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1、盐浴自动化搅拌装置设计摘 要盐浴炉在热处理期间会蒸发出腐蚀性气体，会污染和破坏周围环境，还可能导致工作人员的身体受到伤害。为了保证这些化工原料充分反应，并均匀分配到盐浴中，就需要在高温环境中对盐浴进行自动化搅拌，还解决了盐液剧烈翻滚问题，减少零件报废率。综上所述，盐浴炉对于整个工业社会是十分重要的，所以开展盐浴炉自动化搅拌装置的设计是有意义的。针对本课题我做了以下工作：详细有两大部分，其中之一是关于机器总体构造的设计，有搅拌器和电动机的选型，传动装置的选型及计算等；其中之二是自动化控制系统设计，通过PLC实现对搅拌器的自动化控制。关键词：搅拌器，电动机，减速器，轴，PLC中北大学2019届本科
2、毕业设计说明书Design of Automatic Mixing Device for Salt BathAbstractSalt bath furnace evaporates corrosive gases during heat treatment,which pollutes and destroys the surrounding environment,and may cause injury to the staff.In order to ensure that these chemical raw materials fully react and evenly distr
3、ibute in the salt bath, it is necessary to mix the salt bath automatically in the high temperature environment, and solve the problem of severe roll of salt solution,so as to reduce the scrap rate of parts. In summary,salt bath furnace is very important for the whole industrial society,so it is mean
4、ingful to design the automatic mixing device of salt bath furnace.In view of this topic,I have done the following work:There are two parts in detail, one of which is about the design of the overall structure of the machine, including the selection of mixer and motor, the selection and calculation of
5、 transmission device, etc. The other is the design of automatic control system, which realizes the automatic control of mixer through plc.Keywords: Agitator, Motor, Reducer, Shaft, PLC中北大学2019届本科毕业设计说明书目 录1 引言11.1 课题背景与研究意义11.1.1 课题背景11.1.2 课题研究意义11.2 国外的研究现状21.3 国内的研究现状32 盐浴自动化搅拌装置总体方案的拟定42.1 盐浴自动化
6、搅拌装置的设计任务42.2 机械设计方案拟定42.2.1 搅拌器的选型42.2.2 搅拌功率的计算72.2.3 传动方案的拟订及说明83 机械结构设计方案的拟定及相关计算93.1 选择电动机93.2 传动装置总体设计103.2.1 计算总传动比及分配各级传动比103.2.2 计算传动装置的运动和动力参数103.3 传动件的设计计算113.3.1 圆锥直齿轮设计113.3.2 圆柱斜齿轮设计153.4 轴的设计计算203.4.1 输入轴设计203.4.2 中间轴设计253.4.3 输出轴设计313.5 滚动轴承的选择及计算363.5.1 输入轴滚动轴承计算363.5.2 中间轴滚动轴承计算373
7、.5.3 输出轴轴滚动轴承计算383.6 键联接的选择及校核计算393.6.1 输入轴键计算393.6.2 中间轴键计算393.6.3 输出轴键计算404 自动化系统设计方案拟定425 结论47致谢48参考文献+49第 页 共 页中北大学2019届本科毕业设计说明书1 引言1.1 课题背景与研究意义1.1.1 课题背景关于模具表面处理工艺，当前在国内使用很多，人们较为了解的是各种渗氮以及镀硬铬工艺，这两种工艺的抗拉伤性能相对好，但是表面硬化效果不够显著，仅有大约1000HV，表面硬化层在磨损后拉伤还会复现。此外，在高压成形时，模具材料与硬铬电镀材料一起易于分离，而材料层一旦被分离就失去了抗拉强
8、度。因此镀硬铬和渗氮在汽车箱体类模具上虽有应用，但其效果不够明显。大量的尝试和实践证明，当前最有用并且较为经济的处理关于材料拉伤问题的方式是高温化学气相沉积和TD覆层1。这两种办法都侧重于不同国家的不同情况，前者的经济成本较高，而环境保护的压力较大。当前日本、美国等发达国家主要采用的是TD覆层处理方法，而我国对于改善模具表面拉伤情况和提高模具使用寿命的表面处理工艺比较缺乏经验。最近几年随着国外企业的不断加入，特别是汽车工业的快速发展，TD覆层处理工艺和实用价值被越来越多的人关注。1.1.2 课题研究意义化学热处理方法多种多样，而且经常按照渗入构成的金属或化合物定名，有渗碳、渗氮、渗硼等。根据渗
9、入金属在热处理工业炉中的状态可以分为气体法、固体法、盐浴法2。TD盐浴渗钒工艺是TD盐浴渗透性的一种金属工艺，应用碳化钒层工艺，模具的粘结强度优于CVD、PVD等高温相沉积工艺，碳化钒层具有良好的耐磨性2。由于碳化钒层在室温下稳定，所以丰田中心采用TD盐浴渗钒技术，使人们对该技术的发展十分重视3。TD盐浴渗钒工艺是在高温条件下通过热扩散作用在模具金属表面形成碳化钒层。渗钒能使金属表面获得极高、致密性好、脆性小的碳化钒覆层，这样较大幅的提高了工件的表面性能，延长了使用寿命，降 低了材料损耗。因此TD盐浴渗钒技术的前景非常光明，并且已经应用在处理各种模具、卡盘爪、挤压辊等零件上。本课题采用的渗金属
10、方法是盐浴法，盐浴化学热处理需要在盐浴中不断添加各种化工原料，并在高温盐浴环境中进行化学反应。盐浴电炉选取盐类当传热中介，在不同的温度下用不同成份的盐，有、等盐类4。在熔融之前，盐不导电，因此在使用盐炉时，必须与原始电极溶解，因为电流通过导电的溶解盐不断产生热量，故可保持溶化状态，因电极在电磁力的作用下，通过自然对流和电磁搅拌而使熔盐不断循环，故可迅速和均匀的加热工件。盐浴炉是一种工业炉，它就是把工件浸入熔融盐中。因为工件总是在熔融盐中加热，工件出炉时面部会附加一层盐膜，所以可以或许有用的避免工件面部氧化和脱碳5。盐浴炉适用于金属零件、金刚石、锯片、模具等件在熔融的盐液或混合盐液中加热，进行淬
11、火、退火、回火、正火、氰火及渗碳等热处理。炉的一侧装有一个排气装置，连接到车间的排气管，以消除盐窑产生的有害气体。盐浴炉可根据其加热方式分为内、外加热式，内热式包括插入和埋入式，埋入式填补了插入式电极占用炉膛液面积较大等缺点，具有节约电能和提高炉膛使用面积的作用6。盐浴热处理的优点是热传导系数很高，零件加热速率高，功效明显；模具完全浸入盐内，使模具受热面积平均。当然盐浴炉最大的确定是对环境造成一定的污染，容易对操作工人人体造成职业危害，有淘汰的趋势。盐浴炉的不利之处是显而易见的，需要特别注意：盐浴炉在热处理期间可以蒸发含氯和氮的腐蚀性气体，浴液在不同程度上污染和破坏周围环境；热处理过程产生的高
12、温蒸汽对各种电器有一定的腐蚀作用；盐浴炉变压器等设备辐射出的电磁波达到一定强度时，会影响电器的工作，还可能导致工作人员的身体受到伤害7。人体受到高强度的电磁辐射时，组成细胞的水分会升温，使细胞病死、坏死，会导致人脑组织中的部分激素代谢速度减缓，使人体神经功能出现紊乱。当人体遭受过量的磁辐射时，没法修复受损细胞，这可能致使人体基因的突变，使工人患恶性肿瘤、白内障等病8。为了保证这些化工原料充分反应，并均匀分配到盐浴中，确保所有工件在化学热处理时具有均一的处理效果，防止盐浴偏析的现象出现，就需要在高温环境中对盐浴进行自动化搅拌，还解决了盐液剧烈翻滚问题，减少零件报废率。综上所述，盐浴炉对于整个工业
13、社会是十分重要的，所以开展盐浴炉自动化搅拌装置的设计是有意义的。本课题开展的难度适中，能够较好的锻炼机械设计制造及其自动化专业的我，我将综合四年所学知识进行课题的开展。1.2 国外的研究现状在国外，TD覆层工艺已遍及，特别是在是在铸造业和机加工行业。调查显示，日本85%以上的模具需要TD处理。但是，我国在20世纪70年代也着手钻研了该技艺。当前该项技艺也遍及在汽车、五金、家电、冶金、制管等产业，在拉伸、翻边、辊压成形、冷镦、粉末冶金等各种模具上使用效果显著9。1.3 国内的研究现状上世纪90年代，我国也开始着手TD覆层技术的研究工作，科研人员历经很多年的研究和应用探索，终于在1997年成功将该
14、项技术应用到各类模具上。2001年开始我国国内率先成立了研究该项技术加工业务的专业公司。这些年以来，这家公司已经为国内外数百家企业提供了TD加工服务，在汽车、家电、冶金等行业有了成功应用，该项技术多用在引伸、弯曲、辊压成形、冲裁、粉末冶金等各类模具和一些零部件上，而且在工件表面拉伤问题上得到了根本的解决，使用寿命也大幅提高，并在使用效果方面取得了极优异的成绩，在实践经验方面也积累了丰富的效果10。第 13 页 共 50 页2 盐浴自动化搅拌装置总体方案的拟定2.1 盐浴自动化搅拌装置的设计任务原始数据：搅拌装置工作温度：8501000C；预期硬化层厚度：615微米。工作内容：（1）机器总体构造
15、的设计（2）PLC自动化系统设计（3）翻译外文资料；2.2 机械设计方案拟定2.2.1 搅拌器的选型关于我的课题而言，搅拌器的选择对最后功能的实现起着至关重要的作用。我在网上查阅了很多现有的搅拌装置，现有的搅拌装置种类繁多，适应于各种不同的功能要求。我通过比较几种常见的搅拌器的适用范围，最后定出我所需要的搅拌器。搅拌器的选择要从以下三个方面考虑：从搅拌的目的考虑，本课题设计的自动化搅拌装置是为了保证工件在盐浴炉中，确保工件在热熔融盐中与加入的氮化钒、碳化钒等化工原料充分反应，在工件表面形成碳化钒层，来改善工件的表面物理力学性能11。工件从始至终一直处在熔融盐中加热，工件在取出盐浴炉的时候在其表面附加有一层盐膜能够很好的预防工件表面脱碳和氧化；从使用的盐类和加入的试剂的粘度考虑，熔融盐本身的粘度相对高，其流动性相比较差，这就需要较大动力搅拌；从搅拌器的体积大小考虑，根据盐浴炉的大小选择合适的搅拌器。几种典型的搅拌器如下：第1种：桨式搅拌器，如图2.1：图2.1 桨式搅拌器结构特点：结构最简略，常把用扁钢压制的2、3或4片叶片焊接在轮毂上或用螺栓固定12。主要应用：1）
