上压辊轴.doc

.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：22一、上压辊轴分析1.1零件名称上压辊轴1.2零件简图：图11.3零件技术要求1.调质硬度HB220-2502.未注倒角1X45度3.K03-50 K06-15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IT6IT7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： 传递一定的扭转应力，承受一定的交变弯曲应力； 轴颈承受较大的摩擦； 承受一定的冲击载荷。 （2）传动轴的失效形式： 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。 断裂失效：由于大载荷或冲击载荷作用，轴发生折断或扭 磨损失效：轴颈处过度磨损。 (3)传动轴的性能要求： 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； 高的疲劳强度，以防止疲劳断裂； 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。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。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。3.3确定浇注位置和选择分型面（1）浇道及浇口：图3 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15201620摄氏度。（2）分型面的选取如下图：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 CT1315，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：160mmL250mm，尺寸公差等级选CT14，两边分别留出9mm加工余量。 基本尺寸 直径：D100 ，尺寸公差等级选CT14，两边分别留出6mm加工余量。 表1造型材料 公差等级CT铸钢灰铸铁球墨铸铁可锻铸铁铜合金轻金属合金干、湿砂型131513151315131513151113自硬砂121411131113111310121012表2造型材料 加工余量等级MA铸钢灰铸铁球墨铸铁可锻铸铁铜合金轻金属合金干、湿砂型1315/J1315/H1315/H1315/H1315/H1113/H自硬砂1214/J1113/H1113/H1113/H1012/H1012/H 表3尺寸公差等级CT 13 14 15加工余量等级MA G H J H J H J 基本尺寸mm 加工余量数值/mm 大于 至 1006.04.06.54.57.55.57.55.08.56.09.05.5106.51001607.04.58.05.59.06.59.06.0107.0117.0128.01602508.56.09.57.0118.5117.5139.0138.51510注释：表中加工余量数值有两个，左面数值是以一侧为基准进行单侧加工余量值，右面的数值是以两侧加工时，每侧的加工余量值。 3.5确定起模斜度直径为68mm，查表3.5-1起模斜度为40分 表4测量面高度H/mm 起模斜度（不大于） 木模样 角度 a/mm 1040 1度25分 1.0 40100 40分 1.2 3.6确定收缩率体收缩率，查表5得14%线收缩率，查表6得2%由于铸件收缩的缘故计算体积取625560.212mm3，注入液体体积最少为638071.416mm3 表5合金种类体收缩率线收缩率碳素铸钢1014.52白口铸铁12142灰铸铁581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普通灰铸铁中小件1.00.9大中件0.90.8特大件0.80.7孕育铸铁1.01.50.81.0碳素铸铁1.62.01.31.7非铁合金铝硅合金1.01.20.81.0锡合金1.41.23.7铸造圆角对于小型铸件，外圆角取半径2mm铸造工艺图图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，1.21.3之间，我们选择1.2。自由锻锻件的加工余量：其中D65时，取65进行计算；当L300时，取300进行计算。由得A=5.556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。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11501200终锻温度750800锻件体积：625560.212立方毫米 圆截面坯料：D计Dmax= *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45钢含碳（C）量是0.420.50%查表3.5-1得：始锻温度11501200终锻温度750800上压辊轴自由锻工艺卡锻件名称下压辊轴毛坯工艺类型自由锻材料45号钢设备C41-25单体空气锤加热次数 1次锻造温度范围始锻温度11501200锻造比1.2终锻温度750800锻件图坯料图序号工序名称工序简图备注1下料 自由锻造锤2压肩 左部压肩长度78.4是根据轴左部圆筒形的长度体积计算确定的。3拔长将压肩一端拨长至直径不小于52mm，长度不少于227.6mm4反向重复2.3.步骤得到最大长度268mm，最大截面直径62mm的基本锻件2去应力退火五、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IT5IT7，配合轴颈的尺寸精度要求为IT6IT9，外圆面主要粗糙度 Ra1.6、Ra0.8，轴肩和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HCR4042。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90度车刀加工余量为11.5mm。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0.51mm。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11.5mm。半精铣：在粗铣基础上提高精度，加工精度为0.51mm。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、刀具的选用设备选择：车削采用卧式车床，铣削采用立式铣床。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。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8.5和10.2；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。量具选择：外径千分尺、游标卡尺及百分表等。粗糙度加工方案机床装夹方法刀具50车床、磨床双顶尖外圆车刀、砂轮42Ra1.6粗车-调质-半精车车床双顶尖外圆车刀40Ra0.8粗车-调质-半精车-淬火-粗磨车床、磨床双顶尖外圆车刀、砂轮40Ra1.6粗车-调质-半精车-淬火-粗磨车床、磨床双顶尖外圆车刀、砂轮左端键槽Ra6.3铣键槽立铣或键槽铣床平口虎钳或轴用虎钳键槽铣刀右端键槽Ra6.3各台阶面Ra6.3粗车-调质-半精车车床双顶尖外圆车刀螺纹孔钻孔（由螺纹底孔直径尺寸表得10.2）-锪孔车床上压辊轴机械加工工艺卡;.表7 零件机械加工（冷加工）工序号工种工序内容加工简图设备1下料2粗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，粗车两个台阶，直径、长度均留余量2mm61125卧式车床调头，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HB220-2504钳修研中心孔 61125卧式车床5半精车双顶尖装夹半精车所有台阶，此过程要换车刀。并切倒角两个。 61125卧式车床6热处理淬火7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。普通外圆磨床8钳划键槽9铣用12的键槽铣刀铣长度为40mm、45mm的键槽，铣削深度均为5mm分别粗铣和精铣达到尺寸精度。 X5032立式铣床10攻在车床上用10.2的麻花钻头于轴左端钻25mm深的孔，铰孔，用锥面锪钻锪60度锥面，然后车床攻丝，M121深20mm 61125卧式车床、锥面锪钻，丝锥11检检验利用轴对称度检查仪检验轴对称度、表面粗糙度及精度。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