掛輪架軸鍛造及加工工藝設計【含CAD圖紙、工序卡、說明書】

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33外圓定位加緊，左頂尖，半精車20外圓至17，54至50，車54左端面保證該段長度為8mm33外圓CA6140車床三爪卡盤,頂尖60彎刀；游標卡尺7半精車掉頭以17外圓為基準，車54右端面保證該段長度為6mm;車28至26.5，保證該段長度為35mm;車20保證18和13，將M16軸端先車至1717外圓CA6140車床三爪卡盤,頂尖60彎刀；游標卡尺8精車以26.5為基準，車17至16和50左端面0.5mm，保證左端面距左端27mm，車M16螺紋，16和50軸段倒角C126.5外圓，50左端面CA6140車床三爪卡盤,頂尖60彎刀，螺紋車刀；游標卡尺9精車以16為基準（墊銅皮），車50右端面保證5mm，26.5車至25.5，車25.5右端面保證長度，車各右端面保證5,18,15mm三個尺寸，17車至16并車M16螺紋，25和23軸段倒角C116外圓，50右端面CA6140車床三爪卡盤,頂尖60彎刀，螺紋車刀；游標卡尺10銑銑18兩個平面和13四個平面，保證尺寸10mm零件軸線銑床分度頭，頂尖銑刀；游標卡尺11精磨修研兩端中心孔，磨25.5表面保證尺寸mm中心孔連線磨床雙頂尖砂輪；游標卡尺12檢驗根據零件圖，檢查各部分尺寸精度游標卡尺編制抄寫校對審核鍛造工藝卡鍛件名稱掛輪架軸鍛件材料45掛輪架軸坯料重量1048.8g坯料尺寸70X36鍛件質量954g工藝類型自由鍛順序鍛造溫度操作工步變形過程圖設備工具1始鍛1200終鍛溫度800下料，加熱鋸床圓口鉗2整體拔長坯料至58mm，滾圓C41-100空氣錘尖口鉗，圓口鉗，摔圓摔子3加熱，切肩圓口鉗，壓肩摔子4拔長24mm軸段，滾圓，切頭C41-100空氣錘尖口鉗，圓口鉗，摔圓摔子，剁刀5加熱，切肩圓口鉗，壓肩摔子6拔長33mm軸段，滾圓C41-100空氣錘尖口鉗，圓口鉗，摔圓摔子7加熱，切肩圓口鉗，壓肩摔子8拔長26mm軸段，滾圓修整，切頭C41-100空氣錘尖口鉗，圓口鉗，摔圓摔子，剁刀鍛造工藝設計說明書 題目 掛輪架軸自由鍛工藝設計說明 目錄一、 課程設計概述2二、 零件圖分析及總體方案設計2三、 具體設計方法及步驟 3.1確定零件余量、余塊和公差.3 3.2繪制鍛件圖.4 3.3確定變形工藝、溫度及冷卻.5 3.4計算坯料重量和尺寸9 3.5選定設備及規(guī)范.12四、結論.12五、參考文獻.13六附錄（鍛造工藝卡）.14設計計算與說明結果一、 課程設計概述本課程設計主要對零件的加工方法進行流程設計，我們本次參與對零件的加工方法設計主要有鑄造和自由鍛造兩大類，我進行設計加工的零件為掛輪架軸，加工數量少，采用自由鍛造的方法進行生產。自由鍛造所用工具和設備簡單，通用性好，成本低。 同鑄造毛坯相比，自由鍛消除了縮孔、 縮松、氣孔等缺陷，使毛坯具有更高的力學性能。鍛件形狀簡單，操作靈活。因此，它在重型機器及重要零件的制造上有特別重要的意義。自由鍛造的基本工序包括鐓粗、拔長、沖孔、切割、彎曲、扭轉、錯移及鍛接等。確定零件余量、余塊和公差 我們本次設計的內容包括繪制鍛件圖、確定變形工藝、計算坯料重量和尺寸、選定設備及規(guī)范以及繪制工藝卡等。二、 零件圖分析及總體方案設計該零件名稱為掛輪架軸、材料為45、產量為小批量、技術要求為和方頭處淬火HRC4045。由于所設計零件為軸，生產批量小，強度要求較高，故采用鍛造的方法進行生產。由零件圖可以看到該軸主要分為五個軸段，可以下料之后進行分段拔長，在零件初加設計計算與說明結果工之后，再進行進一步的切削加工可獲得最終零件。三、 具體設計方法及步驟3.1確定零件余量、余塊和公差(1)確定余塊：在鍛件某些地方添加一些大于余量的金屬體積，以簡化鍛件外形及鍛制過程，這些添加的金屬體積，稱為余塊。為了簡化鍛件，將各處退刀槽進行簡化，與軸段視為一體；并且將與軸段簡化合并為軸段進行鍛造，簡化階梯軸數量；各處銑削加工面也先簡化不進行加工。由此確定各處余塊。(2)確定余量和公差：為保證零件機械加工尺寸和表面粗糙度，在零件外表面需要加工部分，留一層作機械加工的金屬，這部分稱為設計計算與說明結果機械加工余量。鍛件的實際尺寸，不可能正好達到鍛件基本尺寸的要求，允許有一定限度的偏差，超過基本尺寸的稱上偏差，小于基本尺寸的稱下偏差。上、下偏差的代數差的絕對值稱為鍛件公差。零件圖上軸段最大直徑為，零件總長為105, 根據工程材料及熱加工工藝基礎表2-4可確定零件余量及極限偏差a為。具體鍛件共分為四段臺階軸，軸徑從左至右為，分別為，總長度為。綜上，鍛件各部分直徑鍛件各部分長度3.2繪制鍛件圖根據零件圖的基本圖樣，結合自由鍛工藝特點，考慮鍛造余塊、余量和公差進行鍛件圖繪制，如下圖所示：鍛件各部分直徑鍛件各部分長度設計計算與說明結果3.3確定變形工藝、溫度及冷卻（1）變形工藝在切削加工工藝之前，要對坯料進行鍛造工藝設計，由于坯料直徑較大，且加工零件為圓軸類零件，故主要選用切肩、拔長、滾圓和修整鍛造工藝。3.3.1變形工藝尺寸計算第一次切肩位置在計算切肩位置尺寸時，根據切肩前后鍛件體積不變原則第二次切肩位置為保證軸段尺寸，切肩位置距離第一次切肩位置為第三次切肩位置為保證軸段尺寸，切肩位置距離第二次切肩位置為第一次切肩位置第二次切肩位置第三次切肩位置設計計算與說明結果。切頭尺寸為保證整個鍛件長度，在零件左端進行切頭操作，保證在最后一步進行切頭操作，保證總長為。3.3.2變形工藝工步設計具體坯料鍛造步驟主要有以下幾步： 下料根據計算選用鋼材坯料，具體尺寸為。由于計算所得坯料直徑大于鍛件最大直徑尺寸，故選用拔長工藝進行加工。整體拔長坯料至，滾圓切肩，拔長軸段，滾圓，切頭切頭保證總長設計計算與說明結果切肩，拔長軸段，滾圓切肩，拔長軸段，滾圓修整，切頭設計計算與說明結果（2）鍛造溫度斷定鑄造溫度規(guī)模的基本原則是：在鑄造溫度規(guī)模內，應包管金屬具有杰出的塑性和較低的變形抗力以利于鑄造變形；能改進金屬內部安排功能，取得優(yōu)質鍛件；規(guī)模寬度盡可能大些，以削減加熱火次，進步出產功率。 始鍛溫度的斷定，主要是不發(fā)生過燒表象。因而碳鋼的始鍛溫度應低于鐵碳平衡圖的固相線150250。終鍛溫度的斷定，既要保證金屬在終鍛前具有滿足的塑性，又設計計算與說明結果要使鍛件可以取得好的晶體排布，因而，通常來說終鍛溫度應稍高于其再結晶溫度，既保證毛坯在終鍛前仍有滿足的塑性，又能使鍛后再結晶徹底。 就碳鋼而言，終鍛溫度若是過高，會使鍛件晶粒粗大。終鍛溫度不能低于鐵碳平衡圖的A1線。不然塑性明顯下降，變形抗力增大，加工硬化表象嚴峻，簡單發(fā)生鑄造裂紋。該零件適用為45鋼，亞共析鋼，終鍛溫度應在A3線以上1550，坐落單相奧氏體區(qū)，塑性好。綜上，始鍛溫度為12001250度，終鍛溫度為800度，鍛造溫度范圍為400450度。（3）鍛后冷卻若采用水冷或者油冷的方式，可能由于冷卻速度較快，形成馬氏體，不利于后續(xù)切削加工，故冷卻方式采用空冷，為進一步加工做準備。3.4計算坯料重量和尺寸（1）坯料重量的確定鍛造用坯料有兩類，一類是鋼材和鋼坯，用于中小型鍛件；另一類是鋼錠，用于大中型鍛件。由于該零件體積較小，屬于小型鍛件，故選用型材進行鍛造。坯料的重量可按下式進行計算：始鍛溫度為12001250度，終鍛溫度為800度，鍛造溫度范圍為400450度鍛后采用空冷方式設計計算與說明結果式中按照鍛件圖零件體積進行計算，鍛鋼密度取，則一般按火次進行估算公式中的系數適用于一次加熱，如需多次加熱，每增加一個火次，系數增加0.5。在鍛造過程中加熱四次，并取鍛造使用爐子為煤氣爐，故可得：沖孔芯料損失；一般按以下公式進行計算切頭直徑為，代入數據可得設計計算與說明結果綜上可得，（2）坯料尺寸的確定軸類鍛件一般采用拔長方式進行鍛造，拔長后的最大截面部分應達到規(guī)定的鍛造比要求，即式中因此，采用圓截面坯料時：式中，。取鍛造比,可得根據工程材料及熱加工工藝基礎表2-9可取坯料直徑為70mm,則可計算坯料長度為故取坯料最終長度為.綜上所述，坯料尺寸為。坯料尺寸為設計計算與說明結果3.5選定設備選定鍛造設備的依據是鍛件的材料、尺寸和重量，同時，還要適當考慮車間現有的設備條件。設備噸位太小，鍛件內部鍛不透，質量不好，生產率也低，噸位太大，不僅造成設備和動力的浪費，而且操縱不便，也不安全。對于低碳鋼、中碳鋼和普通低合金鋼錘上自由端，按工程材料及熱加工工藝基礎表2-10 自由鍛錘的鍛造能力范圍可查得，鍛件類型為圓軸，鍛件，故選取落下部分重量為0.25t的自由鍛錘。對于此類小型鍛件，采用鍛錘，經查詢課程設計資料，選用型號為C41-100的空氣錘和手錘進行鍛造。四、結論通過對零件結構的分析，確定了鍛造方案，為了簡化鍛造工藝，同時減小車削加工加工量，選定為四段階梯軸進行鍛造；并通過對余量、余塊和公差的確定進一步細化了鍛造方案，由對坯料質量和尺寸的計算確定了相應的鋼坯規(guī)格?？傊?，該鍛造方案較好的完成了設計任務，可以加工出所要求的掛輪架軸工件。選用型號為C41-100的空氣錘和手錘設計計算與說明結果五、參考文獻【1】楊慧智，工程材料及成型工藝基礎，機械工業(yè)出版社【2】張萬昌，工程材料及熱加工工藝基礎六、附錄掛輪架軸鍛造工藝卡鍛件名稱掛輪架軸鍛件材料45掛輪架軸坯料重量1048.8g坯料尺寸70X36鍛件質量954g工藝類型自由鍛順序鍛造溫度操作工步變形過程圖設備工具1始鍛1200終鍛溫度800下料，加熱鋸床圓口鉗2整體拔長坯料至58mm，滾圓C41-100空氣錘尖口鉗，圓口鉗，摔圓摔子3加熱，切肩圓口鉗，壓肩摔子4拔長24mm軸段，滾圓，切頭C41-100空氣錘尖口鉗，圓口鉗，摔圓摔子，剁刀5加熱，切肩圓口鉗，壓肩摔子6拔長33mm軸段，滾圓C41-100空氣錘尖口鉗，圓口鉗，摔圓摔子7加熱，切肩圓口鉗，壓肩摔子8拔長26mm軸段，滾圓修整，切頭C41-100空氣錘尖口鉗，圓口鉗，摔圓摔子，剁刀15切削工藝設計說明書 課程名稱 切削工藝課程設計 設計題目 掛輪架軸 目錄一、 掛輪架軸的工藝分析及生產類型的確定. 21. 掛輪架軸的工藝分析. 22. 生產類型的確定. 2二、 機械加工工藝設計.31. 定位基準的選擇及安裝形式.32. 零件表面加工方法的選擇.43. 制定工藝路線.54. 確定機械加工余量.7三、總結11四、參考文獻12五、附錄（機械加工工藝過程工藝卡）13設計計算與說明結果一、掛輪架軸的工藝分析及生產類型的確定1.掛輪架軸的工藝分析由該掛輪軸的零件圖可知，該軸屬于典型的階梯軸類零件，機構較為復雜，由于各軸段具有不同的功能、尺寸、配合及粗糙度的要求，故加工起來較為復雜。該軸共分為六段，主要構成為回轉面，故可采用車削方式進行加工，M16所示的兩處螺紋可單獨進行加工，由于不同軸段間設計有退刀槽，故可以方便單獨地對各段進行不同的加工；在18軸段和13軸段上有平面，可在車削加工完成后再進行銑削加工。不同軸段的粗糙度要求不同，有Ra0.63,Ra2.5和Ra25的不同要求，可利用粗車，半精車，精車和靜磨的方法分別進行加工，滿足不同的要求，由于退刀槽的作用，故各段加工之間互不影響。25X35軸段的直徑和長度都有公差要求，在加工時需要用較精密的加工方法以及合適的工序對其進行保證；同時有平行度和垂直度的要求，可以通過適當的基準選擇和工序排布對其進行保證?？傊?，該零件可以在正常的工藝條件下，用較為經濟的方法進行加工，整體工藝性較好。2.生產類型的確定設計計算與說明結果由于零件圖未對生產數量及批次有明確要求，且加工數量只為1，故可視為單件小批量生產類型，以此進行工藝路線的擬定。二、機械加工工藝設計1.定位基準的選擇及安裝形式精基準的選擇根據零件圖可知25軸段有垂直度的要求，并且其尺寸偏差要求較嚴格，故選定其為精基準，可以滿足位置公差的要求，同時可以作為回轉面進行定位，可以保證其余各軸段之間的同軸度要求，減少跳動。同時由于裝夾要求，在左右兩端進行裝夾時，分別以M16軸段和25軸段為精基準進行加工。具體進行加工時，兩精基準互為基準進行加工，保證了各處的形位公差要求。粗基準的選擇由于該零件屬于回轉軸類零件，故選取零件中心軸線為粗基準，分別裝夾兩次，在兩端鉆頂尖孔作為定位粗基準，為后續(xù)的精加工最好準備。安裝形式和次數在車床上安裝工件所用的附件有三爪卡盤、四爪卡盤、頂尖、花盤、心軸、中心架和跟刀架等。安裝工件的設計計算與說明結果主要要求是位置準確、裝夾牢固。工序1、2、3、4、6、7、8、9是粗車、半精車和精車，由于是對回轉面進行車削，三爪卡盤是應用最廣泛的夾具，適合于安裝短圓棒料工件，且三爪卡盤裝夾方便能自動定心 ，能滿足車削精度要求，故在這幾個工序中選用三爪卡盤進行裝夾。在每個工序中分別裝夾一次。工序10為銑削，在13軸段和25軸段由于銑削平面有角度關系和定位要求，故在裝夾時選用分度頭進行裝夾，可以保證相應角度方便加工。裝夾一次。工序11為精磨，由于屬于精加工，要保證加工精度和表面粗糙度，所以選用雙頂尖進行裝夾。共裝夾一次。2.零件表面加工方法的選擇根據零件圖上的表面粗糙度要求和尺寸精度要求，可查閱機械制造技術基礎表5-6獲得零件外圓加工方法的經濟精度，進而進行相應加工方法的選用。零件圖上粗糙度要求為Ra25的部分粗車即可達表面粗糙度要求；對于零件圖上表面粗糙度要求為Ra2.5的M16及50兩端面，查表可知半精車可到達到Ra2.510的要求，精車可達到Ra1.255的要求，為減小加工難度，故選用粗車半精車精車的加工方法，以經濟的加工方法和效率滿足加工要求。設計計算與說明結果對于零件圖上粗糙度要求為Ra0.63的25軸段，車削不易滿足，且選用金剛石車成本較高，故選用磨削的方法，查閱表格可知粗磨可達到Ra1.2510精度，半精磨可達到Ra0.632.5精度，精磨可達到Ra0.161.25精度，考慮加工成本和加工效率的綜合影響，最終選用粗車半精車精車精磨的方法對其進行加工。需要進行銑削加工的平面由于沒有特殊要求，采用普通粗銑對其進行加工，查閱表格可恥粗銑可達到Ra1080精度，滿足Ra25的要求。根據零件圖技術條件，在軸段350+0.15和方頭處有淬火至硬度40-45HRC的要求，故在相應工序中加入熱處理，由于淬火后對零件尺寸和加工精度影響較大，所以將其安排在粗加工之后，半精加工和精加工之前。3.制定工藝路線擬定加工順序加工階段的劃分：按照對工藝分析的要求，加工階段可劃分為粗加工半精加工精加工。分別為：粗車外圓、鉆中心孔；半精車各處外圓、臺階和次要表面；精車和精磨各處外圓表面。在擬定加工順序的時候遵循“先基準面后其他”、“先設計計算與說明結果面后孔”、“先主后次”和“先粗后精”的原則。故各軸段的加工順序為：M16兩軸段：粗車半精車精車車螺紋；50軸段：粗車半精車；25軸段：粗車半精車精車精磨；18軸段：粗車半精車銑；13軸段：粗車半精車銑?？偧庸ろ樞驗椋捍周囕S端面，打中心孔粗車各外圓表面熱處理25和M16軸段半精車各外圓表面精車M16，25外圓面兩M16軸段車螺紋銑削18和13外圓面精磨25外圓面選擇機床根據該軸的尺寸大小要求，選用臥式車床CA6140,萬能外圓磨床MD1420，立式升降臺銑床X5032，具體情況如上表所示。選擇夾具、刀具及量具夾具：三爪卡盤是最常用夾具，易于裝夾且可以自動定心，在粗車、半精車和精車部分選用三爪卡盤作為夾具；銑削時由于有角度要求，需要定位角度，故選用分度頭和頂尖M16兩軸段：粗車半精車精車車螺紋；50軸段：粗車半精車；25軸段：粗車半精車精車精磨；18軸段：粗車半精車銑；13軸段：粗車半精車銑。設計計算與說明結果作為夾具；磨床由于表面粗糙度較高，對表面質量有較高的要求，故選用雙頂尖作為夾具。刀具：車端面時考慮切削方便選用45車端面刀，其余車削部分采用60彎刀，在車螺紋時可選用螺紋車刀進行相應加工，銑削時由于加工平面，故采用兩面刃銑刀。量具：根據零件圖的尺寸要求，可選用分度為0.02mm的游標卡尺進行測量即可滿足測量精度。熱處理由于有些軸段半精車即為最終加工工序，為了不影響已加工精度，將熱處理放置在粗加工之后，半精加工之前，可滿足相應要求。4.確定機械加工余量各工步加工余量設計計算與說明結果在零件加工過程中有粗車、半精車和精車幾種加工方法，查閱粗車及半精車外圓加工余量表可對各工步加工余量進行確定。零件總廠L=121mm粗車24X27軸段，加工余量大于2mm，取4mm；粗車33X35軸段，加工余量大于2mm，取4mm;粗車58X21軸段，加工余量大于2.3mm，取8mm;粗車26X38軸段，加工余量大于2mm,取6mm;半精車20X27軸段，加工余量大于2mm,取3mm;半精車28X35軸段，加工余量2.6mm，為精車和磨削留取加工余量；半精車20X38軸段，加工余量為2mm,在之后依次車削16.3和13軸段；查閱表車削加工余量、加工精度和表面粗糙度可知精車加工余量為0.10.3mm,故選擇：精車16.3X27軸段，加工余量為0.3mm;精車25.4X35軸段，加工余量為0.3mm.表3.8.1 磨削加工余量、加工精度和表面粗糙度加工方法本道工序單面經濟加工余量（mm）經濟加工精度經濟表面粗糙度磨削粗磨0.250.5IT8IT76.33.2半精磨0.10.2IT71.60.8精磨0.050.1IT7IT60.80.2細磨、超精磨0.0050.05IT6IT50.100.025設計計算與說明結果查閱表3.8.1磨削加工余量表可知精磨加工余量為0.050.1mm,故選取25.1X35軸段的加工余量為0.1mm，加工后達到最終尺寸要求。各工序加工余量軸段M16X20加工余量及公差工序名稱工序余量/mm加工經濟精度/mm表面粗糙度Ra/um工序基本尺寸/mm精車、車螺紋0.3IT72.516半精車3.7IT103.216.3粗車4IT1212.520鍛造24軸段50X5加工余量及公差工序名稱工序余量/mm加工經濟精度/mm表面粗糙度Ra/um工序基本尺寸/mm粗車8IT122550鍛造58設計計算與說明結果軸段25X35加工余量及公差工序名稱工序余量/mm加工經濟精度/mm表面粗糙度Ra/um工序基本尺寸/mm尺寸、公差/mm精磨0.1IT60.6325-0.02-0.04精車0.3IT71.2525.10-0.05半精車2.6IT103.225.400.062粗車5IT1212.52800.16鍛造33軸段18X5加工余量及公差工序名稱工序余量/mm加工經濟精度/mm表面粗糙度Ra/um工序基本尺寸/mm銑IT1012.518半精車2IT1012.518粗車6IT122520鍛造26設計計算與說明結果軸段M16X18加工余量及公差工序名稱工序余量/mm加工經濟精度/mm表面粗糙度Ra/um工序基本尺寸/mm精車、車螺紋0.3IT62.516半精車3.7IT103.216.3粗車6IT1212.520鍛造26軸段M16X18加工余量及公差工序名稱工序余量/mm加工經濟精度/mm表面粗糙度Ra/um工序基本尺寸/mm銑IT1012.513半精車2IT1012.513粗車11IT122515鍛造26三、總結通過本次切削工藝設計，我對機械制造的相關知識進行了復習和鞏固，加深了對于加工方法、加工精度和對加工流程設計的理解，在課程設計的過程中，我查閱了大量的資料和手冊，收獲頗豐。同時，我也在實踐的過程中發(fā)現了理論與實踐的差別，認識到了自身的不足，在今后的學習中我會進一步加強自己對于機械專業(yè)知識的學習認識和深化。設計計算與說明結果四、參考文獻【1】張世昌，機械制造技術基礎，高等教育出版社【2】楊慧智，工程材料及成形工藝基礎，機械工業(yè)出版社【3】機械設計手冊，北京出版社13