金属工艺三级项目下压辊轴最终版.doc

金属工艺及机制基础三级项目报告内容： K03-91(下压辊轴) 班 级： 小组成员： 指导教师： 提交时间： 2015.6.18 目录一、零件分析11.零件的名称22.零件的工艺分析23.毛坯选择原则24.毛坯选择25.生产方法的确定2二、铸造工艺设计41.铸形选择52.铸造工艺设计6（1）工艺分析6（2）选择造型方法 6（3）选择浇注位置和分型面6（4）确定加工余量6（5）确定起模斜度6（6）确定线收缩率6（7）确定浇注系统6（8）热处理的工艺安排6（9）绘制铸造工艺图6三、锻造工艺设计41.绘制锻件图52.确定锻造变形工艺方案53.计算坯料质量及尺寸54.选择设备 55.确定锻造温度范围 56.填写锻造工艺卡片 5三、冷加工41.车削加工轴5a.确定加工方案5（一）刀具选择5刀具的选取 5 分析刀具的角度变化对刀具在工作中的影响5刀具的选取 5 切削用量的选择 52.加工工艺安排 53.轴上键槽的铣削 5a.轴上键槽的技术要求5b.工件的装夹5c.键槽的加工方法 5d.整体加工方案54.螺纹孔的加工 55.磨削加工 5四、加工工艺卡片（以锻造为例）五、成员贡献及感想六、参考文献一、零件分析1、零件的名称：下压辊轴 零件实物2、零件的工艺分析 该下压辊轴为典型回转体构件，轴向尺寸上分布多个台阶，且图样对表面粗糙度，尺寸精度均有严格要求，易联想到需用精车精磨控制尺寸误差及表面粗糙度。它属于台阶轴类零件，由圆柱面、轴肩、螺纹、螺尾退刀槽、砂轮越程槽和键槽等组成。轴肩一般用来确定安装在轴上零件的轴向位置，各环槽的作用是使零件装配时有一个正确的位置，并使加工中磨削外圆或车螺纹时退刀方便；键槽用于安装键，以传递转矩；螺纹用于安装各种锁紧螺母和调整螺母。3、毛坯选择原则 1）使用性原则 满足零件使用要求：心部有足够韧度，表面有较高硬度，以获得较好的强度和耐磨性，延长使用寿命。 2）经济性原则 应从降低整体的生产成本考虑把满足使用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，各种折旧费等 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 4、生产方法的确定 坯料（铸造、锻造、下料），对坯料加工得到最终的零件二、铸造工艺设计 1.铸形选择阶梯圆柱：此种铸形方式可以节省原料，节省后续加工时间。2.铸造工艺设计1、工艺分析 该零件属于轴类件，端面质量要求较高，不允许有铸造缺陷。 2、选择造型方法 零件材料45钢，小批量生产且结构简单，故选择手工造型。 3、选择浇注位置和分型面 浇注时零件轴线成水平位置，沿轴线水平分型，需采用分模造型。4、确定加工余量 表11 小批量和单件生产铸件的尺寸公差等级该件为回转体，基本尺寸取35，40，50，42，42，40，40。公差等级CT13-15表12 用于小批量和单件与铸件尺寸公差配套使用的铸件机械加工余量等级查表得加工余量等级MA-J级。表13 与铸件尺寸公差配套使用的铸件加工余量注：35mm和40mm一侧面，按基本尺寸35mm和40mm，查表得加工余量7.5mm。40mm，50mm，42mm，42mm，40mm两侧面，按基本尺寸40mm，50mm，42mm，42mm，40mm，查表得加工余量为5.5mm.5、确定起模斜度 表14 砂型铸造时模样外表面的起模斜度根据上表格得取模斜度030（选用金属模样）。a为1mm。 6、确定线收缩率 对于中碳钢小型铸件查表得，线收缩率取1.6。 7、确定浇注系统 浇注系统是金属液流入铸型型腔的通道。通常由浇口杯、直浇道、横浇道、内浇道。8、热处理工序的安排 在粗机加工完成后进行热处理调质，采用850加热、油淬得到马氏体组织，然后再525回火。为防止第二类回火脆性，在回火的冷却过程中采用水冷，最终使用状态下的组织为回火索氏体，调质后硬度可达HB220-250。调质的目的是得到综合机械性能。 9、绘制铸造工艺图 三、锻造工艺设计 1、绘制锻件图 a.锻造余量和公差的确定表2-1 阶梯轴类自由锻件余量和锻件公差（双边） （mm）零件长度零件直径50 5080 80120 120160 160200 200250 锻件余量和锻件公差(锻件精度等级F)315 728292103315630 82921031131231346301000 9210311312313414410001600 103123133144154164注：本标准适用于零件总长L与台阶最大直径D之比（L/D）大于2.5的台阶轴此零件总长为399mm，最大直径为50mm,由上表可查得锻造余量为a=9，极限偏差为2。b.锻件图确定表22 台阶轴类锻件机械加工余量和公差（mm）该轴总长是399mm,最大直径50mm，相邻台阶直径为42mm，由上表可知，锻台阶的最小高度为5至8mm时，锻处台阶最小长度为160mm；锻出台阶最小高度为8mm至14mm时，最小长度为100mm；所以左右两侧仅锻出直径为51mm的一级台阶。2、确定锻造变形工艺方案 (1) 锻造方法选择表23 自由锻与模锻特点比较自由锻模锻设备设备和工具通用性强，成本低需要专门模锻设备，投资大，能耗大；锻模制造工艺复杂，成本高，周期长加工余量余量较大，有余块余量小精度尺寸精度差表面光洁，尺寸精度高适用范围形状简单的单件、小批量生产；也是锻造大型锻件的唯一方法可锻造出形状复杂的、尺寸准确，主要适用于中小型锻件成批或大量生产此轴类零件为单件生产，且形状简单，经上表的对比决定选用自由锻。(2)工艺方案选用“拔长压肩锻台阶”的变形工艺方案 详见表273、计算坯料质量及尺寸 a.坯料质量可根据下面的公式进行计算表24 坯料在加热和锻造中损耗量的计算烧损量料头损耗/kg室式煤炉=2.5%4%油炉=2%3%煤气炉=1.5%2.5%圆形矩形截面注：切头部分直径（dm）G(锻)=（51/2）2*(399+2*9-113)+（59/2）2*113*7.85*10-6=7.3kgG（切）=1.65*0.513=0.22kgG1 (烧)=2.5%*7.3=0.19kg G2(烧)=0.19kg所以坯料的总质量是G(坯)=7.3+0.22+2*0.198kg4、选择设备 根据坯料的原始直径和锻后直径，选择适当的锻锤。直径大锤子小，不能保证锻件质量，生产效率低；直径小锤子大，动力消耗大，对锻件质量也造成不良影响。表25 拔长坯料直径与锻锤吨位由上表可知，应选用150kg自由锻锤。5、确定锻造温度范围 下表常见金属材料的锻造温度范围：表26 常用金属材料的锻造温度范围合金种类始锻温度/终锻温度/含碳量0.3%的碳素钢含碳量0.3%0.5%的碳素钢含碳量0.5%0.9%的碳素钢含碳量0.9%的碳素钢12001250115012001100115010501100750800750800800800确定合理的锻造温度规范，对改善金属的可锻性，对锻件的产量、质量以及坯料和金属的消耗都有直接影响。查表含碳量0.30.5的碳素钢始锻温度是11501200。终锻温度是750800。6.填写锻造工艺卡片表27 下压辊轴自由锻工艺锻件名称下压辊轴锻件图材料45坯料尺寸59389坯料重量8kg锻造比4锻造设备150kg自由锻锤序号工序名称简图备注1压肩压肩长度53是根据轴左部分体积确定的2拔长一端拔长，使左部分直径变为513压肩压肩长度113是根据锻造余量确定的4拔长另一端5修整冷加工1、车削加工轴a.确定加工方案该轴为传动轴，材料为45钢，于是选用 YT15的刀具，最高表面粗糙度要求为Ra3.2，最小为Ra0.8，查表可知用半精车和磨削即可达到要求，但在半精车之前需要进行调质处理。（一）刀具选择： 刀材的选取；刀具材料在切削加工中常用的有：碳素工具钢、高速钢、硬质合金钢和陶瓷材料。（1）碳素工具钢 是含碳量较高的优质钢。淬火后硬度较高、价廉，但耐热性较差。这种刀具材料耐热性较低，常用来制造一些切削速度不高的手工工具，如锉刀、锯条、绞刀等。较少用于制造其他刀具。目前生产中应用最广的刀具材料是高速钢和硬质合金钢，而陶瓷刀具主要用于精加工。（2）高速钢它是含W、Cr、V等合金元素较多的合金工具钢。它的耐热性、硬度、耐磨性随低于硬质合金，但强度和刃度却高于硬质合金，工艺性较硬质合金好，普通高速钢如W18CrV是国内使用的最为普遍的刀具材料，广泛地用于制造形状较为复杂的各种刀具，如麻花、铣刀、拉刀、齿轮刀具和其他成形刀具等（3）硬质合金它是以高硬度、高熔点的金属碳化物（WC、TIC等）作为基体，以金属Co等作粘结剂，用粉末冶金的方法制成的一种合金。它的硬度高、耐磨性好，耐热性高。允许的切削速度比高速钢高数倍，但其强度和刃度均较高速钢低，工艺性也不如高速钢，因此，硬质合金常制成各种形式的刀片，焊接或机械夹固的车刀、刨刀、端铣刀等的刀柄上使用。国产的硬质合金一般分为两类：一类是WC和Co组成的钨钴类（K类），应用于铸铁类；一类是由WC、TIC和Co组成的钨钛鈷类（P），应用于钢类。很明显，该车刀刀头选用钨钛 分析刀具的角度变化对刀具在工作中的影响 主偏角：主要影响切削层截面的形状和参数，影响切削力的变化，并和副偏角一起影响已加工表面的粗糙度；副偏角还有减小副后面与已加工表面间摩擦的作用。一般车刀常用的主偏角有45、60、75、90等；副偏角有515，粗加工时取最大值。 前角：根据前面和几面的相对位置不同，前角又可以分为正前角、零前角和负前角。当取较大前角时，切削刃锋利，切削轻快，切削材料变形小，切削力也小。但当前角过大时，切削刃和刀头的强度、散热条件和受力情况变差，将使刀具摩擦加快，耐用度降低。甚至崩刃损坏。若取较小前角，虽切削刃和刀头较强固，散热条件和受力情况也较好，但切削刃变钝，对且削加工也不利。前角的大小常根据工件材料、刀具材料和加工性质来选择。当工件材料塑性大、强度和硬度低或刀具材料的强度和刃性好精加工时，取大的前角；反之取小的前角。如用硬质合金车刀切削结构钢件，前角取1020，切灰铸铁时可取515等。 后角：后角的主要作用减少刀具后面与工件表面之间的摩擦，并配合前角改变切削刃的锋利和强度。后角大，摩擦小，切削刃锋利。但后角过大，将使切削刃变弱，散热条件差，加速刀具磨损，反之，后角过小，虽切削刃强度增加，散热条件变好，但摩擦加剧。刃倾角：与前角类似，刃倾角也有正、负和零值之分。刃倾角主要影响刀头的强度、切削分力和排削方向。负的刃倾角可以起到增强刀头的作用，但会使背向了增大，有可能引其振，而且还会使切削排向已加工表面。可能划伤和拉毛已加工的表面因此粗加工时为了增强刀头，刃倾角常取负值，精加工时为了保护已加工表面，刃倾角常取正值或零值车刀的刃倾角一般在-5+5之间选取钴类（YT） 刀具参数的选取由于工件属高强度钢，所以车削所选用的刀具前角应该在010之间。前角增大有利于提高工件表面质量，但是，前角增大过大容易磨损刀具。后角增大可以使切削刃钝圆半径减小，提高刃口锋利程度，减小刃前被切削金属变形，但是，后角过大，会降低切削刃的强度和散热能力。因为工件强度硬度高，为保证强度，应该选择较小的后角。因为要车台阶，所以，主偏角为90副偏角主要按工件表面粗糙度和刀具耐用度进行选择，一般情况下，副后角选择515。刃倾角的作用在于：改善切削变形，能影响实际切削前角和刃口的锋利程度。因此，在车削淬硬钢是为保护刀尖，刃倾角一般在-55之间。前角：切削钢件：1020，切削铸铁：515、后角：粗加工，工件硬则采用68，减少摩擦和粗糙度之后：812、副后角：5、主偏角：90、副偏角：5、刃倾角：-5、刀具尺寸：长：15cm、宽：2.5cm、厚：2.5cm。 切削用量的选择由于所设计的刀具材料高硬度、耐磨，因此，在选择切削用量时应首先考虑刀具耐用度所以应选择大的AP、通过查表可知、与刀具对应的粗车范围在420mm，半精车在0.54mm，此时再考虑进给量和切削速度V，如果粗加工，增大进给量，可提高生产率，但是也会考虑到大的进给量会影响机床给系统，会加大工件的表面粗糙度，如果是精加工，进给量主要根据工件表面粗糙度而定，根据加工工件时单独考虑，查表可得V的粗车范围在10至90mmin、半精车的范围在30到140mmin之间。加工工艺安排应遵循先粗后精、先主后次的原则，注意外圆表面加工时要先加工大直径外圆，再加工小直径外圆，以免一开始就降低了工件的刚度。1.下料，退火处理，预处理，车端面，钻中心孔2.粗车加工两个台阶，掉头加工另一端加工三个台阶，然后调质处理，再半精车三个外圆，掉头半精车两个外圆，再进行研磨使轴表面粗糙度达到要求。3.车倒角，圆角总体车加工工艺：粗加工-热处理-半精加工研磨轴上键槽的铣削a. 轴上键槽的技术要求轴槽的两侧面在连接中起周向定位和传递转矩的作用，是主要工作面，因此，轴槽宽度的尺寸精度要求较高（IT10级），轴槽两侧面的表面粗糙度值Ra6.3，轴槽两侧面关于轴的轴线对称度要求也较高。其他如轴槽的深度、长度尺寸精度要求较低，。轴上键槽有通槽、半通槽（也称半封闭槽）和封闭槽三种，轴上的通槽和槽底一端是圆弧形的半通槽，一般选用盘形槽铣刀铣削，轴槽的宽度由铣刀宽度保证，半通槽一端的槽底圆弧半径由铣刀半径保证。轴上的封闭槽，用键槽铣刀铣削，并按轴槽的宽度尺寸来确定槽铣刀的直径我们这里要加工的是两个封闭的槽，两个个半封闭槽，所以我们选用键槽铣刀铣削，铣床为立式铣床。b. 工件的装夹轴类工件的装夹，不但要保证工件的稳定可靠，还需保证工件的轴线位置不变，以保证轴槽的中心平面通过轴线。常用的装夹方法有以下几种： 用平口钳装夹工件，简便、稳固，但当工件直径有变化时，工件的轴线位置在左右（水平位置）和上下方向都会发生变动，在采用定距切削时，会影响轴槽的深度和对称度。因此，一般适用于单件生产。对轴的外圆已经精加工的工件，由于一批轴的直径变化很小，用平口钳装夹时，各轴的轴线位置变动很小，在此条件下，可适用于成批生产。 用V形垫铁装夹把圆柱形工件放置在V形垫铁内，并用压板固定的装夹方法，是铣削轴上键槽的常用装夹方法之一。其特点是工件的轴线位置只在V形槽的对称平面内随工件直径变化而上下变动，因此，当盘形槽铣刀的对称平面或键槽铣刀的轴线与V形槽的对称平面重合时，能保证一批工件上轴槽的对称度。虽然一批工件的直径因加工误差而有变化会对轴槽的深度有影响，但变化量一般不会超过精度要求不高的槽深尺寸公差。这里因为我们只加工一件，尺寸公差为0.1，V形垫铁装夹虽然能满足较高的轴线的对称但是尺寸公差难以满足所以这里我们选用平口钳装夹工件。c. 键槽的加工方法 分层铣削法用符合键槽槽宽尺寸的键槽铣刀分层铣削键槽,铣削时，每次的铣削深度AP约为0.51.0mm，进给由轴槽的一端铣向另一端，然后将工件退至原位，再吃深，重复铣削，铣削时不会产生明显的“让刀”现象。 扩刀铣削法先用直径比槽宽尺寸小0.5mm左右的键槽铣刀进行分层往复粗铣至接近槽深，槽深留余量0.10.3mm，槽长两端各留余量0.2.05mm，再用符合轴槽长宽度尺寸的键槽铣刀精铣。精铣时，由于铣刀的两个侧刀刃的径向力能相互平衡，所以铣刀的偏让量较小，轴上键槽的对称性好。我们这里键槽的要求为尺寸公差0.1，槽侧Ra6.3m，45号钢，所以我们选用相应直径的铣刀一次铣削即可满足要求所以这里我们选用分层铣削法。d. 整体加工方案 两个平键槽，槽宽12，尺寸公差0.1，槽侧Ra6.3m，45号钢，两端不通的轴上平键槽应选用键槽铣刀铣削加工，采用立式铣床，平口虎钳装夹，12的键槽铣刀。 两个半封闭平键槽，槽宽10，尺寸公差0.1，槽侧Ra6.3m，45号钢，一件；一端通的轴上平键槽应选用键槽铣刀铣削加工，采用立式铣床，平口虎钳装夹，10的键槽铣刀。螺纹孔的加工M10孔深26和M12孔深25的螺纹孔，Ra3.2m，45号钢，一件；因为螺纹孔的直径较小，车螺纹和洗螺纹等均无法加工，所以只能采用攻螺纹的方案，又因为只生产一件所以可采用手工攻螺纹。查机械手册可得 粗车 IT12-IT11 Ra25-Ra12、5m 半精车 IT10-IT9 Ra6.3-Ra3.2m 精车 IT8-IT7 Ra1.6-Ra0.8m 因此用精加工即可达到表面粗糙度的要求。磨削加工普通磨削多在磨床上进行，是一种应用十分广泛的精加工方法，它可以加工外圆、内圆、锥面、平面等。随着砂轮粒度号和切削用量的不同，普通磨削可分为粗磨和精磨。粗磨的尺寸公差等级为IT8IT7，表面粗糙度Ra值为0.80.4m；精磨可达IT6IT5（磨内圆为IT7IT6),Ra值为0.40.2m。根据此轴表面粗糙度的要求，即使用精加工中普通磨削的粗磨加工工艺。普通磨削又分为1.磨外圆，2.磨内圆，3.磨平面。此处要求磨轴表面的外圆，因此采用磨外圆加工方法。磨外圆：磨外圆在普通外圆磨床和万能外圆磨床上进行，具体操作方法有纵磨法和横磨法俩种。这俩种方法相比，纵磨法加工精度较高，Ra值较小，但生产效率较低；横磨法生产效率较高，但加工精度较低，Ra值较大。因此，纵磨法广泛应用于各种类型的生产中，而横磨法只适用于大批大量生产中磨削刚度较好、精度较低、长度较短的轴类零件上的外圆表面和成型面。根据要求选择横磨法即可。锻造加工工艺卡片 工序号工种工序内容加工简图设备1锻造 拔长 压肩 锻台阶自由锻造锤2热加工去应力退火去除锻造应力3车削三爪自定心卡盘夹持工件粗车，车端面见平，钻中心孔。用尾架顶尖顶住，粗车两个个台阶，直径、长度均留余量.2mm车床4车削调头，三爪自定心卡盘夹持工件另一端，车端面保证总长399mm，用尾座顶尖顶住中心孔。粗车另三个台阶，直径、长度余量2mm。车床5热处理调质处理HB2202506钳修研两端中心孔7车削卡盘加顶尖装夹，半精车三个台阶，直径余量0.1mm。倒角一个车床8车削调头，锥堵装夹，半精车余下一个台阶，直径留余量0.1mm。倒角一个。车床9钳工划三个键槽车床10铣削加工键槽，铣出两个键槽和两个止动垫圈槽。车床11攻螺纹手工丝锥攻出图样标准孔M10，M12。满足深度要求。手工12磨削卡盘加顶尖装夹，粗磨三个台阶，满足图样表面粗糙度及尺寸要求。外圆磨床13铰孔14产出成员贡献及感想1.成员贡献： 感想：学习一门课最终目的就是融会贯通，学以致用，就像上课初期金属工艺老师告诉我们的，金属工艺这