编号
热处理车间设计说明书
二级学院 材料科学与工程学院 专 业 材料科学与工程
指导教师 刘 成 龙
职 称 副 教 授
时 间 2012年02月10日
目 录
一、热处理车间任务. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1
（一）车间生产任务. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 （二）工作制度. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 二、工艺分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
（一）产品技术要求的分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 （二）工艺设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3 三、主要设备的选用及数量计算. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
（一）预备热处理设备的选择. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . （二）淬火加热设备的选择. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . （三）淬火冷却设备的选择. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . （四）回火设备的选择. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . （五）辅助设备的选择. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 四、车间建筑物. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . ..
（一） 热处理车间的位置. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..
（二） 车间的要求. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . .. （三） 热处理车间面积指标. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. （四）车间建筑物的要求. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 五、热处理车间平面布置. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . ..
（一）设备布置. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . .. 六、热处理车间的生产组织与人员. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..
（一）组织. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . .. （二）工作人员. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . .. 七、心得体会. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . ..
第一章 车间的任务和工作制度
车间生产任务
车间生产任务（或称生产纲领）是指车间承担的年产量。本次设计热处理车间的生产任务是年产500吨，生产三类六种规格的刀具，各种规格刀具的年产量各占总年产量的1/6。详见《专业课程设计任务书》。
本热处理车间生产的废品率为3%（包括热处理报废和运输报废），达15吨，故热处理车间的实际生产任务为515吨/年。则六种刀具各自的年产量为85.8吨，见表1-1。
表1-1 热处理车间生产纲领
工作制度
热处理车间常有长工艺周期的生产和热处理炉空炉升温时间长的情况，所以多数采用二班制或三班制。本设计采用二班制。
第二章 工艺分析和设备选择
2.1 产品技术要求的分析 2.1.1 材料的选择
本设计车间的生产产品为齿轮铣刀、车刀、齿轮滚动。查《热处理手册》 可知三种刀具的可用钢号。为了简化工艺和生产成本，本设计中，三类产品都选用W6Mo5Cr4V2钢号，属高速钢类。W6Mo5Cr4V2的化学成分如表2-1。
表2-1 W6Mo5Cr4V2的化学成分
2.1.2 技术分析
刀具在高速切削时，其刃部的温度可达600℃以上，而刀具硬度只有轻微的下降，要求有较高的红硬性。在这样的条件下，一般都选用高速钢。高速钢在650℃是的实际硬度仍然高于50HRC 。高速钢需要经过退火、淬火和回火处理，具体热处理工艺后面将有介绍。
查《机械加工常用刀具数据速查手册》，齿轮铣刀的尺寸数据如表2-2
表2-2 齿轮铣刀的尺寸数据（单位：mm ）
齿轮铣刀的外形如图2-1所示。
M=1~6.5
齿轮滚刀的尺寸数据如表2-3。
表2-3 齿轮滚刀的尺寸数据（单位：mm ）
齿轮滚刀的外形如下图所示。
齿轮滚刀 2.2 工艺设计 2.2.1 工艺路线
高速钢W6Mo5Cr4V2的热处理一般工艺路线如下：
预备热处理→淬火预热→淬火加热→淬火→三次回火
2.2.2 详细工艺参数
查《金属材料手册》，设计W6Mo5Cr4V2的热处理工艺参数如表2-3。
表2-3 W6Mo5Cr4V2常规热处理工艺参数
注：① 高强薄刃刀具淬火温度
② 复杂刀具淬火温度 ③ 简单刀具淬火温度 ④ 冷作模具淬火温度
对于不同的产品，由于规格尺寸的不同，则各种的热处理工艺参数略有不同。
在预热阶段，铣刀M2.25、车刀（5×5×50）和滚刀M1由于尺寸较小，选用一次预热法预热；铣刀M5.5、车刀（22×22×150）和滚刀M10 由于尺寸较大，选用二次预热法预热。预热的具体工艺参数见表2-4。铣刀和滚刀都是较复杂的工件，淬火温度选1230℃，车刀选1240℃。
表2-4 各刀具采用的预热工艺参数
在淬火工艺中，油淬适用于简单的刀具淬火，在油中冷却至300~400℃后空冷。对于形状较复杂的刀具，为了减小刀具畸变和开裂的倾向，都采用分级淬火工艺。工业生产中几乎80%的刀具都采用一次分级淬火，将淬火加热后的工件放入580~620℃的中性盐浴炉中，保持一段时间（相当于淬火加热时间），然后空冷至室温。故本设计中齿轮铣刀和齿轮滚刀采用一次分级淬火，车刀采用油淬。 2.2.3 各刀具工艺曲线
各刀具工艺曲线如图2-2所示。
（a ） 车刀5的热处理工艺曲线
（b ） 车刀22的热处理工艺曲线
（b ） 铣刀和滚刀的热处理工艺曲线
第三章 主要设备的选用及数量计算
3.1预备热处理设备的选择
初步选用RX3-75-9型中温箱式炉，炉膛尺寸为1800×900×550（单位：mm ），最大装料量200kg ，查《热处理手册》第三版第三卷表3-5知道炉温850℃时空炉升温时间为3小时。
装料时，工件与电热元件或工件与炉膛之间应保持一定的距离，查《热处理炉》附表22，RX3-75-9型中温箱式炉的有效装料体积为：
V =1430×770×500=550550000 mm³
炉冷速度一般为10~20℃/h，此处取15℃/h
则等温退火各阶段的时间：t 升温 =3h，t 保温=4+2h，t 空冷=（750-550）/15 =13.8h 上下料时间t 上下=0.5h 则，退火总时间
t 退火=3+4+2+13.3+0.5=22.8h
① 生产齿轮铣刀
a ） 生产M2.25规格的铣刀，由表2-2可知该铣刀的尺寸，则该铣刀每一个所占的空间为：
v =60×60×8.2=29520 mm³
则，每炉可装该铣刀的个数为：
n =V/v =18650.07≈18650个
则，装料总重量为：
M =0.21n =3916.5kg＞1200kg
所以，n 取5714时，M=1199.94kg＜1200kg RX3-45-9型中温箱式炉的生产率为
P =M /t 退火=52.63kg/h
则，该设备处理M2.25齿轮铣刀的年负荷时数为
E 1=Q/P =87500/52.63=1662.55h
b ） 生产M5.5规格的铣刀，同理计算：
v=95×95×18.4=166060 mm³
n ≈3315 个
M=0.92n=3049.8kg＞1200kg
当n=1304时， M=1199.68kg 则，生产率为 P=52.62kg/h
E 2=87500/52.62=1662.87h
② 生产车刀
（a ）车刀5×5×50
当n=120000时，M=1200kg P=1200/22.8=52.63kg/h E 5=87500/52.63=1662.55h
（b ）车刀22×22×150
当n=2105时，M=1199.85kg P=1199.85/22.8=52.63kg/h E 6=87500/52.63=1662.55h
③ 生产齿轮滚刀
a ）滚刀M1
同上计算：
v=3.14×（63×63）/4×63=126286.895 mm³ n=4360
M=0.13n=566.8 kg＜1200kg P=566.8/22.8=24.86 kg/h E 5=87500/24.86=3519.71h b ）滚刀M10
同上计算：
v=3.14×(200×200)/4×200=6280000 mm³ n=88
M=6.63n=583.44 kg＜1200kg P=583.44/22.8=25.6 kg/h E 6=87500/25.6=3417.97 h
综上所述，RX3-75-9型中温箱式炉用做等温热处理炉适用于所有产品， 则该设备的年负荷时数为 E= E1+E2+E3+E4+ E5+E6=13588.19h 设备数量为：C=E/ F设=3.63，C ’=4 设备负荷率为：=C/C’×100%=90.7% 符合二班制设备负荷率的要求。
3.1.1预热处理设备的选择
预热时，分一次预热和二次预热两种工艺。各刀具采用的预热工艺见表2-4。 ① 一次预热法
初步选用RDM-35-13型埋入式高温盐浴炉，炉膛尺寸200×200×500（单位：mm ），额定温度1300℃，预热温度850℃。加热系数为24s/mm。 a) 生产5×5×50车刀
由于该刀具采用一次预热法，在预热中加热时间为
t 加热=24×5=120s
查《热处理实用技术问答》，保温时间可按下列经验公式计算：
τ=αKD
式中 τ——保温时间（min ）
α——保温时间系数（min/mm），查《热处理实用技术问答》表3-4，
本设计选取0.35
K——工件装炉方式修正系数，根据《热处理实用技术问答》表3-5
选取1.0
D——工件有效厚度（mm ） 则，M2.25的保温时间为
τ
保温
=0.35×1.0×5=1.75min= 105s
所以，该刀具预热工艺时间为
t= t加热+τ
该齿轮铣刀M2.25的装料设计:
保温
=225s
埋入式盐浴炉炉膛尺寸的设计如图2-3所示。工件距离熔盐表面的距离一般不小于30mm ，本设计a 取30mm ；工件距离炉膛内壁的距离约为50mm ，本设计b 取50mm ；熔盐表面与炉膛口的距离约为50~100mm，本设计c 取50mm ；电极下端距离炉膛底的距离一般为50~70mm，
本设计取
50mm ；电极高度65~235mm，本炉型的电极高度e 取113mm ，则工件距离底部的距离大于163mm ，本设计f 取180mm 。则，该盐浴炉工作空间尺寸大约为100×100×240（单位：mm ）。
选用RDM-35-13型埋入式高温盐浴炉。该盐浴炉工作空间尺寸大约为100×100×240（单位：mm ）。
装料设计如下：
对应工作空间尺寸，装料方式为10×9×3
各方向工件之间的距离分别为
L 1= 5.56mm ，L 2= 6.88mm ，L 3= 25.5mm
综上，一次装载个数为 n=270
一次装料量为 M=0.01n= 2.7kg
生产率为 P=M/t= 27kg/h
设备年负荷时数 E=Q/P= 3240.74h
设备台数 C= 0.8654, C’=1
设备负荷率 K=86.54%
符合二班制设备负荷率80%~90%的要求。
b) 生产齿轮滚刀M1
选用RDM-50-13型埋入式高温盐浴炉，炉膛尺寸为300×250×500（单位：mm ）。同理可估出该盐浴炉工作空间尺寸大约为200×150×240（单位：mm ）。
在预热中加热时间为
t=432+378=810
装料设计如下：
对应工作空间尺寸，装料方式为3×5×3
一炉可以挂的滚刀M1的个数为
n=3×5×3=45
则一炉装料量 M=0.13n=5.85kg
生产率 P=M/t=（5.85/810）×3600=26kg/h
设备年负荷时数 E=Q/P=87500/26=3365.38h
设备数量 C=E/F设=3365.38/3744.96=0.899
C’=1台
设备负荷率 K=C/C’×100%=89.9%
符合二班制设备负荷率80%~90%的要求。
故，一次预热法需用RDM-35-13型盐浴炉1台，分別处理车刀；RDM-50-13型埋入式高温盐浴炉1台，用于处理滚刀。
② 二次预热法第一次预热
本次预热初步选用RDM —75-8型埋入式中温盐浴炉，炉膛尺寸为450×350×665（单位：mm ），额定温度为850℃，工作空间尺寸为350×250×405（单位:mm）。预热温度为650℃，加热时间是35s/mm。
a ）生产齿轮铣刀M2.25
t=287+172.2=459.2s
使用RDM —75-8型盐浴炉，装料设计如下：
对应工作空间尺寸，装料方式为20×3×5
工件之间的距离分别为 L1= 9.79mm ，L 2=35mm ，L 3=26.3mm
综上，一次装载个数为 n=300
一次装料量为 M=0.21n=63kg
生产率为 P=M/t=493.9kg/h
设备年负荷时数 E1=Q/P=177.16h
b ）生产齿轮铣刀M5.5
同上，计算铣刀的预热时间为
t=644+386.4= 1030.4s
使用RDM —75-8型盐浴炉，装料设计如下：
对应工作空间尺寸，装料方式为8×2×4
工件之间的距离分别为 L1= 28.97mm ，L 3=8.33mm
综上，一次装载个数为 n=64
一次装料量为 M=0.92n=58.88kg
生产率为 P=M/t=205.71kg/h
设备年负荷时数 E1=Q/P=425.37h
c ）生产齿轮滚刀M10
计算该刀具的预热时间为
t=2450+1470=3920s
装料设计如下：
对应工作空间尺寸，装料方式为4×1×2
综上，一次装载个数为 n=8
一次装料量为 M=6.63n= 53.04kg
生产率为 P=M/t= 48.71kg/h
设备年负荷时数 E4=Q/P=1796.36h、
d) 生产车刀22×22×150
计算该刀具的预热时间为
t= 770 + 462 = 1232 s
装料设计如下：
对应工作空间尺寸，装料方式为6×5×2
工件之间的距离分别为 L1= 43.6mm ，L 2=36.4mm
综上，一次装载个数为 n=60
一次装料量为 M=0.57n= 34.2kg
生产率为 P=M/t= 139.91kg/h
设备年负荷时数 E=Q/P= 625.4h
综上所述，使用RDM-75-8型埋入式中温盐浴炉处理以上刀具的年负荷时数之和为
E=E1+E2+E3+E4=3024.29h
设备台数 C=0.8076,C’=1
设备负荷率为 K=80.76%
符合二班制设备负荷率80%~90%的要求。
③ 二次预热法第二次预热
A ）生产齿轮滚刀M10
该滚刀采用的是二次预热法，该方法的第二次预热温度为850℃，加热系数为24s/mm。该铣刀的有效厚度为70mm ，则预热中的加热时间为
t 加热=24×70= 1680s
保温时间为
τ保温 =0.35×1.0×70=24.5min=1470s
预热工艺总时间为
t= t加热+τ保温= 3150s
由于该滚刀的尺寸太大，RDM-35-13型埋入式高温盐浴炉已不适用，现选用RDM-100-13型埋入式高温盐浴炉，炉膛尺寸为450×350×560（单位：mm ）。同理可估出该盐浴炉工作空间尺寸大约为350×250×300（单位：mm ）。
装料设计如下：
对应工作空间尺寸，装料方式为5×1×1
综上，一次装载个数为 n=5
一次装料量为 M=6.63n=33.15kg
生产率为 P=M/t=37.89kg/h
设备年负荷时数 E4=87500/P=2309.32h
B ）生产齿轮铣刀M2.25
该铣刀采用的是二次预热法，该方法的第二次预热温度为850℃，加热系数为24s/mm。该铣刀的有效厚度为8.2mm ，则预热中的加热时间为
t 加热=24×8.2= 196.8s
保温时间为
τ保温 =0.35×1.0×8.2=2.87min=172.2s
预热工艺总时间为
t= t加热+τ保温= 369s
炉膛尺寸为450×350×560（单位：mm ）。同理可估出该盐浴炉工作空间尺寸大约为350×250×300（单位：mm ）。
装料设计如下：
铣刀外径为D=60mm
对应工作空间尺寸，装料方式为20×3×4
综上，RDM-100-13型盐浴炉可以一次装载铣刀的个数为
n=240
则一次装料量为 M=0.21n=50.4kg
生产率为 P=M/t=491.71kg/h
设备年负荷时数 E1=Q/P=177.95h
c ）生产齿轮铣刀M5.5
该铣刀采用的是二次预热法，该方法的第二次预热温度为850℃，加热系数为24s/mm。该铣刀的有效厚度为26.1mm ，则预热中的加热时间为
t 加热=24×18.4= 441.6s
保温时间为
τ保温=0.35×1.0×18.4=6.44min=386.4s
预热工艺总时间为
t= t加热+τ保温= 828s
炉膛尺寸为450×350×560（单位：mm ）。同理可估出该盐浴炉工作空间尺寸大约为350×250×300（单位：mm ）。
装料设计如下：
铣刀外径为D=95mm
对应工作空间尺寸，装料方式为12×2×3
综上，RDM-100-13型盐浴炉可以一次装载铣刀的个数为
n=72
则一次装料量为 M=0.92n=66.24kg
生产率为 P=M/t=288kg/h
设备年负荷时数 E1=Q/P=303.81h
d ）生产车刀22×22×150
计算该刀具的预热时间为
t= 528 + 462 = 990 s
装料设计如下：
对应工作空间尺寸，装料方式为9×8×1
综上，一次装载个数为 n=72
一次装料量为 M=0.57n= 41.04kg
生产率为 P=M/t= 149.24kg/h
设备年负荷时数 E=Q/P= 542.69h
综上所述，使用RDM-100-13型埋入式高温盐浴炉处理以上刀具的年负荷时数之和为
E=E1+E2+E3+E4=3333.77h
设备台数 C=0.8902,C’=1
设备负荷率为 K=89.02%
符合二班制设备负荷率80%~90%的要求。
3.2 淬火加热设备的选择
高速钢的淬火加热在氯化钡盐浴中进行, 加热前对盐浴进行脱氧, 以防工件氧化和脱碳。
高速钢加热时碳化物的溶解主要取决于加热温度，但是在一定的加热温度下，有一个最合适的加热时间，超过这个时间，不但对提高钢的硬度和热硬性不起作用，反而会使钢的晶粒长大，力学性能下降，使冲击韧度和强度都降低。
在盐浴炉中加热时，各种高速钢刀具的加热系数一般为6~15s/mm。选取加热系数时，应考虑刀具的不同、装炉量、夹具等因素。一般大型刀具选用小的加热系数，小型刀具选用大的加热系数；小型刀具装炉量大时，由于碳化物的溶解需要一定的时间，因此，加热时间最小不得小于45s 。
考虑到齿轮滚刀M10尺寸过大，初步选用RDM-100-13型埋入式高温盐浴炉。 a ） 加热齿轮铣刀M2.25
计算该刀具的加热时间：
由于该刀具的有效厚度只有8.2mm ，则加热系数取15s/mm，则
t 加热=15×8.2=123s
计算该刀具的保温时间：
t 保温=αKD （α=0.17min/mm，K=1.0）
所以 t 保温=0.17×1.0×8.2×60=83.64s
该刀具淬火加热总共时间为
t=123+83.64=206.64s
装料方式设计：
由上文可知，该炉型的工作空间尺寸大约为350×250×300（单位：mm ）。对应该尺寸，装料方式为18×2×3。
一次装载个数为 n=108
一次装料量为 M=22.68kg
生产率为 P=M/t=395.12kg/h
设备年负荷时数为 E 1=Q/P=221.45h
b ）加热齿轮铣刀M5.5
同上，计算该刀具的淬火加热时间：
该刀具有效厚度18.4mm ，加热系数取10s/mm。则
t=184+187.68=371.68s
装料方式设计：
对应工作空间尺寸，装料方式为9×2×2
一次装载个数为 n=36
一次装料量为 M=33.12kg
生产率为 P=320.79kg/h
设备年负荷时数为 E 2=272.76h
c ） 加热滚刀M1
计算该刀具的淬火加热时间：
取加热系数为15s/mm。则
t=270+183.6=453.6s
装料方式设计：
对应工作空间尺寸，装料方式为8×3×4
一次装载个数为 n=96
一次装料量为 M= 12.48kg
生产率为 P= 99.05kg/h
设备年负荷时数 E 5= 883.39h
d ）加热滚刀M10
计算该刀具的淬火加热时间：
取加热系数为6s/mm。则
t=420+714=1134s
装料方式设计：
对应工作空间尺寸，装料方式为3×1×1
一次装载个数为 n=3
一次装料量为 M= 19.89kg
生产率为 P=63.14kg/h
设备年负荷时数 E 6= 1385.81h
e ） 加热车刀5×5×50
计算该刀具的淬火加热时间：
取加热系数为15s/mm。则
t= 75+ 51= 126s
装料方式设计：
对应工作空间尺寸，装料方式为24×22×5
一次装载个数为 n= 2640
一次装料量为 M= 26.4kg
生产率为 P= 754.29kg/h
设备年负荷时数 E 5=116.01h
f ） 加热车刀22×22×150
计算该刀具的淬火加热时间：
取加热系数为8s/mm。则
t= 176+ 224.4= 404.4s
装料方式设计：
对应工作空间尺寸，装料方式为8×6×1
一次装载个数为 n=48
一次装料量 M= 27.36kg
生产率为 P=243.56kg/h
设备年负荷时数 E 6= 359.24h
综上所述，使用RDM-100-13型盐浴炉处理各刀具的年负荷时数之和为
E=E1+E2+E 3+E 4+E5+E6= 3238.66
设备台数 C=E/F设=0.8648，C ’=1
设备负荷率为 K=86.48%
符合二班制设备负荷率80%~90%的要求。
3.3 淬火冷却设备的选择
由于高速钢的合金含量高，因此具有很好的淬透性。高速钢淬火冷却方法主要有油冷、分级淬火、等温淬火三种，本设计主要采用油冷和分级淬火两种。
1．淬火油槽
将加热后的工件在油中冷却至300~400℃后，取出空冷。这种方法简单易行，工件表面油迹烧尽后，可趁热校直。但冷速块，淬火应力大，容易引起畸变和开裂；同时，油燃烧时产生烟雾，污染工作环境。此法只适用于形状简单、尺寸较大的刀具淬火或单件的淬火。
由于车刀形状简单，故采用油冷淬火。淬火槽主要由槽体、搅动装置、控温装置组成。槽体选用3~5mm（小型槽）的钢板焊成，周围附以型钢为加强肋，以提高其强度和刚性；底座由型钢制成，便于安装和运输。为保证工件淬入槽中或淬火介质膨胀时，淬火介质不致溢出槽外，以及便于介质循环冷却，一般在槽口边缘外侧设有溢流槽。盐浴炉用的淬火槽多为立方体，槽的长宽尺寸应大于最大炉底长宽尺寸，深度大于最长垂直淬火零件的长度。搅动装置选用螺旋桨搅动。控温装置分加热装置和冷却装置，加热采用管状加热元件置于淬火槽内将淬火介质加热；冷却采用更换淬火介质的方法。
2．分级淬火盐浴炉
分级温度一般为580~620℃。分级淬火可以大大减少畸变和开裂倾向。加热
后的工件经分级停留后，工件表里温度都降低到分级温度，内外温差减小。随后，从分级温度在空气中冷却是，冷却速度比较缓慢，沿工件截面产生马氏体转变的不同时性减小，因而可显著减小组织应力和热应力，从而减小畸变可开裂倾向。
分级淬火可分为一次、二次或多次分级淬火。本设计采用一次分级淬火，将工件放入580~620℃的中性盐浴中，保持一段时间（相当于淬火加热时间），然后空冷至室温。一次分级淬火用于一般刀具，操作简单，能保证质量。
初步选用RDM-75-8型埋入式中温盐浴炉，额定温度为850℃，炉膛尺寸为450×350×665(单位：mm) ，则工作空间尺寸大约为350×250×405（单位：mm ）。
为了便于工人操作，减少不必要的麻烦，各刀具装料方式仍然采用淬火加热时对应的装料方式。即除了温度不同，其它所有分级淬火工艺跟淬火加热相同。故，使用RDM-75-8型盐浴炉处理各刀具的年负荷时数之和仍然为
E= E1+E2+E 3+E 4+E5+E6= 3238.66
设备台数 C=E/F设= 0.8648，C ’=1
设备负荷率为 K=86.48%
符合二班制设备负荷率80%~90%的要求。
3.4 回火设备的选择
高速钢的回火温度一般为550~570℃，保温时间通常为60min ，回火次数不少于三次，每次回火冷却都要冷至室温。
初步选用RJ2-35-6型低温井式电阻炉，额定温度为650℃，炉膛尺寸为500（直径）×650（高），最大一次装料量250kg 。设计一次装炉量为160kg ，则生产率为160kg/h。该井式炉用于处理所有刀具，故其年产量为525t 。
设备年负荷时数为 E=525000/160=3281.25h
设备台数 C=0.8762， C’=1
设备负荷率为 K=87.62%
符合二班制设备负荷率80%~90%的要求。
3.4辅助设备的选择
a ）起重运输设备
起重运输设备应根据所起吊零件的最大起重量，并考虑到零件吊具、吊架、垫盘及各种装料罐的重量，以及特殊设备的安装、维修等需要而进行选用。
简单机械化热处理车间，主要采用吊车起重运输，如桥式起重机、梁式起重机、单轨吊车（单轨气动或电动葫芦）。本设计车间属简单机械化车间，且生产中小零件，故采用梁式起重机（起重5t ），地面操作。
车间内部运输可用手推车、电瓶车、电动平车。对车间外运输采用电瓶车、汽车。
b ）清洗清理设备
为清除零件淬油后油污垢，可采用清洗槽、室式清洗机或输送带式清洗机，选用碱性清洗液或合成洗涤剂。
为清理零件表面的氧化皮等，可采用喷砂机、喷丸机、清理滚筒、软砂轮机、风动砂轮机及酸洗槽等。如：可选用6GM-5M5R 履带式抛丸机。 c ）校直设备
矫正零件淬火后的变形，可采用手动螺旋压床、油压校直机或机械压床进行校直。 a ）检查设备
为检查工件淬火或调质后的硬度，一般采用洛氏、肖氏、布氏硬度计。检查大型零件，采用悬臂式或龙门式布氏硬度计、手提式布氏硬度计。为检查零件表层裂纹，采用磁粉探伤仪、萤光探伤仪。为检查零件内部质量，采用超声波探伤仪。
b ）刀具焊接设备
为切削工具焊接刀杆，用对焊机；镶焊刀头可用钎焊机或高频焊接设备。 c ）存放工夹具的装置
一般中小工具可用工具架；大型热处理件的各式装配吊具，应专设吊挂具的支架及卸吊具的卸料坑。 g ）切取试样设备
为从零件上切取试样，可采用各种锯床或切割机。 h ）其他设备
视车间的规模和工艺需要而定，有的车间专设快速试验室，配有日常生产需要的金相、化学分析、渗碳层检查、煤气、保护气等分析试验设备；机修间配有一定的各式机械加工车床、气焊、电焊及制造感应器的钳工设备；仪表修理间
配有简单的仪表校正维修设备；维修组配有维护、修筑各种炉子、装置的设备。
热处理车间设备明细表
第四章 车间建筑物
4.1 热处理车间的位置
根据工厂的生产性质和特点的不同，热处理车间可以单独建筑厂房，也可以与工序相邻的车间共用一幢厂房。
本设计车间采用独立的厂房建筑，与锻工车间邻近。热处理车间如锻工车间的位置关系如图3-1所示。
4.2 车间的要求
热处理车间在生产过程中散发出大量的热、烟、蒸气以及其它有害气体。因此，对它有以下要求。
一、防火
根据“关于建筑设计防火的原则规定”，热处理建筑物耐火等级一般为二级，要求隔墙、墙、地面、顶棚等必须耐火。对改建厂的木结构厂房用作热处理车间时，应根据防火要求作相应的防火处理。
二、通风条件
厂房要有足够的高度，合理地开设天窗，使厂房有良好的自然通风条件，保证散热、逸出烟气和有害气体，确保厂房内的卫生和温度。
三、采光和消防
厂房的结构、构造应注意防火，故厂房至少有一侧靠外墙，墙上对外开有大门，以便运输和防火。还应保证有良好的采光条件。 4.3 热处理车间面积指标 4.3.1车间面积的组成
热处理车间面积大小决定于生产规模（生产任务的大小）、各种设备的型号及其数量、工艺操作的需要等因素。根据用途，将热处理车间所占用的面积划分为三类：生产面积、辅助面积和生活面积。
一、生产面积
是指进行各主要工序，辅助工序及与主要、辅助工序有关的操作所占用的面积。如退火、正火、淬火及回火、渗碳、氮化和感应加热小组中的炉子、加热装置及淬火槽（淬火机床）等。
本身所占用的面积，操作所需的面积及工人在操作时所需通路的面积等，均属于生产面积。
此外，与车间隔开的感应加热装置、喷砂（丸）、酸洗等室所占的面积也属于生产面积。校直、检查等工序的工作地也属于生产面积（检查也有放在辅助面积内的）。
二、辅助面积
辅助面积是指安设为生产服务的、不直接参与主要和辅助工序的机构所占的面积。其大小一般约占生产面积的30%~50%。辅助面积包括车间配电室、控制气体发生站、煤气发生站、油冷却装置（有时也可认为是主要设备）、修配室、仪表室、通风室、车间仓库、中间仓库、辅助材料库及车间总车道等所占的面积
成品仓库面积可根据生产任务由式计算：
三、通道
车间应留出必要的通道，通道的宽度一般为2～3m ，车间通道面积约占生产面积25%。
总面积=生产面积+辅助面积 +通道=552 m2。
车间的总面积可取550 m2，即跨度为15m ，长度为36m ，柱距为6m 。
四、其他面积
如休息室，安全室（防火），厕所等。为充分发挥工业建筑在生产上的作用、减少投资、不妨害生产起见，一般生活面积的位置设在车间外部较为合理，多半
布置在车间外部的两侧或两端。但照顾到男女工人或工作人员的使用方便，又不能影响车间的将来发展。具体布置由土建考虑。
热处理车间面积除上述三部分外，设计时还应考虑到所设计的热处理车间的发展远景，在生产面积中应留有备用面积。
4.3.2车间平面布置 一、炉子距墙的距离
炉子后端距离墙柱的距离，一般箱式炉采用1～1.2m 。本设计箱式电阻炉、井式电阻炉和盐浴炉后端距墙柱的距离为1m 。
二、炉子间的距离
一般炉子的间距指外壳间的距离。对预先热处理车间电阻炉距离为1.5～2m ；最后热处理车间电阻炉为2～3m 。因此本设计炉子间距离为2m 。
三、炉子与淬火槽的距离
一般为1.5～1.8m ，下限适用于中小型炉，上限适用于较大型炉，本设计为1.5m
四、门洞
门的净宽应大于运输工具、产品、设备等宽度600mm 以上，洞口净高应大于运输工具产品、设备高度300mm 以上。本设计通行要求为轻型货车，洞口宽3000mm ，高3000mm ；当通行小推车时，洞口宽1800mm ，高2100mm ；当单人通行时，洞口宽900mm ，高2100mm 。
五、地面材料
热处理厂方的地面材料要求耐热、腐蚀、耐冲击，应根据车间生产工艺选择，本设计均采用水磨石
4.3.3车间面积指标
a ）半成品、成品热处理车间每平方米总面积生产指标见表3-1。
表3-1 半成品、成品热处理车间每平方米总面积生产指标
本设计热处理车间属中型规模，生产指标取2.0，则该车间的总面积为
S=525/2.0=262.5㎡
b ）车间总面积划分指标见表3-2。
表3-2 车间总面积划分指标
本设计车间主要通道面积占总面积15%（39.4㎡），辅助面积占总面积15%（39.4㎡），生产面积占70%（183.7㎡）。 4.4 车间建筑物的要求
由于热处理车间生产规模、产品特点、工艺特点、操作特点、设备及组织生产的特点、热处理车间与相邻车间的关系等因素不同，车间在生产过程中散发的热量、有害气体的影响不同和需要采暖、通风、照明等情况的差别，所以对厂房建筑的要求也不尽相同。一般来说，热处理车间厂房多为长方形，用单跨、双跨平行单层建筑。原则上应减少占地面积、减少外墙面积、减少柱基，以利于节约。车间平面尺寸以支柱轴线为基准，两行柱子之间的距离称为跨度，一行中两相邻柱子之间的距离称柱距，每一个跨度范围称为开间。
车间高度常以车间地面为基准，通常所称车间高度为自地面至房架下弦的距离。吊车高度为地面至吊车轨面的距离。
热处理车间厂房的主要组成部分为：柱子、外墙、基础、隔墙、地坪、门窗、梁架、天窗、房顶及地下室、地道、地沟等。
本设计车间跨度取15米，柱距取6米，参见表3-3。
表3-3 不同规模的热处理车间跨度和柱距
则车间的长宽尺寸为17.5m ×15m 。
厂房高度决定于热处理设备及垂直起吊最大零件的长度。装有井式炉的车间高度，决定于井式炉平台标高、最长零件长度、吊具长度、吊车有关尺寸等。自地面到车间吊车轨顶高的距离，可以用下面公式估算。
H=A+B+L+E+C
式中 H——厂房吊车轨顶高度
A ——井式炉突出地面的高度
B ——吊运的最长件离A 得距离，一般不小于400~500mm L ——最长件的长度（包括试样和吊头的长度） E ——吊具的长度
C ——吊钩中心与吊车轨面的最小极限距离（可从有关起重运输
设备查得）
一般情况下，没有吊车的成批生产的热处理车间的下弦高度为8~9m。
第五章 热处理车间平面布置
设备布置
炉子后端距墙柱的距离, 一般箱式炉取1~2m
；炉子之间的距离，小型炉
0.8~1.2m；中型炉1.2~1.5m，大型炉1.5~2.0m，间隙式炉组成的生产线0.5~0.8m，连续炉3.0~4.0m；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。井式炉炉口距地面的距离，渗碳炉0.3m ，正火、回火炉0.7~0.9m。炉子安装的高度，即炉口平面到地平的距离，工人操作时，一般为0.85~0.9m。
第六章 热处理车间的生产组织与人员
（一）组织
为适应热处理生产管理与调度方便，除一些规模较小的工段、小组和流水线上的热处理部分，如铸、锻车间小型毛坯热处理工段，机械加工生产线上的感应加热淬火部分，可分属各有关车间外，热处理通常宜作为独立的车间，以利生产技术的发展、产品质量的提高和进行成本核算。
（二）工作人员
基本工人
在规划设计中，基本工人数量的确定是按指标进行估算，每一基本工人的产量参考指标如下表格。在初步设计阶段则要根据加热设备及其他生产设备的实际定员数和负荷率计算确定：
基本工人数=计算设备的年负荷时数*设备定员数/工人年时基数。 设备定员数应根据实际需要，尽量考虑多机台管理，减少设备定员，使工人满负荷工作，提高劳动成产率。
其他人员
其他人员可按下表各类人员所占基本工人的百分比确定。
车间其他人员的计算指标
车间总人数=28+10=38（人）。
第七章 心得体会
这次课程设计，是我在寒假的时间做的，有的工艺和炉子的选择由于参考资料有限，故有些缺点。当然，做这个设计，除了需要考虑这些炉子的加热时间和工艺选择的问题，更多的是需要重新拾起已经遗忘很久的AUTOCAD 软件。炉子那些计算，也许只需要纯粹的计算和选择，但是CAD 软件更多的是需要熟练度。也许在平常的生活中，这种有用的软件在我们的手中已经逐渐淡去，但是书到用时方恨少，当自己做的时候才发现，这个使用度这么大的软件是多么的难驾驭。最后终于做完了，心里还是如释重负，感觉自己有能力战胜困难。
设计是结束了，但是更多的是今后生活中的，是更大的困难。也许厂房的设计所考虑的问题远远超过我们的知识面，也许工艺的选择在不断的更新。但是，只要用心，我们一定能走上正确的道路。
编号
热处理车间设计说明书
二级学院 材料科学与工程学院 专 业 材料科学与工程
指导教师 刘 成 龙
职 称 副 教 授
时 间 2012年02月10日
目 录
一、热处理车间任务. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1
（一）车间生产任务. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 （二）工作制度. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 二、工艺分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
（一）产品技术要求的分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 （二）工艺设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3 三、主要设备的选用及数量计算. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
（一）预备热处理设备的选择. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . （二）淬火加热设备的选择. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . （三）淬火冷却设备的选择. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . （四）回火设备的选择. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . （五）辅助设备的选择. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 四、车间建筑物. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . ..
（一） 热处理车间的位置. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..
（二） 车间的要求. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . .. （三） 热处理车间面积指标. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. （四）车间建筑物的要求. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 五、热处理车间平面布置. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . ..
（一）设备布置. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . .. 六、热处理车间的生产组织与人员. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..
（一）组织. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . .. （二）工作人员. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . .. 七、心得体会. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . ..
第一章 车间的任务和工作制度
车间生产任务
车间生产任务（或称生产纲领）是指车间承担的年产量。本次设计热处理车间的生产任务是年产500吨，生产三类六种规格的刀具，各种规格刀具的年产量各占总年产量的1/6。详见《专业课程设计任务书》。
本热处理车间生产的废品率为3%（包括热处理报废和运输报废），达15吨，故热处理车间的实际生产任务为515吨/年。则六种刀具各自的年产量为85.8吨，见表1-1。
表1-1 热处理车间生产纲领
工作制度
热处理车间常有长工艺周期的生产和热处理炉空炉升温时间长的情况，所以多数采用二班制或三班制。本设计采用二班制。
第二章 工艺分析和设备选择
2.1 产品技术要求的分析 2.1.1 材料的选择
本设计车间的生产产品为齿轮铣刀、车刀、齿轮滚动。查《热处理手册》 可知三种刀具的可用钢号。为了简化工艺和生产成本，本设计中，三类产品都选用W6Mo5Cr4V2钢号，属高速钢类。W6Mo5Cr4V2的化学成分如表2-1。
表2-1 W6Mo5Cr4V2的化学成分
2.1.2 技术分析
刀具在高速切削时，其刃部的温度可达600℃以上，而刀具硬度只有轻微的下降，要求有较高的红硬性。在这样的条件下，一般都选用高速钢。高速钢在650℃是的实际硬度仍然高于50HRC 。高速钢需要经过退火、淬火和回火处理，具体热处理工艺后面将有介绍。
查《机械加工常用刀具数据速查手册》，齿轮铣刀的尺寸数据如表2-2
表2-2 齿轮铣刀的尺寸数据（单位：mm ）
齿轮铣刀的外形如图2-1所示。
M=1~6.5
齿轮滚刀的尺寸数据如表2-3。
表2-3 齿轮滚刀的尺寸数据（单位：mm ）
齿轮滚刀的外形如下图所示。
齿轮滚刀 2.2 工艺设计 2.2.1 工艺路线
高速钢W6Mo5Cr4V2的热处理一般工艺路线如下：
预备热处理→淬火预热→淬火加热→淬火→三次回火
2.2.2 详细工艺参数
查《金属材料手册》，设计W6Mo5Cr4V2的热处理工艺参数如表2-3。
表2-3 W6Mo5Cr4V2常规热处理工艺参数
注：① 高强薄刃刀具淬火温度
② 复杂刀具淬火温度 ③ 简单刀具淬火温度 ④ 冷作模具淬火温度
对于不同的产品，由于规格尺寸的不同，则各种的热处理工艺参数略有不同。
在预热阶段，铣刀M2.25、车刀（5×5×50）和滚刀M1由于尺寸较小，选用一次预热法预热；铣刀M5.5、车刀（22×22×150）和滚刀M10 由于尺寸较大，选用二次预热法预热。预热的具体工艺参数见表2-4。铣刀和滚刀都是较复杂的工件，淬火温度选1230℃，车刀选1240℃。
表2-4 各刀具采用的预热工艺参数
在淬火工艺中，油淬适用于简单的刀具淬火，在油中冷却至300~400℃后空冷。对于形状较复杂的刀具，为了减小刀具畸变和开裂的倾向，都采用分级淬火工艺。工业生产中几乎80%的刀具都采用一次分级淬火，将淬火加热后的工件放入580~620℃的中性盐浴炉中，保持一段时间（相当于淬火加热时间），然后空冷至室温。故本设计中齿轮铣刀和齿轮滚刀采用一次分级淬火，车刀采用油淬。 2.2.3 各刀具工艺曲线
各刀具工艺曲线如图2-2所示。
（a ） 车刀5的热处理工艺曲线
（b ） 车刀22的热处理工艺曲线
（b ） 铣刀和滚刀的热处理工艺曲线
第三章 主要设备的选用及数量计算
3.1预备热处理设备的选择
初步选用RX3-75-9型中温箱式炉，炉膛尺寸为1800×900×550（单位：mm ），最大装料量200kg ，查《热处理手册》第三版第三卷表3-5知道炉温850℃时空炉升温时间为3小时。
装料时，工件与电热元件或工件与炉膛之间应保持一定的距离，查《热处理炉》附表22，RX3-75-9型中温箱式炉的有效装料体积为：
V =1430×770×500=550550000 mm³
炉冷速度一般为10~20℃/h，此处取15℃/h
则等温退火各阶段的时间：t 升温 =3h，t 保温=4+2h，t 空冷=（750-550）/15 =13.8h 上下料时间t 上下=0.5h 则，退火总时间
t 退火=3+4+2+13.3+0.5=22.8h
① 生产齿轮铣刀
a ） 生产M2.25规格的铣刀，由表2-2可知该铣刀的尺寸，则该铣刀每一个所占的空间为：
v =60×60×8.2=29520 mm³
则，每炉可装该铣刀的个数为：
n =V/v =18650.07≈18650个
则，装料总重量为：
M =0.21n =3916.5kg＞1200kg
所以，n 取5714时，M=1199.94kg＜1200kg RX3-45-9型中温箱式炉的生产率为
P =M /t 退火=52.63kg/h
则，该设备处理M2.25齿轮铣刀的年负荷时数为
E 1=Q/P =87500/52.63=1662.55h
b ） 生产M5.5规格的铣刀，同理计算：
v=95×95×18.4=166060 mm³
n ≈3315 个
M=0.92n=3049.8kg＞1200kg
当n=1304时， M=1199.68kg 则，生产率为 P=52.62kg/h
E 2=87500/52.62=1662.87h
② 生产车刀
（a ）车刀5×5×50
当n=120000时，M=1200kg P=1200/22.8=52.63kg/h E 5=87500/52.63=1662.55h
（b ）车刀22×22×150
当n=2105时，M=1199.85kg P=1199.85/22.8=52.63kg/h E 6=87500/52.63=1662.55h
③ 生产齿轮滚刀
a ）滚刀M1
同上计算：
v=3.14×（63×63）/4×63=126286.895 mm³ n=4360
M=0.13n=566.8 kg＜1200kg P=566.8/22.8=24.86 kg/h E 5=87500/24.86=3519.71h b ）滚刀M10
同上计算：
v=3.14×(200×200)/4×200=6280000 mm³ n=88
M=6.63n=583.44 kg＜1200kg P=583.44/22.8=25.6 kg/h E 6=87500/25.6=3417.97 h
综上所述，RX3-75-9型中温箱式炉用做等温热处理炉适用于所有产品， 则该设备的年负荷时数为 E= E1+E2+E3+E4+ E5+E6=13588.19h 设备数量为：C=E/ F设=3.63，C ’=4 设备负荷率为：=C/C’×100%=90.7% 符合二班制设备负荷率的要求。
3.1.1预热处理设备的选择
预热时，分一次预热和二次预热两种工艺。各刀具采用的预热工艺见表2-4。 ① 一次预热法
初步选用RDM-35-13型埋入式高温盐浴炉，炉膛尺寸200×200×500（单位：mm ），额定温度1300℃，预热温度850℃。加热系数为24s/mm。 a) 生产5×5×50车刀
由于该刀具采用一次预热法，在预热中加热时间为
t 加热=24×5=120s
查《热处理实用技术问答》，保温时间可按下列经验公式计算：
τ=αKD
式中 τ——保温时间（min ）
α——保温时间系数（min/mm），查《热处理实用技术问答》表3-4，
本设计选取0.35
K——工件装炉方式修正系数，根据《热处理实用技术问答》表3-5
选取1.0
D——工件有效厚度（mm ） 则，M2.25的保温时间为
τ
保温
=0.35×1.0×5=1.75min= 105s
所以，该刀具预热工艺时间为
t= t加热+τ
该齿轮铣刀M2.25的装料设计:
保温
=225s
埋入式盐浴炉炉膛尺寸的设计如图2-3所示。工件距离熔盐表面的距离一般不小于30mm ，本设计a 取30mm ；工件距离炉膛内壁的距离约为50mm ，本设计b 取50mm ；熔盐表面与炉膛口的距离约为50~100mm，本设计c 取50mm ；电极下端距离炉膛底的距离一般为50~70mm，
本设计取
50mm ；电极高度65~235mm，本炉型的电极高度e 取113mm ，则工件距离底部的距离大于163mm ，本设计f 取180mm 。则，该盐浴炉工作空间尺寸大约为100×100×240（单位：mm ）。
选用RDM-35-13型埋入式高温盐浴炉。该盐浴炉工作空间尺寸大约为100×100×240（单位：mm ）。
装料设计如下：
对应工作空间尺寸，装料方式为10×9×3
各方向工件之间的距离分别为
L 1= 5.56mm ，L 2= 6.88mm ，L 3= 25.5mm
综上，一次装载个数为 n=270
一次装料量为 M=0.01n= 2.7kg
生产率为 P=M/t= 27kg/h
设备年负荷时数 E=Q/P= 3240.74h
设备台数 C= 0.8654, C’=1
设备负荷率 K=86.54%
符合二班制设备负荷率80%~90%的要求。
b) 生产齿轮滚刀M1
选用RDM-50-13型埋入式高温盐浴炉，炉膛尺寸为300×250×500（单位：mm ）。同理可估出该盐浴炉工作空间尺寸大约为200×150×240（单位：mm ）。
在预热中加热时间为
t=432+378=810
装料设计如下：
对应工作空间尺寸，装料方式为3×5×3
一炉可以挂的滚刀M1的个数为
n=3×5×3=45
则一炉装料量 M=0.13n=5.85kg
生产率 P=M/t=（5.85/810）×3600=26kg/h
设备年负荷时数 E=Q/P=87500/26=3365.38h
设备数量 C=E/F设=3365.38/3744.96=0.899
C’=1台
设备负荷率 K=C/C’×100%=89.9%
符合二班制设备负荷率80%~90%的要求。
故，一次预热法需用RDM-35-13型盐浴炉1台，分別处理车刀；RDM-50-13型埋入式高温盐浴炉1台，用于处理滚刀。
② 二次预热法第一次预热
本次预热初步选用RDM —75-8型埋入式中温盐浴炉，炉膛尺寸为450×350×665（单位：mm ），额定温度为850℃，工作空间尺寸为350×250×405（单位:mm）。预热温度为650℃，加热时间是35s/mm。
a ）生产齿轮铣刀M2.25
t=287+172.2=459.2s
使用RDM —75-8型盐浴炉，装料设计如下：
对应工作空间尺寸，装料方式为20×3×5
工件之间的距离分别为 L1= 9.79mm ，L 2=35mm ，L 3=26.3mm
综上，一次装载个数为 n=300
一次装料量为 M=0.21n=63kg
生产率为 P=M/t=493.9kg/h
设备年负荷时数 E1=Q/P=177.16h
b ）生产齿轮铣刀M5.5
同上，计算铣刀的预热时间为
t=644+386.4= 1030.4s
使用RDM —75-8型盐浴炉，装料设计如下：
对应工作空间尺寸，装料方式为8×2×4
工件之间的距离分别为 L1= 28.97mm ，L 3=8.33mm
综上，一次装载个数为 n=64
一次装料量为 M=0.92n=58.88kg
生产率为 P=M/t=205.71kg/h
设备年负荷时数 E1=Q/P=425.37h
c ）生产齿轮滚刀M10
计算该刀具的预热时间为
t=2450+1470=3920s
装料设计如下：
对应工作空间尺寸，装料方式为4×1×2
综上，一次装载个数为 n=8
一次装料量为 M=6.63n= 53.04kg
生产率为 P=M/t= 48.71kg/h
设备年负荷时数 E4=Q/P=1796.36h、
d) 生产车刀22×22×150
计算该刀具的预热时间为
t= 770 + 462 = 1232 s
装料设计如下：
对应工作空间尺寸，装料方式为6×5×2
工件之间的距离分别为 L1= 43.6mm ，L 2=36.4mm
综上，一次装载个数为 n=60
一次装料量为 M=0.57n= 34.2kg
生产率为 P=M/t= 139.91kg/h
设备年负荷时数 E=Q/P= 625.4h
综上所述，使用RDM-75-8型埋入式中温盐浴炉处理以上刀具的年负荷时数之和为
E=E1+E2+E3+E4=3024.29h
设备台数 C=0.8076,C’=1
设备负荷率为 K=80.76%
符合二班制设备负荷率80%~90%的要求。
③ 二次预热法第二次预热
A ）生产齿轮滚刀M10
该滚刀采用的是二次预热法，该方法的第二次预热温度为850℃，加热系数为24s/mm。该铣刀的有效厚度为70mm ，则预热中的加热时间为
t 加热=24×70= 1680s
保温时间为
τ保温 =0.35×1.0×70=24.5min=1470s
预热工艺总时间为
t= t加热+τ保温= 3150s
由于该滚刀的尺寸太大，RDM-35-13型埋入式高温盐浴炉已不适用，现选用RDM-100-13型埋入式高温盐浴炉，炉膛尺寸为450×350×560（单位：mm ）。同理可估出该盐浴炉工作空间尺寸大约为350×250×300（单位：mm ）。
装料设计如下：
对应工作空间尺寸，装料方式为5×1×1
综上，一次装载个数为 n=5
一次装料量为 M=6.63n=33.15kg
生产率为 P=M/t=37.89kg/h
设备年负荷时数 E4=87500/P=2309.32h
B ）生产齿轮铣刀M2.25
该铣刀采用的是二次预热法，该方法的第二次预热温度为850℃，加热系数为24s/mm。该铣刀的有效厚度为8.2mm ，则预热中的加热时间为
t 加热=24×8.2= 196.8s
保温时间为
τ保温 =0.35×1.0×8.2=2.87min=172.2s
预热工艺总时间为
t= t加热+τ保温= 369s
炉膛尺寸为450×350×560（单位：mm ）。同理可估出该盐浴炉工作空间尺寸大约为350×250×300（单位：mm ）。
装料设计如下：
铣刀外径为D=60mm
对应工作空间尺寸，装料方式为20×3×4
综上，RDM-100-13型盐浴炉可以一次装载铣刀的个数为
n=240
则一次装料量为 M=0.21n=50.4kg
生产率为 P=M/t=491.71kg/h
设备年负荷时数 E1=Q/P=177.95h
c ）生产齿轮铣刀M5.5
该铣刀采用的是二次预热法，该方法的第二次预热温度为850℃，加热系数为24s/mm。该铣刀的有效厚度为26.1mm ，则预热中的加热时间为
t 加热=24×18.4= 441.6s
保温时间为
τ保温=0.35×1.0×18.4=6.44min=386.4s
预热工艺总时间为
t= t加热+τ保温= 828s
炉膛尺寸为450×350×560（单位：mm ）。同理可估出该盐浴炉工作空间尺寸大约为350×250×300（单位：mm ）。
装料设计如下：
铣刀外径为D=95mm
对应工作空间尺寸，装料方式为12×2×3
综上，RDM-100-13型盐浴炉可以一次装载铣刀的个数为
n=72
则一次装料量为 M=0.92n=66.24kg
生产率为 P=M/t=288kg/h
设备年负荷时数 E1=Q/P=303.81h
d ）生产车刀22×22×150
计算该刀具的预热时间为
t= 528 + 462 = 990 s
装料设计如下：
对应工作空间尺寸，装料方式为9×8×1
综上，一次装载个数为 n=72
一次装料量为 M=0.57n= 41.04kg
生产率为 P=M/t= 149.24kg/h
设备年负荷时数 E=Q/P= 542.69h
综上所述，使用RDM-100-13型埋入式高温盐浴炉处理以上刀具的年负荷时数之和为
E=E1+E2+E3+E4=3333.77h
设备台数 C=0.8902,C’=1
设备负荷率为 K=89.02%
符合二班制设备负荷率80%~90%的要求。
3.2 淬火加热设备的选择
高速钢的淬火加热在氯化钡盐浴中进行, 加热前对盐浴进行脱氧, 以防工件氧化和脱碳。
高速钢加热时碳化物的溶解主要取决于加热温度，但是在一定的加热温度下，有一个最合适的加热时间，超过这个时间，不但对提高钢的硬度和热硬性不起作用，反而会使钢的晶粒长大，力学性能下降，使冲击韧度和强度都降低。
在盐浴炉中加热时，各种高速钢刀具的加热系数一般为6~15s/mm。选取加热系数时，应考虑刀具的不同、装炉量、夹具等因素。一般大型刀具选用小的加热系数，小型刀具选用大的加热系数；小型刀具装炉量大时，由于碳化物的溶解需要一定的时间，因此，加热时间最小不得小于45s 。
考虑到齿轮滚刀M10尺寸过大，初步选用RDM-100-13型埋入式高温盐浴炉。 a ） 加热齿轮铣刀M2.25
计算该刀具的加热时间：
由于该刀具的有效厚度只有8.2mm ，则加热系数取15s/mm，则
t 加热=15×8.2=123s
计算该刀具的保温时间：
t 保温=αKD （α=0.17min/mm，K=1.0）
所以 t 保温=0.17×1.0×8.2×60=83.64s
该刀具淬火加热总共时间为
t=123+83.64=206.64s
装料方式设计：
由上文可知，该炉型的工作空间尺寸大约为350×250×300（单位：mm ）。对应该尺寸，装料方式为18×2×3。
一次装载个数为 n=108
一次装料量为 M=22.68kg
生产率为 P=M/t=395.12kg/h
设备年负荷时数为 E 1=Q/P=221.45h
b ）加热齿轮铣刀M5.5
同上，计算该刀具的淬火加热时间：
该刀具有效厚度18.4mm ，加热系数取10s/mm。则
t=184+187.68=371.68s
装料方式设计：
对应工作空间尺寸，装料方式为9×2×2
一次装载个数为 n=36
一次装料量为 M=33.12kg
生产率为 P=320.79kg/h
设备年负荷时数为 E 2=272.76h
c ） 加热滚刀M1
计算该刀具的淬火加热时间：
取加热系数为15s/mm。则
t=270+183.6=453.6s
装料方式设计：
对应工作空间尺寸，装料方式为8×3×4
一次装载个数为 n=96
一次装料量为 M= 12.48kg
生产率为 P= 99.05kg/h
设备年负荷时数 E 5= 883.39h
d ）加热滚刀M10
计算该刀具的淬火加热时间：
取加热系数为6s/mm。则
t=420+714=1134s
装料方式设计：
对应工作空间尺寸，装料方式为3×1×1
一次装载个数为 n=3
一次装料量为 M= 19.89kg
生产率为 P=63.14kg/h
设备年负荷时数 E 6= 1385.81h
e ） 加热车刀5×5×50
计算该刀具的淬火加热时间：
取加热系数为15s/mm。则
t= 75+ 51= 126s
装料方式设计：
对应工作空间尺寸，装料方式为24×22×5
一次装载个数为 n= 2640
一次装料量为 M= 26.4kg
生产率为 P= 754.29kg/h
设备年负荷时数 E 5=116.01h
f ） 加热车刀22×22×150
计算该刀具的淬火加热时间：
取加热系数为8s/mm。则
t= 176+ 224.4= 404.4s
装料方式设计：
对应工作空间尺寸，装料方式为8×6×1
一次装载个数为 n=48
一次装料量 M= 27.36kg
生产率为 P=243.56kg/h
设备年负荷时数 E 6= 359.24h
综上所述，使用RDM-100-13型盐浴炉处理各刀具的年负荷时数之和为
E=E1+E2+E 3+E 4+E5+E6= 3238.66
设备台数 C=E/F设=0.8648，C ’=1
设备负荷率为 K=86.48%
符合二班制设备负荷率80%~90%的要求。
3.3 淬火冷却设备的选择
由于高速钢的合金含量高，因此具有很好的淬透性。高速钢淬火冷却方法主要有油冷、分级淬火、等温淬火三种，本设计主要采用油冷和分级淬火两种。
1．淬火油槽
将加热后的工件在油中冷却至300~400℃后，取出空冷。这种方法简单易行，工件表面油迹烧尽后，可趁热校直。但冷速块，淬火应力大，容易引起畸变和开裂；同时，油燃烧时产生烟雾，污染工作环境。此法只适用于形状简单、尺寸较大的刀具淬火或单件的淬火。
由于车刀形状简单，故采用油冷淬火。淬火槽主要由槽体、搅动装置、控温装置组成。槽体选用3~5mm（小型槽）的钢板焊成，周围附以型钢为加强肋，以提高其强度和刚性；底座由型钢制成，便于安装和运输。为保证工件淬入槽中或淬火介质膨胀时，淬火介质不致溢出槽外，以及便于介质循环冷却，一般在槽口边缘外侧设有溢流槽。盐浴炉用的淬火槽多为立方体，槽的长宽尺寸应大于最大炉底长宽尺寸，深度大于最长垂直淬火零件的长度。搅动装置选用螺旋桨搅动。控温装置分加热装置和冷却装置，加热采用管状加热元件置于淬火槽内将淬火介质加热；冷却采用更换淬火介质的方法。
2．分级淬火盐浴炉
分级温度一般为580~620℃。分级淬火可以大大减少畸变和开裂倾向。加热
后的工件经分级停留后，工件表里温度都降低到分级温度，内外温差减小。随后，从分级温度在空气中冷却是，冷却速度比较缓慢，沿工件截面产生马氏体转变的不同时性减小，因而可显著减小组织应力和热应力，从而减小畸变可开裂倾向。
分级淬火可分为一次、二次或多次分级淬火。本设计采用一次分级淬火，将工件放入580~620℃的中性盐浴中，保持一段时间（相当于淬火加热时间），然后空冷至室温。一次分级淬火用于一般刀具，操作简单，能保证质量。
初步选用RDM-75-8型埋入式中温盐浴炉，额定温度为850℃，炉膛尺寸为450×350×665(单位：mm) ，则工作空间尺寸大约为350×250×405（单位：mm ）。
为了便于工人操作，减少不必要的麻烦，各刀具装料方式仍然采用淬火加热时对应的装料方式。即除了温度不同，其它所有分级淬火工艺跟淬火加热相同。故，使用RDM-75-8型盐浴炉处理各刀具的年负荷时数之和仍然为
E= E1+E2+E 3+E 4+E5+E6= 3238.66
设备台数 C=E/F设= 0.8648，C ’=1
设备负荷率为 K=86.48%
符合二班制设备负荷率80%~90%的要求。
3.4 回火设备的选择
高速钢的回火温度一般为550~570℃，保温时间通常为60min ，回火次数不少于三次，每次回火冷却都要冷至室温。
初步选用RJ2-35-6型低温井式电阻炉，额定温度为650℃，炉膛尺寸为500（直径）×650（高），最大一次装料量250kg 。设计一次装炉量为160kg ，则生产率为160kg/h。该井式炉用于处理所有刀具，故其年产量为525t 。
设备年负荷时数为 E=525000/160=3281.25h
设备台数 C=0.8762， C’=1
设备负荷率为 K=87.62%
符合二班制设备负荷率80%~90%的要求。
3.4辅助设备的选择
a ）起重运输设备
起重运输设备应根据所起吊零件的最大起重量，并考虑到零件吊具、吊架、垫盘及各种装料罐的重量，以及特殊设备的安装、维修等需要而进行选用。
简单机械化热处理车间，主要采用吊车起重运输，如桥式起重机、梁式起重机、单轨吊车（单轨气动或电动葫芦）。本设计车间属简单机械化车间，且生产中小零件，故采用梁式起重机（起重5t ），地面操作。
车间内部运输可用手推车、电瓶车、电动平车。对车间外运输采用电瓶车、汽车。
b ）清洗清理设备
为清除零件淬油后油污垢，可采用清洗槽、室式清洗机或输送带式清洗机，选用碱性清洗液或合成洗涤剂。
为清理零件表面的氧化皮等，可采用喷砂机、喷丸机、清理滚筒、软砂轮机、风动砂轮机及酸洗槽等。如：可选用6GM-5M5R 履带式抛丸机。 c ）校直设备
矫正零件淬火后的变形，可采用手动螺旋压床、油压校直机或机械压床进行校直。 a ）检查设备
为检查工件淬火或调质后的硬度，一般采用洛氏、肖氏、布氏硬度计。检查大型零件，采用悬臂式或龙门式布氏硬度计、手提式布氏硬度计。为检查零件表层裂纹，采用磁粉探伤仪、萤光探伤仪。为检查零件内部质量，采用超声波探伤仪。
b ）刀具焊接设备
为切削工具焊接刀杆，用对焊机；镶焊刀头可用钎焊机或高频焊接设备。 c ）存放工夹具的装置
一般中小工具可用工具架；大型热处理件的各式装配吊具，应专设吊挂具的支架及卸吊具的卸料坑。 g ）切取试样设备
为从零件上切取试样，可采用各种锯床或切割机。 h ）其他设备
视车间的规模和工艺需要而定，有的车间专设快速试验室，配有日常生产需要的金相、化学分析、渗碳层检查、煤气、保护气等分析试验设备；机修间配有一定的各式机械加工车床、气焊、电焊及制造感应器的钳工设备；仪表修理间
配有简单的仪表校正维修设备；维修组配有维护、修筑各种炉子、装置的设备。
热处理车间设备明细表
第四章 车间建筑物
4.1 热处理车间的位置
根据工厂的生产性质和特点的不同，热处理车间可以单独建筑厂房，也可以与工序相邻的车间共用一幢厂房。
本设计车间采用独立的厂房建筑，与锻工车间邻近。热处理车间如锻工车间的位置关系如图3-1所示。
4.2 车间的要求
热处理车间在生产过程中散发出大量的热、烟、蒸气以及其它有害气体。因此，对它有以下要求。
一、防火
根据“关于建筑设计防火的原则规定”，热处理建筑物耐火等级一般为二级，要求隔墙、墙、地面、顶棚等必须耐火。对改建厂的木结构厂房用作热处理车间时，应根据防火要求作相应的防火处理。
二、通风条件
厂房要有足够的高度，合理地开设天窗，使厂房有良好的自然通风条件，保证散热、逸出烟气和有害气体，确保厂房内的卫生和温度。
三、采光和消防
厂房的结构、构造应注意防火，故厂房至少有一侧靠外墙，墙上对外开有大门，以便运输和防火。还应保证有良好的采光条件。 4.3 热处理车间面积指标 4.3.1车间面积的组成
热处理车间面积大小决定于生产规模（生产任务的大小）、各种设备的型号及其数量、工艺操作的需要等因素。根据用途，将热处理车间所占用的面积划分为三类：生产面积、辅助面积和生活面积。
一、生产面积
是指进行各主要工序，辅助工序及与主要、辅助工序有关的操作所占用的面积。如退火、正火、淬火及回火、渗碳、氮化和感应加热小组中的炉子、加热装置及淬火槽（淬火机床）等。
本身所占用的面积，操作所需的面积及工人在操作时所需通路的面积等，均属于生产面积。
此外，与车间隔开的感应加热装置、喷砂（丸）、酸洗等室所占的面积也属于生产面积。校直、检查等工序的工作地也属于生产面积（检查也有放在辅助面积内的）。
二、辅助面积
辅助面积是指安设为生产服务的、不直接参与主要和辅助工序的机构所占的面积。其大小一般约占生产面积的30%~50%。辅助面积包括车间配电室、控制气体发生站、煤气发生站、油冷却装置（有时也可认为是主要设备）、修配室、仪表室、通风室、车间仓库、中间仓库、辅助材料库及车间总车道等所占的面积
成品仓库面积可根据生产任务由式计算：
三、通道
车间应留出必要的通道，通道的宽度一般为2～3m ，车间通道面积约占生产面积25%。
总面积=生产面积+辅助面积 +通道=552 m2。
车间的总面积可取550 m2，即跨度为15m ，长度为36m ，柱距为6m 。
四、其他面积
如休息室，安全室（防火），厕所等。为充分发挥工业建筑在生产上的作用、减少投资、不妨害生产起见，一般生活面积的位置设在车间外部较为合理，多半
布置在车间外部的两侧或两端。但照顾到男女工人或工作人员的使用方便，又不能影响车间的将来发展。具体布置由土建考虑。
热处理车间面积除上述三部分外，设计时还应考虑到所设计的热处理车间的发展远景，在生产面积中应留有备用面积。
4.3.2车间平面布置 一、炉子距墙的距离
炉子后端距离墙柱的距离，一般箱式炉采用1～1.2m 。本设计箱式电阻炉、井式电阻炉和盐浴炉后端距墙柱的距离为1m 。
二、炉子间的距离
一般炉子的间距指外壳间的距离。对预先热处理车间电阻炉距离为1.5～2m ；最后热处理车间电阻炉为2～3m 。因此本设计炉子间距离为2m 。
三、炉子与淬火槽的距离
一般为1.5～1.8m ，下限适用于中小型炉，上限适用于较大型炉，本设计为1.5m
四、门洞
门的净宽应大于运输工具、产品、设备等宽度600mm 以上，洞口净高应大于运输工具产品、设备高度300mm 以上。本设计通行要求为轻型货车，洞口宽3000mm ，高3000mm ；当通行小推车时，洞口宽1800mm ，高2100mm ；当单人通行时，洞口宽900mm ，高2100mm 。
五、地面材料
热处理厂方的地面材料要求耐热、腐蚀、耐冲击，应根据车间生产工艺选择，本设计均采用水磨石
4.3.3车间面积指标
a ）半成品、成品热处理车间每平方米总面积生产指标见表3-1。
表3-1 半成品、成品热处理车间每平方米总面积生产指标
本设计热处理车间属中型规模，生产指标取2.0，则该车间的总面积为
S=525/2.0=262.5㎡
b ）车间总面积划分指标见表3-2。
表3-2 车间总面积划分指标
本设计车间主要通道面积占总面积15%（39.4㎡），辅助面积占总面积15%（39.4㎡），生产面积占70%（183.7㎡）。 4.4 车间建筑物的要求
由于热处理车间生产规模、产品特点、工艺特点、操作特点、设备及组织生产的特点、热处理车间与相邻车间的关系等因素不同，车间在生产过程中散发的热量、有害气体的影响不同和需要采暖、通风、照明等情况的差别，所以对厂房建筑的要求也不尽相同。一般来说，热处理车间厂房多为长方形，用单跨、双跨平行单层建筑。原则上应减少占地面积、减少外墙面积、减少柱基，以利于节约。车间平面尺寸以支柱轴线为基准，两行柱子之间的距离称为跨度，一行中两相邻柱子之间的距离称柱距，每一个跨度范围称为开间。
车间高度常以车间地面为基准，通常所称车间高度为自地面至房架下弦的距离。吊车高度为地面至吊车轨面的距离。
热处理车间厂房的主要组成部分为：柱子、外墙、基础、隔墙、地坪、门窗、梁架、天窗、房顶及地下室、地道、地沟等。
本设计车间跨度取15米，柱距取6米，参见表3-3。
表3-3 不同规模的热处理车间跨度和柱距
则车间的长宽尺寸为17.5m ×15m 。
厂房高度决定于热处理设备及垂直起吊最大零件的长度。装有井式炉的车间高度，决定于井式炉平台标高、最长零件长度、吊具长度、吊车有关尺寸等。自地面到车间吊车轨顶高的距离，可以用下面公式估算。
H=A+B+L+E+C
式中 H——厂房吊车轨顶高度
A ——井式炉突出地面的高度
B ——吊运的最长件离A 得距离，一般不小于400~500mm L ——最长件的长度（包括试样和吊头的长度） E ——吊具的长度
C ——吊钩中心与吊车轨面的最小极限距离（可从有关起重运输
设备查得）
一般情况下，没有吊车的成批生产的热处理车间的下弦高度为8~9m。
第五章 热处理车间平面布置
设备布置
炉子后端距墙柱的距离, 一般箱式炉取1~2m
；炉子之间的距离，小型炉
0.8~1.2m；中型炉1.2~1.5m，大型炉1.5~2.0m，间隙式炉组成的生产线0.5~0.8m，连续炉3.0~4.0m；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。井式炉炉口距地面的距离，渗碳炉0.3m ，正火、回火炉0.7~0.9m。炉子安装的高度，即炉口平面到地平的距离，工人操作时，一般为0.85~0.9m。
第六章 热处理车间的生产组织与人员
（一）组织
为适应热处理生产管理与调度方便，除一些规模较小的工段、小组和流水线上的热处理部分，如铸、锻车间小型毛坯热处理工段，机械加工生产线上的感应加热淬火部分，可分属各有关车间外，热处理通常宜作为独立的车间，以利生产技术的发展、产品质量的提高和进行成本核算。
（二）工作人员
基本工人
在规划设计中，基本工人数量的确定是按指标进行估算，每一基本工人的产量参考指标如下表格。在初步设计阶段则要根据加热设备及其他生产设备的实际定员数和负荷率计算确定：
基本工人数=计算设备的年负荷时数*设备定员数/工人年时基数。 设备定员数应根据实际需要，尽量考虑多机台管理，减少设备定员，使工人满负荷工作，提高劳动成产率。
其他人员
其他人员可按下表各类人员所占基本工人的百分比确定。
车间其他人员的计算指标
车间总人数=28+10=38（人）。
第七章 心得体会
这次课程设计，是我在寒假的时间做的，有的工艺和炉子的选择由于参考资料有限，故有些缺点。当然，做这个设计，除了需要考虑这些炉子的加热时间和工艺选择的问题，更多的是需要重新拾起已经遗忘很久的AUTOCAD 软件。炉子那些计算，也许只需要纯粹的计算和选择，但是CAD 软件更多的是需要熟练度。也许在平常的生活中，这种有用的软件在我们的手中已经逐渐淡去，但是书到用时方恨少，当自己做的时候才发现，这个使用度这么大的软件是多么的难驾驭。最后终于做完了，心里还是如释重负，感觉自己有能力战胜困难。
设计是结束了，但是更多的是今后生活中的，是更大的困难。也许厂房的设计所考虑的问题远远超过我们的知识面，也许工艺的选择在不断的更新。但是，只要用心，我们一定能走上正确的道路。