硬质合金烧结车间设计.docx

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1、（2013届）本科毕业设计资料 题 目 名 称：年产300吨硬质合金氢气烧结车间设计 学 院（部）： 冶 金 工 程 学 院 专 业： 金属材料工程 学 生 姓 名： 郑吉祥 班 级：金属材料092 学号： 09405700926 指导教师姓名： 郭峰 职称： 副教授 最终评定成绩： 湖南工业大学教务处 2013届本科毕业设计资料第一部分 毕业设计说明书 （2013届）本科毕业设计题 目 名 称：年产300吨硬质合金氢气烧结车间设计 学 院（部）： 冶 金 工 程 学 院 专 业： 金属材料工程 学 生 姓 名： 郑吉祥 班 级：金属材料092 学号： 09405700926 指导教师姓名：

2、郭峰 职称： 副教授 最终评定成绩： 2013年 6 月湖南工业大学本科毕业设计诚信声明本人郑重声明：所呈交的毕业设计，题目年产300吨硬质合金氢气烧结车间设计是本人在指导教师的指导下，进行研究工作所取得的成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文章以明确方式注明。除此之外，本设计不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。本人完全意识到本声明应承担的责任。作者签名：日期： 年 月 日摘 要目前世界上硬质合金刀具己占刀具主导地位，占比达70%；金刚石、立方氮化硼等超硬刀具占比约为3%左右；而高速钢刀具，以每年1%2%速度缩减，当下所占比例己降至30%以下。我国木材工业近年发展

3、迅速,硬质合金刀具材料已经成为目前木材加工工业主要的切削刀具材料，并且在今后相当长的一段时间内，仍将在木材切削加工中占据重要地位。采用成熟的、生产成本较低的氢气烧结技术，正确选用硬质合金原材料，严格控制产品质量和生产效率，进一步优化产品结构和促进产业升级，本项目可行。本硬质合金锯齿刀片烧结车间设计内容主要包括可行性研究、厂址选择、生产工艺、物料平衡计算、主辅设备选择、车间劳动组织，技术经济预算，车间平面布置。项目投资约224万元，其中含建设投资160万元，流动资金64万元，厂房占地面积500，年生产能力达300吨，采用氢气烧结工艺生产。关键词：粉末冶金；硬质合金；车间设计；氢气烧结ABSTRA

4、CTThe cemented carbide tools accounted for dominant position in the world, accounted for 70%; Diamond and cubic boron nitride super hard cutting tools accounted for about 3%; And high speed steel cutter, cut with the annual speed of 1% 2%, the proportion has dropped to below 30%. Timber industry in

5、China has been developing rapidly in recent years, cemented carbide cutting tool materials has become the main cutting tool material in wood processing industry, and in quite a long time in the future, will still has an important role in wood cutting. Adopting mature, lower production cost of hydrog

6、en sintering technology, selects the cemented carbide raw material right, strictly control product quality and production efficiency, to optimize product structure and promote industrial upgrading, this project is feasible. The carbide serrated blade sintering workshop design content mainly includes

7、 the feasibility study, site selection, production process, material balance calculation, advocate complementary equipment selection, shop labor organization, technical and economic budget, workshop layout. Project investment of about 2.24 million yuan, of which contain the construction investment o

8、f 1.6 million yuan, floating capital 640000 yuan, factory building covers an area of 500 , with annual production capacity of 300 tons, using hydrogen sintering process in production.Keywords: Powder metallurgy；Cemented carbide；Workshop design；Hydrogen sintering目录第1章 总论1第2章 可行性研究32.1 项目背景32.2 行业发展现状

9、及趋势42.3 市场预测42.4 新工艺与新技术52.5 可行性建议5第3章 厂址选择63.1 厂址选择6第4章 生产工艺74.1 产品方案74.2 工艺流程74.3 烧结工艺选择74.4 烧结工艺质量控制原理74.4 烧结工艺缺陷分析9第5章 物料平衡计算125.1 产品方案125.2 物料平衡计算12第6章 主辅设备选型与计算146.1 设备选择的原则146.2 设备的选择146.2.1 钼丝烧结炉146.2.2 液氨制氢系统156.2.3 喷砂机166.2.4 冷却塔176.3 设备的数量18第7章 车间劳动组织197.1 车间劳动定员197.1.1 车间人员组成197.1.2 确定各类

10、人员数量的原则20第8章 技术经济预算218.1 建设投资概算218.2 流动资金概算228.3 产品成本概算22第9章 车间平面布置249.1 车间平面布置的原则249.2 车间平面布置图25结论25参考文献26致 谢27第1章 总论我国木材工业近年发展迅速,家具和地板生产在全球市场上占有重要地位,产品在国际市场的竞争力不断增强。为进一步提升产品的档次和市场竞争力,对木工机械和木工刀具都提出了新的要求。目前,普通切削材料的机械加工刀具已不能满足新工艺要求,硬质合金刀具材料已经成为目前木材加工工业主要的切削刀具材料，并且在今后相当长的一段时间内，仍将在木材切削加工中占据重要地位。但我国每年还要

11、进口相当数量的木工刀具，国产木工刀具还不能完全满足性能需要，与发达国家相比还有不小差距1。硬质合金锯齿刀片应用范围主要是：用于硬木材、回收木料及铝合金的专用硬质合金切割锯片；适用于胶合板、密度板及夹层板的专用硬质合金切割锯片；适用于钢材的专用硬质合金切割锯。目前，国内硬质合金各类锯齿片需求总量超过1000吨，生产厂家几十家。特别是在硬质合金各类锯齿片供给上，以株洲欧科亿为代表的中小型企业却有着绝对优势。并且在今后相当长的一段时间内，仍将在行业中占据重要地位。随着各种硬质合金性能改进技术和涂层技术的不断完善，硬质合金刀具材料的切削性能将不断提高2。本项目为年产300吨硬质合金锯齿刀片氢气烧结车间

12、设计，采用成熟的、生产成本较低的氢气烧结技术，正确选用硬质合金原材料，严格控制产品质量和生产效率，进一步优化产品结构和促进产业升级，本项目可行。本硬质合金锯齿刀片烧结车间设计内容主要包括可行性研究、厂址选择、生产工艺、物料平衡计算、主辅设备选择、车间劳动组织，技术经济预算，车间平面布置。本车间厂址选在株洲，生产工艺采用氢气烧结方式。因为氢气烧结是我国硬质合金工业采用的传统工艺，由氢气烧结与氨分解制氢相配套组成的硬质合金烧结主体工艺，至今仍然是大多数中小企业还在使用的典型工艺。且相对于真空烧结和气压烧结等方法，它最显著的特点是一次性投资和运行成本低。本车间生产的刀片型号为K01和K05，二者年产

13、量均为150t。生产工艺流程为：装舟烧结检验喷砂包装入库。在烧结过程中，通过对烧结温度、推舟速度(烧结时间、冷却速度)、氢气流量、装舟量、填料含碳量等的有机配合，从而获得最佳的合金组织、最佳性能和防止产品变形、弯曲和起皮等外观缺陷，获得高质量的锯齿刀片。本车间规定了出厂产品年产量，故物料平衡计算时采用“自下而上”的计算方法，即根据工艺流程从最终的产品产量开始向上逐步计算出整个生产过程开始所需要的原料量。本车间所需要的主辅设备有钼丝烧结炉，冷却塔，喷砂机，液氨制氢系统等。技术经济预算包括建设投资概算，流动资金概算，产品成本概算等。车间平面布置遵循的原则是：满足工艺要求，使生产线合理；车间平面布置

14、应既有利于生产，又使占地面积小，缩短生产周期，提高生产率和单位面积产量；布置要紧凑，提高建筑系数，且为将来的发展留有余地。第2章 可行性研究2.1 项目背景 硬质合金由Schroter于1926年首先发明。硬质合金是由WC、TiC、TaC、NbC、VC等难熔金属碳化物以及作为粘结剂的铁族金属用粉末冶金方法制备而成。与高速钢相比,它具有较高的硬度、耐磨性和红硬性;与超硬材料相比,它具有较高的韧性。由于硬质合金具有良好的综合性能,因此在刀具行业得到了广泛应用,目前国外90%以上的车刀、55%以上的铣刀均采用硬质合金材料制造。经过几十年的不断发展,硬质合金刀具的硬度已达8993HRA,在1000的高

15、温下仍具有较好的红硬性,其耐用度是高速钢刀具的几十倍。硬质合金牌号通常可分为三类:YG类(WC-Co类):该类硬质合金制造的刀具具有较好的韧性、耐磨性、导热性等,主要用于加工铸铁、有色金属和非金属。YT类(WC-TiC-Co类):由于材料中加入了TiC,使材料的硬度和耐磨性有所提高,但抗弯刚度有所降低。该类硬质合金具有高硬度和高耐热性,抗粘结、抗氧化能力较好,适用于加工钢材,切削时刀具磨损小,耐用度较高。YW类(WC-TiC-TaC-Co类):在YT材料中加入TaC是为了提高刀具的强度、韧性和红硬性。该类硬质合金材料具有很高的高温硬度、高温强度和较强的抗氧化能力,特别适于加工各种高合金钢、耐热

16、合金和各种合金铸铁3。目前世界上硬质合金刀具己占刀具主导地位，占比达70%；金刚石、立方氮化硼等超硬刀具占比约为3%左右；而高速钢刀具，以每年1%2%速度缩减，当下所占比例己降至30%以下。我国目前年产硬质合金2.2万吨，占全球总产量40%左右。从经济效益方面比较，我国刀具年销售额为150亿元，硬质合金销售收入约5.6亿美元，其刀具所占比例不足25%；日本的刀具产量仅为我国40%，但销售收入高达26.33亿美元，其刀具占比高达72%。我国刀具产品与国际市场刀具产品结构相去甚远，不仅不能满足国内制造业对硬质合金刀具日益增长的需求，也使我国宝贵的硬质合金资源未得到充分利用。就木材工业来说，切削加工

17、是生产中最基木、最广泛、最重要的工艺之一，直接影响生产效率、加工成木和能源消耗。随着木材工业技术的进步，各种木质复合材料、贴合板、木竹集成材，尤其是二聚氰胺浸渍纸贴合板、PVC贴合板、A1203强化贴合板等材料越来越多地用于家具、地板、屋面板和工程木制件等。这些材料很难切削加工，简单的切削工序、常规的刀具结构和普通的刀具材料难以胜任或根木无法实现切削加工。另外，随着木材工业技术的发展，人造板生产设备、制材设备、家具制造设备等正朝自动化程度高、功能全、进给快和生产效率高的方向发展。两方面技术的进步促进了切削刀具材料和制造技术的发展4。2.2行业发展现状及趋势我国木材工业近年发展迅速,家具和地板生

18、产在全球市场上占有重要地位,产品在国际市场的竞争力不断增强。为进一步提升产品的档次和市场竞争力,对木工机械和木工刀具都提出了新的要求。目前,普通切削材料的机械加工刀具已不能满足新工艺要求,木工刀具正向着超硬材料、高速高效和高精度方向发展。切削材料,如立方氮化硼(CBN)、聚晶金刚石(PCD)、涂层金刚石(CVD)和单晶金刚石(MCD)等超硬材料的相继问世,无疑对木工刀具行业的发展起到积极的推动作用。木工刀具的制造精度日益提高,不断出现新的刀具设计和新的产品。近年来,木工刀具的设计及制造技术正向着提高加工精度、提高产品质量、降低制造成本和使用成本、大批量和规模化生产方向发展。通常用于木工刀具的切

19、削材料主要为碳素工具钢、合金工具钢、斯太立合金、高速钢等,这些材料常用于低切削速度、低进料速度和加工精度要求不高的场合,如刨刀、锯片、铣刀等,一般用于实木加工。随着纤维板、刨花板、胶合板和层积材等木质复合材料的出现,这些传统的切削材料已不能满足工艺要求。性能优异的硬质合金材料,现广泛地应用于木材加工用刀具,并逐渐替代了高速钢等材料,提高了生产效率和加工质量。改革开放以来，我国木工刀具制造业通过引进、合资、重组、改制等途径，在上海、浙江、江苏、广东、山东、四川、辽宁等地，已经形成了一个较为完整的工业体系。已能生产硬质合金镶焊齿带锯条和圆锯片、双金属带锯条、硬质合金可转位铣刀和钻头，聚晶金刚石刀具

20、等。但我国每年还要进口相当数量的木工刀具，国产木工刀具还不能完全满足性能需要，与发达国家相比还有不小差距。硬质合金刀具材料已经成为目前木材加工工业主要的切削刀具材料，并且在今后相当长的一段时间内，仍将在木材切削加工中占据重要地位5。2.3市场预测中国 “十二.五” 经济发展的主线是经济结构转型，从外需向内需、从高碳向低碳、从强国向富民将是我国“十二.五”期间经济转型的三大亮点。在今后相当长一段时间内，我国的国民经济仍将快速发展，将持续为硬质合金工业创造良好的发展环境。从经济发展和政策层面，本项目是可行的。近二十年来，硬质合金企业的发展也体现了机制的重要作用。我国硬质合金工业体系现阶段仍然是国有

21、大型企业占主导地位，但是中小型民营企业在迅速崛起，整体发展速度高于全国平均水平。市场机制对中小型民营企业发展有极大推动，而国有大型企业发展则显得负荷较重，举步艰难。同时，改革开放和引进外资促进了我国硬质合金工业的发展，也加剧了国内市场竞争。如瑞典山特维克公司、美国肯纳金属公司、德国维迪亚公司和格灵公司、日本三菱公司等一批跨国公司。这些外国公司资金充足、技术先进、竞争力强。因此，从市场分析和保护民族工业发展方面考虑，都应认真探讨并制订有力的竞争对策。硬质合金锯齿刀片应用范围主要是：用于硬木材、回收木料及铝合金的专用硬质合金切割锯片；适用于胶合板、密度板及夹层板的专用硬质合金切割锯片；适用于钢材的

22、专用硬质合金切割锯。目前，国内硬质合金各类锯齿片需求总量超过1000吨，生产厂家几十家。特别是在硬质合金各类锯齿片供给上，以株洲欧科亿为代表的中小型企业却有着绝对优势。并且在今后相当长的一段时间内，仍将在行业中占据重要地位。随着各种硬质合金性能改进技术和涂层技术的不断完善，硬质合金刀具材料的切削性能将不断提高6。2.4新工艺与新技术为进一步改善硬质合金刀具的综合切削性能，目前的研究热点仍然主要集中在以下几个方面：（1）细化晶粒；（2）添加稀有金属；（3）涂层硬质合金刀具等。当前硬质合金木工刀具材料正向着两个相反的方向发展，一方面，通用型牌号的适用面越来越广，通用性越来越强；另一方面，专用型牌号

23、越来越具有针对性，更加适应被加工材料和切削条件，从而达到提高切削效率的目的。如美国Kennametal公司推出的KU系列(KU10T、KU25T、KU30T)的硬质合金就具有非常广泛的通用性。其中，KU10T和KU25T采用了具有高韧性和高耐磨性的硬质合金基体，并配以高含铝量的复合PVD涂层，而KU30T则采用了韧性极好的富钴层梯度硬质合金基体，配以复合CUD涂层。研究发现，在涂层硬质合金圆锯片锯齿时，可获得较好涂层结构和高的涂层硬度；刀具刃口锋利；有较好抗龟裂的能力；锯齿前刀面的耐磨性有改进；并且涂层温度低得多7。2.5可行性建议采用成熟的、生产成本较低的氢气烧结技术，正确选用硬质合金原材料

24、，严格控制产品质量和生产效率，进一步优化产品结构和促进产业升级，本项目可行。第3章 厂址选择3.1 厂址选择厂址选择在湖南省株洲市钻石工业园。主要原因为：株洲古称建宁，为湖南省第二大城市，全国两型社会综合配套改革试验区，全国首批重点建设的八个工业城市之一，是湖南省综合实力第二强市。是中国南方地区最大的铁路枢纽之一，是全国为数不多的同时拥有客运和货运两个特等站的城市之一，株洲因工业产值与温州极为相似号称“小温州”，与郑州并称为“北郑南株”。经过半个多世纪的建设和发展，“火车拖来的城市”株洲由一个昔日的边陲小镇发展成为在电力机车上具有一定国际影响力的新兴现代化工业城市，创造了共和国100多项工业上

25、的第一。株洲地处南方，气候环境也比较适宜。位于湖南省东部偏北，湘江下游，是我国最重要的铁路枢纽城市之一。东界江西省萍乡市、莲花县、永新县及井冈山市，南连衡阳、郴州二市，西接湘潭市，北与长沙市毗邻。株洲市现辖天元、芦淞、荷塘、石峰、云龙五区和县级醴陵市、株洲县、攸县、茶陵县、炎陵县5县市，以及113个乡镇。株洲现在正朝着中南地区重要的经济中心与中部地区非省会第一目标奋勇前进。株洲也是我国硬质合金特色产业基地，集产品生产、研发、销售、技术服务为一体。在株洲有国家级、省级开发区和高新技术园，存在调整优化产业空间。株洲已逐步形成了硬质合金产业集聚区，区域特色明显，相互依托，错位发展的产业布局结构，成为

26、国内外具有显著专业特色和影响力的硬质合金产业集聚区。株洲生产的产品具有比较好的品牌形象和影响力。同时，硬质合金产业人正朝着发展循环经济，建设“两型”硬质合金工业而努力。厂址选择在株洲市钻石工业园，也满足国防要求。 第4章 生产工艺4.1 产品方案本车间生产的产品为木工刀片，刀片型号为K01和K05，用于各类木材的切削加工，要求有高强度高硬度和良好的韧性、耐磨性，故硬质合金牌号为YG8。年计划产量为两种锯齿片各150吨。4.2 工艺流程锯齿片生产工艺流程为：配料湿磨干燥制粒压制检验装舟烧结检验喷砂包装入库本车间为烧结车间，工艺流程为：装舟烧结检验喷砂包装入库4.3 烧结工艺选择 硬质合金的烧结是

27、指压胚在低于主要组分熔点的温度下借助原子迁移实现颗粒间粘结的过程。烧结后压胚将获得足够强度硬度，综合力学性能得以大幅提高。烧结后的废品一般无法挽救，因此通过烧结过程控制好硬质合金的质量具有重大意义。硬质合金压胚的烧结过程是一个比较复杂的物理化学过程。在这一过程中，压胚在特定的条件下发生一系列的物理化学变化，变成具有一定化学成分、组织结构、性能和形状尺寸的产品。这些特定的条件依不同的烧结方法而有不同差异。从根本上来说，硬质合金理想的烧结过程应该不发生氧化、脱碳和渗碳反应，同时又希望在烧结过程中能去除粉末颗粒表面的氧化物和吸附的气体。对于这一要求，氢气烧结是一个可以考虑的方法。因为氢气是传统的还原

28、性工业气体，它具有很强的还原能力，相对氩气，氦等惰性气体来说氢气的成本较低。所以，在硬质合金工业也理所当然地将氢气作为其烧结的保护气体。然而，氢气有一定的危险性，其热焓高，常常伴有水分，并能造成产品的碳量损失，这些问题都是在硬质合金烧结工艺中应该注意和重视的。本产品选用氢气烧结，因为氢气烧结是我国硬质合金工业采用的传统工艺，由氢气烧结与氨分解制氢相配套组成的硬质合金烧结主体工艺，至今仍然是大多数中小企业还在使用的典型工艺。且相对于真空烧结和气压烧结等方法，它最显著的特点是一次性投资和运行成本低。4.4 烧结工艺质量控制原理氢气烧结的质量控制，就是通过对烧结温度、推舟速度(烧结时间、冷却速度)、

29、氢气流量、装舟量、填料含碳量等的有机配合，从而获得最佳的合金组织、最佳性能和防止产品变形、弯曲和起皮等外观缺陷。氢气烧结工艺的主要参数有：烧结温度、推舟速度(即升温速度、烧结时间和冷却速度、冷却时间)，氢气流量，装舟量和填料含碳量等。（1）烧结温度烧结温度是指烧结过程中的最高温度。烧结温度取决于合金的化学成分和碳化物晶粒度。YG合金烧结温度随着合金中钴含量增加而降低。含钴量越高，液相越多，越有利于收缩、相转变和晶粒长大，烧结温度可以低一点。含钴量相同，晶粒越细的合金，烧结温度可以低一点。粗晶粒合金的烧结温度比中、细晶粒都高一点。烧结温度随碳量增加可以适当降低，因为碳含量高，液相出现早，相当于提

30、高了烧结温度。湿磨时间过长，粉末的能位较高，可采用较低的烧结温度。（2）推舟速度(升温速度、烧结时间和冷却速度、冷却时间) 烧结时间是指制品在烧结温度带停留（通过或保温）的时间。连续氢气烧结炉，每一台炉子在修炉以后，都有确定的炉温曲线，高温带（在烧结温度允许波动范围的温带长度）的长度，一般为350400mm。可以通过推舟速度算出制品在烧结温度下停留的时间，因此，常以推舟速度来表示烧结时间。烧结时间主要决定于制品在大小和形状，制品大，烧结时间长。同一体积，表面积越大，烧结时间越短，一般为50100分钟。连续烧结的推舟速度不仅决定了烧结时间，同时也决定了升温速度和冷却速度。过快的升温速度会使制品内

31、的氧化物没来得及还原，而制品的表面就已经封闭，致使制品鼓泡。过快升温，制品因内外应力差而开裂。橡胶工艺过快的升温会使制品起皮。（3）氢气流量氢气在烧结中的主要作用：1还原作用：保护制品舟皿不被氧化，还原制品中的氧和氧化物。还原制品中的碳，对合金中的碳起调节作用等。2载体作用：把成形剂裂化分解的气体带走；碳的传递；将热量从高温区带到低温区；冷却舟皿等。3氢气渗透性和导热性好，使制品受热均匀。氢气的存在，对碳的转移起着重大的作用，H2使WC脱碳生成CH4，H2和固态碳（舟皿、填料中的碳）反应，生成CH4。CH4的分解又使制品渗碳。在炉膛内，CH4和H2的比值，控制着炉膛气氛。氢气中的水与WC反应使

32、制品脱碳。因此，在烧结中，我们不仅要控制H2流量还要控制H2中的含水量，也就是氢气的露点。氢气流量越大，制品脱碳的程度越大。氢气流量过小，会使制品氧化和不安全，在橡胶工艺中则使制品发生起皮。在石蜡工艺的烧结中，只要能使制品内金属氧化物还原，能保护制品不氧化，能保证开炉门的安全，应尽量减小H2的流量。可见，在橡胶工艺中的H2流量，应该比石蜡工艺的H2流量要大一些，主要是防止起皮。氢气流量的大小还与装舟量的多少有关，装舟量多，H2流量要大。（4）装舟装舟是简单又十分重要的工序，装舟不当，会使制品发生渗碳、脱碳、变形、弯曲和起皮等废品。装舟量波动，会造成炉温波动。装舟（制品埋在填料中）使制品在烧结中

33、处于一个局部稳定的环境，即温度稳定，碳气氛稳定。为此必须做到：分牌号、分产品大小装舟、以便控制温度。每舟重量应尽量小，避免温度波动；制品要离开舟皿四周一定的距离，即离开舟皿前后、左右、上下有一定的距离。这样的舟皿壁的碳不会使制品渗碳，上面氢气流不会冲洗制品使制品脱碳；装舟时，一般将刀片的刃口部分，朝舟皿中心装。 （5）填料填料一般分石墨粒填料和Al2O3填料。填料在烧结中的主要作用有：（1）防止制品相互粘结；（2）传热均匀又能对烧结温度的波动起缓冲作用；（3）调节制品烧结环境的碳气氛。常用填料氧化铝粒度为100150目，太细，透气性差，增塑剂排除困难；太粗，透气性太好，造成产品脱碳8。4.4

34、烧结工艺确定烧结工艺参数如下：填料含碳量：0.180.25C烧结温度：一带400，二带14001410推舟速度：1舟/25分钟装舟量：8 kg/舟氢气流量：橡胶工艺2.53.0 m3/h4.5 常见烧结废品常见的烧结废品有变形、弯曲、起皮、鼓泡、孔洞、裂纹、欠烧、过烧和组织不均等。（1）变形烧结体不同部位的体积收缩不一而引起的形状不规则的形变称为变形。产生原因: 压胚密度分布不均匀；压胚结构上厚薄悬殊，烧结温度偏高或者升温过快；烧结变形严重，舟底不平，以及装舟方式不当。（2）弯曲烧结体各部分体积收缩一样，却使同一坐标轴上的平面变为有规律的曲面。产生原因：烧结体成分不均匀，因而各部分凝固温度不一

35、样。消除方法：1.尽量混合均匀 2.烧结体尺寸要小 3.氢气流量不宜过大 4.正确装舟 5.尽量避免烧结体与炉内气氛相接触，密封装舟。（3）起皮所谓起皮，是在制品的棱角处的表面翘起一层壳，壳的外表呈网状裂纹，壳的层下有粉状碳的沉积物。起皮常发生在连续氢气烧结舟皿前进端的二侧的表面。起皮产生的原因是增塑剂产生的碳氢化合物，在钴的结出作用下裂化，产生的碳在制品内沉积，影响制品收缩而发生。避免起皮的根本办法是避免CH4集中，即避免发生CH4高浓度区。从这个观点出发，可以把引起起皮的工艺因素归纳如下：1）一带温度太高，推舟速度太快，使增塑剂几句裂化造成CH4浓度过大，CH4分解，使制品起皮。因此，一带

36、温度应该控制在380400，推舟速度不能过快，大制品推舟速度要更慢一些。2）推舟量太大，增塑剂加量太多，都会造成CH4浓度过大，使制品起皮，因此，装舟量和增塑剂加量都要严加控制。3）增大氢气流量，可以冲淡CH4浓度，打开炉门烧结，有利于CH4排出，可以减少起皮的发生。4）钴在CH4分解上起接触作用，因此，高钴合金容易产生起皮。（4）鼓泡所谓鼓泡，即烧结制品内部存在有大小不同的孔洞。由于鼓泡产生的原因和严重程度不同，有时在制品表面可以清楚地看到，有时只能在断面上才能看到，大致原因如下： 1）制品内存在某种氧化物，这话总氧化物被氢气还原的温度在液相温度以上，在烧结最高温度以下。也就是说，液相出现后

37、，制品迅速收缩，表面封闭，排气通路堵塞，此时氧化物还原产生的气体在制品内形成孔洞。制品首先在表面出现液相并封闭，故鼓泡多出现在制品表层。2）压制品内部存在隐分层，烧结时表面分界面焊合，内部分界面没有焊合，分界处气体膨胀而鼓泡。此类鼓泡多发生在同类产品的相同部位，且合金组织正常。3）由于温度过高，液相大量外聚，产生鼓泡，过烧的鼓泡呈不规则地出现在制品各个部位，且有产品过烧的特征。（5）过烧产生原因：烧结温度过高，引起产品过烧。使产品表面鼓泡，晶粒长大，断面组织粗糙。（6）欠烧 产生原因：烧结温度过低，引起产品欠烧。使产品组织疏松，表面颜色发暗，有吸水现象9。第5章 物料平衡计算5.1 产品方案本

38、车间生产的产品为K01，K05型号锯齿刀片，二者均具有良好的韧性和耐磨性，可用于加工短切屑的黑色金属、有色金属盒非金属材料。其中K01常用于精车、车、镗、铣、刨等切削工艺；K05常用于车、铣、钻、镗、拉、刮等切削工艺。K01，K05型锯齿刀片二者年产量均为150t。5.2 物料平衡计算在冶金物料平衡计算中，通常采用两种方法。一种是按产品生产工艺流程“自上而下”的计算方法，另一种是“自下而上”的计算方法。本车间规定了出厂产品年产量，故采用“自下而上”的计算方法，即根据工艺流程从最终的产品产量开始向上逐步计算出整个生产过程开始所需要的原料量。（1） 日产量计算 根据本车间主要设备的特点，除去设备的

39、检修以及停炉的时间，每年实际工作日数定位330天，则两种合金日产量均为：YG = 150000330 = 454.55 kg（2） 产品的产出率及损失率两种YG合金的产出率、损失率见表5.1。表5.1 K01、K05合金的产出率、损失率工序名称损失率（%）总损失率（%）产出率（%）可返回率不可返回率W粉制备1.90.42.397.7WC粉制备1.90.42.397.7混合料制备1.30.51.898.2压制、半检1.30.21.598.5烧结、加工1.50.11.698.4合 计7.91.69.590.5烧结加工工序: 工序产出量：454.55 kg 工序总损失率：1.6% 其中：可返回率1.

40、5% 不可返回率0.1% 工序产出率：98.4% 则： 工序进料量=454.5598.4%=461.94 kg 可返回料=461.941.5%=6.93 kg 不可返回料=461.940.1%=0.46 kg 实际进入本工序不含胶压坯量=461.946.93=455.01(kg) 汽油橡胶溶液的浓度为10.2%，其比重为0.613% kg/L。 100kg料加入汽油橡胶溶液容量为13.57L。因此，100kg料加入汽油橡胶溶液的重量为：13.570.61310.2%=0.85 (kg) 实际橡胶加入量= 455.010.85100 =3.86 (kg)实际进入本工序的含胶压坯量= 455.01

41、3.86 =458.87 (kg)（3)物料平衡表K01及K05合金物料平衡表如表5.2所示：表5.2 K01、K05合金烧结工序物料平衡表进料出料序号物料名称物料量（kg）序号物料名称物料量（kg）1干燥压坯量458.871产品产出量454.552可返回料量6.932可返回料量6.9333不可返回料量0.4644橡胶挥发量3.865合计465.85合计465.8第6章 主辅设备选型与计算 正确选择生产设备对产品的质量以及生产过程的先进性、合理性有很大的影响。同时，生产设备的费用在建厂投资中占很大比重，设备的选择直接影响到建厂投资以及建厂速度，因此设备的选择起着重要作用。设备选型的内容主要是确

42、定各类设备的种类、型号、结构、规格及能力，并计算所需要的数量。6.1 设备选择的原则（1）满足生产方案以及生产工艺流程的要求，以保证获得高质量的产品。（2）注意设备的先进性以及经济上的合理性。（3）考虑设备之间的合理配置与平衡。（4）所选用的设备应当是结构简单，先进合理，便于制造、维修、安装和操作并符合劳动保护的要求。备品备件更换方便，易于实现标准化。6.2 设备的选择6.2.1 钼丝烧结炉钼丝烧结炉采用长沙科鑫炉业有限公司生产的RXT-20-16/18型号炉子。 图6.1 钼丝烧结炉特点： 1）本电炉由炉体、推舟系统、冷却系统、控制系统等部分组成。 2）炉体为箱型结构密封焊接而成，炉膛采用9

43、9质纯刚玉炉管或砌制炉膛，最高温度可达1850。 3）加热元件可选用钼丝、钼带、钼片。通常方式是将钼丝平行分布绕制在刚玉炉管外壁。 4）推舟系统可选用机械、液压或气动推舟。可实现匀速式、间歇式或直接式推舟。 5）配有自动舱门能防止氧气进入炉体，能有效保护加热元件和物料。 6) 进、出料端安装冷却水套，能有效的让物料冷却并配有舟皿行程保护装置，能防止顶舟现象。 7）控制系统配有50段智能程序温度控制仪，具有PID调节功能确保了控温的精度。 8) 配置了超温报警、过流保护功能，能有效防止操作不当烧坏控制系统和加热元件。技术参数如下：表6.1 钼丝烧结炉技术参数钼丝烧结炉设备数量计算如下：YG合金日

44、产量：300000330 = 909.1 kg采用三班制推舟速度：1舟/50分钟装舟量：8 kg/舟。每台炉子日产量=2460258=448 kg设备利用系数为0.8故所需烧结炉数量=909.1（4480.8）= 2.54（台）实际需要3台。6.2.2 液氨制氢系统氨分解气体发生装置是以液氨为原料，经液氨减压阀减压后在汽化器内汽化再进入分解炉，分解炉内装有活化过的镍触媒，在800850温度下进行分解，分解后分解气体降温，气氨回收热量并升温后进入分解炉分解，同时得到75%的氢气和25%氮混合气体。液氨制氢系统采用长沙科鑫炉业有限公司生产的KXAQ-10型号产品。技术参数如下表所示：表6.2 液氨制氢系统技术参数6.2.3 喷砂机喷砂机采用东莞市创捷机械设备有限公司生产的CX-ZP2-12转盘式自动喷砂机。图6.2 喷砂机特点如下：引进国外先进技术，融合本公司多年的生产经验研发而成；转台自动间歇回转（也可设计连续旋转），小转台自转,运行稳定；喷枪可摆动也可定点喷砂,喷枪摆动速度及小转台自转均可变频调节；采用PLC电气控制系统，自动化程度高，稳定性好，故障率低；喷嘴采用特制高耐碳化硼材料，使用寿命长；独立的布袋除尘系统（也可选择脉冲式滤芯除尘），通风性能好，环保无污染；