拨叉（CA6140车床）零件机械制造工艺规程及工艺装备设计课程设计

表8-3广东工业大学华立学院课程设计（论文）任务书题目名称拨叉（CA6140车床）零件机械制造工艺规程及工艺装备设计学生学部（系）机电与信息工程学部专业班级机械设计制造及其自动化姓 名X X X学 号1201110X0XX一、课程设计（论文）的内容拨叉（CA6140车床）零件机械制造工艺规程及工艺装备设计（大批量生产）二、课程设计（论文）的要求与数据1、绘制产品零件图（须严格按国标要求）。2、确定毛坯的种类及制造方法，绘制毛坯图。3、针对零件的特点，制订工艺规程文件（机械加工的工艺过程卡及工序卡片）。4、设计机床夹具（保证零件加工精度要求）。5、编写课程设计说明书（5000字，规范说明书书写格式）。三、课程设计（论文）应完成的工作1、零件图1张2、毛坯图1张3、机械加工工艺过程卡片1份4、机械加工工序卡片1套5、夹具设计装配图1张6、课程设计说明书1份四、课程设计（论文）进程安排序号设计（论文）各阶段内容地点起止日期1下达机械制造技术基础课程设计任务11052013.11.42熟悉零件图，准备各种资料11052013.11.83绘制零件图，制定工艺规程11052013.11.154工艺装备设计11052013.11.225撰写设计说明书11052013.11.296上交所有资料11052013.12.13五、应收集的资料及主要参考文献1 王宛山、邢敏主编，机械制造手册，辽宁科学技术出版社，2002。2 陈宏钧主编, 实用机械加工工艺手册，机械工业出版社，2003。3 陈锡渠、彭晓南主编，金属切削原理与刀具，北京出版社，2006。4 吴宗泽、罗圣国主编，机械设计手册（第3版），高等教育出版社，2006。5 王光斗、王春福主编，机床夹具设计手册，上海科学技术出版社2000。发出任务书日期：2013年 11 月 1 日 指导教师签名：计划完成日期： 2013年 12 月 13 日 教学单位责任人签章：广东工业大学华立学院 课 程 设 计（论文）课程名称 机械制造技术基础课程设计 题目名称 带轮零件机械制造工艺规程及工艺装备设计学生学部（系）机电与信息工程学部专业班级 11材料1班 学 号 12021101009 学生姓名 何汉森 指导教师 万志锋 2013 年 12 月 13 日实体图定模板零件图定模板机械加工工艺过程综合卡片定模板机械加工工序卡片动模板零件图 动模板机械加工工艺过程综合卡片动模板机械加工工序卡片装配图夹具装配图说明书1 前言热处理工艺课程设计是学生对热处理工艺的基础知识、原理及方法的综合应用及全面训练，进一步提高学生技能，达到本学科基本要求的重要教学环节。通过课程设计，可以培养学生初步的设计思想、分析问题和解决问题的能力，了解设计的一般方法和步骤；初步培养学生的设计基本技能和对工程技术问题的严肃认真和负责的态度。热处理工艺课程设计可以增强同学对基础知识的理解，通过金属热处理工艺学、固态相变原理学科的学习，学生掌握了一些常用材料的组织的转变过程及热处理方法，通过课程设计能够让同学们更好地理解材料成分、组织、结构和性能它们相互之间的内在联系；通过本课程设计之后，我们对所学习过的知识有一个系统的、健全的结构把握，能够有效地训练学生的逻辑思维能力，分析问题和解决问题的能力；课程设计有利于学生严谨治学的培养，虽然与工程实际有一定的距离，但它也是我们走向社会前一次重要的锻炼，它要求我们在课程设计中从使用性能、成本要求、加工工艺性能等多方面考虑一个零件的热处理工艺。通过本次课程设计，学生能够正确地对局部与整体的把握，能培养我们对细节注重的能力，同时掌握整体学习、工作以及研究的本领。2.1 零件形状该零件图是一个凹模的零件图，它由四个螺纹孔（分布在模具的四个角上）和靠近螺纹各有一个模具导杆孔；在靠近中央位置有一个呈倒E字形的型孔，此为材料加工成型的重要部分；在型孔上下两侧右边的相对位置各有一个矩形型孔，在矩形型孔之间对称分布着许多小孔。从形状看来，这个凹模是一个相对比较复杂的模具，从而导致在机械加工上也变得相对复杂。2.2 零件尺寸该凹模的总体尺寸为20015035mm，所以这是一个尺寸较小的凹模，因而其工作时所受的载荷也相对较低。2.3 技术要求该凹模的技术要求是在热处理完成之后，使用时的整体硬度为6163HRC，所以它的使用状态时的硬度很高。综合对该零件的形状、尺寸、技术要求这三方面的分析，这个模具属于一个小型的冷作模具。因为热作模具是在高温下工作的，因此需要具有一定的高温强度与高温硬度，良好的淬透性与冲击韧度，足够的耐热疲劳性能和抗氧化能力。所以其绝大部分使用的最高硬度也不超过60HRC。作为一个小型的冷作凹模，则其工作时主要承受拉压、弯曲、冲击、疲劳、摩擦等多种机械力的作用，其主要时效形式有：过载失效、磨损失效、咬合失效以及多冲疲劳失效等。但是对其作用的载荷都相对比较小。为了满足冷作模具高应力、高耐磨和使用寿命的需要，因此这个小型冷作模具应具备较高的硬度和耐磨性，一定的抗冲击能力，较高的变形抗力，断裂抗力，耐磨损，抗疲劳和不咬合等使用性能。3 材料选择通过给出的技术要求（6163HRC），所以要选择淬透性和淬硬性都比较好的材料作为该凹模的制作材料，经查阅相关资料有很多材料都适合作为冷作模具的材料，如9SiCr、Cr12MoV、9Mn2V、CrWMn等。下面对这四种不同的材料的比较如下： （1）化学成分（质量百分数：%）：化学成分CSiMnCrWVPS9SiCr0.850.951.201.600.300.600.951.250.0300.030Cr12MoV1.451.700.400.4011.0012.500.150.300.0300.0309Mn2V0.850.950.401.702.000.100.250.0300.030CrWMn0.901.050.400.801.100.901.201.201.600.0300.030（2）物理常数（近似值：）：临界点Ac1AcmAr1Ar3MsMf9SiCr770870730160-30Cr12MoV83085575078523009Mn2V730760655690125CrWMn750940710260-50（3）淬透性：材料淬透性能回火硬度9SiCr淬透性较高，能达到60HRC的端淬距离为13mm5865Cr12MoV淬透性高55619Mn2V淬透性很高，能达到60HRC的端淬距离为13mm6062CrWMn淬透性较高，20mm的能全部淬透并达到60HRC5565综合以上所列出的各项数据显示，这些材料均能达到该零件的使用性能要求。但是根据实际成本和材料的化学成分来看，9Mn2V在符合要求的同时具有整体优势。因为从热处理特点来看，9Mn2V的化学成分相对简单，且合金元素含量也不高，便于热处理；另外，从上述四种材料的物理参数看来，9Mn2V的临界点相对较低，应用到大批量生产上可以减少一部分能源的使用，这是一方面的优势。此外，对9Mn2V进行回火的时候还可以不用通过介质来进行加热。所以，在均能满足性能要求的前提下，9Mn2V非常符合制作这个凹模。9Mn2V的化学成分（质量百分数：%）如下表：CSiMnVPS0.850.950.401.702.000.150.250.0300.0309Mn2V的相关物理参数(摄氏度：)如下表：Ac1AcmAr1Ar3Ms7307606556901254 确定加工工艺路线序号工艺内容设备1下料棒料下料锯床2锻造将坯料锻成长方体3退火将锻件退火，以消除锻压造成的内应力，改善加工性能4粗铣铣各平面，厚度留磨削余量0.6mm，侧面留磨削余量0.4mm铣床5磨平面磨上、下平面（单面留磨量0.3mm）和相邻两侧面，保持各面相互垂直（用90角尺检验）磨床6钳工划线划出对称中心，各个孔的位置，型孔的轮廓线7型孔粗加工在仿铣床上加工型孔，留单边加工余量0.15mm仿铣床8加工余孔及攻螺纹1）加工凹模上的余孔；2）对指定的孔攻螺纹钻床9热处理保证6163HRC10磨平面磨上、下平面及相邻两侧面至要求尺寸磨床11线切割按图切割型孔达到尺寸要求线切割机12钳工精修全面达到设计要求13检验5 热处理工艺方法选择5.1 模具的预备热处理为了消除毛坯的残留组织缺陷，有利于后续冷热处理，提高使用性能和寿命。冷作模具的预备热处理采用球化退火，因为球化退火可以获得满意的机械加工性能，并做好淬火前组织上的准备，球化退火组织对最终获得热处理后的强韧性、畸变、开裂倾向、耐磨性以及断裂韧度有显著的影响。球化温度应选在Ar1以上2050为宜，要避免在退火过程出现有残存的原片状碳化物或新的片状及棱角状碳化物，应保留许多未溶的细小碳化物颗粒以作为球化的结晶核心，保证能加速球化过程和形成均匀的球化体。球化退火的等温温度和保持时间要选择在不出现片状或片、球状混合组织，并有合适的球化速度范围为宜，保证能加速球化过程和形成均匀的球化体。5.2 模具的最终热处理冷作模具的最终热处理是淬火低温回火。在冷作模具的热处理工艺过程中最重要的就是淬火和回火的处理，淬火是为了使冷作模具具有高的强度、硬度和耐磨等性能；回火主要是消除工件淬火时所产生的残余内应力，提高材料的塑性和韧性，获得良好的综合力学性能，稳定工件尺寸，使钢的组织在工件使用过程中不再发生变化。淬火与低温回火相结合，则可以使模具具有高的强度、耐磨性、足够的强度和韧性以及一定的冲击性的配合，这使得冷作模具应具备高的变形抗力、断裂抗力、耐磨损、抗疲劳和不咬合等能力。淬火一般是把钢加热到临界点Ac1或Ac3以上，保温并随之以大于临界冷却速度冷却，以得到介稳状态的马氏体或下贝氏体组织，而低温回火一般是指在低于250的情况下进行回火，同时还要根据钢种注意要避免各种钢的回火的脆性温度区间。低温回火可以使工具、量具获得高硬度、耐磨、足够的强度和韧性。6 制订热处理工艺制度6.1 预备热处理工艺制度的制订加热速度加热温度保温时间等温温度等温时间冷却速度90100/h7507604h6806904h30/h9Mn2V球化退火工艺曲线温度(T/)时间（t/h）550空冷680690750760等温4h保温4hO冷却30/h冷却30/h6.1.1 加热速度加热速度主要与钢的成分、工件的尺寸和形状等因素有关。为防止变形开裂，应该适当控制加热速度。碳钢和低合金钢的中、小件的加热速度一般控制在100200/h；中、高合金钢形状复杂的或截面大的工件一般应进行预热或采用低温入炉进行随炉升温的加热方式，在温度低于600700是的加热速度为3070/h，高于此温度后控制在80100/h。根据本设计中零件尺寸及形状的实际情况，采用低温入炉加热，加热速度为90100/h能够达到目的。6.1.2 加热温度球化退火主要应用于共析、过共析钢，使钢中的碳化物球化以降低硬度，改善组织，提高淬火钢的性能及减少淬火缺陷等。加热温度对钢中碳化物的球化效果有着很大的影响。球化退火加热温度不宜太高，一般控制在稍高于Ac1，如Ac1+（2030），可获得不均匀奥氏体和大量细小的残留碳化物，作为碳化物球化的非自发核心，以促进球化。所以根据9Mn2V的Ac1点的温度（730）得到球化温度为750760。6.1.3 加热时间加热时间主要与钢的成分、工件的尺寸与形状、加热温度、加热介质、加热方式、装炉量及热处理目的有关，采用公式（min）来计算，其中K表示与加热条件有关的综合物理因素，而W=V/F（mm）表示与工件的尺寸和形状有关的几何因素（V为工件的体积，F为工件的面积）。根据本设计中零件的尺寸确定加热时间为：(0.62)（35+5+5）（2790）min。所以取加热时间为60min。KW使用时间系数见下表：炉型系数工件形状柱状板状薄管厚管盐炉KWKW0.7(0.1670.25)D(0.1170.175)D0.7(0.1670.5)B(0.1170.35)B0.7(0.250.5)(0.1750.35)1.0(0.250.5)(0.250.5)空气炉KWKW3.5(0.1670.25)D(0.60.9)D4(0.1670.5)B(0.62)B4(0.250.5)(12)4(0.250.5)(1.252.5)注：D为有效厚度；B为板厚；为管壁厚。6.1.4 保温时间工件在炉内要进行一段时间的保温，一方面是为了使工件能够很好地透热，另一方面使工件内部各部分的温度分布均匀一致，组织状态均匀一致。保温时间的确定也与钢的成分、工件的尺寸与形状等有关。由于合金钢中碳化物内存在大量的合金元素，提高了碳化物的稳定性，使得合金碳化物即使在高温下也很难溶解，所以要进行长时间的保温，通过查阅合金钢手册相应钢种的等温退火曲线取保温时间为4h。6.1.5 等温温度由热处理手册查得，对于过共析钢和合金工具钢的球化退火温度的确定应该是Ar1+（2030），所以根据9Mn2V的Ar1点温度（655）来确定其等温温度为680690。6.1.6 等温时间等温时间取决于该材料的化学成分及工件截面尺寸，为了使工件能够很好地完成等温转变，使合金碳化物能够很好地转变成球状碳化物，且均匀细小。根据合金钢手册相关钢种的等温曲线的等温时间，所以取等温时间为4h。6.1.7 冷却速度冷却速度对钢退火后的组织与性能影响的一般规律是：冷却速度越大，奥氏体分解温度越低，则珠光体转变产物越细，应力越大，硬度越高。所以，为达到预期的处理效果，冷却速度应控制适当。由于要求等温球化退火的冷却速度缓慢，所以根据相关资料取冷速度为小于等于30/h。退火件一般采用随炉冷却至低于550出炉空冷，对于要求内应力较小的工件应炉冷至低于350出炉空冷。各类钢材的退火冷却速度见下表：钢材类别碳钢合金钢钢合金钢冷却速度（/h）10015050802070注：球化退火的冷却速度为2060/h。6.2 最终热处理工艺制度的制订6.2.1 淬火工艺制度的制订加热速度加热温度保温时间冷却速度90100/h7607800.5h油淬时间（t/h）温度(T/)O760780保温0.5h油淬空冷9Mn2V淬火工艺曲线（1）加热速度加热速度与退火时的加热速度相同，加热速度选择为90100/h。一般在空气炉中的加热比在盐浴炉中加热要高1030，采用油、硝盐淬火介质时，淬火加热温度比用水淬火时要提高20左右。（2）加热温度钢的淬火加热温度与钢的含碳量有关，亚共析钢的加热温度为Ac3+（3050）；共析钢和过共析钢的淬火加热温度为Ac1+（3050）。因为9Mn2V的Ac1点温度是730，所以加热温度为760780。（3）加热时间与保温时间炉中的工件应在规定的加热温度范围内保持适当的时间，以保证必要的组织转变和扩散。加热时间和保温时间一共由三部分组成：升温时间；透热时间；组织转变时间。加热时间同退火工艺中的加热时间的确定一致，由于在最终热处理前，工件的尺寸发生了改变，所以其加热时间会有一定的变化，利用退火工艺中所引用的经验公式（min）来计算。根据本设计中零件的尺寸确定加热时间为：（0.62）（350.50.5）（2070）min，还是取1h。其中保温时间可以由经验公式来加以确定。其中为保温时间系数，可从工具书查得；k为工件在炉中装炉形式所相应的修正系数；D为工件的有效厚度。根据本设计中零件的相关尺寸计算，其中k取1，所以保温时间为：1.21（350.50.5）43.2min，即取40min。又由于手册推荐普通碳钢及低合金钢在透热后保温515min即可满足组织转变要求，合金结构钢则需要1525min。本设计中的零件相对比较小，所以透热时间基本上可以忽略。因此本设计中淬火的保温时间确定为30min。保温时间系数见下表单位为（min/mm）：工件材料直径 501.01.21.21.50.30.40.40.5低合金钢50501.21.51.51.80.450.50.50.65高合金钢高速钢 0.350.1 0.60.850.30.350.30.350.170.20.160.18（4）淬火冷却9Mn2V属于冷作模具钢，所以采用工模具钢较为常见的淬火冷却方式油冷淬火，以油为冷却介质的淬火冷却，当冷至油温的时候将工件取出空冷。6.2.2 回火工艺制度的制订加热速度加热温度保温时间冷却速度90100/h1501803h空冷时间（t/h）O150180空冷9Mn2V回火工艺曲线保温3h温度(T/)（1）加热速度加热速度与退火、淬火工艺中的加热速度一致，取90100/h。（2）加热温度对于工具、模具钢的回火要求是能够保持高硬度的条件下，使脆性有所降低，残余内应力有所减小，所以采用低温淬火。根据手册查得低温回火温度范围在150250进行，但是9Mn2V的回火脆性温度区间在190250，所以加热温度为150180。回火温度的选择见下表：工件名称回火温度回火组织回火目的工艺名称工具、轴承、渗碳件及碳氮共渗件表面淬火件150250回火马氏体在保持高硬度的条件下使脆性有所降低，残余应力有所减小低温回火弹簧、模具等350500回火托氏体在具有高屈服强度及优良的弹性的前提下使钢具有一定塑性和韧性中温回火主轴、半轴、曲连杆等重要零件500650回火索氏体使钢既有较高的强度又有良好的塑性和韧性高温回火切削加工量大而变形要求严格的工件及淬火返修件500760消除内应力去应力回火精密工模具、机床丝杠、精密轴承120160长期保温稳定化的回火索氏体及残留奥氏体稳定钢的组织及工件尺寸稳定化处理（3）保温时间回火时间是从工件入炉后炉温升至回火温度是开始计算，回火温度一般为13h。也可以根据经验公式加以确定。其中为回火时间系数；为回火时间系数；D为工件的有效厚度。本设计中的零件的有效厚度为36mm，假设选择回火炉为箱式电阻炉，查表得为120，为1，所以计算结果为156min，所以取3h。Kn及An值推荐表如下：回火条件300以上300450450以上箱式电炉盐浴炉箱式电炉盐浴炉箱式电炉盐浴炉Kn/min1201202015103An/(min/mm)10.410.410.4（4）冷却速度工件回火后即可出炉空冷至室温。7 热处理设备选择7.1 预备热处理设备的选择7.1.1 退火设备的选择在本设计中的零件形状为矩形，形状规则且比较小，其预备热处理的目的为球化退火，使其获得满意的机械加工工艺性能，为最终热处理做好组织上的准备。由于该材料的退火工艺中无需通过气体保护进行加热，所以可以采用空气气氛直接装炉加热；此外，进行预备热处理的工件有足够的加工余量，所以对工件脱碳层的要求相对就要小；并且本设计是针对单件小批量生产设计，所以退火炉选择普通间隙式箱式电阻炉即可满足设计要求。中温箱式电阻炉的技术参数和结构如下图所示。这类炉子由炉体和电气控制柜组成。炉体由炉架和炉壳、炉衬、炉门、电热元件及炉门升降机构等组成。电热元件多分布于两侧墙和炉底。炉内温度均匀度状态主要受电热元件布置，炉门的密封和保温等状态的影响。通常炉膛前端温度较低。工件在高中、温箱式电阻炉中加热主要靠电热元件和炉壁的热辐射。根据形状、尺寸以及生产批量选择型号为RX3159的中温箱式电阻炉作为该凹模的退火热处理设备。7.2 最终热处理设备的选择由热处理手册查得，对于热处理工件性能要求严格的工具钢、模具钢应该选用真空炉、盐浴炉或者流态化炉，这三种炉是对模具和刃具进行热处理的常用的热处理设备。（1）盐浴炉盐浴炉是一种综合换热系数大，加热速度快，加热均匀，变形小，热容量较大，加热温度波动小，容易恒温加热的热处理设备；盐液容易保持中性状态，实现无氧化无脱碳加热，在盐液中加入含碳、含氮等物质，容易实现化学热处理；浴炉容易实现工件局部加热错做。但是，浴液对环境有不同的污染程度；工件带出的废盐，不但造成浪费，而且对工件有腐蚀，特别是粘在工件缝隙和盲孔中的盐；中、高温浴炉的浴面辐射热损失较严重，不便于机械化和连续化生产。（2）流态化炉流态炉具有快速均匀接触传热传质，能耗低，运行成本低，炉床温度均匀，使用温度范围宽，微（无）氧化脱碳，表面光洁，不需清洗，难以锈蚀（具有防锈性），热处理后零件性能均匀并有很好的重现性；而且可以根据工艺任意设定气氛，炉床内气氛换气净化只需23分钟，对易变形，易开裂及杆（轴）、片和异型疑难零件有着良好的工艺效果；操作灵活简便、维修少且方便，无毒害且安全。流态炉还是柔性生产方式和批量生产作业相结合的经济炉型，是多类型工艺的热处理车间；它减少各类单一功能设备投资，减少能源负荷配置的良好途径，可以随零件种类质量和性能要求，灵活调整组织生产，可改变目前存在装备（炉）单一的现状。（3）真空炉真空炉热处理设备具有高效、优质、低耗和无污染等一系列有点，是近代热处理设备发展的热点。真空热处理设备种类较多，通常按用途和特性分类，例如：真空退火炉、真空淬火炉、真空回火炉、低真空炉、高真空炉等等。综合上述三种炉型的特点，再根据本设计中零件尺寸、产品批量规模和对环境保护的要求。通过以上各热处理设备的比较，选择真空热处理炉比较好。7.2.1 淬火设备的选择由于该零件是低合金工具钢9Mn2V制作的凹模，所以要求其整体具有高达6163HRC的硬度，同时还要求工件淬火后表面的化学成分波动小，没有裂纹产生和很小的畸变度。为了满足上述要求，就需要对工件在淬火加热气氛和淬火冷却时要采取相应的措施，在工件加热时应该通过例如真空的手段防止工件表面化学成分的变化，在淬火时应采用油作为淬火介质来控制工件的冷却速度。所以采用油淬真空炉作为该凹模的淬火热处理设备，由于形状和批量小，所以采用双室油淬真空炉就能达到目的。为了能够防止加热室被污染以及保持较好、较稳定的真空度，选择淬火室与加热室之间有隔热屏的双室油淬真空炉。其中淬火介质按照下表中所列出的相关参数选择合适的淬火介质。根据工件的尺寸、形状及生产批量选择FHH20型油淬真空炉即可满足要求。所选择炉型的相关参数及结构示意图如下所示。7.2.2 回火设备的选择在回火过程中对热处理工件要求基本一致，只是为了使工件达到使用状态下的性能要求，从加热温度对工件化学成分、形状影响的方面和从热处理设备成本方面来考虑，由于加热温度不高，所以对工件的氧化情况就不是很严重，且工件变形也比较均匀，对精加工影响不大，所以还是选用中温箱式电阻炉作为该凹模的回火设备，其结构和技术规格和预备热处理中的一样。8 工装设计8.1 清洗设备为了防止零件出现软点、组织不均匀等影响热处理质量的现象，所以要在零件热处理前经行清除锈斑、油渍、污垢、切削液和研磨剂等，以保证不阻碍加热和冷却，不影响介质和气氛的纯度。另外，在热处理后也常需清洗，以去除零件表面残油、残渣和炭黑等附着物，以保证热处理零件清洁度、防锈和不影响下道工序加工等要求。清洗设备主要有一般清洗机、超声波清洗设备、脱脂炉清洗设备、真空清洗设备。根据各个清洗设备的用途并结合本设计中的零件的具体情况，本设计中的零件为小型的凹模，所以可以选择一般清洗设备中的间歇式清洗设备就能满足要求。为满足清洗效果和保护环境，清洗机应具备水过滤装置、撇油装置和雾气处理装置。此外，金属清洗剂选择合成洗涤剂，其中含有表面活性剂，可渗入零件的油膜内起清洗乳化作用，成本低且效果好。清洗设备如下图所示：8.2 清理及强化设备零件经过热处理后，尤其是淬火回火之后，表面有氧化皮和粘着物，需要一定的设备将其清除掉，所以就应该在热处理后通过清理设备将工件表面的氧化皮和粘着物清理掉，防止对工件的性能及质量等造成影响。如果要在清理氧化皮的同时使零件获得良好的表面和提高工件表面的强度，可以利用抛丸机器或喷嘴将钢丸高速射向零件表面，通过钢丸的冲击作用清除零件表面的氧化物和粘着物并同时达到强化作用，提高零件的疲劳寿命。常用的清理设备有机械式抛丸和气力、液力喷丸（砂）。根据本设计中工件的实际情况选择一台机械式抛丸机器就可以同时满足清理工件热处理后工件表面的氧化皮和使工件表面强化，下图是机械式抛丸机的结构示意图。8.3 热处理用夹具当工件在热处理炉中进行加热时，为了能够更好地使工件各个部位受热均匀，同时也为了方便热处理工作人员的操作，需要选择合适的辅助工具，如夹具、垫具等。由于本设计中的工件是一个长方体块，尺寸较小；同时为满足淬火过程的顺利进行，选择如下所示的垫具和夹具。垫具夹具9 检验设备及方法选择9.1 退火后的检验9.1.1 外观退火工件表面不能有裂纹及伤痕等缺陷。9.1.2 硬度退火后若硬度不均（组织不均匀）将影响切削性能和最终热处理质量。表面硬度的误差范围见下图：所以，在本设计中的凹模淬火后的硬度值误差为25HBS。根据手册查得，要求9Mn2V在球化退火后的硬度值为229HBS。选择一台布氏硬度计进行检测即可。9.1.3 金相检验低合金工具钢球化退火后正常组织为均匀分布的球化体。若组织中有点状和细片状珠光体或分布不均匀的粗大球化体及粗片状珠光体，都是不正常组织。碳化物网要求小于等于2级，珠光体为25级。但是对于一条成熟的生产线来说，此项检验室可以省略。在本设计中为可靠做保证，根据相关手册，选择一台低温金相显微镜即可。其中在制作金相试样的过程中，采用简单方便的冷酸浸蚀试验法来显示金相组织，根据冷酸浸蚀溶液成分及使用范围（如下表）选择合适的酸浸蚀剂：编号成分适用范围123盐酸500mL、硫酸35、硫酸铜150氯化高铁200、硝酸300、水100盐酸300、氯化高铁500、加水至1000钢与合金45610%20%过硫酸铵水溶液10%40%（容积比）硝酸水溶液氯化高铁饱和水溶液加少量硝酸（每500溶液加10硝酸）碳素结构钢合金钢78硝酸1份、盐酸3份硫酸铜100、盐酸和水个500合金钢9盐酸60、盐酸200、氯化高铁、过硫酸铵30、水50精密合金高温合金10100350工业氯化铜氨，水1000碳素结构钢合金钢9.2 淬火回火后的检验9.2.1 外观工件表面不允许有裂纹和有害的伤痕（必要时可用磁粉探伤或其他无损检测方法检测）。锻造余热淬火工件，表面不能有折叠等缺陷。9.2.2 硬度硬度必须满足技术要求6163HRC，表面硬度的误差范围，根据不同类型的工件，不能超过下图所示：通过表中可以查得，本设计中对零件表面硬度误差范围的允许值为4HRC。选用洛氏硬度计进行硬度的检验。根据热处理手册相关资料，洛氏硬度计的压头为金刚石圆锥，预载荷为100N，总载荷为1500N。9.2.3 畸变淬火回火的畸变允许值不得超过下图数据所示，本设计中的零件在淬火后的最大弯曲允许值为0.5mm：10 热处理缺陷分析10.1 退火缺陷分析10.1.1 硬度过高由于常在碳质量分数大于4.5%的中、高碳钢中出现硬度过高的现象，产生的原因主要有：（1）、冷却速度快或等温温度低，组织中珠光体片间距变细，碳化物弥散度增大或球化不完全。（2）、某些高合金钢等温退火时，等温时间不足，随后冷至室温的速度又快，产生部分贝氏体活马氏体转变，是硬度升高。（3）、装炉量过大，炉温不均匀。10.1.2 球化不完全对于共析钢、过共析钢球化退火组织中有片状珠光体，即球化不完全。（1）、细片状珠光体+点状珠光体，产生原因是退火温度偏低或保温时间不足，原始组织中细片状珠光溶解不完全，或等温温度低、冷却速度快，碳化物弥散度大。（2）、粗片状珠光体+球状珠光体，由于退火温度高火保温时间过长，未溶碳化物少，冷却速度又缓慢或等温温度偏高引起的。10.1.3 球化不均匀过共析钢球化退火后有时存在粗大的碳化物，出现碳化物不均匀现象。其原因是球化退火前未消除网状的碳化物在球化退火时发生熔断、聚集形成的。球化退火前通过正火消除网状碳化物可使缺陷消除。10.1.4 粗大魏氏组织加热温度过高，奥氏体晶粒粗大，冷速又较快的中碳钢中常出现粗大魏氏组织，其铁素体呈片状按羽毛或三角形分布在原奥氏体晶粒内。可通过完全退火或重新正火是晶粒细化加以消除。10.1.5 退火石墨碳素工具钢和低合金工具钢，退火加热温度过高或温度时间过长，或者多次返修退火，组织中出现石墨碳，并在其周围形成铁素体。具有石墨碳的退火工件，韧性低，断口呈灰黑色，又称黑脆。工件淬火时易形成软点，造成工模具崩刃或早期磨损。这种缺陷一般可作报废处理，也可通过扩散退火+重新正常退火挽救。10.2 淬火缺陷分析10.2.1 淬火畸变淬火畸变形成的原因主要有以下几点：（1）、体积变化，热处理前后各种组织比体积不同时引起体积变化的组要原因，其中马氏体贝氏体珠光体奥氏体的比体积依次减小。（2）、形状畸变，工件各部位相对位置或尺寸发生改变，主要是由于加热温度不均，形成的加热应力引起畸变或工件在炉中放置不合理，在高温下常因自重产生蠕变畸变。另外就是加热时，随加热温度升高，钢的屈服强度降低，已存在于工件内部才残余应力达到高温下的屈服强度时，就会引起工件不均匀塑性变形而造成形状畸变和残余应力松弛，淬火冷却时的不同时性形成的热应力和组织应力使工件局部塑性变形。可以通过采用合理的热处理工艺，对于复杂或者合金含量高的工件要进行预热等；合理设计零件，防止出现直棱直角和截面突变等不合理的情况；合理的锻造和预先热处理改善原始组织，消除残余应力，从而减小淬火畸变。10.2.2 淬火开裂淬火开裂的原因有很多，比如说和热处理工件的形状，材质，热处理工艺，原始组织，材料本身，加热冷却速度的控制等等。可以通过改进工件结构，截面力求均匀，不同截面处应有圆角过渡，尽量减少不通孔、尖角，避免应力集中引起的开裂；合理选择钢材；避免有显微裂纹及严重非金属夹杂物和碳化物偏析的原材料；争取进行预先热处理，避免正火、退火组织缺陷；正确选择热处理工艺参数；合理选用淬火介质和淬火方法；对工件易开裂部位经行局部包扎并淬火后应及时回火或等温回火。10.2.3 硬度不足淬火硬度不足原因及控制措施：序号淬火硬度不足的原因控制措施1介质冷却能力差，工件表面有铁素体、托氏体等非马氏体组织1）采用冷速较快的淬火介质2）适当提高淬火加热温度2淬火加热温度低，或预冷时间长，淬火冷却速度低，出现非马氏体组织1）确保淬火加热温度正常2）减少预冷时间3钢的淬透性差，且工件截面尺寸大，不能淬硬采用淬透性好的钢4高碳高合金钢淬火加热温度较高，残留奥氏体过量减低淬火加热温度或采用深冷处理5等温时间过长，以前奥氏体稳定化严格控制分级或等温时间6表面脱碳采用可控气氛加热或其他防脱碳措施7合金元素内氧化，表层淬透性下降，出现托氏体等非马氏体而内部则为马氏体组织1）减低炉内气氛中氧化性组分含量2）选用冷速快的淬火介质10.2.4 软点淬火软点产生原因及控制措施：序号软点形成原因控制措施1淬火时工件表面气泡未及时破裂致使气泡处冷速降低，出现非马氏体组织1）增加介质与工件的相对运动2）控制水温和水中的杂质（油、皂类）2工件表面局部的氧化皮、锈斑或其他附着物（涂料）淬火时未剥落，是冷却速度降低淬火前清理工件表面3原始组织不均匀，有严重的带状组织或碳化物偏析原材料进行锻造和预先热处理，是组织均匀化10.3 回火缺陷分析回火缺陷产生原因及控制措施：序号回火缺陷产生原因控制措施1回火硬度偏高回火不足（回火温度低、回火时间不够）提高回火温度、延长回火时间2回火硬度低1）回火温度过高2）淬火组织中有非马氏体1）降低回火温度2）改进淬火工艺，提高淬火硬度3回火畸变淬火应力回火时松弛引起畸变加压回火或趁热校直4回火硬度不均回火炉温不均、装炉量过多炉气循环不良炉内应有气流循环风扇或减少装炉量5回火脆性1）在回火脆性区回火2）回火后未快冷引起第二类回火脆性1）避免第一类回火脆性区回火2）在第二类回火脆性区回火后快冷6网状裂纹回火加热速度过快，表层产生多向拉应力采用较缓慢的回火加热速度7回火开裂淬火后未及时回火形成显微裂纹，在回火时裂纹发展至断裂减少淬火应力，淬火后应及时回火8表面腐蚀带有残盐的零件回火前未及时清洗回火前应及时清洗残盐11 结束语通过近三周的课程设计，从对零件图的分析开始到最后的热处理工艺卡的填写，过程中熟悉了对零件热处理的要求（加热速度、加热温度、保温温度、保温时间、冷却方式以及冷却速度等），对热处理这门课程有了更加系统、全面、深刻的认识，同时对自己也是一种能力上的培养。通过在辅导老师的悉心指导下，使我对课本知识的进一步完善，也进一步纠正了课程设计中的一些错误。总之，本次课程设计让我熟悉了热处理设计的程序而且了解了热处理设计的关键和最重要的地方，同时对热加工和对零件材料的热处理又有了更深刻的了解。参考文献1 孙大涌. 热处理手册（第三版）.北京：清华大学出版社，20012 全国热处理标准化技术委员会编. 金属热处理标准应用手册.北京：机械工业出版社，20053 崔昆主编. 钢铁材料及有色金属材料.北京：机械工业出版社，19804 合金钢钢种手册. 北京：冶金工业出版社5 夏立方编. 金属热处理工艺学.哈尔滨工业大学出版社，20086 吉泽升. 热处理炉. 哈尔滨工业大学出版社.20087 吴承建.陈国良.强文江编. 金属材料学.冶金工业出版社，20098 工程材料9 模具制造工艺10 固态相变原理，1987工艺卡片填写通用热处理工艺卡零件名称：凹模热处理工艺卡片处理前要求：要求工件洁净，形状无突变，并且对厚度小的地方采用石棉防护。零件号：材料：9Mn2V工序号：装炉方法及数量：根据热处理过程中相应炉型的有效加热范围和装炉时工件之间的间隔距离计算出相应热处理设备的装入量，工件在热处理设备中需要垫具保证其受热均匀，通过所选夹具装炉。在中温箱式电阻炉中的装炉量为1012；在油淬真空炉中的装炉量为5。热处理技术要求：硬度：表面 63 心部61HRC 硬化层深度： mm允许变形量：0.5mm工步号名称设备工装、夹具加 热保 温冷 却温度/时间/min温度/时间/min介质温度/1退火RX3159750760240680690240空气以30/h冷却至550空冷2淬火FHH207607806076078030油淬冷至油温空冷3回火RX315915018060150180180空气出炉空冷编制：林刚校对：审定：批准：更改日期更改单号更改标记更改者心得体会年 月 日教师评语 年 月 日成绩及签名 年 月 日