机械制造工艺课程设计-CA6140床头箱齿轮自由锻工艺设计（全套图纸）.doc

机械制造工艺课程设计全套图纸加153893706设计题目：床头箱齿轮B自由锻工艺设计2015年7月目录1 课程设计任务书31.1 已知技术参数：31.2 设计任务与要求：32 锻件加工余量、余块、公差的确定42.1 锻造方式及毛坯类型的选择42.2 锻件加工余量、余块、公差的确定43 毛坯质量和尺寸的计算63.1 毛坯质量的计算63.2 毛坯尺寸的计算74 自由毛坯变形步骤、温度和冷却84.1 毛坯变形步骤84.2 确定变形工步及中间坯料尺寸94.3 锻造温度104.4 冷却方式114.5 设备的选择115 参考文献121 课程设计任务书1.1 已知技术参数：1.2 设计任务与要求：1) 绘制自由锻件图；2) 自由锻件工艺卡；3) 编写设计说明书；2 锻件加工余量、余块、公差的确定2.1 锻造方式及毛坯类型的选择锻造是一种利用锻压机械对金属坯料施加压力，使其产生塑性变形以获得具有一定的机械性能、一定形状和尺寸锻件的加工方法，是锻压（锻造与冲压）的两大组成部分之一。与其他加工方法相比，锻造加工生产率最高；锻件的形状、尺寸稳定性好，并有最佳的综合力学性能。锻件的最大优势是韧性高、纤维组织合理，件与件之间性能变化小；锻件的内部质量与加工历史有关，不会被任何一种金属加工工艺超过。通过锻造能消除金属在冶炼过程中产生的铸态疏松等缺陷，优化微观组织结构，同时由于保存了完整的金属流线，锻件的机械性能一般优于同样材料的铸件。锻件的优势是由于金属材料通过塑性变形，消除了内部缺陷，如锻（焊）合空洞、压实疏松、打碎碳化物、非金属夹杂，并使之沿变形方向分布，改善或消除成分偏析等，得到了均匀、细小的低倍和高倍组织。根据坯料的移动方式，锻造方式分为自由锻，模锻，闭式模锻，闭式镦锻等，本课程采用自由锻的方式。该齿轮零件为饼块类零件，材料选择40Cr。齿轮类零件工作时，某些部位如轴颈（主要是与轴配合的套筒）往往要承受摩擦、磨损，严重时可能发生咬死（又称抱轴）现象，使轴类零件运转精度下降，有时还需要承受多种载荷的作用。饼类锻件是大型锻件的主要产品之一，而夹杂性裂纹是饼类锻件生产的主要质量问题。为增强齿轮的强度和冲击韧度，获得纤维组织，毛坯选用锻件。2.2 锻件加工余量、余块、公差的确定锻件图是编制锻造工艺、设计工具、指导生产和验收锻件的主要依据。它是在零件图的基础上考虑加工余量、锻造公差、锻造余块和操作用夹头等因素绘制而成的，如下图1。图1 齿轮零件锻件图余量：为了保证零件机械加工尺寸和表面粗糙度，在零件外表面需要加工部分，留一层作机械加工的金属，这部分称为机械加工余量，如图1所示。余块：有时为了简化锻件外形及锻制过程，在锻件某些地方添加一些大于余量的金属体积，这部分添加的金属体积成为余块，如图1所示。锻件公差：锻造公差锻件的实际尺寸，不可能正好达到锻件基本尺寸的要求，允许有一定的偏差，分为上偏差和下偏差，上偏差与下偏差的差值为锻件公差。该齿轮零件总长为115mm，最大直径为250mm。根据JB4249.4-86带孔圆盘类锻件机械加工余量与锻造公差（如表1）技术要求规定，锻件水平方向的双边余量和公差为a=104，锻件高度方向的双边余量和公差为b=93，内孔双边余量和公差为c=146，于是可绘制锻件图，如图1所示。表1 带孔圆盘类锻件机械加工余量与锻造公差余量和公差的选择应考虑锻件的材料、形状尺寸、现有设备、生产批量等因素。如表2。表2 锻件各段尺寸及偏差 尺寸轴段位置长度/mm直径/mm基本尺寸上下偏差尺寸基本尺寸上下偏差尺寸锻件总长11521152上段79279225042504下段362362132213223 毛坯质量和尺寸的计算3.1 毛坯质量的计算轴的锻造用坯料为钢材，用于中、小型锻件。坯料的重量按下式计算：其中：坯料重量；锻件重量；坯料在加热和锻造过程中的总损耗量；加热时坯料表面氧化而烧损的质量；冲孔芯料的质量；锻造时从锻件端部切去的金属质量。锻件质量：其中：锻件质量；锻件材料的密度（）锻件的体积（）；取；则根据40Cr的塑性、强度、导热及膨胀系数、组织特点、加热变化等特点，采用室式煤炉加热三次。根据坯料在加热过程和锻造过程中损耗量的计算可以得出：室式煤炉，适用于一次加热，如果需多次加热，每增加一个火次，系数增加，取，则加热三次。故对于圆形截面：。其中：为切头部分的直径，本处取系数为1.6，故。由于存在冲孔，故；其中：为冲孔直径；为坯料高度。本处取系数为1.5，故；由此可得坯料的质量为，坯料体积为3.2 毛坯尺寸的计算确定坯料尺寸时，还要考虑锻件的锻造比要求和采取的变形方式：对于饼块类零件，通常采用镦粗法锻造，为了避免镦弯和便于操作，坯料的高径比（局部镦粗时为镦粗部分的高径比）应满足：；因此，坯料的直径可按下式计算：对圆截面坯料：；所以；以钢材或钢坯等轧材为坯料的锻件，锻造比即可。因此，按照上式计算的坯料一般可满足自然锻造比要求。本处取锻造比。查找表3热轧圆钢直径（GB702-72），可知：坯料应选用直径为的圆钢。即毛坯实际直径应为。表3 热轧圆钢直径坯料长度，取综上所述，坯料尺寸为。4 自由毛坯变形步骤、温度和冷却4.1 毛坯变形步骤确定变形工步的依据是锻件的形状特征、尺寸、技术要求、生产批量和生产条件等。确定变形工步包括确定锻件成形所必需的基本工序、辅助工序和精整工序的工步，以及完成这些工步所使用的工具，确定工步顺序和工步尺寸等。毛坯采用自由锻进行锻造，主要经过为镦粗、冲孔、冲子冲孔等工序。通常采用比较法编制工序，对锻件图与所选坯料进行比较，分析其差异，初步定出基本工序；分析其不足及是否进性和经济性，结合工艺习惯增设工序。参照资料饼块类锻件锻造工艺确定工艺方案如下：下料镦粗冲孔冲子冲孔，具体步骤如下。1) 下料2) 镦粗3) 冲孔4) 冲子冲孔5) 修整，切去余料，得到符合要求的锻件。图2 毛坯锻造工艺图4.2 确定变形工步及中间坯料尺寸由锻件图1所示知D=250mm，凸肩部分凸肩部分高度，得到参照图2变形工序为镦粗冲孔冲子冲孔。根据锻件形状特点，各工步坯料尺寸确定如下：1) 镦粗。由于锻件带有凸肩，需采用垫环镦粗，如图3所示，这时应确定垫环尺寸。垫环孔腔体积应比锻件凸肩体积大10%15%（厚壁取小值，薄壁取大值），本处取12%，经计算，于是考虑到冲孔时会产生拉缩，垫环高度应比锻件凸肩高度增大15%35%（厚壁取小值，薄壁取大值），本处取20%。，取45mm。垫环内径根据体积不变条件求得，即。垫环内壁应有斜度（）并考虑公差，上端孔径定为，下端孔径定为。为去除氧化皮，在垫环上镦粗之前应进行自由镦粗，工艺过程如图2所示，自由镦粗后坯料的直径应略小于垫环内径，而经垫环镦粗后上端法兰部分直径应比锻件最大直径小些。2) 冲孔。冲孔应考虑两个问题，即冲孔芯料损失要小，同时又要照顾到扩孔次数不能太多，冲孔直径应小于，即，实际选用。3) 扩孔。总扩孔量为锻件孔径减去冲孔直径，即，按表3每次扩孔量为2530mm，分配各次扩孔量。现分两次扩孔，各次扩孔量为25mm，25mm。4) 修正锻件。按锻件图进行最后修整。4.3 锻造温度锻造温度范围是指锻件由始锻温度到终锻温度的间隔。确定锻造温度的基本原则，是保证金属材料在锻造温度范围内具有良好的塑性和较低的变形抗力，能锻出优质的锻件。查表4。表4 各类合金的锻造温度范围得40Cr的锻造温度始锻温度为11001200；终锻温度为800；锻造温度范围为300350。确定40Cr的始锻温度为1100，终锻温度为8004.4 冷却方式锻件在冷却时，按冷却速度不同分为空冷、坑冷和炉冷。空冷适合低中碳钢的小型锻件，空冷温度下降速度较快；坑冷适合中碳钢，合金工具钢及大多数低合金钢的中型锻件；炉冷最缓慢，冷却后组织较好，一般用于比较重要的锻件。由于此锻件属于小型锻件，属于中碳合金钢，所以采用空冷的冷却方式。4.5 设备的选择选定锻造设备的依据是锻件的材料、尺寸和质量。设备吨位太小，锻件内部锻不透，质量不好，生产率也低；设备吨位过大，不仅造成设备和动力的浪费，而且操作不便、不安全。表5 自由锻锤的锻造能力范围坯料尺寸为，坯料质量为，故根据自由锻锤的锻造能力范围查得设备应选用0.