种回火方法，可以紧跟淬火后进行。由于回火温度低于磁性转变温度，电流的透入深度较小。另一方面，为降低表面淬火件过渡层中的残留压应力，回火的感应加热层深度应比淬火层深才能达到回火目的。因此，感应加热回火应采用很低的频率或很小的比功率，延长回火时间。6热处理工艺方法选择和详细热处理工艺6.1正火工艺的选择6.1.1正火加热温度的确定对于T10A钢来说，含碳量为1%,根据铁碳合金相图可以得到Acm的温度为800，可以得到锭杆的加热温度为Acm+（30-50），即830-8506.1.2正火加热时间的确定锭杆在箱式电阻炉的加热时间根据热处理手册（第四版）第一卷可以得到正火加热时间的计算公式为t=akD式中t-加热时间（min或s）a-加热系数（min/mm或s/mm）D-工件有效厚度（mm）K-工件转炉条件修正系数，通常取1.0-1.5.根据公式，可以得到a=（20-30）min/25，取K=1，锭杆的有效厚度为45mm，锭杆的加热时间大致为45/25*（20-30）min=36-54min，初步定第7页共31页为50min.6.1.3冷却方式和介质在空气中冷却到室温6.1.4正火工艺曲线6.2退火工艺的选择6.2.1球化退火加热温度的选择常用工具钢等温球化退火工艺规范钢号临界点/加热温度/等温温度/硬度HBWAc1AcmAr1750-770680-700197T10A730800700根据表格，选择加热温度为750-770，等温温度为