拨叉夹具的课程设计

课程设计示例及相关内容讲解图2-1、图2-2分别为某拖拉机用拨叉零件的零件图和三维图样。已知：零件材料为45钢，重量为4.5kg，年产量Q=8000台/年，m=1件/台。试为该拨叉零件编制工艺规程。第一节零件的工艺分析及生产类型的确定一、零件的作用该拨叉应用在某拖拉机变速箱的换档机构中。拨叉头以30mm孔套在变速叉轴上，并用销钉经8mm孔与变速叉轴联结，拨叉脚则夹在双联变换齿轮的槽中。当需要变速时，操纵变速杆，变速操纵机构就通过拨叉头部的操纵槽带动拨叉与变速叉轴一起在变速箱中滑动，拨叉脚拨动双联变换齿轮在花键轴上滑动以改换档位，从而改变拖拉机的行驶速度。该拨叉在改换档位时要承受弯曲应力和冲击载荷的作用，因此该零件应具有足够的强度、刚度和韧性，以适应拨叉的工作条件。该零件的主要工作表面为拨叉脚两端面、叉轴孔0.021030(7)mmH和锁销孔00.0158mm，在设计工艺规程时应重点予以保证。二、零件的技术要求1.示例该拨叉的全部技术要求列于表2-1中。该拨叉形状特殊、结构简单，属典型的叉杆类零件。为实现换档、变速的功能，其叉轴孔与变速叉轴有配合要求，因此加工精度要求较高。叉脚两端面在工作中需承受冲击载荷，为增强其耐磨性，该表面要求高频淬火处理，硬度为48~58HRC；为保证拨叉换档时叉脚受力均匀，要求叉脚两端面对叉轴孔0.021030mm的垂直度要求为0.1mm，其自身的平面度为0.08mm。为保证拨叉在叉轴上有准确的位置，改换档位准确，拨叉采用锁销定位。锁销孔的尺寸为00.0158mm，且锁销孔的中心线与叉轴孔中心线的垂直度要求为0.15mm。综上所述，该拨叉件的各项技术要求制定较合理，符合该零件在变速箱中的功用。2.相关内容讲解——分析零件的技术要求对零件的技术要求进行分析，应包括以下内容：1）掌握零件的结构形状、材料、硬度及热处理等情况，了解该零件的主要工艺特点，形成工艺规程设计的总体构想。2）分析零件上有哪些表面需要加工，以及各加工表面的尺寸精度、形状精度、位置精度、表面粗糙度及热处理等方面的技术要求；明确哪些表面是主要加工表面，以便在选择表面加工方法和拟定工艺路表2-1拨叉零件技术要求表线时重点考虑；并将全部技术要求归纳整理成表2-1所示形式，以防止在拟定工艺路线时漏掉某个表面。三、审查零件的工艺性1.示例分析由零件图可知，拨叉头两端面和叉脚两端面均要求切削加工，并在轴向方向上均高于相邻表面，这样既减少了加工面积，又提高了换档时叉脚端面的接触刚度；30mm孔和8mm孔的端面均为平面，可以防止加工过程中钻头钻偏，以保证孔的加工精度；另外，该零件除主要工作表面（叉脚两端面、变速叉轴孔0.021030mm和锁销孔00.0158mm）外，其余表面加工精度均较低，不需要高精度机床加工，通过铣削、钻床的粗加工就可以达到加工要求；而主要工作表面虽然加工精度相对较高，但也可以在正常生产条件下，采用经济加工方法加工出合格产品。由此可见，该零件的工艺性较好。2.相关内容讲解——审查零件的工艺性1）审查零件图样上的视图、尺寸公差和技术要求是否齐全和正确。2）审查零件的结构工艺性，是否能以较高的生产率加工、刀具是否能正常工作、加工时工件是否有足够的刚性以及是否有利于装配等。详细内容参见配套教材《机械制造技术基础》第五章第六节。如发现明显问题，应和指导老师商量，提出合理的改进方案。四、确定零件的生产类型1.示例结合生产实际，备品率a%和废品率b%分别取3%和0.5%，则年产纲领8000/1/1310582812N台年件台（+%）（+.%）=.件/年拨叉重量为4.5kg，查表2-2知，拨叉属轻型零件；由表2-3知，该拨叉的生产类型为大批生产。2.相关内容讲解——确定零件的生产类型零件的年产纲领可按下式计算11NQmb（+a%）(+%）----------（2-1）式中N——零件的生产纲领（件/年）Q——产品的年产量（台、辆/年）M——每台（辆）产品中该零件的数量（件/台、辆）a%——备品率，一般取2%~4%b%——废品率，一般取0.3%~0.7%第二节选择毛坯、确定毛坯尺寸、绘制毛坯简图一、选择毛坯1.示例由于该拨叉在工作过程中要承受冲击载荷，为增强拨叉的强度和冲击韧度，获得纤维组织，毛坯选用锻件。该拨叉的轮廓尺寸不大，且生产类型为大批生产，为提高生产率和锻件精度，宜采用模锻法制造毛坯。毛坯的拔模斜度为5度。表2-2不同机械产品的零件质量型别表表2-3机械加工零件生产类型的划分2.相关内容讲解——毛坯种类及其制造方法机械加工中常见毛坯种类有：铸件、锻件、型材、挤压件、冲压件及焊接组合件等，其中最常用的是铸件和锻件。铸件：一般适用于形状较复杂、生产批量较大的零件，如床身、立柱等。目前，多数铸件采用砂型铸造，少数优质铸件采用特种铸造。砂型铸造中，木模手中铸造生产率低、铸件精度低、加工余量大，适于单件小批生产；金属模机器造型生产率较高、铸件精度高、表面质量与机械性能均较好，适于大批大量生产。锻件：当零件承受重载荷、冲击载荷或交变载荷时，宜选锻件毛坯，因为锻件的强度与冲击韧度较高。所以锻件适于强度要求较高、形状比较简单的零件。锻造方法有自由锻、模锻、胎膜锻和精密锻造等。其中，自由锻生产率低、锻造精度低、表面质量差、加工余量大，但成本较低，适于单件小批生产或大批锻件的生产；模锻生产率高、锻件精度高、表面质量好、加工余量小、可锻造较复杂的件，但成本较高，适于成批大量生产中小型锻件；胎膜锻介于自由锻和模锻之间，适于中小批生产小型锻件。冲压件：适于中小尺寸的板料零件，一般可不再经过切削加工，用于成批大量生产。型材：热轧型材的尺寸较大，精度低，用于做一般零件的毛坯。拉制型材的尺寸较小，精度较高，适于制造中小型零件。组合件：把铸件、锻件、型材或经过局部机械加工的半成品组合在一起作为零件的毛坯，如焊接的床身、箱体等。二、确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量1.相关内容讲解——钢质模锻件公差及机械加工余量（摘自GB/T12362--1990）要确定锻件毛坯的尺寸公差及机械加工余量，应先确定如下因素，然后再查相关表格：公差等级锻件重量锻件形状复杂系数锻件材质系数锻件分模线形状零件表面粗糙度1）适用范围：本标准适用于此标准的锻件重量应小于或等于250kg，长度（最大尺寸）应小于或等于2500mm。2）公差及机械加工余量等级：国标中规定钢质模锻件的公差分为两级，即普通级和精密级。精密级公差适用于有较高技术要求，但需要采取附加制造工艺才能达到的锻件，一般不宜采用。精密级公差可用于某一锻件的全部尺寸，也可用于局部尺寸。平锻件只采用普通级。机械加工余量只采用一级。3）锻件重量tm：锻件重量的估算按下列程序进行：零件图基本尺寸——估计机械加工余量——绘制锻件图——估算锻件重量（本示例中根据已知重量，估计了一个比它稍大的合适值）——按此重量查表确定公差和机械加工余量。4）锻件形状复杂系数S：是锻件重量tm与相应的锻件外廓包容体重量Nm之比，/(22)tNSmm图2-3和图2-4分别为圆形锻件和非圆形锻件的外廓包容体示意图。锻件外廓包容体重量Nm以包容锻件最大轮廓的圆柱体或长方体作为实体计算重量，其中圆形锻件按公式（2-3）计算，非圆形锻件按公式（2-4）计算。2(23)4Nmdh(24)Nmlbh式中为锻件材料密度。根据S值的大小，锻件形状复杂系数分为4级：1S级（简单）：0.631S2S级（一般）：0.320.63S3S级（较复杂）：0.160.32S4S级（复杂）：00.16S特殊情况：①当锻件形状为薄形圆盘或法兰件（如图2-5所示），且圆盘厚度和直径之比t／d≤0．2时，采用4S级；②当平锻件12120.24ttdd或（如图2－6所示），采用4S级；③平锻件冲孔深度大于直径1．5倍时，形状复杂系数提高一级。5）锻件材质系数M：锻件材质系数分为两级：1M和2M。1M级：碳的质量分数小于0．65％的碳素钢或合金元素总质量分数小于3．0％的合金钢；2M级：碳的质量分数大于或等于0，65％的碳素钢或合金元素总质量分数大于或等于3，0％的合金钢。6）锻件分模线形状分为两类：①平直分模线或对称弯曲分模线（如图2－7a、b所示）；②不对称弯曲分模线（如图2－7c所示）。7）零件表面粗糙度：按Ra数值大小分为两类：①Ra≥1，6m；②Ra≤1．6m。8）锻件公差表2－4至表2－6为锻件公差表。公差表使用方法：当确定锻件长度、宽度或高度尺寸公差时，在相应表中，应根据锻件重量选定相应范围，然后沿水平线向右移动。若材质系数为1M，则沿同一水平线继续向右移动，若材质系数为2M，则沿倾斜线向右下移动到与2M垂线的交点。对于形状复杂系数S，用同样方法，沿水平或倾斜线移动到1S或2S、3S、4S格的位置，并继续向右移动，直到所需尺寸的垂直栏中，即可查得所需的公差值。每个表格下都有例题，相应的查表路线在表格中用粗线表示，供大家参考。I．长度、宽度和高度尺寸公差①长度、宽度和高度尺寸公差是指在分模线一侧同一块模具上沿长度、宽度、高度方向上的尺寸公差（如图2－8所示）。图中，l—长度方向尺寸；b—宽度方向尺寸；h—高度方向尺寸；f—落差尺寸；t—跨越分模线的厚度尺寸。此类公差根据锻件基本尺寸、重量、形状复杂系数以及材质系数查表2－4确定。②孔径尺寸公差：按孔径尺寸由表2－4确定公差值，其上下偏差按+1/4，－3/4比例分配。③落差尺寸公差：是高度尺寸公差的一种形式（如图2－8中的f），其数值比相应高度尺寸公差放宽一档，上下偏差值按±l／2比例分配。II．厚度尺寸公差厚度尺寸公差指跨越分模线的厚度尺寸的公差（如图2－8中的t）。锻件所有厚度尺寸取同一公差，其数值按锻件最大厚度尺寸由表2-5确定。III．中心距公差对于平面直线分模，且位于同一块模具内的中心距公差由表2－6确定；弯曲轴线及其他类型锻件的中心距公差由供需双方商定。9）机械加工余量：根据估算锻件重量、零件表面粗糙度及形状复杂系数由表2-7和2-8来确定。对于扁薄截面或锻件相邻部位截面变化较大的部分应适当增大局部余量。2.相关内容讲解——铸件尺寸公差与机械加工余量（摘自GB/T6414-1999）1）基本概念①铸件基本尺寸机械加工前的毛坯铸件的尺寸，包括必要的机械加工余量（图2－9）。②尺寸公差允许尺寸的变动量。公差等于最大极限尺寸与最小极限尺寸之代数差的绝对值；也等于上偏差与下偏差之代数差的绝对值。③要求的机械加工余量（RMA）在毛坯铸件上为了随后可用机械加工方法去除铸造对金属表面的影响，并使之达到所要求的表面特征和必要的尺寸精度而留出的金属余量。单侧作机械加工时，如图2-10所示，RMA与铸件其他尺寸之间的关系由公式R=F+RMA+CT/2表示。对圆柱形的铸件部分或在双侧机械加工的情况下，RMA应加倍。例如，图2-11所示外圆面作机械加工时，RMA与铸件其他尺寸之间的关系可由公式R=F+2RMA+CT/2表示；而与图2-12所示内腔作机械加工相对应的表达式为式R=F-2RMA-CT/2表2-8（1）大批量生产的毛坯铸件的公差等级2）．公差等级铸件公差有16级，代号为CT1～CT16，常用的为CT4～CT13，表2-8（1）和表2-8（2）列出了各种铸造方法通常能够达到的公差等级。对于大批量重复生产方式，有可能通过精心调整和控制型芯的位置达到比表2-8（1）所示更精的公差等级。在用砂型铸造方法作小批量和单个铸件生产时，通过采用金属模样和研制开发装备及铸造工艺来达到小公差的做法通常是不切实际且不经济的。表2-8（2）给出了适用于这种生产方式的较宽的公差。铸件的尺寸公差可由表2-8（3）查出。3）．公差带的位置表2-8（2）小批量生产或单件生产的毛坯铸件的公差等级表2-8（3）铸件尺寸公差/mm表2-8（4）要求的铸件机械加工余量（RMA）/mm除非另有规定，公差带应相对于基本尺寸对称分布，即一半在基本尺寸之