【正文】 大學(xué)的專(zhuān)業(yè)課程的學(xué)習(xí)已經(jīng)基本上結(jié)束，我們?cè)谡n堂上接觸的僅僅是專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課上的理論方面，如何去面對(duì)現(xiàn)實(shí)中的各種熱處理工藝設(shè)計(jì) ？ 如何把我們學(xué)到的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)理論和用到實(shí)踐中去呢 ？ 這次專(zhuān)業(yè)課程設(shè)計(jì)就為我們提供了這樣一個(gè)平臺(tái)。 課程設(shè)計(jì)是我們專(zhuān)業(yè)課程知識(shí)綜合應(yīng)用的實(shí)踐訓(xùn)練，著是我們邁向社會(huì)，從事職業(yè)工作前一個(gè)必不少的過(guò)程．我 們 今天認(rèn)真的進(jìn)行課 程設(shè)計(jì)，學(xué)會(huì)腳踏實(shí)地邁開(kāi)這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會(huì)大潮中奔跑打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)． 完成 這次 課程 設(shè)計(jì)， 需要 綜合運(yùn)用本專(zhuān)業(yè)所學(xué)課程的理論和生產(chǎn)實(shí)際知識(shí)進(jìn)行一次 熱處理 設(shè)計(jì)工作的實(shí)際訓(xùn)練從而培養(yǎng)和提高學(xué)生獨(dú)立工作能力，鞏固與擴(kuò)充了 專(zhuān)業(yè) 課程所學(xué)的內(nèi)容，掌握 熱處理工藝 設(shè)計(jì)的方法和步驟，掌握怎樣 根據(jù)零件的服役條件選擇材料、 分析零件的工藝性，確定工藝方案， 分析工藝的可行性。中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 4 頁(yè)，共 27 頁(yè) 同時(shí)各科相關(guān)的課程都有了全面的復(fù)習(xí)，獨(dú)立思考的能力也有了提高。 真正做到學(xué)以致用 并 從中發(fā)現(xiàn)自己平時(shí)學(xué)習(xí)的不足和薄弱環(huán)節(jié)，從而加以彌補(bǔ)。 由于本人的設(shè)計(jì)能 力有限，在設(shè)計(jì)過(guò)程中難免出現(xiàn)錯(cuò)誤，懇請(qǐng)老師們多多指教 ,我十分樂(lè)意接受你們的批評(píng)與指正，本人將萬(wàn)分感謝。 2 零件圖分析 圖 1配油盤(pán)零件圖 [2] 零件的總體分析 葉片泵是由轉(zhuǎn)子，定子，葉片和配油盤(pán)相互形成封閉容積的體積變化來(lái)實(shí)現(xiàn)泵的吸油和壓油。葉片泵的結(jié)構(gòu)緊湊，零件加工精度要求高。 葉片泵轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，葉片在離心力和壓力油的作用下，尖部緊貼在 定子 內(nèi)表面上。這樣兩個(gè)葉片與轉(zhuǎn)子和定子內(nèi)表面所構(gòu)成的工作容積，先由小到大吸油后再由大到小排油，葉片旋轉(zhuǎn)一周時(shí)，完成兩次吸油與排油。 配油盤(pán)又稱(chēng)側(cè)盤(pán)。配油盤(pán)和 轉(zhuǎn)子端面、葉片端面相對(duì)滑動(dòng)而產(chǎn)生磨損，嚴(yán)重時(shí)間隙封破壞，泄漏量加大，泵的容積效率下降。因此，配油盤(pán)應(yīng)具有良好的耐磨性，是比較重要的葉片泵零件。液壓技術(shù)的廣泛應(yīng)用，對(duì)液壓元件的性能上要求高壓、大流量、高轉(zhuǎn)速、高容積效率等方向發(fā)展，在結(jié)構(gòu)上要求微型化，在質(zhì)量上要求高的可靠性。液壓元件的零件特點(diǎn)是體積小而精度要求，在工作中承受復(fù)雜的服役條件。因此，在選材上與熱處理上應(yīng)保證高的強(qiáng)度，良好的韌性，高的耐磨性和尺寸穩(wěn)定性高。 中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 5 頁(yè)，共 27 頁(yè) 零件的結(jié)構(gòu)形狀分析 零件結(jié)構(gòu)形狀如圖 1所示 零件的尺寸及技術(shù)要求分析 尺寸 要求：直徑： 120mm 厚： 14mm 技術(shù)要求：碳氮共滲的化合物層深度 5～ 10μ m 零件的服役條件及失效形式分析 服役條件 葉片泵在運(yùn)行過(guò)程中， 配油盤(pán)與轉(zhuǎn)子端面、葉片端面將發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)而產(chǎn)生磨損 ，這時(shí) 接觸部位 將產(chǎn)生大量摩擦熱，使局部溫度升高。 失效形式 葉片泵在運(yùn)行過(guò)程中，配油盤(pán)與轉(zhuǎn)子端面、葉片端面將發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)而易產(chǎn)生磨損； 同時(shí)由滑動(dòng)摩擦產(chǎn)生大量摩擦熱，易造成熱疲勞現(xiàn)象。 3 材料選擇 配油盤(pán)的性能要求 根據(jù) 配油盤(pán) 的工作狀況，可以初步得出 其材料 應(yīng)滿(mǎn)足的 性能要求：一是具有良好的 熱硬性 和 耐磨性 ，以保證 配油盤(pán)滿(mǎn)足液壓元件 在 高壓高速工作 下具有足夠好的耐磨性；二是具有 良好的疲勞性能 ，使 配油盤(pán)零件能夠在 良好的服役條件下長(zhǎng)時(shí)間的工作 。 因此，為滿(mǎn)足 配油盤(pán) 使用性能的要求， 其選擇材料原則一般如下：低中壓泵一般采用青銅制造，而高壓泵則采用 HT300 高強(qiáng)鑄鐵制造，并一般施以低溫的化學(xué)熱處理以提高其耐磨性 。為提高 配油盤(pán) 的耐磨性，在 最后精加工前一般 進(jìn)行氮碳共滲。由于 液壓元件一般要求尺寸精度高 ， 所以配油盤(pán) 加工精度要求 也較 高，為此，熱處理過(guò)程中要嚴(yán)格控制器畸變。其主要措施是鐵 絲捆扎、垂直吊掛加熱等。 鑄件有優(yōu)良的機(jī)械、物理性能，它可以有各種不同的 強(qiáng)度 、 硬度 、韌性配合的綜合性能，還可兼具一種或多種特殊性能，如 耐磨 、耐高溫和低溫、耐腐蝕等。鑄件的重量和 尺寸 范圍都很寬，重量最輕的只有幾克，最重的可達(dá)到 400噸，壁厚最薄的只有 毫米，最厚可超過(guò) 1米，長(zhǎng)度可由幾毫米到十幾米，可滿(mǎn)足不中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 6 頁(yè)，共 27 頁(yè) 同 工業(yè)部門(mén) 的使用要求 。 灰口鑄鐵及鑄青銅的 性能特點(diǎn) 在 鑄鐵中 中， 鑄鐵按在結(jié)晶過(guò)程中石墨化程度不同，可分為灰口鑄鐵、白口鑄鐵和馬口鑄鐵，其中 灰口鑄鐵是第一階段石墨化過(guò)程充分進(jìn)行而得到的鑄鐵，全部或大部分碳以 片狀石墨 形態(tài)存在，斷口呈灰暗色，因此得名， 根據(jù)基體組織的不同， 灰口鑄鐵 分為鐵素體灰口 鑄鐵、 鐵素體 +珠光體 灰口鑄鐵 、珠光體灰口鑄鐵及變質(zhì)灰口鑄鐵，分別如圖所示。 表 1灰鑄鐵的化學(xué)成分范圍（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）（ %） [1] 鑄鐵 類(lèi)型 C Si Mn P S 灰鑄鐵 ～ ～ ～ ～ ～ 表 2 HT300灰鑄鐵件的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍 [1][9] 牌號(hào) 鑄鐵級(jí)別 主要特點(diǎn) 工作條件 應(yīng)用舉例 HT300 高強(qiáng)度、高耐磨性鑄件 集體組織為100%珠光體，屬于需要孕育處理的鑄件 強(qiáng)度高，耐磨性好；白口傾向大，鑄造性能差，需要人工時(shí)效處理 1） 承受高彎曲力（ 50MPa）及抗拉應(yīng)力 2） 摩擦面間的單位壓力≥ 2 Mpa 3） 要求保持高度氣密性 1） 機(jī)械制造中重要的鑄件，如：車(chē)床、床身導(dǎo)軌、壓 力機(jī)等； 2） 高壓的液壓缸、水缸、泵體、閥體 3） 鐓鍛、熱鍛鍛模、冷沖模 4） 須經(jīng)表面淬火的零件 鑄鐵按在結(jié)晶過(guò)程中石墨化程度不同，可分為灰口鑄鐵、白口鑄鐵和馬口鑄鐵， 其中 灰口鑄鐵是第一階段石墨化過(guò)程充分進(jìn)行而得到的鑄鐵，全部或大部分碳以 片狀石墨 形態(tài)存在，斷口呈灰暗色，因此得名， 根據(jù)基體組織的不同， 灰口鑄鐵 分為鐵素體灰口 鑄鐵、 鐵素體 +珠光體 灰口鑄鐵 、 珠光體灰口鑄鐵及變質(zhì)灰口鑄鐵。分別 如圖所示 。 中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 7 頁(yè)，共 27 頁(yè) 鐵素體 +粗大石墨片 鐵素體 +珠光體 +粗大石墨片 珠光體 +粗大石墨片 均勻細(xì)小石墨片 圖 2 灰鑄鐵組織圖 變質(zhì)灰口鑄鐵 在灰鑄鐵基礎(chǔ)上 經(jīng)變質(zhì)處理后，灰色的條狀石墨片變得細(xì)小和均勻分布，鑄鐵性能得到很大的改善 其強(qiáng)度、塑性和韌性均比一般灰鑄鐵好得多，組織也較均勻 。 主要用于制造力學(xué)性能要求較高 鑄件 青銅它是 紅銅 和錫、鉛的合金，也是金屬治鑄史上最早的合金。青銅和錫的比例變化范圍很大（從殘存人工制品中測(cè)得，銅含量為 67~95%）青銅具有熔點(diǎn)低、硬度大、可塑性強(qiáng)、耐磨、耐腐蝕、色澤光亮等特點(diǎn)，適用于鑄造各種器具、機(jī)械零件、軸承、 齒輪 等。 因?yàn)殄a青銅結(jié)晶溫度范圍較寬，流動(dòng)性差，不易形成集中縮孔，而易形成枝晶偏析和分散縮孔，鑄造收縮率小，有利于得尺寸極接近于鑄型的鑄件，所以適于鑄造形狀復(fù)雜，壁厚較大的條件，而不適宜鑄造要求致密度高和密封性好的鑄件 。 由于 配油盤(pán) 需要很好的 耐磨性及工作在高溫高壓的條件下，而且要求密封性良好 ，由 以上分析 可以看出 經(jīng)孕育處理后的 HT300 與青銅相比，能更好的滿(mǎn)足零件的性能要求，所以，高壓泵的配油盤(pán)尺寸精度高，采用 HT300 高強(qiáng)鑄鐵制造，中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 8 頁(yè)，共 27 頁(yè) 并一般施以低溫的化學(xué)熱處理以提高其耐磨性。 4 確定加工路線（冷 、熱加工） 加工工藝主要包括機(jī)加工和熱處理工藝。機(jī)加工是指通過(guò)加工機(jī)械精確去除材料的加工工藝。它 直接改變毛坯的形狀、尺寸和表面質(zhì)量等，使其成為零件的過(guò)程稱(chēng)為機(jī)械加工工藝過(guò)程。熱處理是將金屬材料放在一定的 介質(zhì) 內(nèi)加熱、保溫、冷卻，通過(guò)改變材料表面或內(nèi)部的金相 組織結(jié)構(gòu) ,來(lái)控制其性能的一種金屬熱加工 工藝 。 該零件 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ， 可以通過(guò)鑄造鑄出毛坯， 通過(guò)機(jī)加工使其成型；之后進(jìn)行去應(yīng)力退火 ， 消除殘余內(nèi)應(yīng)力。改善其切削性能 然后經(jīng)過(guò)機(jī)加工使其復(fù)合尺寸要求；再經(jīng)過(guò)化學(xué)熱處理（氮碳共滲） 使表面獲得一層化合物滲層 ，提高零件表面耐磨性 和抗疲勞性能 ；最后經(jīng)過(guò)研磨， 以滿(mǎn)足尺寸精度， 即可得到所需的零件。 可采用的工藝流程： 配油盤(pán) 的整體加工工藝流程： 鑄出毛坯 →一次機(jī)加工（粗加工）→ 去應(yīng)力退火 →二次機(jī)加工（精加工）→氮碳共滲→研磨。 5 熱處理工藝方法選擇 退火工藝的選 擇 鑄鐵經(jīng)過(guò)鑄造及 粗加工后組織不均勻內(nèi)應(yīng)力較大，易變形開(kāi)裂，所以在精加工前需施以 消除內(nèi)應(yīng)力穩(wěn)定組織為目的的去應(yīng)力退火。 鑄鐵的內(nèi)應(yīng)力主要產(chǎn)生在有塑性到彈性變形的過(guò)渡階段，這也就是在 620～ 400℃之間，因此在這個(gè)溫度區(qū)間內(nèi)，冷卻速度愈慢，內(nèi)應(yīng)力就愈小。消除內(nèi)應(yīng)力的退火應(yīng)該是將粗加工后鑄件緩慢加熱到高于鑄鐵塑性變形的溫度范圍內(nèi)，然后保溫，使鑄件各部分組織均勻，內(nèi)應(yīng)力減小。故一般在選用低溫去應(yīng)力退火。 表面處理 工藝的選擇 由于葉片泵工作時(shí)配油盤(pán)和轉(zhuǎn)子端面、葉片端面發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)而產(chǎn)生磨損，嚴(yán)重時(shí)間隙封破壞 ，泄漏量加大，泵的容積效率下降，將影響葉片泵進(jìn)而整個(gè)系統(tǒng)的正常工作，故配油盤(pán)零件表面要求要有良好的耐磨性，以保證它能長(zhǎng)時(shí)間的良好工作。 HT300 表面硬度不夠高，耐磨性較差，不能滿(mǎn)足零件的性能要求。故中