设备购置专题论证

1、关于购置离子氮化炉的专题论证报告一、购置理由用于丝杠氮化处理。709厂1973年自制了一台气体氮化炉，已 趋于报废。离子氮化较传统气体氮化有很多优势，同种材料经离子氮 化硬度高、变形小，耐麽性强。并且氮化工艺时间短，节能、环保。 拟选用武汉热处理研究所的离子氮化炉。二、各种渗氮方法优缺点比较我们把几种渗氮方法的特点比较列入下表:渗氮方法加热方式能耗环境污染表面脆性运行成本操作方式处理时间液体渗氮间接中等严重一般高较复杂短气体渗氮间接高轻易脆中简单长直流渗氮直接低无好低复杂短脉冲渗氮直接最低无好最低复杂短脉冲气体渗氮间接中等轻一般中简单较长在等离子体渗氮工艺产生以前，主要的渗氮方式为：液体渗氮、

2、气体渗氮。早期的液体渗氮方式含氰化物。由于需在渗氮盐中加入带有巨毒的氰化物，劳动条件恶 劣，环境污染严重。上个世界末，很多国家明令禁止在盐浴成分中使用氰化物作为添加剂。 目前的液体渗氮方法已不含氰化物，但需要经常测试、调整成分，工艺复杂。液体渗氮设备 投资小，每炉处理时间短，处理结果均匀，变形相对较大，组织结构比较疏松，防腐性能差， 最主要的还是产生大量废盐，处理成本高。气体渗氮是将处理炉内通过略高入大气压力的氨气，通过电炉将被处理零件加热到渗氮 所需温度然后长时间保温。其设备投资相对较低，结构简单，装炉简单，其处理过程产生的化合物层含氮浓度高，表层易产生网状及脉状组织，脆性大，变形较大，实际

3、运用中常常将 化合物层磨掉，处理过程中氨气消耗量大，电耗较大。脉冲气体渗氮是在较低的这些很空状态下进行，通过周期性置换炉内氨气，提高氮的活 性，在保留气体渗氮特点的同时，设备投资略有增加，较气体渗氮有一定的改善，但耗气量 仍然较大，处理成本略有增长。等离子体渗氮包括直流等离子体渗氮和脉冲等离子体渗氮。等离子体渗氮：是在真空容 器中通入压力为1.3X1031.3X103Pa的氨气或氮氢混合气体，在电场作用下，气体电离， 正离子轰击金属零件表面通过一系列的物理和化学过程形成氮化层，以达到表面硬化的方 法。直流等离子体渗氮与气体氮化相比：由于它是通过离子的轰击直接加热，能耗下降 20%以上；具有更多

4、的活性原子和离子，渗速快，尤其潜层渗氮效果更为明显；渗层质 量好，表层不产生网状及脉状组织，脆性符合国家一、二级标准；变形小，由于渗氮与溅 射的综合作用，六级精度齿轮渗氮后无需后处理；无环境污染，氨气消耗仅为气体渗氮的 1%左右；由于表面活化，有利与不锈钢渗氮等。等离子体渗氮时，出现弧光放电现象不可避免。直流等离子渗氮采用可控硅整流技术， 由于可控硅只有进入负半周才能完全截止，灭弧时间在毫秒级，尽管在电路上做了许多保护， 仍然难以完全消除因弧光放电造成少量零件损坏。操作过程比前述的其他渗氮方法更为复杂 等。针对直流等离子体渗氮带来的一些问题，人们又研究出脉冲等离子体渗氮技术。关于脉 冲等离子体

5、渗氮技术的特点我们放在第三节做专门介绍。三、设备选型分析及其结论经过对比，采用瑞士 STUDER公司S31型数控高精度内外园磨 床用于斯特林制冷器的往复运动机构的动子外圆和缸体内孔磨削加 工，可以满足专项产品设计要求，其主要技术指标：（一）顶尖距400mm，中心高125mm，最大工件加附加工装夹具约重量30kg；（二）横向分辨率0.0001 mm；纵向分辨率0.0001mm；（三）表面直线度0.002mm/400mm；（四）圆柱度0.3pm、同心度3pm。Studer S31型数控高精度内外园磨床优势简介见下表。基本配置特性评价机床床身和导轨拥有著名专利技术的人造花冈石床身Granitan S

6、103， 机床导轨Granitan S200,已获专利27年并不断升级； 人造花岗岩床身优点：一卓越的吸震性一优异的热稳定性一优异的化学性能一出色的材料持久稳定性一砂轮和修整工具磨损小，提高工件表面质量和精度外圆磨削砂轮线速度配置线速度为50 m/s :一可以有效地提高工件的表面加工精度。外圆磨削直接驱动电 主轴配置真正的电主轴，直接驱动（主轴是转子，无皮带， 皮带轮驱动），恒线速磨削结构刚性和运转平稳性极 佳，对于高精度加工非常重要，是精密加工磨床的技 术发展趋势。真正配置了独立的主轴水冷却系统，对保 证主轴的最佳工作状态和精度寿命极为有利工件头架主轴精度工件头架主轴的批量圆度精度为0.00

7、04mm工件头架主轴配置了定位精度土0.5。的C轴，装夹极为方便尾架微调精度配置了尾架圆柱度微调精度为：0.1 “m图标编程功能一先进的图标编程是应用在数控内外圆磨床上的一种 高级的编程方式。它通过一整套图标（picture or Icon） 来完整地直观地表示在内外圆磨床上的各种功能，整 个编程过程是通过选择/点击功能图标，由人机对话输 入参数的方式来完成，无需使用ISO和G代码来编程。 一配置全中文操作界面，对于机床的加工操作，工艺 编制，技术开发及机床维修等都非常友好，安全方便。基本配置特性评价手持数控终端配置了功能强的真正手持数控终端，有多信息显示的 液晶显示，数控系统操作面板上的数控

8、功能键，电子 手轮等，而不是简单的电子手轮。经过多方面调研，现国内的相应磨削加工设备综合性能指标达不 到21所核高基专项产品设计与工艺开发提出的要求，因此，21所选 择瑞士 STUDER公司S31型号数控高精度内、外圆磨床更加符合核 高基能力建设的要求。采用邀请招标。四、结论拟选用武汉热处理研究所的离子氮化炉1台，单价48.00万美元。设备类型：辉光脉冲离子渗氮炉自动控制系列设备型号：LDMC-75AQK （配备天津莱宝泵）使用单位：苏州中成（为保护客户资料使用简称）生产材料：QT600-3硬度要求：HV0700渗氮层深：0.15哑设备主要技术指标炉体有效加工区域：1200XH1000极限真空

9、度：6.67Pa装载抽气时间（满装炉抽至工作压强50Pa）： 30min压升率：1.3x10-1Pa最高使用温度：650r脉冲电源平均输出电流：075A连续可调平均输出电压：01000V连续可调最大输出峰值电流：150A输出波形：矩形方波输出频率：1KHZ占空比：585%连续可调灭弧时间：15gS灭弧性能应可靠，不允许出现弧光损坏共建现象温度控制方式及控制精度：PID调节，控温精度1C阴极对地电阻：4MQ自动控制系统控制参数：对温度、压强、气体流量、电源电压、时间等实施闭环控制。三、脉冲等离子体渗氮脉冲等离子体渗氮技术是上世纪九十年代发展起来的渗氮新工艺。与直流等离子体渗氮相 比：除保留了直流

10、等离子体渗氮的优点外，并具有以下改进节能：电源无功损耗减小、打 弧时间大大缩短，约节约2030%电能，生产成本低；能迅速灭弧，灭弧时间约1520ps, 不损伤零件，渗氮零件表面质量好；适应带有深孔、狭缝形状复杂零件的处理，能有效地 提高氮化工件温度的均匀性及氮化层组织的均匀性；工艺参数独立可调，工艺范围宽，操 作简便等特点。由于脉冲电源的输出特性，使得我们能够通过直流部分给定输出电压并维持峰值电流 （在工艺条件不变时）；而通过改变占空比调节输出平均电流；以及电源周期的关断特性赋 予了脉冲等离子体渗氮的许多新特性。1、工艺参数独立可调脉冲等离子体渗氮工艺的优点之一是工艺参数与物理参数独立可调。这

11、是因为在直流 电源条件下，既要满足零件表面的电流密度要求，又要满足零件保温电流的要求，两者互相 影响，使得电压、电流、工艺条件互相影响，并使操作过程变得复杂和难以控制。而在脉冲 电源条件下，电流密度由峰值电流满足，保温电流有平均电流满足，可由两个独立参数分别 调节。因此，工艺参数可在较大范围内变动。如图一所示：我们所要做的仅是调整占空比，使虚线位置上下移动，以获得加工所需要的平均功率。PPmaxt图一 脉冲电源功率波形（实线为瞬时功率，虚线下面积为平均功率）2、灭弧速度快灭弧速度快，可以避免零件弧光灼伤。弧光放电是等离子体渗氮不可避免的一个工程， 由于零件表面附着的油膜及污物（不可能绝对清洗干

12、净，当然清洗的越干净越好）形成等离 子鞘层产生电荷积累形成很大的场强，在一定条件下从而引发弧光放电。在直流电源条件下， 由于可控硅的导通特性使得迅速灭弧存在很大的困难。而脉冲电源是一个周期关断性开关电源，脉冲频率在1K的电源自身在数百ps就有一次 关断，电源本身就有抑制弧光迅速发展的特点，为了保证不灼伤被处理工件，在电路处理上 我们一旦发现弧光放电趋势，就立即关断电源，然后重新点燃电源，根据我们的实验这些工 作灭弧在15一20微秒内完成。当然这个参数也可以调整，表面复杂要求高的工件我们可以将 灭弧时间在更短的时间内完成；而对于表面简单要求相对较低的工件，可以延长灭弧时间， 这主要是为了兼顾保护

13、工件和缩短处理时间而定。3、无需堵孔、有利于深孔、狭缝、微孔的渗氮减少或无需堵孔、可在深孔、狭缝、微孔内实现氮化。在等离子体渗氮处理时，对于零 件内部的封闭孔可能产生阴极位降层重叠的现象，在重叠区域电子和离子异常活跃，很容易 过度到弧光发电，我们称之为空心阴极效应。脉冲电源易于抑制这种活跃现象，建立一个亚 稳态，使得深孔、狭缝、微孔内实现氮化成为可能。而对于直流条件下，在工作上很多孔需 要在处理前进行封堵，处理后又需要拆堵，给操作造成了不便，采用脉冲电源可能减少和避 免这些操作。4、节能节电在20 - 30%以上。与直流电源相比，由于可控硅器件特性，在设计直流电源时，不得 不设计一个限流电阻，

14、以限制电流的迅速增长，这个电阻阻值最小也在2Q左右，在150A 满载输出的条件下，仅此就可以节电27.36KW/h，加上提高了综合效率，节电至少在35%以 上。5、处理质量好，变形小，利于提高层深由于脉冲电源对弧光放电的抑制作用，弧光在零件表面作用时间极短，可获得高质量的表 面，绝无弧损伤。并且由于提高了温度均匀性，零件变形小。由于其改善了工艺条件，在相 同的时间内或者不利于渗氮的条件下，能提高层深。6、能提高设备的利用率在直流电源条件下，由于工艺数和物理参数的影响，再保温时电压的调节范围通常在650V 左右，而采用脉冲电源，电压调节范围提高，例如在处理狭缝时可将电压提高到900V，增 加了电

15、源的有效率输出。7、有利与深孔、狭缝、微孔的渗氮由于脉冲电源对空心阴极的抑制作用，我们通过工艺实验，在型腔0.6mm的铝型材料积 压模具内实现了氮化，也在3 x 340mm的深孔内实现了氮化。四、结论脉冲电源由其区别与直流电源的特性获得了很多的优良特性，无疑其应用前景十分广阔。与支流电源相比，它具有以下优点：1、工艺参数独立可调，操作更简便；2、打弧速度快；3、能有效抑制空心阴极；4、节能；5、处理零件质量好、变形小、有利于提高层深；6、缩短工艺时间、提高设备利用率；7、有利于深孔、狭缝、微孔氮化加工。设备炉体部分型号以及参数:设备型号LD(UC)-30LD 3C) -50LD(MC)-75L

16、D 3C) -1 00L有效工作区域650 X 800700 X 1 000Os 750 X 1 500Os 1 200 X 1 800d?最高加H温度650C常用加工温度5 00 dr 5 0 T：搬限其空W6- 7Pa压升率WO- 1 3Pa/m i n设备LDMC系列脉冲电源的主要参数:设备型号LDMG-30LDMG-50LDMC-75LDMC-100LDMG-1最大输出平均电流30A50A75A1 OOA1 50/量大输出峰值电虎60A1 00A1 50A200A300/虽大氟化面税60000cm 2100000cm2150000cm2200000cm2300000.一次毒大装炉量35

17、0Ke55OKs1OOOKg1 500Kg3000K输出电压0T0D0V逢维可调输出波彩矩形方族线率1000HZ灭强速度控制方式定魏调童占空比085餐连续可调离子渗氮前预先热处理工艺的制订原则为了保证渗氮件心部具有必要的力学性能（也称机械性能），消除加工过程中的内应力，减少渗氮变形， 为获得良好的渗氮层组织性能提供必要的原始组织，并为机械加工提供条件，零件渗氮前必须进行不同的 预先热处理。1、氮化工艺参数对预先热处理工艺的要求预先热处理中最后一道工序的加热温度至少要比渗氮温度高2040C。否则，零件在氮化过程中其心 部组织及力学性能将发生变化，零件的变形无规律，变形量将无法控制。2、常用的预先

18、热处理工艺常用的预先热处理工艺有调质、淬火+回火、正火及退火。调质是结构钢常用的预先热处理工艺，调质的回火温度至少要比渗氮温度高2040C。回火温度越高， 工件硬度越低，基体组织中碳化物弥散度愈小，渗氮时氮原子易渗入，渗氮层厚度也愈厚，但渗层硬度也 愈低。因此，回火温度应根据对基体性能和渗层性能的要求综合确定。调质后理想的组织是细小均匀分布 的索氏体组织，不允许存在粗大的索氏体组织，也不允许有较多的游离铁素体存在。调质引起的脱碳对渗层脆性和硬度影响很大，所以调质前的工件应留有足够的加工余量，以保证机械 加工时能将脱碳层全部切除。对渗氮后要求变形很小的工件，在精加工前（如精磨）还应进行一次或多次 稳定化处理，处理温度应低于调质温度而高于渗氮温度。调质后，若工件的硬度或金相组织不合格，允许返工。工、模具钢渗氮前的预先热处理一般采用淬火+回火处理。不锈钢渗氮前的预先热处理一般采用淬火+回火，目的是为了消除加工应力和改善组织。对硬度要求不 高的工件可采用退火处理。奥氏体不锈钢通常采用固溶处理。正火预先热处理只适用于对心部强度和韧性要求不高的渗氮件，正火时冷却速