【正文】 中北大學(xué)課程設(shè)計說明書 第 1 頁 共 25 頁 1．前言 這次課程設(shè)計主要是制定典型零件的生產(chǎn)工藝，是以《金屬熱處理原則》、《金屬熱處理工藝學(xué)》和《金屬材料學(xué)》為基礎(chǔ)的一門綜合課程設(shè)計。從本次課程設(shè)計中，我們可以獲得綜合運用所學(xué)的基本理論、基本知識、基本技能，獨立分析和解決實際問題的能力；培養(yǎng)嚴(yán)肅、認(rèn)真、科學(xué)的工作作風(fēng)和勇于進取開拓的創(chuàng)新凈勝。通過本次課程設(shè)計，可以使我們初步掌握零部件生產(chǎn)工藝過程；掌握典型零件的選材、熱處理原則和工藝制定原理；理論聯(lián)系實際，綜合運用基礎(chǔ)課及專業(yè)課程多方面的知識去認(rèn)識和分析零部件熱處理生產(chǎn)過程的實際問題，培養(yǎng)解決問題的能力 。 熱處理工藝是整個機器零件和工模具制造的一部分，熱處理是通過改變鋼的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，以改善鋼的性能，通過適當(dāng)?shù)臒崽幚砜梢燥@著提高鋼的機械性能，延長機器零件的使用壽命。合理的熱處理工藝方案，不但可以滿足設(shè)計及使用性能的要求，而且具有最高的勞動生產(chǎn)率，最少的工序周轉(zhuǎn)和最少的經(jīng)濟效果。 通過課程設(shè)計是我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才是真正的知識，才能提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。 2. 零件圖分析 圖 1 待 加工零件（膠質(zhì)木模）圖 中北大學(xué)課程設(shè)計說明書 第 2 頁 共 25 頁 表面滲碳深度： ~，硬度要求： 50~54HRC，畸變量要求為 。 、失效形式及性能要求 （ 1） 服役條件：該零件為一膠質(zhì)木模，屬于塑料模具，主要用于壓制電氣膠木襯板。模具型腔表面直接與塑料接觸，經(jīng)受其壓力、溫度、摩擦、和腐蝕等作用。 （ 2） 失效形式：模具在工作過程中要反復(fù)受到壓力、循環(huán)的熱負(fù)載以及摩擦和腐蝕，因此其失效形式主要有型腔表面的磨損、型腔表面的熱疲勞、模具型腔的塑性變形以及型腔表面的腐蝕。 （ 3） 性能要求：模具的表面粗糙度要低，尺寸精度和配合精度要求高 ，在工作過程中具有一定的硬度，不容易變形。 3. 材料的選擇 模具產(chǎn)品的質(zhì)量不僅關(guān)系到生產(chǎn)制品的質(zhì)量和性能，而且直接影響著工業(yè)的生產(chǎn)效率和成本。 為滿足以上所述的模具的耐磨性，較高的強度，耐腐蝕性，心部韌性等良好的綜合性能要求，通常采用合金滲碳鋼，因為普通鋼如 45， 55 或 10， 20 鋼滲碳后淬透性較差心部組織強度韌度不足只能用作小批量，低精度，小尺寸模具，無法勝任較大載荷較大批量生產(chǎn)的周期性沖擊。塑料模具的選擇可參考下表： 表 1 塑料模具材料的選用 工作條件 推 薦 材 料 小批量、低精度、小尺寸模具 4 55 或 20 鋼滲碳、 40Cr、低熔點合金、鋅基合金、有色金屬及其合金等 較大載荷、較大批量的模具 20Cr、 12CrNi3A（滲碳） 大型、復(fù)雜、大批量的注射模和擠壓成型模 3Cr2Mo、 4Cr3Mo3SiV、 5CrNiMo、 5CrMnMo、 4Cr5MoSiV、 4Cr5MoSiV1 熱固性成型塑料模具及要求高耐磨高強度塑料模具 9Mn2V、 7CrMn2WMo、 CrWMn、 MnCrWV、 Cr2Mn2SiWMoV、 Cr5WV、 Cr12MoV、 Cr12 耐腐蝕和高精度的塑料模具 4Cr1 9Cr1 Cr18MoV、 Cr14Mo、 Cr14Mo4V 復(fù)雜、精密、高耐磨塑料模具 25CrNi3MoAl、 18Ni250、 18Ni300、 18Ni350 中北大學(xué)課程設(shè)計說明書 第 3 頁 共 25 頁 用途 滲碳鋼主要用于制造要求高耐磨性、承受高接觸應(yīng)力和沖擊載荷的重要零件，如汽車、拖拉機的變速齒輪，內(nèi)燃機上的凸輪軸、活塞銷等。 性能要求 (1)表面滲碳層硬度高，以保證優(yōu)異的耐磨性和接觸疲勞抗力，同時具有適當(dāng)?shù)乃苄院晚g性。 (2)心部具有高的韌性和足夠高的強度。心部韌性不足時，在沖擊載荷和過載作用下容易斷裂；強度不足時，則教脆的滲碳層容易碎裂、剝落。 (3)有良好的熱處理工藝性能。在高的滲碳溫度下（ 900℃ ~950℃ ）下，奧氏體晶粒不易長大，并有良好的淬透性。 成分特點 低碳：含碳量一般為 ~％，以保證心部有足夠的塑性和韌性，含碳量高則心部韌性下降。 合金元素：主加元素為 Cr、 Mn、 Ni、 B 等，它們的主要作用是提高鋼的淬透性，從而提心部的強度和韌性；輔加元素為 W、 Mo、 V、 Ti 等強碳化物形成元素，這些元素 通過形成穩(wěn)定的碳化物來細(xì)化奧氏體晶粒，同時還能提高滲碳層的耐磨性。 滲碳鋼的選用 常用的滲碳鋼有 20Cr、 12CrNi 20CrMnTi、 20Cr2Ni4A 等。它們在淬火后在一定的溫度范圍內(nèi)都可以達到硬度為 50~54HRC 的要求，但最終選擇要依靠材料的淬透性、加工工藝、能耗、成本等決定。綜合這些因素可以考慮 20Cr 和 12CrNi3這兩種材料。 （ 1） 20Cr 鋼是在 20 鋼基礎(chǔ)上，為提高其性能，加入 ~ 百分之 Cr 而成。由于金屬鉻的加入提高了鋼的淬透性，而且鉻又是強化鐵素體元素，溶于鐵素體中亦 可起到強化作用，因而提高了滲碳件心部強度。由于淬透性高，在淬火時即可采中北大學(xué)課程設(shè)計說明書 第 4 頁 共 25 頁 取較緩慢的冷卻劑即可，從而減小零件的淬火變形。這種鋼大多用于制造心部強度要求較高，表面承受磨損、截面在 30mm 以下或形狀復(fù)雜而負(fù)荷不大的滲碳零件（油淬），如：機床變速箱齒輪、齒輪軸、凸輪、蝸桿、活塞銷、爪形離合器等；對熱處理變形小和高耐磨性的零件，滲碳后應(yīng)進行高頻表面淬火，如模數(shù)小于 3 的齒輪、軸、花鍵軸等。此鋼也可在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下使用，用于制造工作速度較大并承受中等沖擊負(fù)荷的零件，這種鋼還可以用作低碳馬氏體淬火用鋼，更進一步增加鋼的屈服強度和 抗拉強度（約增加 ~ 倍）。 （ 2） 12CrNi3A 鋼是航空工業(yè)上使用的較廣泛的滲碳鋼，它屬于珠光體類鋼，屬于中淬透性滲碳鋼。一般用于制造重要齒輪，重要的聯(lián)接螺桿，軸類零件，活塞漲圈，調(diào)節(jié)螺釘，傳感器傳動桿，固定銷等滲碳件。該鋼淬火低溫回火或高溫回火后都具有良好的綜合力學(xué)性能，鋼的低溫韌性好，缺口敏感性小，切削加工性能良好，當(dāng)硬度為 HB260~320 時，相對切削加工性為 60％ ~70％。另外，鋼退火后硬度低、塑性好，因此，既可以采用切削加工方法制造模具，也可以采用冷擠壓成型方法制造模具。為提高模具型腔 的耐磨性，模具成型后需進行滲碳處理，然后再進行淬火和低溫回火，從而保證模具表面具有高硬度、高耐磨性而心部具有很好的韌性，該鋼適宜制造大、中型塑料模具。但該鋼有回火脆性傾向和形成白點傾向。 對比上述兩種材料，綜合考慮各方面因素，可以優(yōu)先選擇 20Cr 作為膠質(zhì)木模的加工材料。 20Cr的主要性能數(shù)據(jù) 材料名稱：合金滲碳鋼 牌號： 20Cr 標(biāo)準(zhǔn)： GB/T30771988 特性及適用范圍 強度和淬透性較高的 20Cr 鋼，韌性較差；焊接性較好，焊后一般不需熱處理。用于心部強度要求較高和表面承受磨損、 尺寸較大的、或形狀較復(fù)雜而負(fù)荷不大的滲碳零件，如齒輪、齒輪軸、凸輪、活塞銷、蝸桿等。 中北大學(xué)課程設(shè)計說明書 第 5 頁 共 25 頁 化學(xué)成分 表 2 20Cr 主要合金元素含量 合金 元素 C Si Mn S P Cr 含量 ~ ~ ~ 允許參與含量 ≤ 允許參與含量 ≤ ~ 力學(xué)性能 表 3 20Cr 的主要力學(xué)性能 性能 指標(biāo) 抗拉強度 Rm（ MPa） 屈服強度 Re（ MPa） 伸長率 A（ ％） 斷面收縮 Z（％） 沖擊功 Ak（ J） 沖擊韌性 ak（ J/cm2） 硬度 數(shù)值 ≥835（ 85） ≥540（ 55） ≥10 ≥40 ≥47 ≥59（ 6） ≤179 熱處理規(guī)范及金相組織 熱處理規(guī)范：淬火：第一次 890℃ ，油冷；回火 20