铣刀的热处理生产设计

铣刀的选材及热处理生产线设计铣刀的选材及热处理生产线设计 1.1.设计原则设计原则 1.1 1.1 本次课程设计任务要求本次课程设计任务要求 根据铣刀论的服役条件、 失效形式和性能要求，在此基础上进行材料设计和 选材， 制定工件的加工工艺流程， 制定详细的热处理工艺规范， 选择热处理设备， 绘制热处理车间的平面布置图。具体要求： 1）每人选择一个课题，但同一课题选择不能超过 5 人，选择同一课题的同学 组成一个小组，共同讨论，但须独立撰写完成； 2）确定工件的尺寸为 45°Φ12*28*75、形状和年时基数； 3）详细讨论选材的依据，合金元素作用、组织与性能之间的关系；提出不少 于三种的备选方案，并进行分析比较，确定一种最佳方案； 4）确定工件的加工工艺流程，制定热处理工艺规范，并加以论述其依据； 5）根据热处理工艺选择适当的热处理设备，对主要热处理设备的炉体结构、 炉膛尺寸、功率进行计算论证，年产量4 万件，分 4 个批次生产，即每批生产 1 万件，确定所需炉子的台数； 6）合理设计工件的热处理生产线，画出设备在车间内的平面布置图（要求用 计算机绘图，图中设备用参考图例绘出，其他按照国家标准画出） 。 1.2 1.2 热处理零件结构形状设计热处理零件结构形状设计 需要热处理的工件，在设计时，除了应考虑服役条件、承受载荷的大小和机 械加工工艺外，还要要考虑热处理的变形、开裂所造成的产品报废。因此，对热 处理件结构形状有一定的设计要求。 1）结构形状设计应避免应力集中 截面急剧变化的工件，淬火时易引起过量变形或开裂，一般应采用平滑过 渡或圆弧过渡；外形的尖锐棱边，尖角和凹腔角处会产生应力集中，因此，也常 用圆弧代替尖角，为防止工件上的孔或模具型腔成为裂纹的策源地，孔与孔之间 应有一定的距离，冲模型腔与模边之间的距离也应足够大。 2）结构形状设计应尽量简单、均衡、规则、对称 结构件的形状应尽量使工件各部位的质量均匀分布，以减少淬火时可能引 起的过量变形和开裂。理想的结构形状可遵循以下的基本原则： a. 球形优于立方体，更优于长方体； b. 圆柱体优于圆锥体； c. 圆形截面优于椭圆形截面，方形截面优于矩形截面； d. 在可能的条件下，应尽量使功能孔的尺寸与位置均衡、对称、分布，也 可以通过加开工艺孔或工艺槽来解决质量均衡问题； e. 辅助孔应位于交叉刃口的延长线上，尤其不能靠近小锐角，以免成为裂 1 纹的策源地。 3）设计中实际措施 机械构件中工作的轮廓、形状和尺寸是各式各样的，往往不能遵循上述设 计原则，对此可根据实际情况采取措施加以补救。 a. 设计成合理形状，淬火后再磨去不必要的部分； b. 开切必要的孔槽使质量均衡； c. 一个不平衡的工件，为了平衡质量、改善散热条件，可加开工艺孔； d. 大型复杂工件可采用拼镶结构，以解决加工和热处理的困难； e. 刻字、印痕的位置应远离应力集中程度高的孔。 为减少损失，避免事故，充分估计各种因素的影响，可采用设计、热加工和 热处理几方面共同商讨，协同设计，避免因设计不当造成加工、热处理和使用上 的题。 图 1.1 铣刀零件图 1.31.3 热处理工艺设计热处理工艺设计 1.3.1 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。 1.3.2 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，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、 2 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。 1.3.3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，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。 ①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产线，网带炉、铸链炉得到普遍应用。②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。③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。④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。感应加热淬火 后可根据可能采用自然回火。 （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。 2 2 立铣刀材料设计立铣刀材料设计 2.12.1 工件服役条件和失效形式分析工件服役条件和失效形式分析 2.1.1立铣刀的服役条件 由于立铣刀是一种用来对金属材料进行铣孔的刀具其结构如上图油刃部和 柄部组成，铣刀工作时刃部深入金属内部进行铣削，被金属包围散热困难，