《金属工艺及机制基础》三级项目报告上压辊轴.pdf

'《金属工艺及机制基础》三级项目报告《金属工艺及机制基础》三级项目报告上压辊轴班级：2014级机自2班小组成员：周子业、吴建辉、梁孟德、王林林、韩思琦指导教师：邹芹、于辉提交时间：2016年6月24号 目录一、上压辊轴分析............................................................................................21.1零件名称——上压辊轴......................................................................21.2零件简图：..........................................................................................21.3零件技术要求......................................................................................21.4零件分析.............................................................................................2二、毛坯生产工艺方案的分析.........................................................................42.1毛坯选择原则：..................................................................................42.2毛坯制造方案：..................................................................................5三、铸造阶段....................................................................................................63.1工艺分析.............................................................................................63.2选择造型方法......................................................................................63.3确定浇注位置和选择分型面..............................................................63.4确定加工余量......................................................................................73.5确定起模斜度......................................................................................83.6确定收缩率..........................................................................................93.7铸造圆角.............................................................................................9四、锻造阶段..................................................................................................104.1绘制锻件图........................................................................................104.2锻造方案...........................................................................................104.3计算坯料质量及尺寸........................................................................104.4选定锻造设备....................................................................................114.5确定锻造温度范围............................................................................11上压辊轴自由锻工艺卡...........................................................................12五、机械加工工艺方案的分析.......................................................................135.1零件机械加工工艺的分析和加工方法：........................................135.2确定定位基准....................................................................................145.3热处理工序安排................................................................................145.4工艺过程的拟定：...........................................................................145.5各个工序机床、加工余量、夹具、刀具的选用...........................15上压辊轴机械加工工艺卡.......................................................................16六、成员贡献及感想......................................................................................21参考文献：...............................................................................................22 《金属工艺及机制基础》三级项目报告一、上压辊轴分析1.1零件名称——上压辊轴1.2零件简图：05-30K?0A-B12.5345402其余AB1.60.8C1.60.8AB502058012000120.801200-0.0?4-0.+0.0?4+0.?502±0?4+0.+0.CC?4R13R1R1A?0A-B3256.B6.554330D256336.36.36.6.0012-0.04312-0.0430D0C°603?12M102-0.02-0.技术要求235373.1.调质硬度HB220-250202.未注倒角1×45°25A-A旋转B-B旋转借(通)用3.K03-50K06-15各1件件登记旧底图总号C-C燕山大学机械厂45底图总号标记处数分区更改文件号签名年、月、日签字上压辊轴设计标准化2010.5.24阶段标记重量比例日期数量三部、六部各一1:1审核档案员日期K03-50共张第张工艺批准图11.3零件技术要求1.调质硬度HB220-2502.未注倒角1X45度3.K03-50K06-15各1件1.4零件分析上压辊轴是典型的轴类零件，属于中小型轴类零件，主要的平面为台阶面、外圆面、端面、键槽、孔、内螺纹。该零件没有越程槽、件数为1属于单件生产，外圆面主要要求公差等级IT6~IT7 《金属工艺及机制基础》三级项目报告粗糙度Ra1.6、Ra0.8，台阶面Ra6.3，键槽平行面要求轴对称度0.04，表面粗糙度Ra6.3，其余端面Ra12.5。A-B面同轴度0.012和0.02。加工的目是力求在提高产品质量、降低生产成本和提高生产效率的前提下，使工艺方案尽量简化。(1)传动轴的工作条件：①传递一定的扭转应力，承受一定的交变弯曲应力；②轴颈承受较大的摩擦；③承受一定的冲击载荷。（2）传动轴的失效形式：①疲劳断裂：由于受扭转疲劳和弯曲疲劳交变载荷长期作用，造成轴疲劳断裂。这是主要的失效形式。②断裂失效：由于大载荷或冲击载荷作用，轴发生折断或扭③磨损失效：轴颈处过度磨损。(3)传动轴的性能要求：①良好的综合力学性能，即强度、塑性、韧性有良好的配合，以防止冲击或过载断裂；②高的疲劳强度，以防止疲劳断裂；③良好的耐磨性，防止轴颈磨损。此外，还应考虑刚度、切削加工性、热处理工艺性和成本。(4)传动轴零件的选材：方案一：选用中碳合金调制钢，如40CrNiMo，此类钢具有良好的综合力学性能，且淬透性非常好，其油淬直径可达75mm，淬硬性高。但其价格较高，约为45钢两倍。方案二：选用中碳钢（45钢）。虽然中碳钢淬透性低，但小轴主要受扭矩作用，在整个截面上所受的应力分布不均匀，表面 《金属工艺及机制基础》三级项目报告应力较大，心部应力较小。且45钢冷热加工性能都不错,机械性能较好，价格低，来源广。由于小轴对硬度要求不高，且无需大的淬透性，45钢水淬已可满足。综合考虑，选用方案二。注释：1.45钢淬火后没有回火之前，硬度大于HRC55（最高可达HRC62）为合格。实际应用的最高硬度为HRC55（高频淬火HRC58）。2.45钢不要采用渗碳淬火的热处理工艺。调质处理后零件具有良好的综合机械性能，广泛应用于各种重要的结构零件，特别是那些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等。但表面硬度较低，不耐磨。可用调质＋表面淬火提高零件表面硬度。二、毛坯生产工艺方案的分析2.1毛坯选择原则：1、使用性原则：心部有足够的韧度，表面有较高的硬度，以获得较好的强度和耐磨性，延长使用寿命。2、经济型原则：应从降低整体的生产成本考虑把满足要求和降低制造成本统一起来。零件的制造成本包括材料费，能源费，工资和工资附加费等。3、工艺性和技术性原则：制定生产方案必须与具体生产条件相结合。选择毛坯料：上压辊轴材质为45号钢。 《金属工艺及机制基础》三级项目报告2.2毛坯制造方案：一、毛坯制造工艺的选择一般的，轴类毛坯制造可以选择铸造、锻造（多为自由锻和模锻）。下面为铸造和锻造的适用对象和加工特点。铸造：包括手工造型和机器造型，手工造型操作灵活，工装简单，可以获得复杂形状的零件，如，壳体、箱体等；但劳动强度大、生产效率低。常用于单件和小批生产。机器造型生产率高，铸件质量好，但设备投资大，适用于中小型铸件的成批大量生产。而且铸造容易造成铸件内部组织粗大，常有缩松、气孔等铸造缺陷，导致铸件力学性能不如锻件高。铸造工序多，而且一些工艺过程还难以精确控制，使得铸件质量不够稳定，废品率高,污染环境，能耗高。锻造：（1）自由锻：工艺灵活成本低，加工余量较大，一般适合与形状简单的单件、小批量生产。（2）模锻：生产效率高，锻件表面光洁，但是工艺复杂，制造成本高、周期长。综合以上分析：该轴类零件的材料为45号钢，属于优质碳素结构钢（中碳）。适合采用自由锻锻造的方法加工出轴的大体轮廓。选择自由锻的原因及分析：1、自由锻加工灵活、成本较低、该零件为单件生产不适合制造模具，以便节省成本。2、相对于铸造避免了制造模具的成本，而且锻造可以使轴的内部结构更加合理，提高零件的质量。 《金属工艺及机制基础》三级项目报告图2工艺图3、零件自由锻加工图如图所示，零件没有锥面、斜面结构，形状简单，适合自由锻，流线更趋向于合理通过拔长、压肩、锻台阶使零件内流线沿轴向分布，使零件的结构更适合传递扭矩。三、铸造阶段3.1工艺分析该零件为传动轴类零件，力学要求性能较高，不允许有铸造缺陷。3.2选择造型方法材料为45钢，小批量单件生产，且结构简单，故选择手工造型，木制模样，进而选择整模造型。05-30Kφ0.012A-B3453.3确定浇注位置和选择分型面40212.5余AB1.60.8C1.60.8AB（1）浇道及浇口：502058012000201801200-0.-0.+0.+0.50.±+0.+0.40φ40φφ4240φCCφR1R31R1φ0.02AA-B2356.6.5543B30D256336.6.3306.06.12-0.04312-0.0430.04D0.04C60°13φ2M10.0.技术要求235373.1.调质硬度HB220-2502.未注倒角1×45°2025A-A旋转B-B旋转3.K03-50K06-15各1件C-C燕山大学机械厂45标记处数分区更改文件号签名年、月、日设计标准化2010.5.24上压辊轴阶段标记重量比例数量三部、六部各一1:1审核K03-50图工3艺批准共张第张 《金属工艺及机制基础》三级项目报告注释：直浇道：将液态金属从浇口杯引入横浇道和内浇道，提供足够的压力，使金属液能够克服沿程阻力在规定的时间内充满铸型。横浇道：将金属液平稳的引入型腔，挡渣。另外，铸钢件的浇注温度为1520~1620摄氏度。（2）分型面的选取如下图：上32下7513铸造圆角：Φ68R外=2线收缩率：2%图43.4确定加工余量由于铸造毛坯表面不需要机械加工所以在加工余量的选择上参照查表所得数据再结合实际决定毛坯“加工余量为6mm”该件为回转体，材料为45钢。查表得尺寸公差CT14；加工余量MA-J；加工余量6mm。根据锻件的加工余量即可得出铸件的尺寸。长度：172+/-6mm，直径：68+/-3mm（1）造型材料选用湿砂型查表1-1及表1-2得用于小批量单件生产铸件尺寸公差等级为CT13~15，机械加工余量等级为J。铸件尺寸公差配套使用的铸件加工余量查表1-3基本尺寸长：160mm10~401度25分1.0>40~10040分1.23.6确定收缩率体收缩率，查表5得14%线收缩率，查表6得2%3由于铸件收缩的缘故计算体积取625560.212mm，注入液体体积3最少为638071.416mm表5合金种类体收缩率线收缩率碳素铸钢10~14.5~2白口铸铁12~14~2灰铸铁5~8~1表6砂型铸造时的铸件线收缩率合金种类自由收缩受阻收缩中小件1.00.9普通灰铸铁大中件0.90.8特大件0.80.7孕育铸铁1.0~1.50.8~1.0碳素铸铁1.6~2.01.3~1.7非铁合金铝硅合金1.0~1.20.8~1.0锡合金1.41.23.7铸造圆角对于小型铸件，外圆角取半径2mm 《金属工艺及机制基础》三级项目报告铸造工艺图上32下7513铸造圆角：Φ68R外=2线收缩率：2%图5四、锻造阶段4.1绘制锻件图图64.2锻造方案上压辊轴锻件：下料——压肩——拔长——锻台阶——成品4.3计算坯料质量及尺寸○1锻造比的给定：由资料显示，用轧材作为锻造坯料时，由于坯料已经过热变形，内部组织和力学性能已经得到改善，并具有流线组织，应选择较小的锻造比，1.2~1.3之间，我们选择1.2。○2自由锻锻件的加工余量：其中D＜65时，取65进行计算；当L 《金属工艺及机制基础》三级项目报告＜300时，取300进行计算。由得A=5.55≈6○3由2-1图和三所得余量和自由锻锻前锻后体积不变可得锻件体积为625560.212立方毫米。○4保证锻造过程中，零件的同轴性较好，压肩选好大致尺寸，拔长过程长度要合理。综上所述可得毛坯工艺参数零件名称：上压辊轴毛坯材料：45号钢铸造比：1.2轧制圆棍始锻温度1150~1200终锻温度750~800锻件体积：625560.212立方毫米圆截面坯料：D计≥1.2×Dmax=1.2*62mm=68mm坯料长度：172mm4.4选定锻造设备C41-654.5确定锻造温度范围 《金属工艺及机制基础》三级项目报告45钢含碳（C）量是0.42~0.50%查表3.5-1得：始锻温度1150~1200终锻温度750~800上压辊轴自由锻工艺卡锻件名工艺类下压辊轴毛坯自由锻称型C41-25单材料45号钢设备体空气锤始锻温度加热次1150℃～数1次锻造温1200℃度范围终锻温度锻造比1.2750℃～800℃锻件图坯料图序工序名称工序简图备注号1下料自由锻造锤 《金属工艺及机制基础》三级项目报告左部压肩长度78.4是根据轴左部圆筒形2压肩的长度体积计算确定的。将压肩一端拨长至直3拔长径不小于Φ52mm，长度不少于227.6mm得到最大长度反向重复4268mm，最大截面直径2.3.步骤62mm的基本锻件去应力退2火五、机械加工工艺方案的分析5.1零件机械加工工艺的分析和加工方法：该零件中支撑轴颈的精度要求为IT5~IT7，配合轴颈的尺寸精度要求为IT6~IT9，外圆面主要粗糙度Ra1.6、Ra0.8，轴肩和 《金属工艺及机制基础》三级项目报告键槽的表面粗糙度为Ra6.3，键槽平行面要求轴对称度0.04，其余端面Ra12.5。A-B面同轴度0.012和0.02。加工外圆时可采用粗车→调制→半精车→淬火→粗磨的方法，对尺寸等级和表面粗糙度要求较高的外圆面继续采用精磨的方法，外圆面和轴肩采用90度车刀加工,键槽采用粗铣后半精铣的方法进行加工，右侧在车床上加工中心孔安装顶针，左右两侧的孔在钻床上完成加工，最后利用辅助工具在车床上攻丝。切削加工：下料-粗车-调制-钳-半精车-淬火-粗磨-钳-粗铣-半精铣-攻丝5.2确定定位基准轴类零件的定位基面，最常用的是两中心孔。因为轴类零件各外圆表面、螺纹表面的同轴度及端面对轴线的垂直度是相互位置精度的主要项目，而这些表面的设计基准一般都是轴的中心线，采用两中心孔定位就能符合基准重合原则。而且由于多数工序都采用中心孔作为定位基面，能最大限度地加工出多个外圆和端面，这也符合基准统一原则。轴的中心孔要在粗车之前加工好。5.3热处理工序安排该轴需进行热处理。它应放在铣花键之后，外花键轴端处通过淬火（水淬），再回火达到HCR40~42。调质的目的是得到综合机械性能。如采用锻件毛坯，必须首先安排退火或正火处理。热处理温度：正火850，淬火840，回火600.5.4工艺过程的拟定：切削加工：下料-粗车-调制-钳-半精车-淬火-粗磨-钳-粗铣-半精铣-攻丝粗车：在三爪自定心卡盘上装夹，在车床上加工外圆，采用 《金属工艺及机制基础》三级项目报告90度车刀加工余量为1~1.5mm。调制：淬火后高温回火。半精车：在粗车的基础上提高精度，加工余量为0.5~1mm。粗磨：采用适应性好的纵磨法在普通外圆磨床上对尺寸精度高且粗糙度要求为Ra0.8的外圆面进行加工。粗铣：在铣床上进行加工，用卡盘和顶尖装卡，用键槽铣刀铣键槽，加工余量为1~1.5mm。半精铣：在粗铣基础上提高精度，加工精度为0.5~1mm。钻孔：用三爪自定心卡盘上装卡，在车床上用麻花钻头进行加工。锪孔：在钻床上用将两主切削刃磨成90度的麻花钻来完成的。攻螺纹：可在用丝锥手工或利用辅助工具在车床上完成加工。5.5各个工序机床、加工余量、夹具、刀具的选用①设备选择：车削采用卧式车床，铣削采用立式铣床。②工装选择：粗加工时采用一夹一顶安装方式；半精加工时为保证外圆对外圆A、B轴线的径向圆跳动为0.02mm，必须采用两顶尖对顶安装方式；铣键槽采用V形块安装方式。③刀具选择：车端面时使用45°、YT15硬质合金车刀；打中心孔时使用A型中心钻头，根据螺纹孔直径数M10和M12据由《螺纹底孔直径尺寸表》得两个刀具钻头的直径为Φ8.5和Φ10.2；粗车时使用90°、YT15硬质合金车刀；精车时使用90°、YT30硬质合金车刀；切槽时使用高速钢车刀或硬质合金车刀。④量具选择：外径千分尺、游标卡尺及百分表等。 《金属工艺及机制基础》三级项目报告上压辊轴机械加工工艺卡粗糙度加工方案机床装夹方法刀具车床、双顶尖外圆车Φ50磨床刀、砂轮Φ42Ra1.6粗车-调质-半精车车床双顶尖外圆车刀Ra0.8粗车-调质-半精车-淬车床、双顶尖外圆车Φ40火-粗磨磨床刀、砂轮Ra1.6粗车-调质-半精车-淬车床、双顶尖外圆车Φ40火-粗磨磨床刀、砂轮左端Ra6.3铣键槽立铣或平口虎钳键槽铣刀键槽键槽铣或轴用虎右端Ra6.3床钳键槽各台粗车-调质-半精车车床双顶尖外圆车刀阶面Ra6.3螺纹钻孔（由螺纹底孔直径车床孔尺寸表得Φ10.2）-锪孔 《金属工艺及机制基础》三级项目报告表7零件机械加工（冷加工）工序工种工序内容加工简图设备号1下料三爪自定心卡盘夹持工件，车端面见平，钻中心61125卧式车2粗车孔。用尾架顶尖顶住，粗床车两个台阶，直径、长度均留余量2mm 《金属工艺及机制基础》三级项目报告调头，三爪自定心卡盘夹持工件另一端，车端面保证总长268mm，钻中心孔。用尾架顶尖顶住。粗车另外四个台阶，直径、长度均留余量2mm3热处理调质处理HB220-25061125卧式车4钳修研中心孔床 《金属工艺及机制基础》三级项目报告双顶尖装夹61125卧式车5半精车半精车所有台阶，此过程床要换车刀。并切倒角两个。6热处理淬火采用适应性好的纵磨法在普通外圆磨床上对尺寸精普通外圆磨7粗磨度高且粗糙度要求为床Ra0.8的外圆面进行加工。8钳划键槽 《金属工艺及机制基础》三级项目报告用?12的键槽铣刀铣长度为40mm、45mm的·键槽，X5032立式铣9铣铣削深度均为5mm分别粗床铣和精铣达到尺寸精度。在车床上用?10.2的麻花钻头于轴左端钻25mm深61125卧式车10攻的孔，铰孔，用锥面锪钻床、锥面锪锪60度锥面，然后车床攻钻，丝锥丝，M12×1深20mm利用轴对称度检查仪检验轴对称度、表面粗糙度及精11检检验度。 《金属工艺及机制基础》三级项目报告六、成员贡献及感想通过小组合作完成这次课程设计，使我们更加扎实的掌握了有关轴类零件加工方法的工艺设计方面的知识，虽然在设计过程中我们遇到了一些问题，但是我们还是通过思考、查找资料等方式解决了问题。同时也暴露出我们在这方面的知识欠缺与经验不足的问题，让我们体会到了学会知识和会用知识的差别，在我们未来的学习中，应该注重实践，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正的为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。同时课程设计的过程，也对团队精神的进行了考察，让我们在合作起来更加默契，在成功后一起体会喜悦的心情。果然是团结就是力量，只有互相之间默契融洽的配合才能换来最终完美的结果。七、成本预算加工阶段单价参数总价6500元/吨体32.56元铸造积:638071.416mm3密度：7.85g/cm38000元/吨体积：39.29元锻造625560.212mm3密度：7.85g/cm350元/时转速：700r/min进12元粗车给量：0.3mm/r背吃专业文档供参考，如有帮助请下载。 《金属工艺及机制基础》三级项目报告刀量：2mm50元/时转速：1200r/min16.6元半精车进给量：0.3mm/r背吃刀量：0.5mm加工阶段单价参数总价30元/时磨削深度：0.3mm15元粗磨进给速度：5mm/s40元/时切削深度：0.5mm6.6元铣进给速度：100mm/min25元/时钻削速度0.2m/s背15元钻,锪吃刀量：5.1mm行进成本:.0.06元/mm总计137.05元*注：所有机加工过程均考虑更换轴件刀具以及装卡等辅助过程。参考文献：［1］严邵华．材料成型工艺基础［M］．清华大学出版社．2008．［2］傅水根．机械制造工艺基础［M］．清华大学出版社．2010．［3］王颖．机械加工工艺规程及工艺文件［J］．科技咨讯，2008（30）．［4］魏来，吴大春．机械加工工艺路线的拟定［J］．民营科技，2008（1）．［5］龚雯，陈则钧．机械制造技术［M］．高等教育出版社．2008．［6］邓根清.主动轴机械加工工艺及改进［J］．机械设计与制专业文档供参考，如有帮助请下载。 《金属工艺及机制基础》三级项目报告造，2005（6）．［7］赵志勇，王丽杰．编制机械加工工艺规程应考虑的几个问题［J］农机使用与维修，2002（4）．［8］李振杰．机械制造技术［M］．北京：人民邮电出版社．2009专业文档供参考，如有帮助请下载。'