年产量3000吨热处理车间的设计课程

1、本科毕业设计题目：年产量3000 吨热处理车间的设计 学 院:材料与冶金学院专 业:金属材料工程学 号:200402127036学生姓名:唐郑磊指导教师:从善海副教授日 期:2008. 6.10摘 要热处理是机械工业的一项重要基础技术，通常像轴、轴承、齿轮、连杆等重要的机械零件和工模具都是要经过热处理的。热处理对于充分发挥金属材料的性能潜力，提高产品的内在质量，节约材料，减少能耗，延长产品的使用寿命，提高经济效益都具有十分重要的意义。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。从热

2、处理车间的分类和特性、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、热处理车间建筑物与构筑物、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。关键词关键词： 热处理车间； 热处理设备； 热处理工艺； 设计 AbstractHeat treatment

3、 is an important foundation for mechanical industrial technology, as is usually shaft, bearings, gears, mechanical linkage, and other important parts and molds were required to take the heat treatment. Heat Treatment for giving full play to the performance potential of metallic materials, the intrin

4、sic quality of their products, material savings, and reduce power consumption, extend product life, and improving economic efficiency are of great significance. Is the so-called Perfect tools are necessary for perfect jobs, then it must be a good the environment and advanced equipment for heat treat

5、ment, the whole is designing a proper heat treatment workshop.Papers are the main contents of the heat treatment plant design process. From the classification and characteristics of heat treatment workshop, heat treatment workshop production tasks, the system of work and the base year, process desig

6、n, equipment selection and heat treatment, the organization and layout of workshop equipment, heat treatment workshop buildings and structures, power plant and auxiliary materials consumption, heat-treated product safety and environmental protection, heat treatment workshop staff fixed, heat treatme

7、nt plant construction investment and technical and economic indicators, designs the heat treatment shop. From the current situation and the level of Heat Treatment Technology control their development trend, develop vigorously advanced new technologies, new processes, new materials and new equipment

8、, use high technology to transform traditional heat treatment technology to achieve high-quality, high efficiency, energy saving, energy, pollution-free, low-cost, specialized production of the direction of heat treatment plant design. Key words: heat treatment workshop, heat treatment equipment; he

9、at treatment process; design目 录1 绪论.11.1 选题背景及设计意义.11.1.1 选题背景.11.1.2 设计意义.11.2 热处理车间设计概述.11.3 设计思路.21.3.1 从车间规模的分析.21.3.2 从技术发展与技术改造分析.22 热处理车间设计纲领.22.1 车间任务.22.2 工作制度和年时基数.43 工艺分析及设备选用.53.1 工艺分析的基本原则.53.2 工艺路线.53.3 工艺方法的选定.63.4 热处理设备选用.83.4.1 热处理炉.83.4.2 感应加热设备.113.4.3 淬火冷却设备.113.4.4 可控气氛发生装置的选择.1

10、23.4.5 辅助设备.143.4.6 起重运输及机械化，自动化设备.154 车间布置.174.1 车间在厂区内的位置.174.2 车间面积及面积指标.174.3 平面布置设计.184.3.1 平面布置设计基本原则.184.3.2 设备布置间距.184.3.3 设备区域布置.195 热处理车间建筑物与构筑物.245.1 建筑物的设计.245.2 厂房建筑参数.245.3 厂房出入口.265.4 地面载荷及地面材料.265.5 特殊构筑物及附属建筑物的设计.266 动力消耗及对公用系统设计.276.1 电力安装容量.276.2 压缩空气.276.3 蒸汽.276.4 氧、乙炔.276.5 生产用

11、水.276.6 燃料.287 热处理车间的生产组织与人员.297.1 组织.297.2 工作人员.298 热处理的生产安全与环境保护.308.1 生产安全.308.2 环境保护.309 热处理车间的建设投资及成本.319.1 车间基本投资计算.319.2 热处理车间的技术经济指标.319.3 热处理生产的成本分析.3210 结论.32参考文献.33致 谢.351 绪论1.1 选题背景及设计意义1.1.1 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1。引进国外先进技术

12、设备，对热处理车间进行设计。1.1.2 设计意义热处理生产技术必须迎头赶上,才能抓住机遇、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，必须特别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。1.2 热处理车间设计概述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3：（

13、1）车间任务和工作制度；（2）工艺分析和设备选择；（3）车间布置；（4）车间建筑物及构筑物；（5）对公共系统设计的要求；（6）生产组织与人员；（7）生产安全与环境保护；（8）投资概算；（9）工艺设备平面布置图与设备明晰表；1.3 设计思路1.3.1 从车间规模的分析热处理的规模，影响所采用的工艺方法和先进的工艺设备，因而影响其产品质量和生产成本。过去，大小机械厂都各自建立自己独立的热处理车间和工段。但是，由于生产规模通常较小，设备负荷率低，多数是低于合理经济规模的情况下进行生产的。有些由于规模小，不利于选用先进的工艺和高效的设备，为使设备配套增加投资，由于设备负荷率低，浪费能源与动力。这些都导

14、致生产成本，经济效益很低。热处理车间的规模问题中，任何工艺（包括常规工艺和先进工艺）在本车间都承担是不现实的，应该以本企业生产任务为基础，解决本企业关键的，量大的生产工艺的需要。所设车间，所选主要设备，应达到一定的生产规模，有一定的设备负荷率。如果设备负荷率过低，则不应该设立车间或采用某种单项设备。在设计之前，对于车间任务应进行比较深入的分析，衡量其生产规模，确定建设是否合理。1.3.2 从技术发展与技术改造分析科学技术是不断发展的，决不会停留在一个水平上。根据我国热处理行业现在的水平，今后相当长时间内的主要任务，是用先进技术改造现在仍存在的落后技术与生产设备，对现有车间进行技术改造。技术改造

15、，设备更新，不仅可以扩大再生产，而且可以增加产品品种，提高质量，节约能源，降低消耗，改善劳动条件，保护环境，全面提高生产经济效益和综合社会效益。现有热处理车间的技术改造，是我国经济发展的一个重要措施。当然，在热处理车间新的设计中，仍然应为今后的技术发展和扩大再生产留有必要的余地。2 热处理车间设计纲领2.1 车间任务一个热处理车间或工段所承担的生产任务，是设计热处理车间的基础。只有明确了车间的任务，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。所谓车间任务，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、

16、工艺创新和工装创新)的结果是行之有效的结果4。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5。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

17、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。但是，对于车间设计生产纲领（见表 2.1） ，必须以发展的眼光对待。机械产品总是不断改进发展的，对热处理零件总可能有进一步性能的质量要求，车间生产能力应有一定的富余。有些一次决定车间生产能力的条件，如最大热处理件的尺寸和重量，最大关键设备的主要规格尺寸，车间最大起重能力等，应考虑车间发展远景的需要。表 2.1 零件热处理工序生产纲领统计表回火序号产品名称年处理量/t退火/t正火/t渗碳/t渗氮/t碳氮共渗/t淬火/t高温/t低温/t表面淬火/t时效/t冷处理/t1镗杆217.2217.2107.2110206217.210

18、8.62主轴434.4110108.6206217.2108.63滑枕108.6108.6108.6107.2206108.64齿轮420108.6217.2108.6108.6206108.6108.6108.65刀牌108.6108.6108.6108.66床身217.2108.67主柱362108.6362108.68导轨板217.2108.6108.6217.2206108.6217.29其他1000总重量3085.2434.4434.4434.4434.4434.4826434.4217.2579.2434.4325.8车间中的新型设备，也必须首先确定其所承担的任务，即所承担的各类热

19、处理零件的纲领，保证其负荷率。通过新热处理车间的设计，将热处理工艺改进与热处理设备是热处理节能的主要途径。热处理工艺改进与热处理设备改进节能基本思路是,使改进后的热处理工艺及设备既达到热处理的目的,又是消耗最少的能源6。2.2 工作制度和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 2.2。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：(公式 2.1)(1%)nFD Nb设设

20、式中 设备年时基数（h） ；F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D设双休日（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； 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b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 2.2)(1%)FD nb人人式中 工人年时基数（h） ；F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D人双休日（104 天）=251 天；时间损失率，一般取 4%，时间

21、损失包括病假、事假、探亲假、产假及哺b乳、设备请扫、工作休息等工时损失。表 2.2 热处理车间设备和工人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（%）年时基数一、设备一般设备连续工作制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、工人一般工作条件251881830较差工作条件25181217483 工艺分析及设备选用3.1 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

22、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。3.2 工艺路线产品零件从毛坯生产到完成成品，生产路线是确定热处理车间任务的基础，具体如下：（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，

23、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。3.3 工艺方法的选定（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

24、，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。从提高热处理质量考虑，如不许在加热过程中发生氧化、脱碳，应采用保护气氛下加热。（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）调质热处理调质热处理技术的发展主要有以下几个方面。炉型。由于振底炉长期使用中存在振底板变形 零件在炉内布料、加热不均 淬火质量散差大 同时振动噪声大、环境差，振底炉已逐渐退出生

25、产线，网带炉、铸链炉得到普遍应用。碳势控制技术的应用。碳势控制技术在保护气氛调质生产线得到普遍应用。有效的控制炉内碳势控制精度，保证了零件淬火后的表面质量。计算机技术的应用。通过应用计算机 能够按照工艺设定自动完成工件的生产全过程记录、保存工件生产中的各种工艺参数具有完善的故障诊断、安全警示及连锁功能。快速淬火油和水基淬火介质的应用。快速淬火油的应用保证了高强度螺栓件的热处理内在质量。水基淬火介质的应用解决了零件淬油不硬、淬水开裂及零件淬火变形的质量问题。（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

26、。感应加热淬火后可根据可能采用自然回火。感应热处理技术的应用感应热处理具有以下特点。根据产品性能要求只对零件表面或局部加热 实施表面或局部强化，因此是一种节能热处理。感应加热时间短、速度快 有利于淬火组织的细化，获得耐磨性 抗扭转弯曲疲劳性能俱佳的强化效果。感应淬火装置可以方便地安装在流水生产线上 便于生产管理，减少了物流成本。感应淬火生产节拍快 效率高 能够实现完全自动化。感应淬火机床正朝柔性化、自动化、智能化控制的方向发展。具有零件识别、能量控制、工艺参数显示及故障诊断、显示、报警的感应淬火装置在生产中逐步得到应用7。（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

27、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。（7）特种工艺方法任何新技术，新工艺都有其特殊性，有其特殊性，有其优缺点，可能只适用于某些特定的零件，并不断发展、深入、完善。采用新技术，新工艺必须建立在调查研究和生产实验的基础上，并且它与适应设备的发展密切相关，因此，也必须建立在完善的设备基础上。如真空热处理、离子轰击热处理、流台床热处理所适应的热处理工艺方法和零件品种

28、不断增加，工艺逐渐深入。真空热处理已可实现淬火油冷、水冷、气冷、回火、退火、并已用于真空渗碳、真空碳氮共渗。总的来说，一方面是自动优选工艺、提高产品质量;另一方面是充分保证稳定的优化工艺条件,获得分散度很小的均一的产品质量。这就是美国热处理 2020 年远景设想8中的形象目标:热处理畸变为零和质量分散度为零的主要出发点。当前热处理生产的质量控制除了依靠生产过程的自动化(消除影响质量的人为因素) 、工艺参数的严格在线控制和工艺效果的计算机模拟来实现,还力求实现过程控制的自适应化和智能化。这就是质量控制技术发展的主要方向。由于计算机技术的迅速发展，在最近几十年中，难以与大型计算已被克服。通过模拟和

29、衡量社会财产安全，成本，并在规定期间内经热处理后，它并不难，优化热处理工艺9。3.4 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。3.4.1 热处理炉热处理炉是通过炉内燃烧装置将燃料燃烧产生的热量或通过炉内电热元件将电能转化的热量对金属工件进行加热的设备10。热处理炉种类多，应用广泛。常用的箱式炉、台车炉、井式炉、罩式炉各有特点，分别应用于不同领域，一般都已形成系列化的标准定型产品11。(1) 炉型选择井式炉多用于细长工件的加热，炉膛较深，多置于地坑中。罩式

30、炉的特点是有一个体积较大的炉罩，多应用于特大工件的热处理。一些企业从装炉量、耗电量、车间配电容量、车间场地配置等角度出发，选择传统的标准型热处理炉并不满意。根据实际需求，生产上设计非标准型热处理炉已很普遍。基于这些情况，先后设计了 3 种规格的经济实用型普式热处理电阻炉，主要用于连铸辊、热轧输送辊、型材轧辊等冶金辊道的堆焊生产12。燃气井式热处理炉是用于长轴类件和杆件的热处理设备，该类设备自身状况的好坏将直接影响到最终产品质量、设备生产效率、生产成本和环境污染等。根据热处理产品的质量要求，在整个炉膛内温度和气氛的均匀性都必须是在产品质量或热处理工艺要求的规定范围内，只有这样才能确保热处理产品质

31、量达到所规定的技术质量指标13。对原中温箱式炉在使用过程中存在耗能高、结构状况不舍理、生产效率低等问题，结合实际生产所需，本着经济效能的原则，通过台车制作、炉壳改造、炉衬结构优化、控制系统的改进、电热元件的正确选用与合理分布将其改造为台车式电炉，取得了满意效果14。在渗碳炉上要从温度的控制方式、碳势的控制方式及氮-甲醇气氛在深层渗碳中的应用等三个方面介绍深层渗碳对热处理设备的要求15。真空热处理的普及应用会得到迅猛发展真空热处理具有无氧化、脱碳、脱气、脱脂、变形小、热处理零件寿命长、无污染等特点。真空热处理(渗碳、气淬)具有无氧化、脱碳、脱气、脱脂、变形小、热处理零件寿命长、无污染等特点，因此

32、近年来，在我国获得了快速发展，其应用范围也在逐步扩大。详细分析设备选择的依据条件，选择热处理炉：a.汽车齿轮等渗碳零件，大批量生产时，常用推杆式渗碳炉及其组成的生产线；中批量时，选用转底式炉并与推杆式炉或密封箱式炉及其组成的组成生产线；小批量时，选用井式渗碳炉。b.轴承零件，大批量时选用辊底式炉及其组成的生产线；中批量时选用振底式炉、网带式炉并组成生产线；小批量时以往我国常选用盐浴炉；滚珠多选用鼓形炉及其组成的生产线，或间隙式滚筒炉。c.长轴件，大批量时选用步进式炉及其组成的生产线；小批量时选井式炉。d.大件及长板件，选用步进式炉或台车式炉。e. 中小零件和标准件，选用铸链炉、网带式炉、振底炉

33、、真空炉、盐浴炉、箱式炉。f. 钢丝，选用牵引式炉及其组成的生产线。g.模具及刃具，选用真空炉、盐浴炉、流态化炉。h.钢带等退火件，选用罩式炉、井式炉和箱式炉。i.铝合金，选用强风循环箱式炉（带机械传动） 。j.可锻铸铁退火件，选用推杆式炉生产线、隧道式炉生产线、升降底式炉。(2) 燃料与节能a. 燃料的选择热处理使用热源一般有电及燃料，燃料多为气体燃料。电炉由于温度均匀，容易控制，热效率高，便于操作，一般采用电炉，大型铸锻件采用气体燃料炉。b. 节能热处理车间设计时应执行专业化协作的原则，主要耗能设备的负荷率不应低于 40%，并应通过专业化协作方式使之达到 70%以上。采用合理用能的新技术、

34、新工艺、新设备和新材料。热处理车间电炉控制系统改造是应用现代测控技术，提高工艺装备水平，达到精确控制，提高产品质量，节省能源，减轻工人劳动强度的目的16。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重量即为生产率，以 Kg/h 或件/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一般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，在较长时间稳定使用后，统计生产数据所计算出来的生产率（如表 3.1） 。表 3.1 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

35、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406060703550608010012012016012016010012060801201401401808010010012510012580100507010012010012035453108121215d. 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

36、见表 3.2 和 3.4。1. 设备年负荷基数 设备年负荷基数 G 为： (公式 3.1)/GQp式中 -设备年需完成的生产量（Kg/年）Q-设备生产率（Kg/h）p2. 设备数量计算 (公式 3.2)/CG F式中 -设备年时基数（h）F表 3.2 热处理设备计算表序号设备名称用途生产率(Kg/h)年处理量/t=生产率设备年时基数（7240 h）1井式燃气炉调质、正火、退火、稳定等30217.22井式电炉回火、稳定、时效30217.23井式气体氮化炉氮化292104井式气体氮化炉氮化292105燃气式台车炉正火、调质、退火、回火等60434.46台车式电阻炉正火、调质、退火、回火等80579

37、.27气体渗碳炉渗碳30217.28气体渗碳炉渗碳30217.29高温回火炉回火30217.210低温时效炉时效30217.211双室真空油淬气冷炉淬火30217.212离子氮化炉氮化1072.413全齿淬火机齿轮表面淬火3827514立式淬火机表面淬火3827515卧式淬火机表面淬火3827516盐浴炉盐浴3928217井式回火炉回火30217.2合计56340763.4.2 感应加热设备(1) 频率的选定感应加热所需电流频率，取决于产品零件对淬硬层深度的要求，由于车间产品零件的规格如下:表 3.3 加工零件的规格、型号名称直径热处理深度（mm）轴类零件100500表面感应淬火2.58齿轮导

38、轨类滑枕类1005001400020005005005000表面感应淬火表面感应淬火表面感应淬火2.552.552.55(2) 淬火机床的选择 淬硬层深度：整体淬火 58mm，连续淬火 2.55mm。淬火方式描述：一个电源，带动两个变压器输出接口；其中一个变压器随机床动作完成在水平方向 200014000 的导轨上的相应平面淬火，淬火最大宽度 350mm；另一变压器输出接口完成立式方向的淬火，轴类500，滑枕类最大面 500500 四方面同时加热。功率：600KW，频率 2.58KHZ 连续可调，可以连接不同类型的感应线圈。加热周期中，变频电源依据感应线圈、材料和工艺参数的变化引起的阻抗变化自

39、动进行调节，实现频率自动跟踪。功率因素0.90，输出功率可连续自动调节，如与数控机床联机可由机床数控系统在额定功率下任意设定功率。3.4.3 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、工件的移动速度、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

40、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。该技术特别适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，解决了汽车制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和气冷。目前使

41、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，一般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，尤其是氮气的情况。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

42、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。3.4.4 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发散管，排除炉内残存的可控气氛，或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

43、要求在 700 摄氏度以下时，炉内吹扫应在低温下进行，或用氮气吹扫，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 3.4：3.4.5 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前后的清洗更加重要。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

44、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设备电量(KW)序号设备名称设备年时基数数量(台)每台合计备注1井式燃气炉7722150.050.02井式电炉77221300.0300.03井式气体氮化炉77221180.0180.04井式气体氮化炉77221350.0350.05井式淬火油槽16井式淬火水槽17燃气式台车炉7326120.020.08台车式电阻炉73261105.0105.09淬火油槽2

45、10淬火水槽211气体渗碳炉77221105.0105.012气体渗碳炉77221170.0170.013高温回火炉7722275.0150.014低温时效炉77222120.0240.015双室真空油淬气冷炉77221150.0150.016离子氮化炉77221150.0150.017超音频电源1200.0200.018全齿淬火机471814.04.019立式淬火机471815.05.020带电源单齿淬火设备1160.0160.021中频电源1500+35085022卧式淬火机床4718110.010.023立式淬火机床4718110.010.024盐浴炉77221100.0100.025淬

46、火油槽2可移动26淬火水槽2可移动27井式回火炉7722175.075.0在盐炉间28清洗槽120.020.029发蓝设备130酸洗槽131冷水槽132发蓝槽160.060.033冷水槽134热水槽160.060.035皂化槽160.060.036浸油槽160.060.037空油槽1 (3) 矫正设备常用矫正设备的类型及适用范围见表 3.5：表 3.5 常用矫正设备及适用范围设备类型规格主要用途手动压床15 t单件小批零件矫直压力机525 t单件小批零件矫直单柱液压机10100 t轴类零件矫直及齿轮扩空三辊矫直机等径或径差很小零件矫直双辊矫直机等径小零件连续矫直专用矫直机为专门零件设计的矫直机

47、搓板矫直机小轴连续矫直摩擦压力机零件热后矫正根据零件直径可选用的矫正设备规格及定额指标见表 3.6：表 3.6 矫正设备的规格及定额指标零件直径/mm设备规格/t定额指标/(件/h)510158012010205104080203010406030401025406050702540406070631003050齿轮挤孔6360 (4) 检查设备为检查零件热处理后的硬度，一般采用布式、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

48、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，一般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，制造必要的设备备件和为感应加热用感应器制造服务，以及为仪表的检修校正服务。3.4.6 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

49、运输最大零件重量以及工艺平面布置决定，起重设备适用范围及选择原则见表 3.7。表 3.7 起重设备适用范围及选择原则设备名称常用规格主要适用范围选用意见桥式起重机510 t大型设备维修，大型零件运输、装卸一般厂房长 50 米选用一台梁式起重机13 t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0.251 t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臂起重机0.251工作量较大的局部区，桥式、梁式起重机达不到的地方为某项设备及工艺专设悬挂运输链辊道平板车电瓶车、叉车、手推车(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

50、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. 辊道辊道可运输和贮存部分零件，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 。如用辊道将清理、矫直、检查等工序联系起来以辊道连接渗碳生产线，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间或工序之间的运输，连续运行，通

51、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。4 车间布置4.1 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）热处理车间靠近各类震源时，应该有一定间距或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靠近与其联系多的车间。4.2 车间面积及面积指标车间总面积

52、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车间类型规模生产指标（t/m2年）锻件热处理小型中型大型2334.556综合热处理小型中型0.81.21.01.5标准件热处理3.04.0齿

53、轮热处理1.02.04.3 平面布置设计4.3.1 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靠近柱子布置，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

54、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预留增跨或接长厂房空地。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18。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

55、件下,热处理的能源结构必须调整和改变。研究、开发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19。4.3.2 设备布置间距（1）炉子后端距离墙柱的距离，一般箱式炉采用 12m；煤气炉和油炉取1.51.8m；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 0.81.2m；中型炉 1.21.5m；大型炉 1.52m；间隙式炉组成的生产线 0.50.8m；连续式炉 3.04.0m。（3）井式炉间的距离，小型炉 0.81.2m；中型炉 1.21.5m；大型炉 2.54m。 （4）井式炉炉口距地面距离，渗碳炉 0.3m；正火、回火炉

56、 0.70.8m。（5）连续式炉的炉前后区空地，锻件热处理炉：炉前：68m；炉后 812m；连续气体渗碳炉：炉前 46m；炉后 23m；一般连续式炉炉前后 46m。（6）炉子安装高度 即炉口平面到地平的距离，人工操作时，一般为0.850.9m。4.3.3 设备区域布置（1）区域规划图 (见图 4.1)图 4.1 区域规划图（2）热处理设备布置图(见图 4.2)图 4.2 热处理设备布置图1）井式渗碳炉区（见图 4.3）图 4.3 井式渗碳炉区2）盐浴炉区（见图 4.4）图 4.4 盐浴炉区3）深井炉区（见图 4.5）图 4.5 深井炉区4）双室真空热处理炉区（见图 4.6）图 4.6 双室真空

57、热处理炉区5）表面处理区（见图 4.7）图 4.7 表面处理区6）14 米卧式淬火机床区（见图 4.8）图 4.8 14 米卧式淬火机床区（3）辅助设备布置图(见图 4.9)图 4.9 辅助设备布置图（4）热处理车间平面布置图(见附图)（5）热处理车间设备明细表(见附表)5 热处理车间建筑物与构筑物5.1 建筑物的设计（1）防火热处理厂房耐火等级通常为一、二级耐火建筑物，要求墙、地面、顶棚等必须耐火，通常为钢筋混凝土结构或钢结构。（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。5.2 厂房建筑参数厂

58、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采用操作平台。将炉子置于地坑可降低厂房高度（见图 5.1） ，节约造价。厂房的跨度与柱距（见图 5.2） 。图 5.1 厂房高度图 5.2 厂房的跨度与柱距5.3 厂房出入口厂房一般人行出口宽 1.2m、1.5m 或 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宽度（m）高度（m）适用车辆宽度（m）高度（m）适用车辆2.12.42t 以下电瓶车3.03.6中型载重汽车2.42.4510t 窄轨电动平板车3.33.6重型载重

59、汽车3.03.0轻型载重汽车 510t厂房较长，要两端开门或中部设出入口。各大门一律往外开或用电动推拉大门。5.4 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（详见表 5.2） ，试验辅助部门在0.51.0t/m2；工具、机修备件热处理部门在 1.02.0t/m2；中小件区 1.52.0t/m2；大批量流水生产半成品热处理在 2.03.5t/m2；大批量流水线生产的毛坯人处理部门在3.03.5t/m2。表 5.2 热处理车间地面材料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

60、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5.5 特殊构筑物及附属建筑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。用氰盐热处理间、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，可采用墙体或玻璃隔断。6 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。6.1 电力