拨叉工艺设计说明书.doc

洛阳理工学院目录绪 论1第一章 零件的分析21.1零件作用21.2零件的工作原理21.3零件的工艺分析2第二章 工艺规程设计32.1材料选取32.2基面的选择32.3制定工艺路线42.4机械加工余量、工序尺寸及毛皮尺寸的确定5第三章 材料的热处理103.1热处理定义103.2 热处理分析10致 谢13参 考 文 献14绪 论课程设计是在完成了四年的专业课学习，并进行了大量生产实习的基础上进行的最后的一个教学环节。此次设计我们综合运用所学的机械制造与自动化专业课，尤其是机械制造工艺学及机械加工工艺学的基本理论，结合生产实习中所积累的知识和经验，在老师的指导下，独立分析和解决零件加工工艺问题，初步具备了设计一个中等复杂程度零件（高低档拨叉）的工艺规程的能力，同时也提高了自己查阅和运用有关手册、图表、运用AUTOCAD软件等技术资料及编写技术文件的技能，是很重要的一次实践环节。在设计中遇到了很多技术方面的问题，在进行查阅资料和老师的帮助下，修改核对后问题都一一解决。设计过程中除了考察我们专业课的能力之外还培养了我们分析问题、解决问题和克服困难的能力，为我以后的工作奠定了良好的基础，更是对我们三年专业课学习的一个良好的总结。由于能力所限，经验不足，设计中肯定有很多不足之处，希望老师多加指教。第一章 零件的分析1.1零件作用拖拉机高低档拨叉位于拖拉机的变速机构中，主要用于高低档之间的快速转换，使操作者方便的从一个较高的速度降到一个较低的速度，也可以方便的从一个较高的速度升到一个较高的速度。1.2零件的工作原理 拖拉机的高低档拨叉是在变速机构中推动滑动齿轮的，滑动齿轮上有一个环形槽，拨叉就骑在这个槽里，当驾驶员推动变速杆时，变速杆带动拨叉轴，拨叉轴又带动拨叉，拨叉在推动齿轮，改变齿轮的传动比，以达到变速。1.3零件的工艺分析 根据零件图分析可知，高低档拨叉主要有两处加工面，其间有一定的位置度要求。1.以16孔为中心的加工面，这一组加工面包括：16孔的加工，以及孔上下端面的加工。孔壁上有一个5的小孔，用来装配的时候钻铰，这三个有一定的位置度要求，不是很高。2. 以90孔中心的加工面：这一组包括R54半圆弧的加工，以及圆弧的上下两个端面，R53，R45圆弧台阶槽的加工，以偏离中心7.5度，相距10为圆心的R59，R57.15的台阶圆弧槽的加工，这两组表面有一定的位置度要求，即R54圆弧槽的上下端面与16孔的中心线有一定的垂直度要求，由上面分析可知，加工时候应先加工一组表面，在以这组加工过的表面为基准加工另一组。第二章 工艺规程设计2.1材料选取 根据拨叉的作用原理及工作环境可知拨叉最容易磨损的地方是和环形槽接触的部位，在高速旋转下，拨叉不转，而齿轮高速旋转，所以要有一定的耐磨性。拨叉还要承受一定的震荡和冲击，所以要有一定的韧性和强度。否则拨叉容易失效，而挂不上档。根据以上分析，查工程材料手册可知，球墨铸铁，铸钢，45钢有这方面的综合性能。零件的生产纲领为每年8000件，单班作业，可知属于中小零件的大批大量生产，所以要考虑到零件毛胚的生产方便性和快捷性。上面材料前三个可以铸造，适合大批大量生产，45钢锻造也适合这样的生产。经济上考虑，材料价格一次升高，但铸造很麻烦，同时工作环境不好，工人强度大。经以上综合分析分析，球墨铸铁和45钢比较适合生产的需要，又考虑到零件的强度要求和耐用性及安全性，选择45钢，锻造生产。45钢：强度较高，塑性很韧性较好，用于制造受载荷较大的消截面调质件和应力较小的大型正火零件，以及对心部强度要求不高的表面淬火件：如曲轴，齿轮，蜗杆，键，销等。水淬时候有形成裂纹的倾向，形状复杂的零件应在热水油中淬火，其焊接性较差。锻造方法：自由锻造适合单件小批量的生产，模锻和精密模锻适合大批大量的生产，但精密模锻经济性不很合理，所以选用金属模锻。2.2基面的选择基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一，基面选择的正确合理可以加工的精度和质量得到保证，生产效率得以提高，否则加工过程中问题百出，更有甚者造成大批零件的报废，使生产无法进行。2.2.1.粗基准的选择 粗基准主要是为了可靠方便的加工出精基准来，主要考虑一下基本原则。1.为了保证不加工表面与加工表面之间的相互位置关系，应首先考虑选择不加工的表面作为粗基准，当零件有多个不加工表面时候，应选择与加工面相对位置关系要求较高的不加工表面。2.为了使定位稳定，可靠，夹具结构的简单，操作方便，作为粗基准的表面应不是分型面，应尽量平整光洁。有以上原则根据零件图和零件毛胚的成型方法可选择用一个V型块限制起主要定位作用，同时在用两个定位销限制叉口的位置，这样来加工16孔，后在用此孔定位来加工其他面和孔，具体的分析下面会详细叙述。2.2.2.精基准的选择：考虑的基准的重合原则，以及基准统一原则。选择16孔来作为定位的精基。2.3制定工艺路线制定工艺路线得出发点,应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证,在生产纲领已确定的情况下,可以考虑采用万能性机床配以专用工卡具,并尽量使工序集中来提高生产率。除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。2.3.1.工艺路线方案一工序一 粗、精铣16上下端面工序二 钻、扩、铰、精铰16孔工序三 粗、台钻倒角工序四 铣90圆弧面工序五 粗铣叉口上端面工序六 粗铣R59，R57.15圆弧槽面工序七 精铣叉口上端面。工序八 精铣铣R59，R57.15圆弧槽面工序九 铣凸台工序十 钻铰5孔工序十一 检验这一工艺路线生产效率高，但对夹具的精度有有一定的要求 2.3.2.艺路线方案二工序一 钻、扩、铰、精铰16孔工序二 粗、精铣16上下端面工序三 粗、台钻倒角工序四 铣90圆弧面工序五 粗铣叉口上端面工序六 粗铣R59，R57.15圆弧槽面工序七 精铣叉口上端面。工序八 精铣R59，R57.15圆弧槽面工序九 铣凸台工序十 钻铰5孔工序十一、检验 本工艺路线生产效率也不错，但是对毛胚精度要求太高，同时没有遵循先面后孔的加工原则 结合零件的精度的要求以及加工的方便和快捷性，同时考虑到经济效益，选择工艺路线一加工2.4机械加工余量、工序尺寸及毛皮尺寸的确定 典型的工序分析：拖拉机高低档拨叉，材料为45钢，生产类型大批量，锻造毛胚。据以上原始资料及加工路线，分别确定各家工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：工序四：铣90圆弧面以16孔为基准，粗铣圆弧面。工件材料：45钢 HRC5562，锻造。查文献1表2.3-59平面加工余量，得到精加工余量ZP精为1mm。已知N面总余量ZP总为2.5 mm。故粗加工余量为ZP粗=2.5-1=1.5mm。 查文献1表2.6-6，得粗加工公差等级为IT1114，取IT11，其公差TP粗=0.13mm，所以，XP粗=25mm。校核精铣余量ZP精：ZP精min= XP粗min- XP精max =(25 -0.13)-(24+0.05)=0.82mm故余量足够。参考文献1表2.4-73,取粗铣的每齿进给量为0.2 mm/z; 取精铣的每转进给量f=0.5 mm/r粗铣走刀一次, ap=1.5mm, 精铣走刀一次, ap=1mm。参考文献1表3.1-74,取，取粗铣的主轴转速为150r/min精铣的主轴转速为300r/min,因前面已选定铣刀直径为D=100mm，则相应的切削速度分别为：V粗 = = m/min =37.7m/minV精 = = m/min =75.4m/min校核机床功率（只校核粗加工工序）：参考4表9.4-10，得切削功率Pm为： PM=167.910-5ap0.9fz0.74aeZnkpm取Z=10个齿，n=150/60=2.5r/s,ae=168mm,ap=1.5mm,fz=0.2mm/z,kpm=1,将它们代入式中得：PM=167.910-51.50.90.20.74168102.51 =3.09KW又有4表3.1-73得机床功率为4.5KW，若取效率为0.85，则4.50.85=3.825KW3.09KW.故机床的功率足够。参考文献1表3.1-74,取，取粗铣的主轴转速为150r/min精铣的主轴转速为300r/min,因前面已选定铣刀直径为D=100mm，则相应的切削速度分别为：V粗 = = m/min =37.7m/minV精 = = m/min =75.4m/min校核机床功率（只校核粗加工工序）：参考4表9.4-10，得切削功率Pm为： PM=167.910-5ap0。9fz0.74aeZnkpm取Z=10个齿，n=150/60=2.5r/s,ae=168mm,ap=1.5mm,fz=0.2mm/z,kpm=1,将它们代入式中得：PM=167.910-51.50.90.20.74168102.51 =3.09KW 又有4表3.1-73得机床功率为4.5KW，若取效率为0.85，则4.50.85=3.825KW3.09KW.故机床的功率足够。工序六：查文献1表2.3-59平面加工余量，得到精加工余量ZP精为1mm。已知N面总余量ZP总为2.5 mm。故粗加工余量为ZP粗=2.5-1=1.5mm。查文献1表2.6-6，得粗加工公差等级为IT1114，取IT11，其公差TP粗=0.13mm，所以，XP粗=25mm。 参考文献1表2.4-73,取粗铣的每齿进给量为0.2 mm/z; 取精铣的每转进给量f=0.5 mm/r粗铣走刀一次, ap=1.5mm, 精铣走刀一次, ap=1mm。参考文献1表3.1-74,取，取粗铣的主轴转速为150r/min精铣的主轴转速为300r/min,因前面已选定铣刀直径为D=100mm，则相应的切削速度分别为：V粗 = = m/min =37.7m/minV精 = = m/min =60.8m/min校核机床功率（只校核粗加工工序）：参考4表9.4-10，得切削功率Pm为： PM=167.910-5ap0.9fz0.74aeZnkpm取Z=10个齿，n=150/60=2.5r/s,ae=168mm,ap=1.5mm,fz=0.2mm/z,kpm=1,将它们代入式中得：PM=167.910-51.50.90.20.74168102.51 =3.09KW又有4表3.1-73得机床功率为4.5KW，若取效率为0.85，则4.50.85=3.825KW3.09KW.故机床的功率足够。工序七：精铣叉口上端面。1. 加工条件工件材料：45钢 HRC5562，锻造。机床：XA5032卧式铣床。刀具：W18Cr4V硬质合金钢端铣刀,牌号YG6。铣削宽度ae60,深度apPcc=2.7kw。故校验合格。6）计算基本工时tmL/ Vf=(72+9)/375=0.216min.结果ap=1.0mm, f=0.21 mm/z, nc=235r/min,Vfc=600.4mm/s. 第三章 材料的热处理3.1 热处理定义 热处理是将材料放在一定的介质内加热、保温、冷却，通过改变材料表面或内部的组织结构,来控制其性能的一种综合工艺过程。金属热处理是机械制造中的重要工艺之一，与其他加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。其特点是改善工件的内在质量，而这一般不是肉眼所能看到的。为使金属工件具有所需要的力学性能、物理性能和化学性能，除合理选用材料和各种成形工艺外，热处理工艺往往是必不可少的。钢铁是机械工业中应用最广的材料，钢铁显微组织复杂，可以通过热处理予以控制，所以钢铁的热处理是金属热处理的主要内容。另外，铝、铜、镁、钛等及其合金也都可以通过热处理改变其力学、物理和化学性能，以获得不同的使用性能。3.2 热处理分析 根据零件的强度韧性很耐磨性等的技术要求，结合45钢本性的特性，决定先在零件加工以前用正火提高低碳钢的 力学性能，改善切削加工性，细化晶粒，消除组织缺陷，为后道热处理作好组织准备，再在工序六粗加工后安排调质处理：为以后的表面淬火减少变形作准备，接着进行表面淬火处理，提高零件外部的强度，耐磨性，而内部保持良好的韧性和较好的抗冲击力的特点。正火：正火，又称常化，是将工件加热至Ac3或Accm以上3050，保温一段时间后，从炉中取出在空气中或喷水、喷雾或吹风冷却的金属热处理工艺。正火与退火的不同点是正火冷却速度比退火冷却速度稍快，因而正火组织要比退火组织更细一些，其机械性能也有所提高。另外，正火炉外冷却不占用设备，生产率较高，因此生产中尽可能采用正火来代替退火。1.正火的主要应用范围有：用于低碳钢，正火后硬度略高于退火，韧性也较好，可作为切削加工的预处理。用于中碳钢，可代替调质处理作为最后热处理，也可作为用感应加热方法进行表面淬火前的预备处理。用于工具钢、轴承钢、渗碳钢等，可以消降或抑制网状碳化物的形成，从而得到球化退火所需的良好组织。用于铸钢件，可以细化铸态组织，改善切削加工性能。用于大型锻件，可作为最后热处理，从而避免淬火时较大的开裂倾向。用于球墨铸铁，使硬度、强度、耐磨性得到提高，如用于制造汽车、拖拉机、柴油机的曲轴、连杆等重要零件。 过共析钢球化退火前进行一次正火，可消除网状二次渗碳体，以保证球化退火时渗碳体全部球粒化。调质：调质即淬火和高温回火的综合热处理工艺。调质件大都在比较大的动载荷作用下工作，它们承受着拉伸、压缩、弯曲、扭转或剪切的作用，有的表面还具有摩擦，要求有一定的耐磨性等等。总之，零件处在各种复合应力下工作。这类零件主要为各种机器和机构的结构件，如轴类、连杆、螺栓、齿轮等，在机床、汽车和拖拉机等制造工业中用得很普遍。尤其是对于重型机器制造中的大型部件，调质处理用得更多因此，调质处理在热处理中占有很重要的位置。在机械产品中的调质件，因其受力条件不同，对其所要求的性能也就不完全一样。一般说来，各种调质件都应具有优良的综合力学性能，即高强度和高韧性的适当配合，以保证零件长期顺利工作。表面淬火：表面淬火是将刚件的表面层淬透到一定的深度，而心部分仍保持未淬火状态的一种局部淬火的方法。表面淬火时通过快速加热，使刚件表面很快到淬火的温度，在热量来不及穿到工件心部就立即冷却，实现局部淬火。表面淬火的目的在于获得高硬度，高耐磨性的表面，而心部仍然保持原有的良好韧性，常用于机床主轴，齿轮，发动机的曲轴等。表面淬火采用的快速加热方法有多种，如电感应，火焰，电接触，激光等，目前应用最广的是电感应加热法。感应加热表面淬火就是在一个感应线圈中通以一定频率的交流电（有高频，中频。工频三种），是感应圈周围产生频率相同的交变磁场，置于磁场之中的工件就会产生与感应线圈频率相同，方向相反的感应电流，这个电流叫涡流。由于集肤效应，涡流主要集中在工件的表层。 由涡流所产生的电阻热使工件表层被迅速加热到淬火温度，随即向工件喷水，将工件表层淬硬。感应电流的频率愈高，集肤效应也愈强烈，故高频感应加热用途最广。高频感应加热常用频率是200-300kHz，其