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1、中北大学课程设计说明书目录1 引言1课程设计的意义1此次课程设计所得12 零件分析22.1 零件图分析22.2 服役条件22.3 失效形式33 性能要求和材料的选择33.1 性能要求和初步选材33.2 最终选材43.3 CrWMn的具体参数54 确定加工工艺路线55 热处理及其方法的选择65.1 预备热处理65.2 最终热处理66 热处理工艺制度的确定66.1 预备热处理(球化退火)工艺制度66.1.1退火的加热温度和等温温度76.1.2退火的保温时间76.1.3退火的加热速度86.1.4 退火的冷却速度和冷却方式86.2 最终热处理（淬火+低温回火）86.2.1 淬火96.2.2 回火热处理
2、工艺制定107 热处理设备的选择117.1 球化退火预备热处理设备选择117.2 最终热处理设备的选择137.2.1 淬火热处理设备比较137.22 淬火热处理设备最终选择137.23 淬火介质的选择147.3 回火热处理设备的选择147.4 清洗设备157.5 强化设备158 工装设计夹具和垫具169 检验179.1 退火后的检验179.1.1 外观179.1.2 硬度179.1.3 畸变189.1.4 金相检验189.2 淬火回火后的检验199.2.1 外观199.2.2 表面硬度199.2.3 畸变1910 热处理缺陷分析2010.1 退火缺陷分析2010.1.1 硬度过高2010.1.
3、2 球化不完全2010.1.3 球化不均匀2010.1.4 粗大魏氏组织2010.1.5 退火石墨2010.1.6 反常组织2110.2 淬火缺陷分析2110.2.1 淬火畸变2110.2.2 淬火开裂2110.2.3 硬度不足2210.2.4 软点2210.3 回火缺陷分析2311 小结23参考文献25第IV页,共页1 引言课程设计的意义本课程是有关于落料凹模制作的工艺流程制定，重点为其过程中的热处理环节。课程设计是培养大学生对所学知识学以致用的关键手段,学会综合运用所学习的专业课程，认识、分析和解决实际问题，锻炼实战能力，是每一个面临毕业于就业，走上工作岗位的应届大学生所必须掌握的一门技巧
4、。课程设计要求熟练的掌握各个专业课程，灵活运用所学的加工，合理的选材和热处理技巧对金属材料进行加工以满足零件的加工性能和使用性能的要求。在此基础上对已有的零件进行加工和热处理流程的合理制定，不仅有利于对基础知识的理解，更有利于发觉和弥补自身的不足，以便纠正错误。金属材料及其热处理应用与社会各个行业的方方面面，由于本专业属于应用类，对经验的要求较高，随着工业基础建设的逐步现代化，钢铁产业的不断发展，对金属材料及其热处理方面人才的需求将越来越大，因此对于二十一世纪的材料类人才，尤其是金属材料热处理方面的技术人员需求较多，因此必须学会熟练掌握和运用。此次课程设计所得此次课程设计巩固和加深了四年来所学
5、的专业知识，并且进行了一番查漏补缺，也让我认识到自身的不足。对于材料从原料到成品的具体流程有了一个初步的认识，对于今后走向工作岗位有极大的帮助，不仅锻炼了独立思考和完成任务的能力，还对动手的能力有着一定的要求，也提醒自己正面临相当大的挑战。这一段时间对于所学知识的活用有了一个大致的了解，也为来年的毕业设计打下了一定的的基础。并且十分感谢对我这次课程设计有过帮助的老师和同学，没有他们的帮助我不能圆满的完成此次的课程设计2 零件分析 2.1 零件图分析图2.1落料凹模零件图如图本次课程设计的工件落料凹模。由图可知，该工件为典型的规则板材孔类磨具，属于一般的冷加工磨具，尺寸1200150020矩形磨
6、具,成型部分也是规则的线段组成的多边形，硬度要求洛氏硬度5862HRC，并且有多处销钉通孔，表面等无特殊性能要求，总体结构较为简单。2.2 服役条件该材料为典型小件冷加工挤压型落料模具，所用材料一般为冷作模具钢，其工作时温度不高，但是承受较高而且反复的的挤压应力，温度在300，具有较高要求的是高硬度和耐磨性。此外由于高压力，摩擦力，交变载荷的作用，所以还必须考虑强度，韧性，以及机加工性能。在工作时不易变形，不易开裂，不易磨损，在热处理时要求淬透性高，淬火变形小，在加工过程中易于加工，不磨损刀具。磨具在工作时存在很高的应力作用，磨具在应力的作用下的作用下必须保证其形状和尺寸不会发生迅速和严重的变
7、化，因此冷作模具钢的硬度要求较高，在60HRC左右；淬透性和热处理变形性是一个重要的指标，主要的影响因素是含碳量，无论什么模具由于高硬度的要求，其淬透性是必须保证的；此外由于较高的压力和摩擦力的作用，因此在硬度的基础上必须保证耐磨性和韧性，耐磨性和韧性取不仅取决于钢的成分和性能，还取决于工作温度和载荷状态，提高硬度有利于其提高耐磨性，但是并不是无限提高的。由于模具的加工过程包括了锻造和机床的机加工，为满足易于加工的条件，提高刀具的寿命，故必须要保证其具有良好的切削性能。2.3 失效形式冷作模具的主要形式和一般材料的失效形式一样，即断裂，磨损和腐蚀。从具体上说就是过载失效，磨损失效，咬合失效和疲
8、劳失效四种形式。过载失效材料和模具本身不足以承受外界事假的应力而导致模具大面积变形甚至断裂或者开裂，产生的原因是韧性不足或者强度不足。由于该模具为冷加工挤压落料模具，更易于产生此类的失效磨损失效模具的工作部位与材料接触时磨损严重，是的模具的工作部位（刀口，冲2.3.4 疲劳失效头）如严重变形或者尺寸严重变化，最后得到的成品尺寸严重偏离要求尺寸。当材料的硬度和耐磨性不足时易出现此类失效。咬合失效在高压力的作用下，模具的工作部位和被加工的材料表面发生咬合，在冲压时会使得模具或者被加工材料表面出现划痕，该类失效形式产生的原因是表面耐磨性的不足或润滑膜破裂。疲劳失效由于模具的工作环境是长期的交变载荷，
9、并且有一定的冲击作用，所以有时也会产生疲劳，表面出现裂纹，但是由于硬度高的原因，疲劳寿命较长。3 性能要求和材料的选择3.1 性能要求和初步选材所给题目中对硬度的要求为热处理后HRC5862，该模具件型较小，此外由于该模具为冷加工冲压型落料模具，必须要有一定的韧性和强度要求，此外还要保证淬透性和淬火变形性，当然还要考略经济性能和普适性。一般中小型模具常采用碳素钢及低合金工具钢制作，考略已知的要求，在轻载的情况下，选取Cr12MoV、CrWMn、Cr12三种材料，另一类是高淬透性、高耐磨性的高碳高铬钢；高速钢的基体钢；出于普适性和方便性考略后面二者不考虑使用。表3.1 常见冷作模具钢化学成分其中
10、常见的冷作模具钢化学成分表如下： C Si Mn Cr W VCr12MoV1.451.700.400.405.507.001.101.500.50.7CrWMn0.901.050.400.801.100.901.201.201.60Cr122.02.30.400.4011.513.5 表3.2常见冷作模具钢的温度参数（） Ac1 Acm Ar1 Ms Mf ArCr12MoV 830 855 750 230 0 785CrWMn 750 940 710 205 -50 Cr12 810 835 760 180 表3.3常见冷作模具钢的淬透性材料 淬透性能 回火硬度Cr12MoV 淬透性很高，
11、截面400mm以下都能淬透 6163HRCCr12 高淬透性 一般58HRCCrWMn 淬透性较高，20mm的材料能完全淬透并且达到60HRC 5862HRC3.2 最终选材综合比较各个材料的优劣和用途如下：Cr12模具钢具有较好的淬透性和良好的耐磨性，由于含碳量较高，容易形成不均匀的共晶碳化物，所以冲击韧度较差，易脆裂，主要用作承受冲击负荷较小，要求高耐磨但是厚度不大于2MM薄板材，高效落料模，冲载模及压印模；Cr12MoV也是常用的冷作模具钢，它的淬透性、淬火回火的硬度、耐磨性、强度均比Cr12高。但是它一般用于制造截面较大、形状复杂、工作条件繁重下的各种冷冲模具和工具，如冲孔凹模、切边模
12、、滚边模、钢板 深拉伸模、圆锯、标准工具和量规、螺纹滚模等。相对于两外两种材料来说，CrWMn是制作模具最常用的高碳合金钢。CrWMn钢具有高淬透性。由于钨形成碳化物，这种钢在淬火和低温回火后具有比铬钢和Cr12MoV更高的硬度及耐磨性。此外，钨还有助于保存细小晶粒，从而使钢获得较好的韧性。并且其热处理的临界温度较低，更加节省能源，活血成分含量较低，便于热处理。而且在小件模具上的优势胜于前两者者，故综合考虑下选择CrWMn。Mn:强化铁素体基体，增加淬透性，降低了热脆性，Cr:增加淬透性，增加抗氧化性 耐腐蚀性，细化晶粒。W:增加热硬性，增加淬透性。3.3 CrWMn的具体参数 表3.4化学成
13、分（质量百分数)%元素 C Si Mn Cr W含量 0.901.05 0.40 0.801.10 0.901.20 1.201.60 表3.5温度参数 相变点 Ac1 Acm Ar1 Ms Mf 温度 750 940 710 205 -50表4.1加工工艺流程4 确定加工工艺路线序号工艺内容设备1锻造将坯料锻成规则的长方体2预备热处理将锻件球化退火，消除锻压造成的内应力，改善加工性能热处理炉3粗铣铣各平面，厚度留磨削余量0.5mm，侧面留磨削余量0.5mm铣床4磨平面磨上、下平面（单面留磨量0.3mm左右）和相邻两侧面，保持各面相互垂直（用90角尺检验）磨床5钳工划线划出对称中心，各个孔的位置，型孔的轮廓线6型孔粗加工在仿铣床上加工型孔，留单边加工余量0.15mm仿铣床7加工通孔加工凹模上的通孔钻床8最终热处理保证5862HRC热处理炉9磨平面磨上、下平面及相邻两侧面至要求尺寸磨床10线切割按图切割型孔达到尺寸要求线切割机11钳工精修和检验全面达到设计要求5 热处理及其方法的选择5
