热处理车间的设计

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1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，寻常采取“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

热处理生产技术必需迎头赶上,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，俭约能源消耗，降低生产成本。因此，在武汉重型机床厂新建热处理车间时，必需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：（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

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直线运动或直线运动转变为旋转运动的传动、定位功能部件，它有较高的确切度和尺寸稳定性，广泛应用于各类机床的传动进给机构和调理移动机构，能够保证直线运动的确切性和均匀性。它的精度高低，直接影响到机床的加工精度，影响加工中心、坐标镗床的定位精度和测试仪器的测量精度。所以，丝杆是这类机床和仪器的关键零件之一。缜密丝杆的热处理，工艺比较繁杂，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。一般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

丝杆一般在机床上由两点或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。丝杆于螺母的螺纹牙齿侧面相对滑行，丝杆每转一周则推进一个螺距，螺母存在很大的摩擦力，螺母与丝杆齿形面易于磨损，而且一根丝杆仅仅一部分磨损严重，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塑性变形而丧失精度。由于丝杆精度的高低直接影响螺纹车床、螺纹磨床、铲床、坐标镗床和测量仪器的加工精度、定位精度、或测量精度。在这些机床的仪器中，丝杆是实现确切定位和缜密加工的关键环节之一。

滚珠丝杆工作时常承受弯曲、扭转、疲乏、冲击，同时在滑动与转动部位承受摩擦作用，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乏破坏（既疲乏剥落，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、静摩擦系数相差微小，在静止、低速和高速时摩擦距几乎不变，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，因而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

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，因此必需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，高的接触疲乏强度既具有高硬度、高强度与足够的耐磨

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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）和缜密丝杆（梯形丝杆精度6级以下，滚珠丝杆为C级）。根据热处理状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，应依照国家标准进行逐项检验，特别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、化学成分检验和内部质量（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，由于其加工便利、制造成本低，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。

对于高精度缜密软丝杆，其精度在6级以上、硬度在35HRC以下的缜密丝杆，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像的条件外，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。

对于高精度高缜密硬丝杆而恶言，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（一般为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确切运动，这就要求所使用的材料的抗拉强度要达到700~1000MPa，还有一定的韧性和精度稳定性，工件在制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）制造，经正火、调制处理，或用冷这一切削钢（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）或低合金工具钢（如

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T10A\\T12A或9Mn2V、CrWMn钢）制造，经调质或球化退火处理。

对于工作频率高的丝杆常用低合金工具钢（如9Mn2V、CrWMn钢）制造、整体淬火，还可采用高级渗碳专用钢（如38CrMoAlA、35CrMo钢）制造并经渗氮处理，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）制造，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）制造，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）制造，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、重载荷滚珠丝杆多项选择用低合金工具钢（如9Mn2V，CrWMn钢）和滚动轴承钢（如GCr15，GCr15SiMn）制造，采用感应加热表面淬火，也有采用火焰加热表面淬火或整体淬火的。

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38CrMoAlA钢）制造，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1Cr15Co14Mo5VN，0Cr17Ni4Cu4Nb钢）制造，经固熔处理+时效处理后使用。图2.03滚珠丝杆材料的选择

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综上阐述C8599铲床丝杆选择20CrMnTi。

20CrMnTi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

坚韧的心部，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。用于制造截面＜30mm的承受高速、中等或重载荷、冲击及摩擦的重要零件，如齿轮、齿圈、齿轮轴十字头等。

20CrMnTi钢的化学成分见下表：

20CrMnTi钢化学成分（GB/T1299—2000）ω/%成分CSiMnTiCrPNiCuS含量0.17～0.230.17～0.370.80～1.100.04～0.101.00～1.30≤0.0