1、本科畢業設計題目：年產量3000 噸熱處理車間的設計 學 院:材料與冶金學院專 業:金屬材料工程學 號:200402127036學生姓名:唐鄭磊指導教師:從善海副教授日 期:2008. 6.10摘 要熱處理是機械工業的一項重要基礎技術，通常像軸、軸承、齒輪、連桿等重要的機械零件和工模具都是要經過熱處理的。熱處理對于充分發揮金屬材料的性能潛力，提高產品的內在質量，節約材料，減少能耗，延長產品的使用壽命，提高經濟效益都具有十分重要的意義。正所謂“工欲善其事,必先利其器”，那么也就必須給熱處理一個良好的環境及先進設備，總的來說就是一個設計得當的熱處理車間。設計的主要內容整個熱處理車間的設計過程。從熱

2、處理車間的分類和特性、熱處理車間生產任務、工作制度及年時基數、工藝設計、熱處理設備的選擇與計算、車間設備組織與布置、熱處理車間建筑物與構筑物、車間動力和輔助材料消耗量計算、熱處理的生產安全與環境保護、熱處理車間人員定額、熱處理車間的建設投資及技術經濟指標等方面，對熱處理車間進行設計。從熱處理技術的現狀和水平，掌握其發展趨勢，大力發展先進的熱處理新技術、新工藝、新材料、新設備，用高新技術改造傳統的熱處理技術，實現“優質、高效、節能、降耗、無污染、低成本、專業化生產”的方向上設計熱處理車間。關鍵詞關鍵詞： 熱處理車間； 熱處理設備； 熱處理工藝； 設計 AbstractHeat treatment

3、 is an important foundation for mechanical industrial technology, as is usually shaft, bearings, gears, mechanical linkage, and other important parts and molds were required to take the heat treatment. Heat Treatment for giving full play to the performance potential of metallic materials, the intrin

4、sic quality of their products, material savings, and reduce power consumption, extend product life, and improving economic efficiency are of great significance. Is the so-called Perfect tools are necessary for perfect jobs, then it must be a good the environment and advanced equipment for heat treat

5、ment, the whole is designing a proper heat treatment workshop.Papers are the main contents of the heat treatment plant design process. From the classification and characteristics of heat treatment workshop, heat treatment workshop production tasks, the system of work and the base year, process desig

6、n, equipment selection and heat treatment, the organization and layout of workshop equipment, heat treatment workshop buildings and structures, power plant and auxiliary materials consumption, heat-treated product safety and environmental protection, heat treatment workshop staff fixed, heat treatme

7、nt plant construction investment and technical and economic indicators, designs the heat treatment shop. From the current situation and the level of Heat Treatment Technology control their development trend, develop vigorously advanced new technologies, new processes, new materials and new equipment

8、, use high technology to transform traditional heat treatment technology to achieve high-quality, high efficiency, energy saving, energy, pollution-free, low-cost, specialized production of the direction of heat treatment plant design. Key words: heat treatment workshop, heat treatment equipment; he

9、at treatment process; design目 錄1 緒論.11.1 選題背景及設計意義.11.1.1 選題背景.11.1.2 設計意義.11.2 熱處理車間設計概述.11.3 設計思路.21.3.1 從車間規模的分析.21.3.2 從技術發展與技術改造分析.22 熱處理車間設計綱領.22.1 車間任務.22.2 工作制度和年時基數.43 工藝分析及設備選用.53.1 工藝分析的基本原則.53.2 工藝路線.53.3 工藝方法的選定.63.4 熱處理設備選用.83.4.1 熱處理爐.83.4.2 感應加熱設備.113.4.3 淬火冷卻設備.113.4.4 可控氣氛發生裝置的選擇.1

10、23.4.5 輔助設備.143.4.6 起重運輸及機械化，自動化設備.154 車間布置.174.1 車間在廠區內的位置.174.2 車間面積及面積指標.174.3 平面布置設計.184.3.1 平面布置設計基本原則.184.3.2 設備布置間距.184.3.3 設備區域布置.195 熱處理車間建筑物與構筑物.245.1 建筑物的設計.245.2 廠房建筑參數.245.3 廠房出入口.265.4 地面載荷及地面材料.265.5 特殊構筑物及附屬建筑物的設計.266 動力消耗及對公用系統設計.276.1 電力安裝容量.276.2 壓縮空氣.276.3 蒸汽.276.4 氧、乙炔.276.5 生產用

11、水.276.6 燃料.287 熱處理車間的生產組織與人員.297.1 組織.297.2 工作人員.298 熱處理的生產安全與環境保護.308.1 生產安全.308.2 環境保護.309 熱處理車間的建設投資及成本.319.1 車間基本投資計算.319.2 熱處理車間的技術經濟指標.319.3 熱處理生產的成本分析.3210 結論.32參考文獻.33致 謝.351 緒論1.1 選題背景及設計意義1.1.1 選題背景新熱處理車間，通常 采取“購買一批、自制一批、改造一批、淘汰一批”的調整思路，全面實行設備升級。通過引進先進技術和對引進技術的消化吸收,使熱處理生產技術有突出的變化1。引進國外先進技術

12、設備，對熱處理車間進行設計。1.1.2 設計意義熱處理生產技術必須迎頭趕上,才能抓住機遇、迎接新的挑戰2。從技術專業化與協作來看，從產品生產專業化到工藝專業化，都是為了實現生產技術的現代化。組織熱處理生產工藝專業化協作，建立熱處理專業工廠，將有力地促進我國熱處理行業技術的現代化發展。熱處理工藝專業化生產有利于采用新工藝、新設備，可以提高設備利用率，提高熱處理質量，提高生產率，節約能源消耗，降低生產成本。因此，在武漢重型機床廠新建熱處理車間時，必須特別重視并解決專業化與協作問題，確定車間的專業化生產特點。1.2 熱處理車間設計概述車間設計的主要內容，一般熱處理車間的設計，應包括如下主要內容3：（

13、1）車間任務和工作制度；（2）工藝分析和設備選擇；（3）車間布置；（4）車間建筑物及構筑物；（5）對公共系統設計的要求；（6）生產組織與人員；（7）生產安全與環境保護；（8）投資概算；（9）工藝設備平面布置圖與設備明晰表；1.3 設計思路1.3.1 從車間規模的分析熱處理的規模，影響所采用的工藝方法和先進的工藝設備，因而影響其產品質量和生產成本。過去，大小機械廠都各自建立自己獨立的熱處理車間和工段。但是，由于生產規模通常較小，設備負荷率低，多數是低于合理經濟規模的情況下進行生產的。有些由于規模小，不利于選用先進的工藝和高效的設備，為使設備配套增加投資，由于設備負荷率低，浪費能源與動力。這些都導

14、致生產成本，經濟效益很低。熱處理車間的規模問題中，任何工藝（包括常規工藝和先進工藝）在本車間都承擔是不現實的，應該以本企業生產任務為基礎，解決本企業關鍵的，量大的生產工藝的需要。所設車間，所選主要設備，應達到一定的生產規模，有一定的設備負荷率。如果設備負荷率過低，則不應該設立車間或采用某種單項設備。在設計之前，對于車間任務應進行比較深入的分析，衡量其生產規模，確定建設是否合理。1.3.2 從技術發展與技術改造分析科學技術是不斷發展的，決不會停留在一個水平上。根據我國熱處理行業現在的水平，今后相當長時間內的主要任務，是用先進技術改造現在仍存在的落后技術與生產設備，對現有車間進行技術改造。技術改造

15、，設備更新，不僅可以擴大再生產，而且可以增加產品品種，提高質量，節約能源，降低消耗，改善勞動條件，保護環境，全面提高生產經濟效益和綜合社會效益。現有熱處理車間的技術改造，是我國經濟發展的一個重要措施。當然，在熱處理車間新的設計中，仍然應為今后的技術發展和擴大再生產留有必要的余地。2 熱處理車間設計綱領2.1 車間任務一個熱處理車間或工段所承擔的生產任務，是設計熱處理車間的基礎。只有明確了車間的任務，所確定的車間生產規模，所選定的工藝和設備才能符合實際需要。所謂車間任務，首先是所承擔本企業的生產產品的熱處理零件年產量，也就是設計綱領。以滿足零件熱處理新的技術要求為前提， “三創新”(即材料創新、

16、工藝創新和工裝創新)的結果是行之有效的結果4。熱處理工藝設計是熱處理車間設計的中心環節，是設備選擇的主要依據。所確定的熱處理工藝必須先進、可靠、經濟合理，并與車間生產規模相適應。常規工藝應力求工藝路線簡化，運輸量最小，工序較小，節省能源及勞動量。采用先進工藝應經過技術經濟論證或實驗研究，取得可信的試用效果5。企業機械產品熱處理零件生產綱領，包括鑄件，鍛件毛坯的預備熱處理和機械產品零件的最終熱處理。這些就是根據產品零件圖紙所規定的技術所決定的。熱處理車間還應該承擔本企業自制的切削工具、各類模具、機械修理備件、配件的熱處理任務，根據其任務量的大小確定車間的設置。為提高設備負荷率，應盡量結合車間的特

17、點接受對外協作任務，對于比較固定的長期協作任務，也應列入車間生產任務內。但是，對于車間設計生產綱領（見表 2.1） ，必須以發展的眼光對待。機械產品總是不斷改進發展的，對熱處理零件總可能有進一步性能的質量要求，車間生產能力應有一定的富余。有些一次決定車間生產能力的條件，如最大熱處理件的尺寸和重量，最大關鍵設備的主要規格尺寸，車間最大起重能力等，應考慮車間發展遠景的需要。表 2.1 零件熱處理工序生產綱領統計表回火序號產品名稱年處理量/t退火/t正火/t滲碳/t滲氮/t碳氮共滲/t淬火/t高溫/t低溫/t表面淬火/t時效/t冷處理/t1鏜桿217.2217.2107.2110206217.210

18、8.62主軸434.4110108.6206217.2108.63滑枕108.6108.6108.6107.2206108.64齒輪420108.6217.2108.6108.6206108.6108.6108.65刀牌108.6108.6108.6108.66床身217.2108.67主柱362108.6362108.68導軌板217.2108.6108.6217.2206108.6217.29其他1000總重量3085.2434.4434.4434.4434.4434.4826434.4217.2579.2434.4325.8車間中的新型設備，也必須首先確定其所承擔的任務，即所承擔的各類熱

19、處理零件的綱領，保證其負荷率。通過新熱處理車間的設計，將熱處理工藝改進與熱處理設備是熱處理節能的主要途徑。熱處理工藝改進與熱處理設備改進節能基本思路是,使改進后的熱處理工藝及設備既達到熱處理的目的,又是消耗最少的能源6。2.2 工作制度和年時基數根據車間生產性質和任務，一般單件小批量生產性質的綜合熱處理車間，應采用兩班工作制。其中個別工藝周期較長應連續生產的設備或大型設備應考慮三班工作制；安裝在生產流水線上的熱處理設備，應與生產線生產班制相一致。詳細見表 2.2。1）設備年時基數為設備在全年內的總工時數，等于在全年日內應工作的的時數減去各種時間損失，即：(公式 2.1)(1%)nFD Nb設設

20、式中 設備年時基數（h） ；F設設備全年工作日，等于全年日數（365 天）-全年假日（10 天）-全年星期D設雙休日（104 天）=251 天；N 每日工作班數；n 每班工作時數，一般為 8 小時，對于有害健康的工作，有時為 6.5 小時； 損失率，時間損失包括設備檢修及事故損失，工人非全日缺勤而無法及時b調度的損失，以及每班下班前設備和場地清潔工作所需的停工損失。2）工人年時基數 (公式 2.2)(1%)FD nb人人式中 工人年時基數（h） ；F人 工人全年工作日，等于全年日數（365 天）-全年假日（10 天）-全年星期D人雙休日（104 天）=251 天；時間損失率，一般取 4%，時間

21、損失包括病假、事假、探親假、產假及哺b乳、設備請掃、工作休息等工時損失。表 2.2 熱處理車間設備和工人年時基數項目生產性質工作班制全年工作日每班工作時數全年時間損失（%）年時基數一、設備一般設備連續工作制3355897722重要設備階段工作制32518164718小型簡易熱處理爐階段工作制3251875571大型復雜熱處理爐連續工作制33558147326二、工人一般工作條件251881830較差工作條件25181217483 工藝分析及設備選用3.1 工藝分析的基本原則熱處理工藝設計是熱處理車間設計的中心環節，是設備選擇的主要依據。所確定的熱處理工藝必須先進、可靠、經濟合理，并與車間生產規

22、模相適應。常規工藝應力求工藝路線簡化，運輸量最小，工序較小，節省能源及勞動量。采用先進工藝應經過技術經濟論證或實驗研究，取得可信的試用效果。3.2 工藝路線產品零件從毛坯生產到完成成品，生產路線是確定熱處理車間任務的基礎，具體如下：（1）鑄鐵，鑄鋼，有色金屬一般鑄件的預備熱處理與鑄造之后進行，包括正火、擴散退火、等溫退火、球化退火、可鍛化退火、再結晶退火、消除應力退火、人工時效（穩化處理）等。（2）硬度要求在 285HB（30HRC)以下的一般鑄件，可在機械加工前熱處理到要求硬度，包括正火、調質（淬火及高溫回火） 。加工余量大的鍛件，為保證其熱處理效果，應在粗加工后進行熱處理。（3）表面硬化，

23、化學熱處理零件，硬度要求大于 285HB(30HRC)的零件，應在機械加工后進行。一些精度要求高的零件，可使用特殊加工刀具的零件，也可在加工前進行熱處理。（4）局部化學熱處理零件，生產批量大時，非處理部分應鍍層保護，批量小時可采用機械保護，防滲涂層以及車去滲層等方法。（5）繞制彈簧、冷鐓、冷擠成形零件、應進行去應力退火、再結晶退火、正火等工序。（6）形變熱處理可簡化工藝路線，減少工序，節約能源。有些鑄、鍛件，特別是鍛件，可充分利用鍛造余熱進行淬火、調質等處理，使鍛造加工與熱處理結合起來。3.3 工藝方法的選定（1）常規熱處理工藝熱處理零件的常規熱處理工藝，包括毛坯的預備熱處理和零件的最終熱處理

24、，如退火、正火、去應力退火、調質（淬火及高溫回火） 、時效及固溶處理等。從提高熱處理質量考慮，如不許在加熱過程中發生氧化、脫碳，應采用保護氣氛下加熱。（2）化學熱處理化學熱處理包括奧氏體狀態下滲碳、碳氮共滲，鐵素體狀態下的滲氮和氮碳共滲，以及滲硼、滲硅、滲鋁及各種滲金屬和多元共滲工藝。化學熱處理可以在氣態、固態或液態介質中完成，確定化學熱處理的工藝選用。有化學熱處理后需要淬火的，應根據可能盡量采取滲后直接淬火工藝。（3）調質熱處理調質熱處理技術的發展主要有以下幾個方面。爐型。由于振底爐長期使用中存在振底板變形 零件在爐內布料、加熱不均 淬火質量散差大 同時振動噪聲大、環境差，振底爐已逐漸退出生

25、產線，網帶爐、鑄鏈爐得到普遍應用。碳勢控制技術的應用。碳勢控制技術在保護氣氛調質生產線得到普遍應用。有效的控制爐內碳勢控制精度，保證了零件淬火后的表面質量。計算機技術的應用。通過應用計算機 能夠按照工藝設定自動完成工件的生產全過程記錄、保存工件生產中的各種工藝參數具有完善的故障診斷、安全警示及連鎖功能。快速淬火油和水基淬火介質的應用。快速淬火油的應用保證了高強度螺栓件的熱處理內在質量。水基淬火介質的應用解決了零件淬油不硬、淬水開裂及零件淬火變形的質量問題。（4）感應加熱淬火感應加熱可使用高頻、中頻、工頻、超音頻，以及雙頻及脈沖加熱工藝，根據零件鋼種、尺寸特點、要求硬化層深度、零件批量等確定工藝

26、。感應加熱淬火后可根據可能采用自然回火。感應熱處理技術的應用感應熱處理具有以下特點。根據產品性能要求只對零件表面或局部加熱 實施表面或局部強化，因此是一種節能熱處理。感應加熱時間短、速度快 有利于淬火組織的細化，獲得耐磨性 抗扭轉彎曲疲勞性能俱佳的強化效果。感應淬火裝置可以方便地安裝在流水生產線上 便于生產管理，減少了物流成本。感應淬火生產節拍快 效率高 能夠實現完全自動化。感應淬火機床正朝柔性化、自動化、智能化控制的方向發展。具有零件識別、能量控制、工藝參數顯示及故障診斷、顯示、報警的感應淬火裝置在生產中逐步得到應用7。（5）火焰表面淬火火焰表面淬火技術的發展，如采用先進溫度檢測技術與自動化

27、控制與操作，淬火質量可保證。在單件小批量生產中部分采用火焰淬火工藝，生產靈活實用。（6）高密度能量表面處理高密度能量表面處理包括激光表面處理，電子束表面處理和物理及化學氣相沉積。一般適用某些特定的零件，選用這種工藝必須先進行工藝實驗，試生產使用，用從熱處理質量和經濟效益考慮。（7）特種工藝方法任何新技術，新工藝都有其特殊性，有其特殊性，有其優缺點，可能只適用于某些特定的零件，并不斷發展、深入、完善。采用新技術，新工藝必須建立在調查研究和生產實驗的基礎上，并且它與適應設備的發展密切相關，因此，也必須建立在完善的設備基礎上。如真空熱處理、離子轟擊熱處理、流臺床熱處理所適應的熱處理工藝方法和零件品種

28、不斷增加，工藝逐漸深入。真空熱處理已可實現淬火油冷、水冷、氣冷、回火、退火、并已用于真空滲碳、真空碳氮共滲。總的來說，一方面是自動優選工藝、提高產品質量;另一方面是充分保證穩定的優化工藝條件,獲得分散度很小的均一的產品質量。這就是美國熱處理 2020 年遠景設想8中的形象目標:熱處理畸變為零和質量分散度為零的主要出發點。當前熱處理生產的質量控制除了依靠生產過程的自動化(消除影響質量的人為因素) 、工藝參數的嚴格在線控制和工藝效果的計算機模擬來實現,還力求實現過程控制的自適應化和智能化。這就是質量控制技術發展的主要方向。由于計算機技術的迅速發展，在最近幾十年中，難以與大型計算已被克服。通過模擬和

29、衡量社會財產安全，成本，并在規定期間內經熱處理后，它并不難，優化熱處理工藝9。3.4 熱處理設備選用選用適當的熱處理設備依據是熱處理工藝的類型，產品零件的特性，即零件形狀、尺寸、質量和材料，產品技術要求和精度，產品生產量和勞動量，所用的能源、氣氛及淬火介質的物質條件。3.4.1 熱處理爐熱處理爐是通過爐內燃燒裝置將燃料燃燒產生的熱量或通過爐內電熱元件將電能轉化的熱量對金屬工件進行加熱的設備10。熱處理爐種類多，應用廣泛。常用的箱式爐、臺車爐、井式爐、罩式爐各有特點，分別應用于不同領域，一般都已形成系列化的標準定型產品11。(1) 爐型選擇井式爐多用于細長工件的加熱，爐膛較深，多置于地坑中。罩式

30、爐的特點是有一個體積較大的爐罩，多應用于特大工件的熱處理。一些企業從裝爐量、耗電量、車間配電容量、車間場地配置等角度出發，選擇傳統的標準型熱處理爐并不滿意。根據實際需求，生產上設計非標準型熱處理爐已很普遍。基于這些情況，先后設計了 3 種規格的經濟實用型普式熱處理電阻爐，主要用于連鑄輥、熱軋輸送輥、型材軋輥等冶金輥道的堆焊生產12。燃氣井式熱處理爐是用于長軸類件和桿件的熱處理設備，該類設備自身狀況的好壞將直接影響到最終產品質量、設備生產效率、生產成本和環境污染等。根據熱處理產品的質量要求，在整個爐膛內溫度和氣氛的均勻性都必須是在產品質量或熱處理工藝要求的規定范圍內，只有這樣才能確保熱處理產品質

31、量達到所規定的技術質量指標13。對原中溫箱式爐在使用過程中存在耗能高、結構狀況不舍理、生產效率低等問題，結合實際生產所需，本著經濟效能的原則，通過臺車制作、爐殼改造、爐襯結構優化、控制系統的改進、電熱元件的正確選用與合理分布將其改造為臺車式電爐，取得了滿意效果14。在滲碳爐上要從溫度的控制方式、碳勢的控制方式及氮-甲醇氣氛在深層滲碳中的應用等三個方面介紹深層滲碳對熱處理設備的要求15。真空熱處理的普及應用會得到迅猛發展真空熱處理具有無氧化、脫碳、脫氣、脫脂、變形小、熱處理零件壽命長、無污染等特點。真空熱處理(滲碳、氣淬)具有無氧化、脫碳、脫氣、脫脂、變形小、熱處理零件壽命長、無污染等特點，因此

32、近年來，在我國獲得了快速發展，其應用范圍也在逐步擴大。詳細分析設備選擇的依據條件，選擇熱處理爐：a.汽車齒輪等滲碳零件，大批量生產時，常用推桿式滲碳爐及其組成的生產線；中批量時，選用轉底式爐并與推桿式爐或密封箱式爐及其組成的組成生產線；小批量時，選用井式滲碳爐。b.軸承零件，大批量時選用輥底式爐及其組成的生產線；中批量時選用振底式爐、網帶式爐并組成生產線；小批量時以往我國常選用鹽浴爐；滾珠多選用鼓形爐及其組成的生產線，或間隙式滾筒爐。c.長軸件，大批量時選用步進式爐及其組成的生產線；小批量時選井式爐。d.大件及長板件，選用步進式爐或臺車式爐。e. 中小零件和標準件，選用鑄鏈爐、網帶式爐、振底爐

33、、真空爐、鹽浴爐、箱式爐。f. 鋼絲，選用牽引式爐及其組成的生產線。g.模具及刃具，選用真空爐、鹽浴爐、流態化爐。h.鋼帶等退火件，選用罩式爐、井式爐和箱式爐。i.鋁合金，選用強風循環箱式爐（帶機械傳動） 。j.可鍛鑄鐵退火件，選用推桿式爐生產線、隧道式爐生產線、升降底式爐。(2) 燃料與節能a. 燃料的選擇熱處理使用熱源一般有電及燃料，燃料多為氣體燃料。電爐由于溫度均勻，容易控制，熱效率高，便于操作，一般采用電爐，大型鑄鍛件采用氣體燃料爐。b. 節能熱處理車間設計時應執行專業化協作的原則，主要耗能設備的負荷率不應低于 40%，并應通過專業化協作方式使之達到 70%以上。采用合理用能的新技術、

34、新工藝、新設備和新材料。熱處理車間電爐控制系統改造是應用現代測控技術，提高工藝裝備水平，達到精確控制，提高產品質量，節省能源，減輕工人勞動強度的目的16。c. 確定熱處理爐生產率熱處理爐在單位時間內可完成一定熱處理工序零件的重量即為生產率，以 Kg/h 或件/h 計。為使不同規格和爐型熱處理爐進行比較，生產率還可以單位爐底面積或單位爐膛面積在單位時間內的產量計算。平均生產率是指熱處理爐在一般正常使用條件下所達到的生產率，是熱處理爐處理各類不同零件完成一定工序，在較長時間穩定使用后，統計生產數據所計算出來的生產率（如表 3.1） 。表 3.1 單位爐底面積的平均生產率參考指標爐子類型退火正火淬火

35、回火氣體滲碳固體滲碳箱式爐推桿式爐輸送帶式爐立式旋轉爐臺車式爐雙臺車式爐振底式爐406060703550608010012012016012016010012060801201401401808010010012510012580100507010012010012035453108121215d. 熱處理爐的計算根據熱處理零件分工的年處理量，分別采用各工序的平均生產率，可以計算得出某項設備所承擔熱處理任務的年負荷數，再根據該項設備的工作制度所確定的年時基數，即可計算得出該項設備的負荷率并確定臺數。設備需要量可根據熱處理工序生產任務和設備生產能力計算出設備年負荷基數，再計算設備需要量。具體計算

36、見表 3.2 和 3.4。1. 設備年負荷基數 設備年負荷基數 G 為： (公式 3.1)/GQp式中 -設備年需完成的生產量（Kg/年）Q-設備生產率（Kg/h）p2. 設備數量計算 (公式 3.2)/CG F式中 -設備年時基數（h）F表 3.2 熱處理設備計算表序號設備名稱用途生產率(Kg/h)年處理量/t=生產率設備年時基數（7240 h）1井式燃氣爐調質、正火、退火、穩定等30217.22井式電爐回火、穩定、時效30217.23井式氣體氮化爐氮化292104井式氣體氮化爐氮化292105燃氣式臺車爐正火、調質、退火、回火等60434.46臺車式電阻爐正火、調質、退火、回火等80579

37、.27氣體滲碳爐滲碳30217.28氣體滲碳爐滲碳30217.29高溫回火爐回火30217.210低溫時效爐時效30217.211雙室真空油淬氣冷爐淬火30217.212離子氮化爐氮化1072.413全齒淬火機齒輪表面淬火3827514立式淬火機表面淬火3827515臥式淬火機表面淬火3827516鹽浴爐鹽浴3928217井式回火爐回火30217.2合計56340763.4.2 感應加熱設備(1) 頻率的選定感應加熱所需電流頻率，取決于產品零件對淬硬層深度的要求，由于車間產品零件的規格如下:表 3.3 加工零件的規格、型號名稱直徑熱處理深度（mm）軸類零件100500表面感應淬火2.58齒輪導

38、軌類滑枕類1005001400020005005005000表面感應淬火表面感應淬火表面感應淬火2.552.552.55(2) 淬火機床的選擇 淬硬層深度：整體淬火 58mm，連續淬火 2.55mm。淬火方式描述：一個電源，帶動兩個變壓器輸出接口；其中一個變壓器隨機床動作完成在水平方向 200014000 的導軌上的相應平面淬火，淬火最大寬度 350mm；另一變壓器輸出接口完成立式方向的淬火，軸類500，滑枕類最大面 500500 四方面同時加熱。功率：600KW，頻率 2.58KHZ 連續可調，可以連接不同類型的感應線圈。加熱周期中，變頻電源依據感應線圈、材料和工藝參數的變化引起的阻抗變化自

39、動進行調節，實現頻率自動跟蹤。功率因素0.90，輸出功率可連續自動調節，如與數控機床聯機可由機床數控系統在額定功率下任意設定功率。3.4.3 淬火冷卻設備(1) 淬火冷卻槽購置爐子要考慮工藝的通用性，即淬火+回火使用應用靈敏性、精密定位、自動控制能力，工件定位準確，運行平穩可靠。由全固態晶體管感應加熱電源和數控淬火機床組成的高頻淬火系統具有很高的柔性，通過程序的編制，在淬火過程中變更程序的指令，能很容易自動調節電源的輸出功率、通電和斷電時間、噴液開始結束時間、工件加熱冷卻長度、工件的移動速度、延時加熱冷卻時間、提前噴液時間，這樣對同一工件的不同部位(尺寸、位置)要求不同淬硬層深度的可用同一個感

40、應器，采用一次裝夾連續淬火的方式就能很容易達到技術要求且可使硬化層連續過渡分布。該技術和熱處理工藝結合，可完成盤類、齒輪類、套管類、軸類零件的內孔外表面的高頻淬火，可實現連續淬火、同時淬火、同軸分段連續淬火、同軸分段同時淬火和同軸分段同時連續淬火工藝。該技術特別適用于要求不同的直徑段具有不同硬化層深度，且淬硬層連續或不連續的多臺階軸類零件的熱處理，滿足了多臺階軸類件各直徑段的表面淬火硬度及淬硬層深度的特殊要求，且淬硬層在臺階處能呈連續過渡，以減少臺階軸尖角應力和熱應力的影響，保證了軸件的強度，解決了汽車制造過程的關鍵技術問題。(2) 淬火冷卻介質冷卻系統冷卻形式真空爐的冷卻有油冷和氣冷。目前使

41、用以氣冷為主，因為氣冷對熱處理零件無任何污染和不良影響(油冷有表面微滲碳問題，對質量有影響)，處理后零件表面潔凈不需要清洗。所以，在滿足冷卻速度的條件下，一般以氣冷淬火作為首選，這樣可以減少熱處理后零件的清洗以及由此產生的污染。冷卻是關鍵環節，尤其是氮氣的情況。爐內設置的不同形式氣嘴進行噴冷，氣冷的冷卻速度主要受氣壓、流速、氣流的形式、分布等影響，在進行選擇時要全面考慮。一般情況，氣壓高、流速大、冷卻速度快，即冷卻速度是直接受到氣壓和流速的影響。另外，氣冷時換熱器冷卻水流量的大小對于實際冷卻有明顯影響。我們在不同爐同樣的氣壓和流量條件下比較表明，冷卻水流量大者冷卻速度明顯加快。冷卻的均勻性十分

42、重要，有一些真空爐噴嘴分布設計考慮不合理，靠爐門一側未設置噴氣嘴，進行小零件處理時不明顯，當處理零件尺寸較大時由于阻擋的作用，氣流流通不暢，冷卻速度有明顯差異，導致局部淬火不足、均勻性變差17。3.4.4 可控氣氛發生裝置的選擇爐用可控氣氛發生裝置及操作要求可控氣氛發生裝置應設有防回火、熄火和過壓等安全裝置。在可控氣氛管路上和火簾管上應設置安全切斷閥。在爐溫低于 700 攝氏度可能熄火和壓力過低有可能回火時，都應該自動關閉閥門。安全切斷閥應該與溫度控制和路門開啟裝置取鎖。在停爐后應打開爐門或發散管，排除爐內殘存的可控氣氛，或用惰性氣體進行吹掃。開路時，吹掃爐內的空氣應高于著火溫度下進行。當工藝

43、要求在 700 攝氏度以下時，爐內吹掃應在低溫下進行，或用氮氣吹掃，帶爐內空氣置換完畢，方可升蓋。爐子應嚴格密封，并在正壓下運行。路子還應設防爆裝置。熱處理車間設備需求量見表 3.4：3.4.5 輔助設備(1) 清洗設備隨著熱處理工藝的發展和對環境衛生的要求日益提高零件熱處理前后的清洗更加重要。一些化學熱處理工藝如滲碳、滲氮，操作前要求比較徹底的除油，有的利用熱處理爐廢氣燒盡表面油污，以保證熱處理質量。零件的熱處理后除油，可防止回火過程中產生大量的煙霧，污染環境，同時保持零件表面光亮。目前主要清洗設備有：室內和輸送帶式、懸掛輸送鏈式、滾筒式清洗機、溶劑清洗及其他超凈清洗設備。(2) 清理設備為

44、清理零件熱處理后表面的氧化皮，可采用噴砂機、噴丸機、拋丸機、噴丸清理滾筒、砂輪機、拋光機、酸洗槽等。隨著檢驗設備的發展，過去常用酸洗方式清理氧化皮，現已多采用噴丸清理，并發展了強化噴丸和應力噴丸等先進技術。表 3.4 熱處理車間設備需求量表設備電量(KW)序號設備名稱設備年時基數數量(臺)每臺合計備注1井式燃氣爐7722150.050.02井式電爐77221300.0300.03井式氣體氮化爐77221180.0180.04井式氣體氮化爐77221350.0350.05井式淬火油槽16井式淬火水槽17燃氣式臺車爐7326120.020.08臺車式電阻爐73261105.0105.09淬火油槽2

45、10淬火水槽211氣體滲碳爐77221105.0105.012氣體滲碳爐77221170.0170.013高溫回火爐7722275.0150.014低溫時效爐77222120.0240.015雙室真空油淬氣冷爐77221150.0150.016離子氮化爐77221150.0150.017超音頻電源1200.0200.018全齒淬火機471814.04.019立式淬火機471815.05.020帶電源單齒淬火設備1160.0160.021中頻電源1500+35085022臥式淬火機床4718110.010.023立式淬火機床4718110.010.024鹽浴爐77221100.0100.025淬

46、火油槽2可移動26淬火水槽2可移動27井式回火爐7722175.075.0在鹽爐間28清洗槽120.020.029發藍設備130酸洗槽131冷水槽132發藍槽160.060.033冷水槽134熱水槽160.060.035皂化槽160.060.036浸油槽160.060.037空油槽1 (3) 矯正設備常用矯正設備的類型及適用范圍見表 3.5：表 3.5 常用矯正設備及適用范圍設備類型規格主要用途手動壓床15 t單件小批零件矯直壓力機525 t單件小批零件矯直單柱液壓機10100 t軸類零件矯直及齒輪擴空三輥矯直機等徑或徑差很小零件矯直雙輥矯直機等徑小零件連續矯直專用矯直機為專門零件設計的矯直機

47、搓板矯直機小軸連續矯直摩擦壓力機零件熱后矯正根據零件直徑可選用的矯正設備規格及定額指標見表 3.6：表 3.6 矯正設備的規格及定額指標零件直徑/mm設備規格/t定額指標/(件/h)510158012010205104080203010406030401025406050702540406070631003050齒輪擠孔6360 (4) 檢查設備為檢查零件熱處理后的硬度，一般采用布式、洛式、肖式硬度計。檢查薄件和淺滲層零件用維氏硬度計，檢查大型零件用手提布式、肖式、大型懸臂式或龍門式布氏硬度計。為了特殊需要還需要各式特種硬度計，如里式硬度計。為檢查零件表面裂紋，采用磁粉探傷儀，為檢查零件內部質

48、量，采用超聲波探傷儀、射線探傷儀。(5) 其他輔助設備其他輔助設備，包括焊接設備，如對焊機、釬焊機、高頻焊接設備、存放工具夾裝置，如工具架、吊具架、冷卻盤、冷卻坑，切取式樣設備，如鋸床、切割機、磨光式樣設備等。為了正確制定工藝，進行質量檢查和分析廢品，除在企業中心實驗室外，一般熱處理車間為配合生產還應設小型實驗室，配置基本的化學分析和金相檢驗設備，以及滲層深度檢測儀，氣氛組分分析裝置等。檢修間應配置必要的機械加工機床，制造必要的設備備件和為感應加熱用感應器制造服務，以及為儀表的檢修校正服務。3.4.6 起重運輸及機械化，自動化設備(1) 常規起重運輸設備起重設備根據設備安裝、修理、工藝所需起吊

49、運輸最大零件重量以及工藝平面布置決定，起重設備適用范圍及選擇原則見表 3.7。表 3.7 起重設備適用范圍及選擇原則設備名稱常用規格主要適用范圍選用意見橋式起重機510 t大型設備維修，大型零件運輸、裝卸一般廠房長 50 米選用一臺梁式起重機13 t中小型設備維修，中小零件運輸、裝卸每一跨可選一臺電動葫蘆0.251 t井式爐組，小型熱處理車間表面淬火組、酸洗、發藍生產線的起重運輸，工序銜接每條生產線可選用一臺懸臂起重機0.251工作量較大的局部區，橋式、梁式起重機達不到的地方為某項設備及工藝專設懸掛運輸鏈輥道平板車電瓶車、叉車、手推車(2) 生產機械化與自動化裝置熱處理設備的機械化與自動化，車

50、間之間及車間內工序之間的機械化運輸裝置及控制，根據零件的產量和生產過程的具體需要，合理選用與布置，以改善勞動條件，提高生產率。a. 輥道輥道可運輸和貯存部分零件，將不同工序聯系起來，有著不同形式布置，如直線型、U 型、L 型、環型等 。如用輥道將清理、矯直、檢查等工序聯系起來以輥道連接滲碳生產線，以便輸送。b. 軌道車根據不同的設備操作和布置選用，如利用傾式軌道和小車為推桿式爐返回底盤和墊板；利用普通軌道車和激動軌道車聯系滲碳、淬火、清洗、回火等周期作業爐。c. 單軌電動葫蘆單軌葫蘆可將各工序設備聯系起來，可布置成一字型、L 型、環型。d. 懸掛運輸鏈用于車間之間或工序之間的運輸，連續運行，通

51、過與下降段配合，可實現連續式爐生產線的全過程機械化運輸。e. 平板車 用于大件的運輸及工件過跨運輸。機械手 大量生產熱處理作業中，機械手運用廣泛如齒輪牙床淬火冷卻專船用機械手。4 車間布置4.1 車間在廠區內的位置對熱處理車間在總體布置中要求：（1）熱處理車間散發大量燃燒廢氣、保護氣氛廢氣，其他有害氣體及油煙、粉塵等，所以應位于其他廠房下風向，且要有衛生防護帶。（2）熱處理車間靠近各類震源時，應該有一定間距或采取相應的隔震措施，震源如鍛錘、空壓機、氧氣機、鐵路等。熱處理車間為綜合性處理車間，為全廠服務，在工廠總體位置中應選擇適中的位置或靠近與其聯系多的車間。4.2 車間面積及面積指標車間總面積

52、包括工藝設計中用于基本生產設備和輔助設備所占用的面積，包括廠房、披屋、露天起重機下的有效面積。（1）生產面積（見表 4.1）生產設備、設備之間通道、工人操作、工件存放地所占用的面積，以及清洗、清理、矯正、取樣、運輸設備所占用的面積，占總面積50%70%。（2）輔助面積 變配電間、變頻間、電容期間、檢驗間、快速實驗室、保護氣氛制備間、機修間、儀表間、通風機室、各類倉庫、主要通道、露天倉庫等所占用的面積，占總面積 30%50%。表 4.1 車間面積生產面積指標車間類型規模生產指標（t/m2年）鍛件熱處理小型中型大型2334.556綜合熱處理小型中型0.81.21.01.5標準件熱處理3.04.0齒

53、輪熱處理1.02.04.3 平面布置設計4.3.1 平面布置設計基本原則大型連續式設備及機組的布置，根據數量確定是否跨廠房跨度，盡量在同一跨度中，有利于使用起重設備。車間有一端封閉墻體時，大型設備盡量靠在內墻布置，以利用采光和通風。熱處理車間在工藝流程基本順暢的情況下，可按設備分片布置。設備布置應符合工藝流程的需要，零件的流向應盡量由入料端向出料端，避免交叉和往返運輸。設備應盡量布置整齊，箱式爐以爐口取齊，井式爐以中心線取齊。需要起重運輸工具的設備，應布置于起重機有效范圍內。需局部通風的設備應靠外墻或靠近柱子布置，以利于通風管的引出。車間內應避免隔斷，對必須設置隔離間的應集中于車間的一端。噴砂

54、間靠外墻隔斷，有利于砂的儲存和設置除塵裝置。生產區內應留有零件裝卸及存儲面積或立體倉庫。車間需留出必要的通道，通道的尺寸隨車間使用運輸車型而異。車間預留擴建面積可采取車間內預留設備空地或預留增跨或接長廠房空地。留有計算機控制管理房地。綜上所敘,科學的生產設計和能源管理是能源有效利用的最有潛力的因素。保證滿負荷生產、充分發揮設備能力是科學管理的目標之一。先進工業國家從能源利用率和生產成本的精打細算出發,在電和燃料的一次和二次能源的調配上做出合理的選擇,在熱處理能源結構、充分利用廢熱、余熱上積累了豐富的經驗18。我國機械工業 95 %以上的熱處理爐用電是很不合理的,在當前天然氣資源已能充分供應的條

55、件下,熱處理的能源結構必須調整和改變。研究、開發和推廣節能的熱處理工藝是投入小、見效快的節能措施。熱處理設備的選型、結構和使用上也都有很大的節能潛力19。4.3.2 設備布置間距（1）爐子后端距離墻柱的距離，一般箱式爐采用 12m；煤氣爐和油爐取1.51.8m；可控氣氛爐應留出輻射管取出的距離。（2）爐子之間的距離，小型爐 0.81.2m；中型爐 1.21.5m；大型爐 1.52m；間隙式爐組成的生產線 0.50.8m；連續式爐 3.04.0m。（3）井式爐間的距離，小型爐 0.81.2m；中型爐 1.21.5m；大型爐 2.54m。 （4）井式爐爐口距地面距離，滲碳爐 0.3m；正火、回火爐

56、 0.70.8m。（5）連續式爐的爐前后區空地，鍛件熱處理爐：爐前：68m；爐后 812m；連續氣體滲碳爐：爐前 46m；爐后 23m；一般連續式爐爐前后 46m。（6）爐子安裝高度 即爐口平面到地平的距離，人工操作時，一般為0.850.9m。4.3.3 設備區域布置（1）區域規劃圖 (見圖 4.1)圖 4.1 區域規劃圖（2）熱處理設備布置圖(見圖 4.2)圖 4.2 熱處理設備布置圖1）井式滲碳爐區（見圖 4.3）圖 4.3 井式滲碳爐區2）鹽浴爐區（見圖 4.4）圖 4.4 鹽浴爐區3）深井爐區（見圖 4.5）圖 4.5 深井爐區4）雙室真空熱處理爐區（見圖 4.6）圖 4.6 雙室真空

57、熱處理爐區5）表面處理區（見圖 4.7）圖 4.7 表面處理區6）14 米臥式淬火機床區（見圖 4.8）圖 4.8 14 米臥式淬火機床區（3）輔助設備布置圖(見圖 4.9)圖 4.9 輔助設備布置圖（4）熱處理車間平面布置圖(見附圖)（5）熱處理車間設備明細表(見附表)5 熱處理車間建筑物與構筑物5.1 建筑物的設計（1）防火熱處理廠房耐火等級通常為一、二級耐火建筑物，要求墻、地面、頂棚等必須耐火，通常為鋼筋混凝土結構或鋼結構。（2）通風為排出煙塵、熱量，廠房要有一定高度，合理開設天窗，使廠房有良好的自然通風條件。（3）采光 根據需要設天窗和屋面窗以保證良好的采光需要。5.2 廠房建筑參數廠

58、房的跨度與柱距取決于產品工藝的需要和設備選型。在選用井式爐時，可將爐子置于地坑內或采用操作平臺。將爐子置于地坑可降低廠房高度（見圖 5.1） ，節約造價。廠房的跨度與柱距（見圖 5.2） 。圖 5.1 廠房高度圖 5.2 廠房的跨度與柱距5.3 廠房出入口廠房一般人行出口寬 1.2m、1.5m 或 1.8m，高 2.4m，主要物流出入口（見表 5.1）應根據所通過的車輛種類以及所需進入設備的需要確定。表 5.1 各類車輛所需大門尺寸寬度（m）高度（m）適用車輛寬度（m）高度（m）適用車輛2.12.42t 以下電瓶車3.03.6中型載重汽車2.42.4510t 窄軌電動平板車3.33.6重型載重

59、汽車3.03.0輕型載重汽車 510t廠房較長，要兩端開門或中部設出入口。各大門一律往外開或用電動推拉大門。5.4 地面載荷及地面材料熱處理車間的地面載荷取決于生產的對象和性質（詳見表 5.2） ，試驗輔助部門在0.51.0t/m2；工具、機修備件熱處理部門在 1.02.0t/m2；中小件區 1.52.0t/m2；大批量流水生產半成品熱處理在 2.03.5t/m2；大批量流水線生產的毛坯人處理部門在3.03.5t/m2。表 5.2 熱處理車間地面材料部門名稱選用地面層材料毛皮熱處理半成品熱處理輔助熱處理噴砂間酸洗間鹽浴爐間高中頻間油冷卻地下室混凝土、塊石、鋼磚、鑄鐵板混凝土、水磨石混凝土、水磨

60、石、馬賽克混凝土、水磨石馬賽克、耐酸水泥水磨石、馬賽克水磨石混凝土5.5 特殊構筑物及附屬建筑物的設計熱處理車間的地下設施和需要安裝在地坑中的設備較多。還有許多地溝，如通風溝、管道溝、煙道等，需處理好走向，以確保無不干擾。而由于生產和工藝的需要，車間內建有各類附屬的小隔間，如變電間、配電間、電容器間、噴砂間。用氰鹽熱處理間、快速實驗室等需要隔斷并封頂的隔間，有一些如機修間、鉗工工作間、電工工作間等不需要封頂的隔間，可采用墻體或玻璃隔斷。6 動力消耗及對公用系統設計熱處理車間需消耗的各種動力和輔助材料，包括電力、燃料、壓縮空氣、蒸汽、水、油類、鹽類。活血熱處理滲劑及保護加熱氣體等等。6.1 電力