40Cr鋼帶式運(yùn)輸機(jī)減速器齒輪熱處理工藝車間設(shè)計(jì)摘要40Cr鋼屬于合金結(jié)構(gòu)鋼，可以被大量用于制作連桿等重要零件，思考過(guò)后將40Cr帶式運(yùn)輸機(jī)減速器齒輪作為本次車間設(shè)計(jì)的主要產(chǎn)品，通過(guò)正火、中頻感應(yīng)淬火、低溫回火來(lái)完成熱處理過(guò)程。在對(duì)其進(jìn)行了中頻感應(yīng)淬火和低溫回火處理之后，齒輪表面的各項(xiàng)力學(xué)性能得到顯著的提高；與此同時(shí)它的內(nèi)部含有較多的索氏體和鐵素體，使齒輪內(nèi)部擁有良好的塑性、韌性、綜合力學(xué)性能。它的表面含有較多的回火馬氏體，使齒輪表面擁有良好的耐磨性、較低的脆性。之后，根據(jù)運(yùn)輸機(jī)減速器齒輪工藝對(duì)熱處理爐子和輔助設(shè)備的型號(hào)、功率、作用，進(jìn)行了對(duì)應(yīng)的選擇，并根據(jù)所選則的設(shè)備計(jì)算了熱處理車間人員分配方案、車間的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及每年用電量等。最后對(duì)熱處理車間的設(shè)備布局進(jìn)行了簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：40Cr，機(jī)床齒輪，熱處理車間，熱處目錄TOC\o"1-3"\h\u14375摘要 1281061緒論 5174481.1金屬材料先進(jìn)熱處理工藝概述 51041.2熱門(mén)熱處理技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展 5240771.2.1感應(yīng)加熱技術(shù) 5237141.2.2離子滲氮工藝 6282311.2.3熱處理CAD技術(shù) 6218521.2.4超硬涂層技術(shù) 7162511.2.5激光熱處理技術(shù) 722302中型熱處理車間產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案 89520340Cr熱處理工藝設(shè)計(jì) 9313453.140Cr鋼的化學(xué)成分 92723.240Cr運(yùn)輸機(jī)減速器性能要求 917223.340Cr鋼運(yùn)輸機(jī)減速器齒輪工藝流程 10253723.440Cr鋼運(yùn)輸機(jī)減速器齒輪熱處理工藝 1061513.4.1正火 1093393.4.2中頻感應(yīng)加熱淬火工藝 1184963.4.3回火工藝 1266093.540Cr運(yùn)輸機(jī)減速器熱處理總工藝曲線 1394434熱處理車間設(shè)備選擇 1485104.1熱處理爐型的選擇 1477164.1.1熱處理爐 14126704.1.2中頻感應(yīng)加熱設(shè)備 14311064.1.3回火爐 14314104.1.4滲碳爐 1433544.2輔助設(shè)備選擇 15283904.2.1淬火槽 15116924.2.2清洗設(shè)備 15305404.2.3起重設(shè)備 15126134.2.4矯直設(shè)備 1512164.2.5拋丸設(shè)備 16297725熱處理爐的計(jì)算 17238385.1小型箱式電阻爐尺寸 17235455.2小型箱式爐爐襯材料 18215985.3箱式爐砌磚后的表面積 18270065.4小型箱式爐功率 19224335.5工作與保溫時(shí)的熱效率 23192995.6爐子空載功率計(jì)算 2385905.7功率的均勻分配和供電接線 2317705.8電熱元件 23273136圓形淬火油槽的計(jì)算 26249526.1油需求量V 26158066.2圓形淬火油槽的形狀與尺寸 26128816.3求溢流槽 2758496.4油所用管道的尺寸 28282597技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 3067577.1人員分配 3048177.2技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算 31204517.3耗電計(jì)算 3147637.4車間環(huán)境保護(hù) 33219827.4.1有害物質(zhì) 33159417.4.2有害物質(zhì)分類 33125887.4.3車間環(huán)境保護(hù)探討 3430922參考文獻(xiàn) 361緒論1.1金屬材料先進(jìn)熱處理工藝概述將固體金屬置于一定介質(zhì)中，加熱到一定溫度并保持一定時(shí)間，并且采用油淬或水淬等淬火方法進(jìn)行淬火的工藝技術(shù)就是金屬的熱處理。熱處理工藝的應(yīng)用范圍很廣，目前大多數(shù)鋼材都需要經(jīng)過(guò)一系列的熱處理才能達(dá)到所需的性能要求。其優(yōu)點(diǎn)主要在于它可以有效的通過(guò)改變礦物材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)或是其表面的化學(xué)成分來(lái)改變材料的力學(xué)性能。為了改變材料的微觀結(jié)構(gòu)使用熱處理。材料經(jīng)過(guò)這一系列熱處理后，其強(qiáng)硬度、塑性、疲勞強(qiáng)度、耐磨性以及接觸應(yīng)力等各個(gè)性能指標(biāo)均得到了發(fā)展。1.2熱門(mén)熱處理技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展鋼鐵行業(yè)想要發(fā)展就需要重視鋼鐵材料的制造，而熱處理這道工序就是鋼鐵材料制造的關(guān)鍵，據(jù)統(tǒng)計(jì)，熱處理這道工序大概占比整個(gè)金屬材料制造過(guò)程的四分之一。我們需要盡快研究鋼鐵材料熱處理技術(shù)如何才能更加節(jié)能、環(huán)保。來(lái)降低對(duì)環(huán)境的破壞和資源的浪費(fèi)。金屬材料的熱處理過(guò)程中最重要的莫過(guò)于溫度，而這也導(dǎo)致了大量的能源浪費(fèi)，產(chǎn)生一些環(huán)境污染問(wèn)題。近年來(lái)我國(guó)大力宣揚(yáng)環(huán)境的保護(hù)，由此目前我國(guó)的熱處理工藝大多數(shù)走的是節(jié)能、環(huán)保、高質(zhì)量、高壽命的路線[1]。而隨著不斷的研發(fā)與突破，許多先進(jìn)的熱處理工藝一一涌現(xiàn)。將熱處理過(guò)程推進(jìn)到環(huán)保時(shí)代，落后的熱處理工藝技術(shù)被淘汰，各類新式材料被發(fā)現(xiàn)，減少了大量資源的浪費(fèi)現(xiàn)象。1.2.1感應(yīng)加熱技術(shù)這感應(yīng)加熱熱處理技術(shù)的依據(jù)是將感應(yīng)電流導(dǎo)入到工件上。工件被導(dǎo)入交流電之后，會(huì)從感應(yīng)器上產(chǎn)生一些突然變化的磁場(chǎng)，在這些突變磁場(chǎng)的作用下。會(huì)使得導(dǎo)入電能的工件產(chǎn)生能量的轉(zhuǎn)換，即從電能轉(zhuǎn)為熱能。通過(guò)能量的轉(zhuǎn)換來(lái)達(dá)到表面加熱的目的。交流電的頻率決定了加熱層的厚度。交流電的頻率越高，加熱層越薄，交流電的頻率越低，加熱層也會(huì)越厚。感應(yīng)加熱熱處理技術(shù)的加熱速度很快、熱轉(zhuǎn)換效率高，能量損失少、零件廢品率極低、節(jié)能環(huán)保等特點(diǎn)，可顯著提高材料的各種性能[2]。除此之外，感應(yīng)加熱設(shè)備控制簡(jiǎn)單，可以很簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作，也因此提高工作時(shí)的效率，減少成本。使用不同的電流頻率，加熱時(shí)感應(yīng)電流的輸入深度不同，效果也不同。1.2.2離子滲氮工藝離子滲氮技術(shù)屬于效率極高的一種滲氮方法，有著許多的優(yōu)點(diǎn)，例如滲氮時(shí)間短、零件表面形成的滲氮層韌性好、可以控制滲碳層的厚度、清潔工件表面等。離子滲氮處理后，材料的表面硬度和壓應(yīng)力水平顯著提高，有助于提高材料的抗疲勞和耐磨性。這幾年來(lái)涌現(xiàn)出許多與離子滲氮結(jié)合的新工藝技術(shù)，滲氮工藝得到了優(yōu)化、滲氮周期短，且與其他技術(shù)結(jié)合更提高了材料的各項(xiàng)力學(xué)性能，如稀土催化滲氮技術(shù)、表面預(yù)氧化技術(shù)、周期循環(huán)滲氮技術(shù)、表面納米預(yù)處理技術(shù)等優(yōu)化滲氮工藝。40Cr鋼經(jīng)離子滲氮處理后，表面會(huì)形成致密的滲氮層。而對(duì)于40Cr鋼，離子滲氮時(shí)間的增加會(huì)導(dǎo)致滲氮層中白光亮層厚度的增加，滲氮時(shí)間越長(zhǎng)，白光亮層分布越均勻。零件的硬度提高了兩到三倍，耐磨性顯著提高。40Cr齒輪在540℃和150Pa下滲氮8h，可獲得最佳性能[3]。1.2.3熱處理CAD技術(shù)熱處理CAD技術(shù)是指利用計(jì)算機(jī)及其圖形設(shè)備的高效計(jì)算能力和極強(qiáng)的模擬技術(shù)，在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行鋼鐵熱處理的過(guò)程，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)所設(shè)計(jì)熱處理過(guò)程的缺點(diǎn)并及時(shí)改正，減少資源的浪費(fèi)。熱處理CAD技術(shù)即使是在現(xiàn)在的時(shí)代，也是最為先進(jìn)的熱處理技術(shù)之一?？梢赃M(jìn)行一些列的模擬，比如零件產(chǎn)生溫度場(chǎng)的變化、應(yīng)力場(chǎng)的變化、零件力學(xué)性能的改變、組織性能的改變等[4]。該技術(shù)能科學(xué)地預(yù)測(cè)最終結(jié)果，大大的減少了資源的浪費(fèi)，提前解決了我們所設(shè)計(jì)的熱處理方案中的一些問(wèn)題，優(yōu)化了熱處理工藝，提高了生產(chǎn)效率，達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的。1.2.4超硬涂層技術(shù)超硬涂層技術(shù)就是將一些氮化碳、金屬氧化物、硬質(zhì)合金等，利用特殊技術(shù)于工件表面形成一些涂層，在不改變金屬內(nèi)部性能的情況下，提高金屬表面的強(qiáng)度和硬度。眾多金屬材料加工方法中，應(yīng)用最廣泛的技術(shù)就是超硬涂層技術(shù)。所謂超硬涂層技術(shù)，就是通過(guò)對(duì)金屬材料表面的熱處理，達(dá)到改善金屬材料內(nèi)部特性的目的。該技術(shù)有很多的優(yōu)點(diǎn)，可以大幅提高金屬表面的硬度，將材料的使用壽命延長(zhǎng)，降低零件的更換率，減少了材料的浪費(fèi)。涂層也會(huì)使工件得到更好的綜合力學(xué)性能，提高材料的利用率，與一些技術(shù)配合可以達(dá)到更佳的效果。碳化金屬、氧化金屬等特殊涂層能起到較好的作用。目前，超硬涂層技術(shù)的應(yīng)用需要計(jì)算機(jī)的幫助。在計(jì)算機(jī)的幫助下，材料的制造過(guò)程暴露在工作人員的視野里，最終加工的零件也能達(dá)到所要求的標(biāo)準(zhǔn)。目前超硬涂層技術(shù)已經(jīng)是世界材料領(lǐng)域?qū)W的熱門(mén)技術(shù)之一[5]。1.2.5激光熱處理技術(shù)這幾年，激光熱處理技術(shù)由于穿透力極強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)被廣泛的應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。在應(yīng)對(duì)那些硬度高于一般金屬的材料時(shí)，最好選擇使用激光熱處理技術(shù)。金屬材料表面被激光照射后，它的表面性能會(huì)在激光的照射下得到改善，各項(xiàng)力學(xué)性能也得到了提高。激光熱處理技術(shù)也是一種簡(jiǎn)單、易于控制和操作的技術(shù)、也便于形成自動(dòng)化過(guò)程。還具有加熱速度快、硬化后的效果強(qiáng)、變形區(qū)域微乎其微、熱影響面積小等一系列優(yōu)點(diǎn)。相對(duì)于一些常規(guī)的淬火技術(shù)而言，激光淬火可以令金屬的硬度提高很多，大概有四分之一。與此同時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)自冷硬化，并不需要什么冷卻介質(zhì)。另外，該工藝為自冷式，無(wú)淬火液，是一種清潔型的熱處理工藝[6]。2中型熱處理車間產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案本次設(shè)計(jì)綜合熱處理車間，以運(yùn)輸機(jī)減速器齒輪為典型產(chǎn)品，與此同時(shí)車間還生產(chǎn)如板簧、軸承、主軸、曲軸等產(chǎn)品。表2.1列入了本次中型熱處理車間產(chǎn)品。表2.1中型熱處理車間產(chǎn)品表熱處理工藝產(chǎn)品名稱40Cr調(diào)質(zhì)+中頻淬火+230℃回火運(yùn)輸機(jī)減速器齒輪12CrNi3正火+滲碳+淬火+200℃回火機(jī)床變速器齒輪65Mn淬火+490℃回火坐墊板簧55Si2Mn淬火+480℃回火汽車板簧GCr15正火+球化退火+淬火+低溫回火軸承、軸套45正火+淬火+580℃回火銑床主軸50Mn淬火+600℃回火轎車內(nèi)燃機(jī)曲軸45調(diào)質(zhì)+感應(yīng)淬火+低溫回火輕型車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸QT600-03正火+550℃回火拖拉機(jī)內(nèi)燃機(jī)曲軸340Cr熱處理工藝設(shè)計(jì)齒輪是機(jī)器或部件中的一種重要的傳動(dòng)零件，直接關(guān)系著機(jī)器的工作壽命，若是齒輪部分出現(xiàn)了問(wèn)題，可以說(shuō)整個(gè)機(jī)器都有著報(bào)廢的危險(xiǎn)。硬度和耐磨性是齒輪較為重要的兩個(gè)特點(diǎn)，一旦齒輪發(fā)生卡死，那么會(huì)對(duì)整個(gè)生產(chǎn)線都有著極大的危險(xiǎn)，甚至?xí)l(fā)生重大安全事故，因此齒輪周圍會(huì)設(shè)計(jì)專門(mén)的齒輪防護(hù)罩[7]。40Cr運(yùn)輸機(jī)減速器齒輪對(duì)硬度，韌性，耐磨性的要求極為顯著，強(qiáng)化齒輪表面是提高齒輪硬度，耐磨性的常用有效措施，對(duì)此朱玉軒等人對(duì)此進(jìn)行了研究[8]，為了提高齒輪的各項(xiàng)力學(xué)性能，選擇使用表面硬化、合金化、內(nèi)部強(qiáng)化的技術(shù)，可還是存在一些無(wú)可避免的技術(shù)問(wèn)題。例如表面硬化技術(shù)這項(xiàng)技術(shù)，有著工藝成本較高，可以使用的范圍小等缺點(diǎn)。為了要提高40Cr運(yùn)輸機(jī)減速器齒輪的強(qiáng)度和韌性，需要保證40Cr齒輪的內(nèi)部擁有一定的強(qiáng)度、硬度和受沖擊時(shí)的韌性[9]。3.140Cr鋼的化學(xué)成分由GB/T3077-2015《合金結(jié)構(gòu)鋼》[20]可知，表3.1記述40Cr鋼的所含元素占比。表3.140Cr鋼的所含元素占比所含元素碳錳硅鉻鉬磷硫銅比例0.410.650.270.950.050.030.030.0253.240Cr運(yùn)輸機(jī)減速器性能要求對(duì)于帶式運(yùn)輸機(jī)減速器齒輪來(lái)講，性能要求主要就包括了例如硬度、強(qiáng)度、耐磨性等指標(biāo)。帶式運(yùn)輸機(jī)減速器齒輪比較薄，容易折斷，且在接觸時(shí)所產(chǎn)生的接觸應(yīng)力也是對(duì)它的一個(gè)很大的威脅，齒根部還會(huì)發(fā)生較大的最大彎曲應(yīng)力，大大提高了齒面失效的概率。齒面四處還很有概率發(fā)生對(duì)比滑動(dòng)甚至磨損、斷裂。[10]。為了得到更好性能的齒輪，需要選用最為適宜的熱處理工藝，以此來(lái)大大改善齒輪的組織。3.340Cr鋼運(yùn)輸機(jī)減速器齒輪工藝流程毛坯鍛造→正火→機(jī)加工→滾齒→中頻感應(yīng)表面淬火+低溫回火→磨齒→探傷→檢測(cè)→入庫(kù)3.440Cr鋼運(yùn)輸機(jī)減速器齒輪熱處理工藝40Cr鋼臨界溫度如下表3.2。表3.240Cr臨界溫度臨界位置/℃Ac1/℃Ac3/℃Ar1/℃Ar3/℃Ms/℃臨界溫度743782693730355本次設(shè)計(jì)帶式運(yùn)輸機(jī)減速器齒輪，尺寸見(jiàn)圖3.1。圖3.140Cr運(yùn)輸機(jī)減速器齒輪3.4.1正火40Cr是一種普通合金調(diào)質(zhì)鋼，其性能恰恰相似于45鋼。經(jīng)常被用于制作一般的軸類和齒輪類零件。為了達(dá)到提高坯料的力學(xué)性能和可加工性的目的，方便加工[11]。40Cr鋼在中頻感應(yīng)加熱淬火之前，必須通過(guò)預(yù)熱處理降低它的硬度，以利于切割，更有助于消除熱處理引起的組織缺陷，細(xì)化晶粒，改善內(nèi)部組織，為最終的熱處理做好準(zhǔn)備[12]。在本設(shè)計(jì)中，預(yù)備熱處理選擇為正火。本次設(shè)計(jì)取40Cr鋼在AC1臨界點(diǎn)溫度以上30℃，為822℃。正火保溫時(shí)間計(jì)算；為保溫時(shí)間。為排料系數(shù)，本次計(jì)算取。為加熱系數(shù)，取。為齒輪的厚度。本次設(shè)計(jì)的40Cr運(yùn)輸機(jī)減速器齒輪選擇在RJ2-140-9中溫井式電阻爐中加熱，進(jìn)行正火等一系列熱處理。通過(guò)上式計(jì)算，可得保溫時(shí)間在0.375~0.45h內(nèi)。而齒輪的厚度不足25mm，按照齒輪厚度為25mm估計(jì)時(shí)間。將保溫時(shí)間定為1h。因?yàn)?0Cr材料屬于低合金結(jié)構(gòu)鋼，淬透性比一般的碳素鋼要好，運(yùn)輸機(jī)減速器齒輪形狀比較復(fù)雜，因此采用油冷的方式冷卻。40Cr正火工藝曲線如圖3.2。圖3.24Cr運(yùn)輸機(jī)減速器正火工藝曲線正火后40Cr鋼的組織為鐵素體和較細(xì)的片狀珠光體。3.4.2中頻感應(yīng)加熱淬火工藝40Cr屬于合金調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼，從運(yùn)輸機(jī)減速器齒輪考慮，此零件即要求表面耐磨，又要求有很高的強(qiáng)度[12]。使用中頻感應(yīng)加熱表面淬火的溫度比普通淬火要高出50℃左右，采用840℃~860℃。本次設(shè)計(jì)的淬火溫度選擇850℃，40Cr淬火工藝曲線如圖3.3。為了保證鋼完全奧氏體化，防止存在鐵素體，中頻感應(yīng)淬火不需要太多的保溫時(shí)間，使用急冷的方法，不過(guò)淬火后的工件由于內(nèi)應(yīng)力過(guò)大，容易表現(xiàn)出“脆”性。需要進(jìn)行回火。而40Cr材料屬于低合金結(jié)構(gòu)鋼，淬透性要優(yōu)于一般的碳素鋼，如果工件有效尺寸比較小或者形狀比較復(fù)雜，可以采用油冷；反之，工件有效尺寸比較大且形狀簡(jiǎn)單的話，則可以采用水冷，采用水冷的工件機(jī)械性能要比采用油冷的好[13]。綜合考慮選擇油冷。組織變化：表層組織為馬氏體，心部為索氏體+鐵素體。圖3.340Cr運(yùn)輸機(jī)減速器淬火工藝曲線3.4.3回火工藝由于40Cr的第一次回火脆性溫度會(huì)受到含有的其他合金元素如Si、Mn、Cr等的影響而提高，因此低溫回火溫度為230℃。低溫回火的保溫時(shí)間一般為1～2小時(shí)?？紤]到40Cr輸送減速機(jī)齒輪尺寸大，回火保溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，將導(dǎo)致組織結(jié)構(gòu)改變。低溫回火時(shí)，馬氏體的正方度降低，有細(xì)小薄片從碳化物中析出，即碳逐漸從馬氏體中析出，削弱了固溶強(qiáng)化的效果，降低了硬度，綜合考慮保溫時(shí)間選為1.5h[14]，40Cr回火工藝曲線如圖3.4。綜合考慮選擇空氣冷卻為冷卻方式。組織變化：表層為回火馬氏體；心部組織為索氏體和鐵素體。圖3.440Cr運(yùn)輸機(jī)減速器齒輪回火工藝曲線3.540Cr運(yùn)輸機(jī)減速器熱處理總工藝曲線圖3.540Cr運(yùn)輸機(jī)減速器熱處理總工藝曲線4熱處理車間設(shè)備選擇本次熱處理車間設(shè)計(jì)的爐型選擇以車間主要生產(chǎn)產(chǎn)品40Cr運(yùn)輸機(jī)減速器齒輪為基本，需要考慮的有資金問(wèn)題，熱處理工序問(wèn)題，爐型擺放問(wèn)題，輔助設(shè)備選擇問(wèn)題。與此同時(shí)，所設(shè)計(jì)出的車間必須能夠滿足零件的生產(chǎn)量。并以盡量減少資金為主要依據(jù)，放棄使用滲氮設(shè)備，再以所選設(shè)備進(jìn)行車間人員的計(jì)算。4.1熱處理爐型的選擇4.1.1熱處理爐因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)的運(yùn)輸機(jī)減速器齒輪正火溫度為822℃，綜合考慮選擇井式爐，參數(shù)如表4.1。表4.1RJ2-140-9井式電阻爐技術(shù)參數(shù)功率/Kw電壓/V最高溫度/℃相數(shù)空爐升溫時(shí)間空爐損耗/Kw裝載量/Kg1403809503240S內(nèi)26內(nèi)30004.1.2中頻感應(yīng)加熱設(shè)備中頻感應(yīng)加熱設(shè)備選為L(zhǎng)HM2-200AB中頻感應(yīng)加熱設(shè)備。參數(shù)如表4.2。表4.2LHM2-200AB中頻感應(yīng)加熱設(shè)備電壓/V輸出電流/A振蕩頻率/KHZ輸出功率/KW主機(jī)重量/Kg3401~4001~2002002004.1.3回火爐由于本次設(shè)計(jì)的運(yùn)輸機(jī)減速器齒輪的回火溫度為230℃，綜合考慮選擇井式回火爐，參數(shù)如表4.3。表4.3RJ2-180-6井式電阻爐技術(shù)參數(shù)功率/Kw電壓/V最高溫度/℃空爐升溫時(shí)間空爐損耗/Kw180380650240S內(nèi)26內(nèi)4.1.4滲碳爐RQ系列井式氣體滲碳爐是周期作業(yè)式節(jié)能型電阻爐，該設(shè)備適用于低碳鋼、低合金鋼制品等，專用于滲碳、氮化、碳氮共滲等。根據(jù)零件尺寸，選爐參數(shù)如表4.4。表4.4RQ3-75-9井式滲碳爐技術(shù)參數(shù)額定功率額定電壓額定溫度空爐升溫時(shí)間最大裝載量KwV℃TKg75380950<2.52204.2輔助設(shè)備選擇在熱處理車間里面，需要一些其它的輔助設(shè)備。比如淬火槽，運(yùn)輸較大零件的起重機(jī)，清洗零件表面的清洗設(shè)備等。4.2.1淬火槽淬火槽就是裝有冷卻介質(zhì)的容器，一般使用鋼材制做成多種形式的爐體結(jié)構(gòu)。如果使用油為淬火介質(zhì)，就需要使用氮?dú)鉁缁鸸艿?。這能夠提供足夠的冷卻能力，使冷卻速度達(dá)到臨界冷卻速度之上。本熱處理車間選用淬火水槽、油槽各個(gè)。4.2.2清洗設(shè)備清洗機(jī)參數(shù)如表4.5。表4.5QXLT型清洗機(jī)技術(shù)參數(shù)功率清洗零件尺寸寬/高外形尺寸長(zhǎng)/寬/高清洗能力承載能力kwmmmmT/hKg/m225100080050002400250018~9010004.2.3起重設(shè)備梁式起重機(jī)。4.2.4矯直設(shè)備矯直機(jī)參數(shù)如表4.6。表4.6Y42-250雙柱液壓矯直機(jī)技術(shù)參數(shù)功率/KW尺寸/mm重量/t壓力/104N224810×1660×4125122504.2.5拋丸設(shè)備拋丸機(jī)參數(shù)如表4.7。表4.7MND-1030P/Q11-4雙柱液壓矯直機(jī)技術(shù)參數(shù)拋丸機(jī)數(shù)/N功率/KW風(fēng)量立方/H包含除塵機(jī)尺寸/mm裸機(jī)外形尺寸/mm4116000以下11398×6180×59297800×3080×58295熱處理爐的計(jì)算由于本次熱處理車間設(shè)計(jì)的主要零件40Cr運(yùn)輸機(jī)減速器齒輪的厚度、直徑較小，直接用于計(jì)算爐子的話，爐子的尺寸、功率過(guò)小，且不適用于車間能夠生產(chǎn)的其他零件，因此只計(jì)算用作實(shí)驗(yàn)用途的小型箱式電阻爐，其具體計(jì)算內(nèi)容如下。5.1小型箱式電阻爐尺寸（1）小型箱式爐的爐底面積F假設(shè)本次設(shè)計(jì)的小型箱式爐每爐在一小時(shí)里能夠生產(chǎn)110kg運(yùn)輸機(jī)減速器齒輪，可以得到生產(chǎn)率；將箱式爐有效面積定為爐內(nèi)面積的，可以避免齒輪在進(jìn)爐，裝爐的時(shí)候與爐子內(nèi)壁碰撞過(guò)多，由此可以計(jì)算出小型箱式爐的爐底面積F為。（2）小型箱式爐的長(zhǎng)寬高L、B、H因熱處理箱式電阻爐需要方便出爐，取，而一般在之間，選為，可以得到小型箱式爐的長(zhǎng)寬高；為了讓磚砌的更方便一些，將上述計(jì)算出的長(zhǎng)寬高進(jìn)行取整可得；爐膛尺寸過(guò)大會(huì)導(dǎo)致電熱元件碰撞爐子內(nèi)壁，為了避免，要讓其保持足夠的距離，由此可大致計(jì)算出爐膛的尺寸為；5.2小型箱式爐爐襯材料（1）爐墻小型箱式爐的前、后、側(cè)墻有相同的工作條件，因此我會(huì)選擇相同的爐襯結(jié)構(gòu)，即耐火層為輕質(zhì)黏土磚，硅酸鋁纖維氈，的級(jí)硅藻土磚。（2）爐頂小型箱式爐的頂部選為輕質(zhì)黏土磚，、普通硅酸鋁纖維氈，膨脹珍珠巖。（3）爐底小型箱式爐的爐底選為三層輕質(zhì)黏土磚，、普通硅酸鋁纖維氈，級(jí)硅藻土磚與膨脹珍珠巖的復(fù)合爐襯。（4）爐門(mén)小型箱式爐的爐門(mén)選為輕質(zhì)黏土磚，普通硅酸鋁纖維氈，級(jí)硅藻土磚。5.3箱式爐砌磚后的表面積箱式爐砌上墻磚之后，爐子外部的長(zhǎng)寬高發(fā)生改變，通過(guò)計(jì)算之后大概可以得到爐子在砌磚之后的長(zhǎng)寬高變化，具體如下；式中：f指的是爐子拱角的高度。拱角可用60°和90°，本文采用60°，取拱弧半徑R=B則可由（1）箱式爐爐頂面積F頂內(nèi)=2πD2/6=2×3.14×0.806×0.806/6=0.68m2（2）箱式爐爐墻面積爐墻的平均面積除了前、后、側(cè)墻的面積之外，還需要將爐門(mén)的面積簡(jiǎn)化加入進(jìn)行計(jì)算，具體可得；（3）箱式爐爐底面積5.4小型箱式爐功率（1）零件加熱熱量Q件計(jì)算爐子功率的方法里，熱平衡法所計(jì)算出的數(shù)據(jù)更為準(zhǔn)確，且便于核實(shí)數(shù)據(jù)的對(duì)錯(cuò)，因此本次熱處理車間設(shè)計(jì)選用熱平衡法進(jìn)行計(jì)算；在小型箱式爐爐底計(jì)算中可以得到已知的爐子生產(chǎn)率，公式中的的為運(yùn)輸機(jī)減速器齒輪在熱處理過(guò)程中的初始溫度和結(jié)束溫度；查資料得；。（2）爐襯散出熱量Q散q查表知；由上文箱式爐爐襯材料可以得到；為了更為準(zhǔn)確的得到爐襯散出的溫度，假設(shè)界面溫度；爐襯各層平均溫度；熱導(dǎo)率；綜上可以求出爐墻消耗的熱量：q墻溫度由于不清楚所設(shè)溫度是否正確，可以由公式驗(yàn)證得到；，所設(shè)無(wú)誤。，所設(shè)無(wú)誤。假設(shè)成立。重復(fù)套用上述公式可得：q頂q底爐墻、爐頂、爐底的散熱損耗分別為：Q墻散=q墻F墻=558.072×5.104=2848.399WQ頂散=q頂F頂=556.257×1.62=901.14WQ底散=q底F底=552.416×2.107=1163.84W整體爐散熱損耗為上述爐子散熱消耗之和，具體為：Q散=Q墻散+Q頂散+Q底散 =2848.399+901.14+1163.84 =4913.37（kj/h）（3）爐子開(kāi)門(mén)后輻射消耗能量Q輻，設(shè)爐門(mén)開(kāi)啟需；分別為；綜上可得到開(kāi)啟爐門(mén)時(shí)輻射所損耗的熱量；（4）爐子開(kāi)門(mén)后散出氣體消耗能量Q溢取，計(jì)算可得；=。查閱取。=。由計(jì)算可得；綜上可得到開(kāi)啟爐門(mén)時(shí)溢氣所損耗的熱量；（5）另外的熱量消耗Q它=15%(52291.8+4913.37+5258.95+19460.89)=12288.75kj/h（6）總支出熱量Q總（7）爐子總功率P安將計(jì)算出的總功率與標(biāo)準(zhǔn)爐比較后，取本次所設(shè)計(jì)的爐子功率為。5.5工作與保溫時(shí)的熱效率（1）正常工作時(shí);==0.5550保溫階段關(guān)閉爐門(mén)時(shí);=52291.8/（94213.76-5258.95-19460.89）=0.75245.6爐子空載功率計(jì)算5.7功率的均勻分配和供電接線本車間采用“YY”式接線，使用的動(dòng)力電為220V，通過(guò)計(jì)算可得；F電=2F電側(cè)+F電底=2×1.3+1.3×0.806=3.6478m2W=P安/F電=39.25/3.6478=10.76表面負(fù)荷；在常用范圍之內(nèi)，符合標(biāo)準(zhǔn)。5.8電熱元件（1）時(shí)電阻率計(jì)算本設(shè)計(jì)材料選用，溫度取，查閱資料可得，其在時(shí)的電阻率，電阻溫度系數(shù)為；（2）表面功率W允（3）功率P組計(jì)算（4）端壓U組計(jì)算（5）直徑d計(jì)算線狀電熱元件直徑。d的計(jì)算公式；估算得到。長(zhǎng)度L組和重量G組計(jì)算長(zhǎng)度；概念是電阻，可通過(guò)計(jì)算得出；Rt=U組2/P組=2202/16.67=2903.419ΩL組=0.785Rtd2/pt=0.785×2903.419×5.8362/1.4588=53.2125m重量；查閱得到。（7）總長(zhǎng)度L總和總重量G總總長(zhǎng)度；總重量；（8）表面負(fù)荷W實(shí)的核對(duì)檢驗(yàn)W實(shí)小于W允，因此滿足設(shè)計(jì)要求。（9）爐膛兩側(cè)布置由爐膛尺寸確定爐子側(cè)墻和爐底各安置一組電熱體，每個(gè)電熱體來(lái)回四折安裝，因此；L折=L組/4=53.2125/4=13.3031m布置電熱元件的兩側(cè)爐膛位置及長(zhǎng)度；L側(cè)=L-50=1600-50=1545mm螺旋節(jié)徑D=(6~8）d，?。籇=7d=7×6=42螺旋體圈數(shù)N和螺距h分別為：N=L折/πD=13303/(3.14×42）=101圈h=L側(cè)/N=1545/101=15.29mm，滿足要求。綜上所述，選用電熱元件更為適合。節(jié)距要在安裝時(shí)進(jìn)行適量的調(diào)整，爐口部分可以適當(dāng)增加一些功率。而電熱元件的引出棒材料選擇較為耐熱的不銹鋼，。6圓形淬火油槽的計(jì)算6.1油需求量V油需求量計(jì)算公式；、查資料可得；已知；綜上計(jì)算可得到淬火槽介質(zhì)溫度的需要量；6.2圓形淬火油槽的形狀與尺寸（1）求圓形淬火油槽的橫截面積F（2）求圓形淬火油槽的直徑D（3）求圓形淬火油槽的高度H的計(jì)算公式為：，綜上可得：6.3求溢流槽（1）溢流槽的體積Vt（2）溢流槽的橫截面積Ft對(duì)于圓形淬火槽，溢流槽繞淬火槽一周，其橫截面積；綜上可得；Ft=π/4（D12-D2）=3.14/4×7.282-6.782=5.52m26.4油所用管道的尺寸（1）供入管計(jì)算供入管尺寸；綜上可得；Fg=Va/Vgt0=162.52/2×900=0.0903m2dg=（4Fg/π）0.5=（4×0.0903/π）0.5=0.339m（2）排出管計(jì)算排出管尺寸綜上可得；Fe=Va/Vet1=162.52/0.3×3600=0.151m2de=（4Fe/π）0.5=（4×0.0151/π）0.5/π=0.438m（3）事故放油管計(jì)算產(chǎn)生事故時(shí)，事故放油管必須在之內(nèi)將油排凈，因此；綜上可得；Vp=V/480=162.52/480=0.338m3/sFp=Vp/vp=0.338/1.5=0.226m2事故放油管直徑dp為：dp=（4Fp/π）0.5=（4×0.226/π）0.5=0.536m7技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)7.1人員分配（1）生產(chǎn)人員表7.1熱處理設(shè)備及生產(chǎn)人員設(shè)備型號(hào)設(shè)備數(shù)/N預(yù)計(jì)人數(shù)/N設(shè)備名稱設(shè)備數(shù)/N預(yù)計(jì)人數(shù)/NRJ-2-140-9中溫井式電阻爐44QXLT清洗機(jī)22LMH2-200AB中頻感應(yīng)加熱設(shè)備22淬火槽44RJ2-180-6低溫井式電阻爐22起重機(jī)22RQ3-75-9井式滲碳爐22Y42-250矯直機(jī)11箱式電阻爐11MND-1030P/Q11-4拋丸設(shè)備11說(shuō)明；車間工作制度為3班制；（2）技術(shù)人員由于本車間設(shè)備較多，需要設(shè)備員名，機(jī)械修理員名，為了檢驗(yàn)產(chǎn)品質(zhì)量需要質(zhì)量檢測(cè)員名，為了車間產(chǎn)品生產(chǎn)線過(guò)程正常進(jìn)行需要計(jì)劃統(tǒng)計(jì)員名，工藝師名，工程師名。（3）管理人員車間不需要過(guò)多管理人員，主任名，會(huì)計(jì)名，辦事員名即可，另外需要成本核算員名來(lái)檢查車間收支是否合理，倉(cāng)庫(kù)管理員名負(fù)責(zé)統(tǒng)計(jì)原料數(shù)、半成品數(shù)和成品數(shù)。（4）后勤人員為了保證車間環(huán)境較為清潔，需要清潔工名，勤雜工名，并要對(duì)其他員工進(jìn)行監(jiān)督，對(duì)破壞車間環(huán)境的行為進(jìn)行嚴(yán)厲的處罰。（5）總?cè)藬?shù)計(jì)算7.2技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算（1）預(yù)計(jì)勞動(dòng)量本車間每班工作，每年工作天。計(jì)算可得；（2）預(yù)計(jì)年產(chǎn)量本車間每日生產(chǎn)運(yùn)輸機(jī)減速器齒輪產(chǎn)量約為；設(shè)備有可以用到，可得預(yù)計(jì)年產(chǎn)量約為；預(yù)計(jì)車間面積由所繪制的熱處理CAD圖可以計(jì)算出車間的預(yù)計(jì)面積，大概為；7.3耗電計(jì)算（1）每年開(kāi)啟各裝置用電Q動(dòng)年每年開(kāi)啟各裝置用電指電機(jī)在一年里所消耗的功率，由電機(jī)功率和設(shè)備年負(fù)荷數(shù)決定。其中：可得；每年耗電量Q年I設(shè)備每年耗電量指的是開(kāi)啟各種爐子、輔助設(shè)備時(shí)所消耗的電量，需要根據(jù)設(shè)備的功率、負(fù)荷時(shí)間等進(jìn)行計(jì)算。。可得；Q（3）每年照明設(shè)備耗電量Q年車間里的照明設(shè)備大多為電燈、照明燈等，使用于人員工作。而對(duì)于熱處理車間來(lái)說(shuō)，突然斷電對(duì)設(shè)備的安全，對(duì)人員的安全都是不容小覷的，因此設(shè)立一條獨(dú)立的照明系統(tǒng)，在突然停電時(shí)使用。已知；可得；Q年（4）全年總耗電量Q年Q年7.4車間環(huán)境保護(hù)熱處理車間屬于工作環(huán)境惡劣的場(chǎng)所之一，高溫的環(huán)境對(duì)人體的傷害極大，更別提在熱處理的過(guò)程中會(huì)發(fā)出很多對(duì)人體有害的氣體。經(jīng)常在熱處理車間工作的員工體內(nèi)重金屬含量往往會(huì)高于其他職業(yè)，熱處理過(guò)程產(chǎn)生的這些污染物會(huì)大大的傷害我們，對(duì)熱處理車間的環(huán)境保護(hù)刻不容緩。7.4.1有害物質(zhì)熱處理車間進(jìn)行工作時(shí)，會(huì)產(chǎn)生許多有害的氣體，機(jī)械會(huì)散發(fā)油煙，工件的放置挪移都會(huì)伴隨著粉塵四散。淬火介質(zhì)，散發(fā)大量輻射的設(shè)備，都不容小覷。這些會(huì)傷害我們的身體。因此，我們必須要時(shí)刻關(guān)注車間內(nèi)的有毒物質(zhì)含量，避免意外的產(chǎn)生。7.4.2有害物質(zhì)分類有毒有害物質(zhì)主要包括廢氣、煙塵、油煙、放射性物質(zhì)。廢氣是熱處理生產(chǎn)過(guò)程所無(wú)可避免的，其有毒有害物質(zhì)大致分為煙霧和氣體。除了普通的粉塵外，還包含著例如二氧化硅等有機(jī)物、較強(qiáng)的致癌物，還伴隨著少量的鉛、鐵、鋅等有毒金屬。煙塵中常見(jiàn)的有毒有害物質(zhì)有一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物、碳氧化物等，而二氧化硫是造成環(huán)境污染的最大因素。除此之外，金屬中所包含的鉛、汞、鋅、鉻、鈹、鎘、砷等。在熱處理的過(guò)程中隨著溫度的變化，也無(wú)可避免傳播到空氣當(dāng)中。最容易被忽略的那些帶有強(qiáng)烈毒性和腐蝕性的輔助材料，才是對(duì)員工傷害最大的。7.4.3車間環(huán)境保護(hù)探討減少污染對(duì)于熱處理車間很困難，會(huì)無(wú)可避免的面對(duì)一些資金上的問(wèn)題。所以更需要去考慮如何預(yù)防污染。近些年來(lái)主流的熱處理技術(shù)如激光熱處理、感應(yīng)加熱技術(shù)、真空熱處理技術(shù)、表面深層處理等。都屬于較為環(huán)保清潔的熱處理技術(shù)。應(yīng)對(duì)于那些產(chǎn)生污染氣體的設(shè)備采取治理措施，并盡力將通風(fēng)系統(tǒng)做到最好。那些會(huì)產(chǎn)生有毒物的熱處理工藝正逐漸被淘汰，而帶有強(qiáng)烈腐蝕性和毒性輔助材料也在慢慢的消失于熱處理車間中。目前我國(guó)對(duì)于車間的環(huán)境都有著極高的要求，從現(xiàn)在的情況來(lái)分析，要重視車間的環(huán)境，重視環(huán)保，時(shí)刻關(guān)注設(shè)備的更換，將落后、產(chǎn)生污染較大的設(shè)備逐一取替。參考文獻(xiàn)[1]王玲玲,張?jiān)A,孫立潔.金屬材料熱處理技術(shù)及其發(fā)展[J].時(shí)代農(nóng)機(jī),2020,47(60):42-43.[2]張立杰.金屬材料熱處理技術(shù)的發(fā)展探討[J].中國(guó)金屬通報(bào),2019,(06):03-04.[3]卞豪亮,宋勁松,蘇浩男.離