《金属材料学》课程设计
课 题 大中型切纸刀的选材及热处理生产设计
学生姓名 汤建 田同贵 张健
学 号 ********** ********** **********
班 级 11金属2班
指导教师 王松林 二0 一四 年 六 月
1. 设计原则
1.1 本次课程设计任务要求 1.2 热处理零件结构形状设计 1.3 热处理工艺设计
2. （工件）选材和加工工艺设计
2.1 工件服役条件和失效分析
2.2 材料设计方案、原理及优化比较（不少于三种选材方案） 2.3 加工工艺流程设计（优选的一种方案） 2.4 热处理工艺设计
3. 热处理车间设计
3.1 生产纲领
3.2 工作制度和年时基数 3.3 关键设备选型
4. 热处理车间布置
4.1 热处理车间设计 4.2 车间布置
4.3 车间面积及面积指标 4.4 平面布置设计 4.5 设备布置间距 4.6 设备区域布置
5. 设计总结
1.设计原则
1.1本次课程设计任务要求
根据切纸刀的服役条件、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3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）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；
3）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； 4）大型切纸刀是印刷厂必备的切纸工具, 除印刷行业外, 还广泛应用于包装塑料、木材加工等行业。一般每台切纸机配备3 把刀轮换使用, 正常工作时, 每台切纸机每年消耗3 一4 把切纸刀。全国几万家印刷厂, 每年用于这类刀片的资金达几千万元。
5) 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
1.3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，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工件选材和加工工艺设计
2.1工件服役条件和失效形式分析
2.1.1 切纸刀刀的服役条件
分析切纸刀的服役条件, 其工作时, 刀尖承受冲击, 压实的纸橡相当于软磨料、对刀尖造成磨损。反复切纸, 刀尖的磨损可以认为具有疲劳磨损性质。切纸刀刃角小, 工作时普遍采用弧形开刃, 实际刃角比较小。刀尖部分材料服役条件恶劣。切纸刀的第一要求是锋利, 除了刀刃角度外, 主要是材料硬度高, 组织细化。第二要求刃口不崩不卷。出现崩刃不仅磨刀困难, 也大大降低总使用寿命。一般认为钢中碳化物粗大, 不仅易崩刃, 而且刃磨不易锋利。第三要求是耐磨。一般每天都要换刀磨刃, 影响生产。提高耐磨性, 不但降低磨刀成本, 而且提高生产率。
2.1.2主要失效形式 1.后刀面磨损:
由机械应力引起的出现在后刀面上的摩擦磨损。
由于刀具材料过软，刀具的后角偏小，加工过程中切削速度太高，进给量太小，造成后刀面磨损过量，使得加工表面尺寸精度降低，增大摩擦力。应该选择耐磨性高的刀具材料，同时降低切削速度，提高进给量，增大刀具后角。这样才能避免或减少后刀面磨损现象的发生。
2.边界磨损
主切削刃上的边界磨损常见于与工件的接触面处。
主要原因是工件表面硬化、锯齿状切屑造成的摩擦，影响切屑的流向并导致崩刀。只有降低切削速度和进给速度，同时选择耐磨刀具材料并增大前角使切削刃锋利。
3.前刀面磨损（月牙洼磨损）: 在前刀面上由摩擦和扩散导致的磨损。 前刀面磨损主要由切屑和工件材料的接触以及对发热区域的扩散引起。另外刀具材料过软，加工过程中切削速度太高，进给量太大，也是前刀面磨损产生的原因。前刀面磨损会使刀具产生变形、干扰排屑、降低切削刃强度。主要采用降低切削速度和进给速度，同时选择涂层硬质合金材料，可以减少前刀面的磨损。
4.塑性变形
切削刃在高温或高应力作用下产生的变形。 切削速度、进给速度太高以及工件材料中硬质点的作用，刀具材料太软和切削刃温度很高等现象是产生塑性变形的主要原因。它将影响切屑的形成质量，有时也可导致崩刀。可以采取降低切削速度和进给速度，选择耐磨性高和导热系数高的刀具材料等对策，以减少塑性变形磨损的产生。 5.积屑瘤
工件材料在刀具上的粘附。
积屑瘤降低加工表面质量并会改变切削刃形状最终导致崩刃。采取的对策有提高切削速度，选择涂层硬质合金或金属陶瓷等与工件材料亲和力小的刀具材料，并使用冷却液。
6.刃口剥落
切削刃上出现一些很小的缺口，而非均匀的磨损。
主要由于断续切削，切屑排除不流畅造成。应该在开始加工时降低进给速度，选择韧性好的刀具材料和切削刃强度高的刀片，就可以避免刃口剥落现象的产生。 7.崩刀
崩刀将损坏刀具和工件。
主要原因是刃口的过度磨损和较高的应力，也可能由于刀具材料过硬，切削刃强度不够及进给量太大造成。应选择韧性好的合金材料，加工时减小进给量和切削深度，另外选用高强度或刀尖圆角较大的刀片。
8.热裂纹
由于断续切削时温度变化产生的垂直于切削刃的裂纹。
热裂纹可降低工件表面质量并导致刃口剥落，应选择韧性好的合金材料，同时减小进给量和切削深度，并进行干式冷却或在湿式切削时有充足的冷却液
2.2材料设计方案及优化比较
2.2.1 切纸刀材料的基本要求及设计方案
1）高硬度和耐磨性：在常温下，切削部分材料必须具备足够的硬度才能切入工件；具有高的耐磨性，刀具才不磨损，延长使用寿命。
2) 高的强度和好的韧性：在切削过程中，刀具要承受很大的冲击力，所以刀具材料要具有较高的强度，否则易断裂和损坏。由于铣刀会受到冲击和振动，因此，切纸刀材料还应具备好的韧性，才不易崩刃，碎裂等特点，故设计以下方案:
方案一 C r WM n钢
我国切纸刀主要采用镶片刀, 镶片材料多为C rWM n 钢，镶片切纸刀如图1 所示, 图中,刀刃材料为C rW M n 钢, 要求硬度5 8 一62 H R C , 刀体材料为Q 2 3 5 ( A 3 ) 钢。用户根据不同型号的切纸机配作螺孔。 镶片切刀生产工艺路线为：
其中镶接要求大型设备, 而且工艺复杂。热处理工艺为: 820 一8 4 0 ℃ 整体加热, 淬火。淬火后硬度为61 ~6 5 H R C，1 8 0 一2 00 ℃回火, 回火后硬度为5 8 一6 2H R C。淬火过程中, 变形较难控制, 工人劳动强度大。 整体刀的要求与图1 所示镶片刀基本相同, 只是不需镶片。
试验工艺流程: 方坯下料一多火锻造一 退火一机加工一热处理一磨削一出厂。
用试验材料共锻造3 把对开刀毛坯。热处理工艺如下, 退火: 760 ℃保温4h，炉冷至6 20 ~ 6 50 ℃ 保温5h, 炉冷至4 50 C 以下出炉。退火硬度簇2 35 H B , 比C r -W M n 钢退火硬度低。
局部淬火、回火: 局部热处理是在75 kw 台车式炉中进行的, 加热温度840 ℃ , 出炉后局部风冷。检查硬度发现, 刃口部分全部均匀达到63 H R C, 刀背部分仍然保持退火硬度, 即<=235 H B。检查变形发现, 刃口翘曲在1065m m 全长范围内<= l m m , 平面翘曲也都<=0.2m m , 变形情况非常理想。刀背硬度可以保证用户顺利配孔. 回火采用1 7 5 ℃ 只3 h, 回火后刀刃硬度为6 2~ 6 2H R C, 所测点都不低于6 1H R C , 非常均匀。
方案二：65Mn钢
65Mn 弹簧钢片入货时, 经硬度检测, 其基体硬度为74 一74.5HRA, 厚度0.7 mm
65Mn 弹簧钢刀片样品的首次涂镀, 按照常规工艺做电弧离子镀沉积T NI 涂层, 涂镀温度为450 ℃ 。涂层后基体硬度为68 一69H RA，而且整个刀片变为弧形, 最大变形量达1.0mm ,经校正后装机的试用效果也不达标。看来,对此种刀片, 采用常规涂层工艺是不合适的。根据65Mn 弹簧钢片入货时的硬度( 74 一74.5H RA ), 沉积时的工艺温度应以不超过380℃ 为宜, 应用低温沉积技术是处理65Mn 弹簧钢刀片最合适的工艺方法。低温沉积技术可以保证基体有足够的硬度, 这对支撑表面涂层, 保证有较好的膜/ 基结合强度是有利的。但另一方面, 沉积温度低了, 使涂层时的溅射效应减弱, 反应扩散的效果变差, 膜层质量不好,且膜基结合强度低, 这又是不利因素。但这可以采用复合涂层技术以补其不足。
刀片的生产路线: 入货检验一清洗一涂层一出货检验。
低温沉积设备为世创公司自行研发的SC 一03 复合涂层机, 工艺过程如下:
① 采用专用工装装挂工件 ② 抽真空至0.006 Pa
( 3 ) 电加热至预定温度
( 4) 轰击净化先进行A r+ 轰击, 主要是将工件表面吸附的残余气体和污染物溅射下来。Ar + 轰击完成后, 随即进行金属离子轰击, 主要是为了形成一定的伪扩散层, 提高膜基结合 力。金属离子轰击的工艺设计思路前已述及, 具体执行时, 采用世创涂层中心5 号预处理工 艺, 时间3 0 m i n + 1 5m i n。
( 5) 沉积T讲复合涂层在沉积IT N 复合涂层时, 工艺设计亦关称前述低温沉积工艺思路, 并在沉积前, 制备合理的强化过渡层, 按照世创涂层的3 号复合涂层工艺进行涂镀处理,时间1 10 m i n。
涂层完成后, 检查基体硬度为73.5 一74H RA, 降低0.5H RA, 满足之前提出的不降或少降的要求; 产品有微量变形, 大部分产品整体变形在0.1mm以内, 少部分整体变形量在0.2mm 以内, 经简单校正即可满足使用要求。其余如膜层硬度、膜层厚度和膜基结合力等指标符合 相关标准。涂层后的刀片经装机试用, 使用寿命超过用户要求的切割60 万张票据。产品颜色整体均匀一致, 满足终端客户要求。该产品现已列入世创涂层中心批量生产的产品序列。
方案三：T8钢
T 8钢冲模原工艺流程为: 锻造一球化一机械加工一热处理一成品。
原热处理工艺如下 , 回火后硬度为H RC 5 6 ~ 5 8 , 金相组织为片状马氏体, 硬而脆。 ( 1 ) 淬火加热 用通有保护气氛振底炉( 不振动) 刃口朝上侧立加热, 或用75 k w气体渗碳炉垂直吊挂加热( 滴煤油保护) , 加热温度800~ 82 0℃ , 加热时间为30min。
( 2 ) 淬火冷却 盐水— 横向油冷淬火, 刀背先入水, 稍向大侧面拉移, 使慢冷面加快冷却, 达到工件整体温度均匀, 减少变形。水冷3 s左右转入油, 冷至200~ 2 50 ℃。出油进行热校直。
( 3 ) 热校直 在零件奥氏体未转变或只是部分转变为马氏体、塑性仍较好的状态下进行, 在200 ℃ 左右热校最好。热校直用60 吨摩擦压力机, 先压直立向( 如图2 示) ,然后再校侧面。应注意校立向时要用专用垫铁, 以免压崩刃口, 热校时要沿原变形方向过量校直少许, 因为继续冷却及回火过程中会产生回弹现象; 热校直进行中, 温度高时用大压力, 温度低时用小压力较长时间加压。热校应在60 ℃左右结束。
( 4 ) 回火 垂直吊挂, 在2 4 0一2 6 0 ℃硝盐炉中回火2 h。
( 5 ) 校直 侧面翘曲在2m m 以下的,可用反击法进行校直, 即用比较钝的锋钢榔头敲击凹面, 立向翘曲刀背凸起时, 可以热点刀背的方法校正, 热点温度800 ℃左右为宜, 刀背硬度降低,不影响使用, 侧面翘曲较大无法冷校时, 可用夹板夹直后( 一次可夹几片) , 在300 ℃硝盐炉中进行回火压直, 冷却后再用反击法校直到技术要求。经300 ℃回火, 硬度仍在H R C 5 0 以上。
( 6 ) 去应力回火 校直后去应力回火可在硝盐炉或井式炉中进行, 几块夹在一起吊挂, 在2 0 0 ~ 2 2 0 ℃ 回火2 h。
2.2.2优化比较
T8钢加热时容易过热,变形也大,塑性强度也较低,不适合做模具，但淬透性较好，可用于制造断面较大的工具，且热处理后，具有较高的硬度与耐磨性，适合用于制造承受一定冲击而要求较高的刃具，如冲头、压缩空气工具、木工工具等工具。CrWM n钢具有成分简单, 耐磨性好, 磨损试验结果表明, 比未加稀土的提高耐磨性约20 %, 淬透性好, 价格便宜等特点。其主要成分为( % );0.6~0.65C，0.8~1.2Si，适量M n , 稀土及微量B 。根据CrWMn钢空冷能硬化的特点, 在设备条件较差的情况下, 用它开发出了市场需要的廉价切纸刀, 同时对其使用寿命作实际考核。采用低温沉积工艺, 涂镀TiN复合涂层后的65Mn 弹簧钢切纸刀
片, 使用寿命达到甚至超过采用进口高速钢制造的同类产品, 而且加工难度和成本都有降低。
根据性能、加工制造、价格、本次设计的要求等方面的比较，优选CrWMn钢做为本次设计的材料。
2.3热处理工艺如下:
对CrWMn钢的复合热处理分为两个步骤，一是预处理，二是淬火＋低温回火. (a) 常规退火(b) 等温球化退火 (c) 循环球化退火(d) 高温固溶＋循环球化退火CrWMn钢经不同工艺预处理后，选择组织形态、分布较好的试样，在不同温度条件下进行淬火＋低温回火的最终热处理，观察其组织形态与分布，测定硬度变化。 CrWMn钢淬火＋回火工艺3 试验结果及分析 CrWMn钢经不同预处理工艺处理后的显微组织照片，CrWMn钢经常规退火后的硬度为180～190HB,热处理工艺处理后为180～200HB。 CrWMn钢预处理后组织
(a) 常规退火(b)等温球化退火(c) 循环球化退火(d) 固溶＋循环球化退火。经常规退火处理后的CrWMn钢组织中碳化物呈片状分布；经810℃等温球化退火处理后，碳化物呈不规则的颗粒状分布在铁素体基体上，分布不均匀；经790℃/680℃3次循环球化退火处理后，颗粒状碳化物尺寸变小，分布较为均匀；经1050℃固溶加790℃/680℃3次循环球化退火处理后，碳化物呈细小颗粒状析出且弥散程度高。 从工艺上看，在获得相同硬度情况下，用790℃/680℃3次循环球化退火，不仅可代替830℃等温球化退火，而且能改善组织中碳化物的形态和分布、缩短球化退火时间，节约能源。这是因为循环球化退火在Ac1(750℃)以上加热保温过程中，片状珠光体中的碳化物从尖角处溶解破断，而在Ar1(710℃)以下保温过程中，在原片状碳化物的平面处析出颗粒状碳化物，从而加速了CrWMn钢球化过程的进行，改善了碳化物的形态和分布。在1050℃高温条件下，CrWMn钢中大量难溶的W、Cr等合金元素的碳化物溶入奥氏体中，经油淬后得到马氏体或下贝氏体组织，在随后进行的790℃/680℃循环球化退火过程中，则会弥散地析出点状的W、Cr的碳化物。
因此，对于一般要求的CrWMn钢，采用790℃/680℃3次循环球化退火工艺，既可满足组织和硬度的要求，又能提高生产率，降低能耗；而对要求较高的可选用1050℃高温固溶加790℃/680℃3次循环球化退火的预处理工艺。 CrWMn钢不同温度淬火＋低温回火后组织 (a) 790℃淬火＋200℃回火(b) 830℃淬火＋200℃回火(c) 870℃淬火＋200℃回火(d) 900℃淬火＋200℃回火4 结论
(1) 对CrWMn钢采用790℃/680℃ 3次循环球化替代常规退火、等温球化退火，不仅可以改善其组织状态和性能，而且还可以提高热处理生产率，降低能耗。
3热处理车间设计 3.1生产纲领
一个热处理车间或工段所承担的生产纲领，是设计热处理车间的基础。只有明确了车间的纲领，所确定的车间生产规模，所选定的工艺和设备才能符合实际需要。所谓生产纲领，首先是所承担本企业的生产产品的热处理零件年产量，也就是设计纲领。以满足零件热处理新的技术要求为前提，“三创新”(即材料创新、工艺创新和工装创新)的结果是行之有效的结果。
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。
企业机械产品热处理零件生产纲领，包括铸件，锻件毛坯的预备热处理和机械产品零件的最终热处理。这些就是根据产品零件图纸所规定的技术所决定的。
热处理车间还应该承担本企业自制的切削工具、各类模具、机械修理备件、配件的热处理任务，根据其任务量的大小确定车间的设置。为提高设备负荷率，应尽量结合车间的特点接受对外协作任务，对于比较固定的长期协作任务，也应列入车间生产任务内。
3.2工作制度、年时基数
根据车间生产性质和任务，一般单件小批量生产性质的综合热处理车间，应采用两班工作制。其中个别工艺周期较长应连续生产的设备或大型设备应考虑三班工作制；安装在生产流水线上的热处理设备，应与生产线生产班制相一致。详细见表4.01。
1）设备年时基数为设备在全年内的总工时数，等于在全年日内应工作的的时数减去各种时间损失，即：
式中
F设D设Nn(1b%) （公式4.01）
F设—设备年时基数（h）
；
D设—设备全年工作日，等于全年日数（365天）-全年假日（10天）-全年星期双休
日（104天）=251天；
N — 每日工作班数；
n — 每班工作时数，一般为8小时，对于有害健康的工作，有时为6.5小时；
b— 损失率，时间损失包括设备检修及事故损失，工人非全日缺勤而无法及时调度
的损失，以及每班下班前设备和场地清洁工作所需的停工损失。 2）工人年时基数
F人D人n(1b%) 式中 F人—工人年时基数（h）；
D人—工人全年工作日，等于全年日数（365天）-全年假日（10天）-全年星期双休
日（104天）=251天；
表4.1热处理车间设备和工人年时基数
(公式4.02)
工作 项目 生产性质 班制 工作日 作时数 （%） 基数 一、设备 一般设备 重要设备 小型简易热处理炉 大型复杂热处理炉 连续工作制 阶段工作制 阶段工作制 连续工作制 3 3 3 3 355 251 251 355 二、工人 一般工作条件 较差工作条件 251 251 8 8 8 12 1830 1748 8 8 8 8 9 16 7 14 7722 4718 5571 7326 全年 每班工 全年时间损失 年时 b—时间损失率，一般取4%，时间损失包括病假、事假、探亲假、产假及哺乳、
设备请扫、工作休息等工时损失。
本车间设备年时基数7722h，工人年时基数1830h。
4.热处理车间布置
4.1热处理车间设计
4.1.1设计意义
热处理生产技术必须迎头赶上,才能抓住机遇、迎接新的挑战[2]。从技术专业化与协作来看，从产品生产专业化到工艺专业化，都是为了实现生产技术的现代化。组织热处理生产工艺专业化协作，建立热处理专业工厂，将有力地促进我国热处理行业技术的现代化发展。热处理工艺专业化生产有利于采用新工艺、新设备，可以提高设备利用率，提高热处理质量，提高生产率，节约能源消耗，降低生产成本。因此，在武汉重型机床厂新建热处理车间时，必须特别重视并解决专业化与协作问题，确定车间的专业化生产特点。
4.1.2热处理车间设计概述
车间设计的主要内容，一般热处理车间的设计，应包括如下主要内容：
（1）确定材料、服役条件、对材料性能的要求； （2）确定零件形状、尺寸。
（3）车间生产纲领、工作制度、年时基数； （4）确定工件加工工工艺流程、确定热处理工艺；
（5）根据热处理工艺选择适当的热处理设备； （6）合理设计工件热处理生产线 （7）对公共系统设计的要求； （8）生产安全与环境保护；
（9）工艺设备平面布置图与设备明晰表；
4.2车间布置
4.2.1车间在厂区内的位置 对热处理车间在总体布置中要求：
（1）热处理车间散发大量燃烧废气、保护气氛废气，其他有害气体及油烟、粉尘等，所以应位于其他厂房下风向，且要有卫生防护带。
（2）热处理车间靠近各类震源时，应该有一定间距或采取相应的隔震措施，震源如锻锤、空压机、氧气机、铁路等。
热处理车间为综合性处理车间，为全厂服务，在工厂总体位置中应选择适中的位置或靠近与其联系多的车间。
4.3车间面积及面积指标
车间总面积包括工艺设计中用于基本生产设备和辅助设备所占用的面积，包括厂房、披屋、露天起重机下的有效面积。
（1）生产面积（见表4.2）生产设备、设备之间通道、工人操作、工件存放地所占用的面积，以及清洗、清理、矫正、取样、运输设备所占用的面积，占总面积50%～70%。
（2）辅助面积 变配电间、变频间、电容期间、检验间、快速实验室、保护气氛制备间、机修间、仪表间、通风机室、各类仓库、主要通道、露天仓库等所占用的面积，占总面积30%～50%。
表 4.2 车间面积生产面积指标
车间类型 锻件热处理 规模 小型 中型 大型 生产指标（t/m2×年） 2～3 3～4.5 5～6 0.8～1.2 1.0～1.5 3.0～4.0 综合热处理 小型 中型 标准件热处理 —
标准件热处理 — 3.0～4.0
4.4平面布置设计
4.4.1平面布置设计基本原则
大型连续式设备及机组的布置，根据数量确定是否跨厂房跨度，尽量在同一跨度中，有利于使用起重设备。
车间有一端封闭墙体时，大型设备尽量靠在内墙布置，以利用采光和通风。热处理车间在工艺流程基本顺畅的情况下，可按设备分片布置。设备布置应符合工艺流程的需要，零件的流向应尽量由入料端向出料端，避免交叉和往返运输。设备应尽量布置整齐，箱式炉以炉口取齐，井式炉以中心线取齐。需要起重运输工具的设备，应布置于起重机有效范围内。需局部通风的设备应靠外墙或靠近柱子布置，以利于通风管的引出。
车间内应避免隔断，对必须设置隔离间的应集中于车间的一端。喷砂间靠外墙隔断，有利于砂的储存和设置除尘装置。
生产区内应留有零件装卸及存储面积或立体仓库。车间需留出必要的通道，通道的尺寸随车间使用运输车型而异。车间预留扩建面积可采取车间内预留设备空地或预留增跨或接长厂房空地。留有计算机控制管理房地。
综上所叙,科学的生产设计和能源管理是能源有效利用的最有潜力的因素。保证满负荷生产、充分发挥设备能力是科学管理的目标之一。先进工业国家从能源利用率和生产成本的精打细算出发,在电和燃料的一次和二次能源的调配上做出合理的选择,在热处理能源结构、充分利用废热、余热上积累了丰富的经验。我国机械工业95 %以上的热处理炉用电是很不合理的,在当前天然气资源已能充分供应的条件下,热处理的能源结构必须调整和改变。研究、
开发和推广节能的热处理工艺是投入小、见效快的节能措施。热处理设备的选型、结构和使用上也都有很大的节能潜力。
4.5设备布置间距
（1）炉子后端距离墙柱的距离，一般箱式炉采用1～2m；煤气炉和油炉取1.5～1.8m；可控气氛炉应留出辐射管取出的距离。
（2）炉子之间的距离，小型炉0.8～1.2m；中型炉1.2～1.5m；大型炉1.5～2m；间隙式炉组成的生产线0.5～0.8m；连续式炉3.0～4.0m。
（3）井式炉间的距离，小型炉0.8～1.2m；中型炉1.2～1.5m；大型炉2.5～4m。 （4）井式炉炉口距地面距离，渗碳炉0.3m；正火、回火炉0.7～0.8m。
（5）连续式炉的炉前后区空地，锻件热处理炉：炉前：6～8m；炉后8～12m；连续气体渗碳炉：炉前4～6m；炉后2～3m；一般连续式炉炉前后4～6m。
（6）炉子安装高度 即炉口平面到地平的距离，人工操作时，一般为0.85～0.9m。
4.6设备区域布置 热处理车间规图
5设计总结：
为促进我国热处理技术的发展，我们在热处理车间设计中，应全面了解热处理技术的现状和水平，掌握其发展趋势，从改革产品设计和生产工艺，合理利用设备、提高设备利用率；正确分配和组织人力，提高生产率；合理利用工艺材料，提高材料的代用；节约能源；提高产品的质量、减少或灭绝废次品等方面设计热处理车间，大力发展先进的热处理新技术、新工艺、新材料、新设备，用高新技术改造传统的热处理技术，实现“优质、高效、节能、降耗、无污染、低成本、专业化生产”，力争到达到工业发达国家的先进水平。热处理车间的具体设计参数见表4.3。
表4.3热处理车间设计参数
技术参数 年产量/t 年总劳动量/h 设备总数/台 人员总数 电力安装容量/KW 数据 233 台时 工时 主要设辅助设22 0.15万 181万 3510 320 循环总用水量/t 总用煤气量/m3 车间面积/m2 备 备 7240 1790 31 15
通过二周多的热处理生产线车间设计，对热处理车间设计的一般步骤有了初步的了解。实践动手能力有了一定的提高。此外还进一步使自己巩固了AutoCAD的知识。同时也认识到设计不仅仅是产品能不能使用的问题，而且还涉及到它的成本，在实际应用中，产品的成本要是太高，即使设计的再好也不可能得到实际应用。
参考文献：
③ 《金属材料学》/戴起勋主编·—2版·—北京：化学化工出版社，2012.12
③《热处理工工艺学》夏立芳编·—5版·—哈尔滨：哈尔滨工艺大学出版社,2012. ④热处理炉及车间设备 ⑤热处理手册1/2/3分册
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