金属工艺及机制基础

《金属工艺及机制基础》三级项目报告内容：高速轴加工工艺分析班级：机自五班小组成员：刘同磊、孙向男、裴泽宇、丁涛、杜宁指导教师：王振华赵德颖提交时间：2015/6/23目录1、零件制造的总体方案分析和选定1.1毛坯制造方案的可行性分析及比较1.2主要表面机械加工方案的分析及选择2、毛坯生产工艺方案的分析2.1工艺性综合分析2.2生产方法的确定2.3工艺参数的确定及其他工艺问题的分析2.4锻造工艺图3、机械加工工艺方案的分析3.1零件机械加工工艺的分析3.2工艺基准的选定3.3工艺过程的拟定3.4机械加工过程工艺图4、成员贡献及感想5、参考文献1、零件制造的总体方案分析和选定零件分析：该零件形状简单，尺寸较小，材料为45钢，要求生产数量为1。1.1毛坯制造方案可行性分析与比较毛坯制造方案主要有铸造、锻造、轧制三种，以下进行三种方案的可行性分析及优缺点比较：可行性分析：45钢是轴类零件的常用材料，应用范围广，可用于铸造、锻造、轧制等不同形式的生产方式。优缺点比较：铸造：铸造方法适用于形状复杂的零件毛坯，单件和小批量生产一般采用手工造型的砂型铸造，其特点是操作灵活、工装简单，但劳动强度大、生产率低。铸件的主要缺点是内部有复杂形状的内腔，组织比较疏松，容易产生缩孔缩松等,综合力学性能比较差,弹性模数较低。锻造：自由锻的主要特点是工艺灵活，设备和工具的通用性强，成本低。由于自由锻件的形状和尺寸主要有操作者的的技术来控制，因此锻件尺寸精度差，加工余量较大，生产效率低，故一般适合与形状简单的单件、小批量生产。轧制：轧制成形与一般锻压加工方法相比较，具有生产效率高、产品质量好、成本低，并可大大减少金属消耗等优点。方案拟定：由于零件的形状简单，所以从对设备的要求、原料的利用率、操作的简易程度分析，采用从已经轧制好的棒料中切取一段，自由锻成毛坯。1.2主要表面机械加工方案的分析及选择零件分析：该零件属齿轮轴类零件，主要的机加工表面为轴右端轴径为Ф35的与轴承配合的外圆面（表面粗糙度Ra0.8）、轴间轴径分别为Ф40和Ф45（表面粗糙度均为Ra1.6)的与齿轮孔配合的外圆面以及其上与键配合的两个键槽表面（表面粗糙度均为Ra6.3）、两个M5的螺纹孔、轴左端轴径为Ф35外圆面、其余两个轴径分别为Ф45和Ф55的外圆面以及其他各轴肩端面（表面粗糙度均为Ra12.5）。各表面加工方案的分析及选择：由于该零件对尺寸精度的要求高于粗糙度要求，因此以精度要求为基准确定各表面的机械加工方案。外圆面的加工一般以车削和磨削为主，键槽表面的加工一般以铣削加工为主，螺纹孔的加工采用攻螺纹。轴右端轴径为Ф35的与轴承配合的外圆面（Ra0.8）：粗车→半精车→粗磨→精磨轴间轴径为Ф40与Ф45的与齿轮孔配合的外圆面（Ra1.6）：粗车→半精车→粗磨其余两个轴径为Ф45和Ф55的外圆面（Ra12.5）：粗车→半精车两个键槽表面（Ra6.3）：粗铣→半精铣两个M5的螺纹孔：钻孔→精铰→铣螺纹2、毛坯生产工艺方案的分析2.1工艺性综合分析优点缺点轧制具有生产效率高、产品质量好、成本低，并可大大减少金属消耗对机械设备要求较高自由锻工艺灵活，设备和工具的通用性强，成本低锻件尺寸精度差，加工余量较大，生产效率低2.2生产方法的确定根据自由锻锻件类型（齿轮轴）及所需变形工艺方案选择用手动电砂轮切取一段热轧圆棒料进行自由锻，自由锻的基本变形工序方案为：拔长→压肩→锻台阶。2.3工艺参数的确定及其他工艺问题的分析根据后续机械加工方案的切削加工余量确定锻件尺寸；根据锻件尺寸计算锻件质量；根据锻件质量计算坯料质量；根据坯料质量及锻件尺寸确定坯料尺寸：通过查阅机械加工工艺类书籍，选定粗车切削量3~4mm，半精车切削量1.5~2.5mm，粗磨切削量0.4mm，精磨切削量0.1mm,最终确定机械加工余量为10mm。根据余量绘制锻件图。由锻件图尺寸及材料45钢比重计算得锻件质量：锻件体积V锻=¼π（55²×48＋65²×165＋50²×93）mm³=844.2cm³45钢密度ρ=7.85g/cm³锻件质量G锻=V×ρ=6626.97g=6.7kg坯料质量按下式计算：G坯=G锻＋G损=G锻＋G烧＋G切式中，G坯——坯料的质量，kg；G锻——锻件质量，kg；G损——坯料加热和锻造过程中的损耗量，包括坯料加热时的烧损量（G烧）和修切端部的料头（G切），计算方法见下表。烧损量G烧=K1·G锻料头损耗G切室式煤炉K1=2.5%~4%油炉K1=2%~3%煤气炉K1=1.5%~2.5%圆形截面G切=（1.5~1.8）D1³矩形截面G切=（2.2~2.36）B²·H1注：D1-切头部分直径（dm）;B-切头部分宽度（dm）；H1-切头部分高度（dm）。该零件为单件生产，采用煤气炉加热，切头部分为圆形截面根据上述公式和表格，毛坯质量：G坯=G锻＋G烧＋G切=G锻＋K1·G锻＋（1.5~1.8）D1³=6.7＋2.5%×6.7＋1.8×0.5³=7.1kg根据坯料质量及比重计算坯料体积：V坯=G坯/ρ=904.5cm³为满足锻造比要求，应取F坯≥y·Fmax式中，F坯——坯料截面积，mm²；Fmax——经拔长后锻件的最大截面积，mm²；y——规定的锻造比，采用轧材锻造，y≥1.0~1.3。所以坯料截面积F坯≥y·Fmax=1.3×¼π×65²=4313.8mm²。综上所述：确定所取直径Ф75，长205mm的热轧圆棒料为毛坯。查阅书中图表确定锻造设备为0.5t自由锻锤，始锻温度为1200℃，终端温度为770℃。2.4锻造工艺图锻件名称高速轴材料45坯料尺寸Ф75×205坯料重量7.1kg锻造设备0.5t自由锻锤序号工序名称简图备注1整体拔长拔长后直径Ф65是根据锻件最大截面直径确定的2压肩压肩长度35是根据锻件右端轴颈体积计算确定的3拔长一端根据锻件图尺寸拔长至Ф554压肩压肩长度213是根据锻件图轴右边两段尺寸计算确定的5拔长另一端根据锻件图尺寸拔长至Ф506修整保证锻件总长306在锻件直径Ф50一段切除料头3、机械加工工艺方案的分析3.1零件机械加工工艺的分析该零件为齿轮轴类零件，需要有较好的综合力学性能，因此热处理只需进行调质处理；主要机加工表面为与齿轮或轴承的外圆面，尺寸精度要求高，因此选用车磨类方案进行加工。3.2工艺基准的选定根据所给零件图尺寸标注：轴间部分外圆面的尺寸标注中有以左右两端外圆面轴线为基准的同轴度的形位公差要求，因此各外圆面加工的基准表面为轴左右两端的外圆面；两键槽的尺寸标注中有以其所在的轴间外圆面中心线为基准的对称度的形位公差要求，因此两键槽加工的基准面为其所在的外圆表面及其左侧端面；两螺纹孔以长键槽右端表面以及对称轴线为基准加工。3.3工艺过程的拟定先加工选择的各基准面，然后用它定位加工其他表面和各孔；根据精细分开原则，分阶段加工各个平面和孔。分为粗加工和精加工。3.4机械加工过程工艺图工序号工种夹具及工序内容加工简图设备刀具1下料锻造毛坯2车三爪自定心卡盘夹持工件，车端面见平，钻中心孔。用尾架顶尖顶住，粗车三个台阶，直径、长度均留余量2mm车床90度外圆车刀调头，三爪自定心卡盘加持工件另一端，车端面保证总长304mm，钻中心孔。用尾架顶尖顶住。粗车余下三个台阶，直径、长度均留余量2mm3热调质处理HB220～2504钳修研两端中心孔车床油石顶尖5半精车双顶尖装卡，半精车三个台阶，Ф35外圆面不留余量，其余两外圆面直径留余量0.5mm，长度均留余量1mm车床90度外圆车刀6半精车调头，双顶尖装卡，半精车余下三个台阶Ф35外圆直径留余量0.5mm，长度均留余量1mm。换外圆车刀，半车削各个过渡圆角、轴肩外圆端面至零件图尺寸车床圆弧车刀7钳平口虎钳装卡划两键槽加工线8粗铣、半精铣粗铣并半精铣两个键槽。键槽深度比样图规定尺寸少铣0.25mm，作为磨削的余量立式铣床键槽铣刀9钳修研两端中心孔车床油石顶尖10磨双顶尖装卡，粗磨外圆C、D。调头，粗磨并精磨外圆B外圆磨床平形砂轮12粗车、半精车三爪自定心卡盘夹持工件保证图示端面间距58，车端面并车1×45°外圆倒角。调头，车端面保证总长296mm并车1×45°外圆倒角车床45度外圆车刀13钳平口虎钳装卡划两螺纹加工线14钻钻两Ф4深10孔并精铰，铣两M5深10螺纹立式钻床、立式铣床麻花钻头、铰刀、螺纹铣刀4、成员贡献及感想成员贡献：裴泽宇负责分析图纸分析技术要求孙向男负责总体方案选定和毛坯生产工艺分析设计杜宁负责查找资料和锻造毛坯生产工艺设计丁涛负责机加工的工艺分析设计及工艺图绘制刘同磊负责Word文档整理与总结感想：孙向男：虽然经过不懈努力最终完美完成任务但是我们也还有好多的不足，在于队员交流的时候，我们发现自己对所学的知识掌握并不是全面，对课本上的知识并没有全面的理解，因此，我们在以后的学习中，要抓住课堂，利用好课下，自己动手，更好的发展自己。丁涛：通过这次讨论活动，我对机械零件的生产和加工工艺的流程有了新的认识，掌握了设计零件制造加工流程方案的基本思路，领悟了机械制造程序化对工业生产的重要性。我们小组五人各司其职，相互配合，必要的时候寻求老师的帮助，才最终圆满的达成了项目的要求。杜宁：在我们没有做三级项目的时候，我们以为我们队课堂上的知识掌握很好，但是通过这次的三级报告，我们知道了，原来我们仅仅靠课堂上是不行的，我们也体会到了团队的力量以及团队的重要性。刘同磊：我们从这次活动之中深深的感觉到考虑问题应该全面，就像机加工时的加工工序以及精度问题的考量等，在生活中处理问题时也应该考虑全面。裴泽宇：讨论对我们加深理解金属工艺的知识有很大的帮助。通过讨论辩论，我们的知识更加的深刻，通过自己动手查资料，加深了我们课外的有关课堂上的知识。5、参考文献《机械加工工艺学》——东南大学出版社范崇洛、谢黎明主编《机械工程制图手册》——化学工业出版社孙开元、郝振洁主编《材料成形工艺基础》——清华大学出版社严绍华主编《机械制造工艺基础》——清华大学出版社傅水根主编