熱處理工藝課程設(shè)計(jì)-柱塞設(shè)計(jì)(已修改)
2025-06-12 18:28 本頁面
【正文】 課程設(shè)計(jì)說明書1 前 言熱處理工藝是金屬材料工程的重要組成部分。通過熱處理可以改變材料的加工工藝性能，充分發(fā)揮材料的潛力，提高工件的使用壽命。這次課程設(shè)計(jì)是在《材料科學(xué)基礎(chǔ)》、《金屬熱處理工藝學(xué)》、《金屬力學(xué)性能》、《失效分析》等課程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上開設(shè)的，是理論與實(shí)踐相結(jié)合的重要教學(xué)環(huán)節(jié)。通過該課程設(shè)計(jì)我們?cè)诰C合運(yùn)用所學(xué)專業(yè)知識(shí)能力方面得到訓(xùn)練，學(xué)會(huì)獨(dú)立分析問題和解決問題的方法，提高工程意識(shí)和工程設(shè)計(jì)能力?？偟膩碚f本次熱處理與工藝課程設(shè)計(jì)的目的有（1）初步掌握典型零件部件生產(chǎn)工藝過程；（2）掌握典型零件的選材、熱處理原則和工藝指定原理；（3）理論聯(lián)系實(shí)際，綜合運(yùn)用基礎(chǔ)課及專業(yè)課程多方面的知識(shí)去認(rèn)識(shí)和分析零部件熱處際問題，培養(yǎng)解決問題的能力。熱處理工藝是機(jī)械加工過程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，它與工件設(shè)計(jì)及其他加工工藝之間存在密切關(guān)系。如何實(shí)現(xiàn)工件設(shè)計(jì)時(shí)提出的幾何形狀和加工精度，滿足設(shè)計(jì)時(shí)所要求的多種性能指標(biāo)，熱處理工藝制定的合理與否，有著至關(guān)重要的作用。設(shè)計(jì)熱處理工藝之前，應(yīng)該準(zhǔn)確分析零件圖，分析其工作條件，使用性能，技術(shù)要求等，才能為下一步材料的選擇做準(zhǔn)備。根據(jù)上一步的分析和對(duì)各種金屬材料的學(xué)習(xí)，選擇幾種常用材料，并進(jìn)行對(duì)比選擇，選出最佳的材料進(jìn)行下一步的工藝制定。要想對(duì)工藝設(shè)計(jì)合理的熱處理工藝，必須了解所選材料的合金化原理，相變溫度以及零件的服役條件，技術(shù)要求等，從而制定出合理的退火、正火、淬火、回火的工藝參數(shù)。此外合理的選擇熱處理設(shè)備也是重點(diǎn)之一，準(zhǔn)確的選擇加熱和冷卻設(shè)備可以確保有效的利用資源!熱處理工藝的最佳方案可以保證零件可以達(dá)到所要求的使用性能及質(zhì)量穩(wěn)定可靠、工序簡(jiǎn)單、管理方便、生產(chǎn)效率高、原材料消耗少、生產(chǎn)成本低廉，并能能到節(jié)能、環(huán)保的要求。但是單一的熱處理工藝方案通常情況是很難達(dá)到這幾個(gè)方面的要求，所以可以根據(jù)零件的技術(shù)要求，通過幾種熱處理工藝方案的合理結(jié)合達(dá)到。任何零件在進(jìn)行完熱處理工藝后都會(huì)產(chǎn)生各種程度的缺陷，所以最后的檢驗(yàn)是非常必要的，通過檢驗(yàn)才知道是否符合我們的技術(shù)要求，我們通過分析這種種因素后才能確定出一種最佳的方案。2 零件圖分析該零件是一個(gè)柱塞泵柱塞的零件，柱塞和套筒是柴油機(jī)噴油泵最主要偶件，在使用是，燃油中的雜質(zhì)和磨料會(huì)隨同燃油以很高的壓力和流速?zèng)_刷柱塞副的工作表面并造成異常磨損。柱塞的主要功能是傳遞小動(dòng)力，其工作時(shí)需要承受不大的沖擊載荷，不過要求有較高的強(qiáng)度和剛度。由于表面會(huì)磨損。所以必須有足夠的硬度和耐磨性。柱塞在使用過程中要求表面硬度高。為滿足這一要求，可選用含碳量較低的合金結(jié)構(gòu)鋼，通過表面滲碳淬火，表面具有較高硬度，而芯部硬度不高，具有較高韌性。3 材料的選擇20CrMnTi是低碳合金鋼，該鋼具有較高的機(jī)械性能，在滲碳淬火低溫回火后，表面硬度為58—62HRC，芯部硬度為30—45HRC。此外，20CrMnTi的工藝性能較好，由于合金元素Ti的影響，對(duì)過熱不敏感，故在滲碳后可直接降溫淬火。且滲碳速度較快，過渡層較均勻，滲碳淬火后變形小，適合于制造承受高速中載及沖擊、摩擦的重要零件。因此根據(jù)齒輪磨床主軸的工作條件選用20CrMnTi鋼是比較合適的。經(jīng)過910～940℃滲碳，870℃淬火，180～200℃回火后，機(jī)械性能：抗拉強(qiáng)度≥1100Mpa,屈服強(qiáng)度≥850Mpa,延伸率≥10℅，斷面收縮率≥45℅，沖擊韌性≥680，硬度為58—62HRC 20CrMnTi鋼化學(xué)成分及合金元素作用 20CrMnTi鋼化學(xué)成分見下表C Mn Si Cr S～ ～ ～ ～ ≤Cr元素: 主要是提高鋼的淬透性, Cr元素固溶強(qiáng)化基體組織，并改善基體組織的回火性和硬度。Mn元素：主要是提高鋼的淬透性，Mn元素從基體組織中擴(kuò)散到析出的滲碳體中，形成合金滲碳體,改善其硬度。Ti元素：主要是為了細(xì)化晶粒。 320CrMnTi鋼相變點(diǎn)相變點(diǎn) Ac1 Ac3 Ar1溫度 730℃ 820℃ 690℃4 確定零件加工路線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，使其成為零件的過程稱為機(jī)械加工工藝過程。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，通過改變材料表面或內(nèi)部的金相組織結(jié)構(gòu),來控制其性能的一種金屬熱加工工藝。工藝流程為：下料——鍛造——正火——機(jī)加——滲碳——淬火——回火——機(jī)加5 熱處理工藝方法的選擇 正火工藝的選擇細(xì)化晶粒，消除組織缺陷，以獲得珠光體+少量鐵素體組織。并使加工硬度適中，有利于切削。加熱速度主要與鋼的成分、工件的尺寸和形狀等因素有關(guān)。為防止變形開裂，應(yīng)該適當(dāng)控制加熱速度。碳鋼和低合金鋼的中、小件的加熱速度一般控制在100～200℃/h；中、高合金鋼形狀復(fù)雜的或截面大的工件一般應(yīng)進(jìn)行預(yù)熱或采用低溫入爐進(jìn)行隨爐升溫的加熱方式，溫度低于600～700℃時(shí)加熱速度為30～70℃/h，高于此溫度后控制在80～100℃/，采用低溫
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