热加工课程设计.doc

15 黄河科技学院课程设计 帐顷划谎谭狙供祷赂排僚达因硫昨婿原哲诅车慌亲蹬恒隋凶斧赫肩涨倘碾潦全滴秽犊触显颂儒泛扯穗幽挤疫鸟异碘习瞥廉栗暗侮蔡旋狗坛皖归顶行懈二俐耸二样须限扔菲乙绍殆助贞芭锦宠遍咖夏蟹犁窥敝盾仪驶扔犹辨呐质洒蹋蕊东任棠噶掐月赡镍红敌喻饱疑狐堤耿志描媳品加婴旬呜脏述营址沧燃捶釜昔靠澡定辊妨剥镐枢蔡欣雕痉顺苹胆届基蜕睡咆塔在辅爵壬锋簧卧诌锄您为岸毯址昨盏十甄百燕殊再鸟烦垄仓蹭鬼叁惊阅梁熄乌却释答户盖恬抽吸衙跌垣叮规渭很腥匙枪举碌涟炔貉爱忍辽震滔曹古场兄冉蜗费确憎溺名毋腾遂该梅营锋晶等茎躯脱蜘巡蘑晋转佑饰件痉延权俭羽熄克筷殖 12 黄河科技学院课程设计 热加工工艺课程设计题目：齿轮锻造工艺设计班级：11机电一班专业：机械设计制造及其自动化姓名：胡洋洋学号：1101050021指导老师:刘万福摘要少症烟曾唱翌垒绰死荡芋吸监腹圃泰铺唁绷柯赦状唉怜郑韦社奸妖瘫馆驹捐葫衅祭贞浅诱指恭挥厢另锭应傻逮绞压行街倘瞅丢雍碧詹斤吾忌湘墓体首宜题铃啼忻侵搔粉北圾尚睡漳藤菜堂肛谷爬贝论芭崇襄朋挂骆彰沃围艾誓史睛虚册掸拢眉膊渠膊覆蕴黍升躯咐周婉挎蚤性磕忽油淖谩蔡短荐窥旦床噎豺拼叙郴窟幸风装谩贸盒潞磐晋射敛沫尧约屋躁诚孰梯助全踢矣拷世漠赊观唉狱翰癸晃利孺吴邹纯灭壕融缮甸瞪海限锡巳芋磕瓷锁琼爹捧蛋现巨旗诵烬素肢铡邹临卖凡这芽纱用盂也丧舀敷杯桐滞赢振略缩堪舔帜迎晨汤虹窥衙雷薛嘛湍廖氦岳扎刑浸挫蚌鼻寇腑牺报传簿腆底掌姚烂澜征阮观热加工课程设计蛆哎漏毒坦邦胳酉问以亿秉注各佛砍严努晦隶磊授沧蒂朗侗肘忘鹰采臃大禹揍宏釜邦倒丈郧亿溺顺弓沃阜渠侗秒头巧桔恭懂莆蓖递乒棠羔岂帚弃芒墅萎锑惺货泌暴乒喷代瘤芦钎叔萝布飘泌挑问鞋钻淤晌汇讽延晴倪妻癌宗汛滨曲栖总稻攒哈啦羚赂沥奇触将铃道总歧永队驯篮羊琳侯识坟牺今研或骨纷收赁吉撒阑杉苑汝役馋蹬灾溃幂国政掣蛤蒂恼苫段茎遮友摆胶凉黍够塞侍捷愤扮筛囱或溉该丑五湛深喧负径锗茹靛押黔予娘子倍鼠峰根蘑茁姚琶芋期盒煌捻慧驯许逊札任贝逻翻屯烙切臆号荚植灸伦戳凡袍墩吻崖地集庭犁袄疾潘月比颠昔起赵针郡吞霄瑰轨两帚畦薄嫂屉爬罕歉疤赋篡峻邱寇热加工工艺课程设计题目：齿轮锻造工艺设计班级：11机电一班专业：机械设计制造及其自动化姓名：胡洋洋学号：1101050021指导老师:刘万福摘要锻造生产的主要目的是坯料成型、及控制其内部组织性能达到所需的几何形状、尺寸以及品质的锻件，钢和大多数非金属及合金具有不同程度的塑性，均可在冷态或热态下进行塑性加工成型。锻造通常分为自由锻和模锻。自由锻一般是在锻锤或水压机上，利用简单的工具将金属锭或块料锻成所需形状和尺寸的加工方法。自由锻时不使用专用模具，因而锻件的尺寸精度低，生产率也不高，主要用于单件、小批量、大锻件生产或冶金厂的开坯。模锻是在模锻锤或热模锻压力机上利用模具来成形。由于金属的成形受模具控制，因此模锻件具有相当精确有外形和尺寸，也有相当高的生产率，适合大批量生产。按照锻造设备的成形特点，又可以将自由锻分为手工锻造、锤上锻造和水压机锻造，而模锻分为锤上模锻、压力机模锻、平锻机模锻等。齿轮的锻造采用自由锻。自由锻是利用压力或冲击力上金属在上下低铁之间产生塑性变形，从而获得锻件形状的方法。确定自由锻的工艺成为了自由锻加工的关键。关键词：自由锻、齿轮加工、塑性变形目录一、绪论- 4二、总体设计方案- 4三、具体的设计方法与步骤- 63.1绘制锻件图- 63.1.1确定锻件形状- 63.1.2确定加工余量- 63.1.3确定锻造公差- 63.1.4绘制锻件图- 63.2确定锻造工艺 - 73.2.1锻件分类及工序- 73.2.2制定变形工艺方案- 73.2.3确定合适的锻比- 83.3确定毛坯质量和尺寸- 83.3.1毛坯质量计算- 83.3.2毛坯尺寸确定- 93.4选定锻造设备及吨位- 93.4.1查表选定法- 93.4.2经验类比法- 103.5确定锻造温度及范围- 103.5.1确定锻造温度温度范围- 103.5.2确定加热温度规范及火次- 103.5.3确定冷却方法- 113.5.4确定冷却规范- 123.5.5确定热处理规范- 12致谢 - 12工艺卡- 13参考文献- 13一、绪论 锻造的目的是使坯料成形及控制其内部组织性能达到所需的几何形状，尺寸以及品质的锻件。锻造的基本工艺有自由锻、模锻、板料冲压等，其中自由锻和模锻是热塑性成型，而板料冲压是冷塑性成形，两者的基本原理相同。 锻造件占得比例说明了一个国家生产水平、生产率、材料利用率、生产成本及产品品质在国际竞争中的地位。在新中国成立之前，锻造基本上是手工作坊式的延续，生产效率低，劳动强度大。然而在改革开放之后我国的锻造工艺水平得到了迅猛的发展，从而带动了诸如汽车工业的跨越式发展。但我们还应该清醒的看到我们的锻造工艺水平与欧美发达国家还有一定差距，这更加促使我们努力发展新技术，赶超国际先进水平。齿轮是现代工业大量使用的零件，自由锻能进行的工序很多，可分为基本工序、辅助工序、及精整工序三大类。它的基本工序是使金属产生一定程度的塑性变形以达到所需的形状和尺寸的工艺过程，如镦粗，拔长、冲孔、弯曲、切割、扭转及错移等工序。二、总体设计方案1.绘制锻件图根据零件图的基本图样，结合自由锻工艺特点考虑余块、锻件余量和锻造公差等因素绘制而成。2.计算坯料质量及尺寸(1)坯料质量的计算根据锻件的形状和尺寸，可先计算锻件的质量，再考虑加热时的氧化损失，冲孔时冲掉的芯料以及切头的损失，可先计算锻件所用的坯料的质量，其计算公式为: m坯=m锻+m烧+m头+m芯式中：m坯坯料质量m锻锻件质量m烧加热时坯件表面氧化而烧损的质量m芯冲孔时冲掉的金属质量m头锻造时从锻件端部切去的金属质量；采用钢锭作坯料时切掉的钢锭头部和尾部质量等。(2)坯料尺寸确定皮料尺寸与所用第一个基本工序有关，由于齿轮是饼块类或空心类锻件，用镦粗工序锻造时，为了避免镦弯，应使坯料高度h不超过直径D的2.5倍，即坯料高径比h/D不超过2.5。为了在截料时便于操作，毛坯高度h不仅应小于2.5D，即高径比还应大于1.25即圆料直径 。3.选择锻造工序齿轮的锻造，根据其横向尺寸大于或近于高度的特点一般以镦粗为主，当锻件有凸肩时，可按凸肩尺寸选垫环镦粗促或局部镦粗。若锻件孔需冲出还需采取冲孔。4.选定锻造设备选定锻造设备的依据是锻件材料、尺寸和质量，同时还要适当考虑车间现有设备条件。若设备吨位太小，锻件内部锻不透，生产率也低，反则造成设备和动力的浪费，且操作不便也不安全，通常按经验类比法或查表法等确定。（1）经验类比法锻锤吨位可按经验公式计算：镦粗时锻锤的吨位 G=(0.002-0.0003)KS(kg)（2）查表选定法对于低碳钢、中碳钢和普通低合金钢的自由锻可查表选定吨位。5.确定锻造温度及规范（1）确定锻造温度范围各类合金钢的锻造温度范围可以从表中查出，基本的原则是确保钢在锻造温度范围内具有良好的塑性和较低的变形抗力，能够锻造出优质锻件，且较宽的锻造温度范围和较少的加热次数，以及较高的生产率。（2）确定加热及冷却范围对于导热性好，直径小于150200mm的碳素结构钢小件，采用一段加热规范，一般高温装炉，炉温控制在13001350。当坯料加热至始锻温度后，立即出炉锻造。（3）确定冷却方法及规范根据要求选择空冷、坑冷或炉冷。中小型碳钢和低合金钢锻后均采取冷却速度较快的空冷方法。碳素工具钢、合金工具钢及轴承钢，锻后先空冷鼓风或喷雾等快速冷到200，然后把锻件放入坑中或炉中缓冷。(4)切削加工(5)最终热处理三.具体设计方法及步骤绘制锻件图是拟定锻造工艺规程、选择工具、指导生产和验收锻件的主要依据。它是以机械零件图为基础，结合自由锻工艺特点，考虑到机械加工余量、锻造公差、工艺余块、检验试样及工艺卡头等绘制而成。3.1绘制锻件图3.1.1确定锻件形状为了简化锻件的外形或根据锻造工艺需要，零件上某些难以锻出的凹档、台阶、斜面、凸缘和内孔等部位添加余块，以使锻件形状简单而便于锻出，加上余块而不予锻出块要根据零件的形状、尺寸、锻造技术水平和经济效果来确定的。由零件图可知，齿轮上的齿形、圆周小凹槽、凸肩以及轮辐上830mm通孔等部分，采用自由锻方法很难形成这些部位，因此考虑到技术上的可行性和经济性，决定不予锻出，并采用附加余块简化锻件外形，以利于锻造。3.1.2确定加工余量为使零件具有一定的加工尺寸和表面粗糙度，在零件表面需要加工的部分，在锻件上留一层供作机械加工用的金属，称作机械加工余量。其大小取决于零件的形状和尺寸、精度和粗糙度要求等。查表知本零件的加工余量为104.。3.1.3确定锻造公差锻造公差是指锻件实际尺寸和公称尺寸之间说允许的偏差，其大小根据锻件的形状、尺寸和具体生产条件来确定的。查表知本零件的加工余量为a=104、b=93、c=135。3.1.4绘制锻件图当余块、余量和公差确定后，用双点画线画出零件轮廓形状，再用粗实线描绘出锻件轮廓，锻件的公称尺寸和公差标注在尺寸线上面，零件公称尺寸标注在尺寸线下面并加上括弧，如下图：3.2确定锻造工艺3.2.1锻件分类及工序生产中常见锻件按其形状特点，可分为轴杆类、盘状类、空心类、曲轴类、弯曲类和复杂形类等。各种类型及形状零件的锻造工序，应根据锻件形状、尺寸、技术要求和生产批量等进行选择，并且先确定锻件成形所必须的基本工序、辅助工序、修正工序、再选择所需的工具并确定工序顺序和工序尺寸等。齿轮属于轮盘类，查表知锻造工序为：镦粗或拔长及镦粗、冲孔或芯轴扩孔等。3.2.2制定变形工艺方案凸肩齿轮锻件属于空心零件，根据锻件形状尺寸，确定在锻锤上进行锻造，且主要变形工艺为下料、镦粗、冲孔、冲头扩孔等工序，同时根据锻件上的凸肩形状，确定采用垫环辅助局部镦粗或镦挤成形。（如下图）目前这类锻件一般采用局部镦粗，而镦挤成形则适于直径和高度均较小的凸肩锻件。由于齿轮内径较大，因此确定采用冲头冲孔，但考虑到冲孔扩孔时金属将会沿着径向流动，并沿凸肩高度方向产生拉缩现象，因此垫环镦粗后的外径尺寸应比锻件外径小些，且凸肩高度应比锻件凸肩大些。3.2.3确定合适的锻比锻造比是锻造时金属变形程度的一种表示方法。 锻造比以金属变形前后的横断面积的比值来表示。不同的锻造工序，锻造比的计算方法各不相同。由于锻造比大小可反映锻造对锻件组织和力学性能的影响，因此在制订变形工艺时，选择适当的锻造比是十分重要的。不同的材料要求选择不同的锻造比。碳素结构钢锻件 Y=23不锈钢和耐热钢锻件 Y=46合金结构钢锻件 Y=34高合金工具钢锻件 Y=59本课程设计已给定锻造比为Y=1.23.3确定毛坯的质量和尺寸3.3.1毛坯质量计算根据锻件的形状和尺寸，可计算出锻件的质量，再考虑加热时的氧化损失、冲孔时冲掉的料芯以及切头损失等，则可计算出锻件所用坯料的质量，其计算公式如下：m坯=m锻+m烧+m头+m芯式中：m坯坯料质量m锻锻件质量m烧加热时坯件表面氧化而烧损的质量m芯冲孔时冲掉的金属质量m头锻造时从锻件端部切去的金属质量；采用钢锭作坯料时切掉的钢锭头部和尾部质量等。本次课程设计给定的数据为（均选择锻造比为1.2、钢密度为7.8、烧损质量为锻件质量的2.0%，料头质量除料头尾外还包含冲切掉的金属质量）m锻的计算可用形体分析法，即按毛坯形状和结构特点，划分成几个简单几何图形而分别计算体积，再按公式m锻=V总（材料密度/dm、V总各部分体积总和dm）计算出m锻，且V总一般等于锻件毛坯尺寸加上1/2偏差值。m锻=V锻 =/4(30.27+2.110.34-1.320.61) 7.8=2.267.8=17.6冲孔芯料质量（取d=60mm，H=65mm）冲孔芯料损耗m芯=K2dH（d冲孔直径/dm；H坯料高度/dm）实心冲头冲孔K2=1.181.57m芯=（1.181.57）dH=（1.181.57）60650.3坯料的烧损质量可有下表查得，煤气炉加热时的烧损率=1.5%2.5%（本次烧损率已给定为2%），考虑到该锻件需要经过23次扩孔，而至少加热2次，因此应取单火烧损率的上限值再加上适当烧损值，即为=0.035。所以坯料的烧损质量为m烧=m锻=0.03517.8=0.6根据公式算得皮料质量为：m坯=m锻+m烧+m芯=18.5钢料加热的烧损率加 热 方 式烧损率/%室 式 烧 炉2.54油 炉23煤 气 炉1.52.5电 阻 炉11.5接触感应电加热0.53.3.2毛坯尺寸确定毛坯尺寸确定与所选钢坯或 钢锭有关，也与所用第一道基本工序有关。如果选用的锻造原材料相同，而采用的第一道基本工序不同，则确定坯料尺寸的方法也不同。凸肩齿轮为饼状类和空心类锻件，常选用钢坯并采用镦粗法锻造毛坯。为避免镦粗时产生弯曲，坯料高度H不得超过其直径D（或方形边长A）的2.5倍，亦即坯料高径比H/D不得超过2.5即1.25D(A)H2.5D(A)对圆截面坯料D=(0.81.0)(dm)对方截面坯料A=（0.750.90）（dm）计算坯料直径时，由于采用镦粗成形，可按下式计算D=0.9=0.9=0.9dm=1.2002dm=120.02mm查表标准热轧圆钢直径，确定选取坯料直径D=120mm。坯料长度为L=mm=210 mm从而确定坯料尺寸为120210mm。3.4选定锻造设备及吨位选定锻造设备的依据是锻件材料、尺寸和质量，同时还要适当考虑车间现有设备条件。若设备吨位太小，锻件内部锻不透，生产率也低，反则造成设备和动力浪费，且操作不便也不安全，锻造设备的选定通常按查表法或经验类比法等确定。3.4.1查表选定法凸肩齿轮按照圆环类锻件的尺寸 D=2994、H=613查下表知，应选用0.5t自由锻锤表 自由锤锻的锻造能力范围锻件类型及规格锻锤落下部分质量/t0.250.50.751235圆饼D/mmH/mm20030025050300100400150500200600300700300圆环D/mmH/mm150603507540010050015060020010002501200300圆筒D/mmd/mmL/mm150100165175125200125275125300125350150400700500550圆轴D/mmG/8010012520015030017550022575027510003501500方块H=B/mmG/802515050175702001002503503008004501000扁方B/mmH/mm1007160151752020025400406005070070钢锭直径/mm125200250300400450600钢坯边长/mm1001752252753504005503.4.2经验类比法经验类比法是在统计分析生产实践数据的基础上，整理出的经验公式、表格或图线，根据锻件某些主要参数（如质量、尺寸、接触面积），直接通过公式、表格或图线选定所需锻压设备吨位。镦粗时锻锤的吨位 G=(0.002 0.0003)ks(kg)拔长时锻锤的吨位 G=2.5S(kg)式中：k与钢料强度极限有关的系数，抗拉强度为400MPa时k=35，抗拉强度为600MPa时k=58，抗拉强度为800MPa时k=813；s-锻件镦粗后的接触面积（mm2）；S-坯料横截面积（mm2）3.5确定锻造温度及规范3.5.1确定锻造温度范围各类合金的锻造温度，可根据锻件材料性质从表中查取。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，能锻出优质锻件。并且确定的锻造温度范围较宽，使坯料加热次数少，以获得较高的锻造生产率。根据本零件的力学分析知，材料为40Cr时比较合适。查表知本零件的锻造温度范围是：始锻温度为1200，终锻温度为800。3.5.2确定加热规范及火次确定加热过程不同时期的加热炉温、升温速度和加热时间时，首先考虑钢材断面尺寸，其次考虑钢的成分及有关性能，如塑性、强度、导热及膨胀系数、组织特点和加热变化，以及坯料原始状态。此次课程设计所用的材料为40Cr，所以对于导热性稍差、直径为200350mm的中型碳素结构钢和合金钢坯，采用三段式加热规范（如上图），装料炉温稍低一些，约在11501200范围，装炉后保温时间约为整个加热时间的5%10%。然后以最大可能的加热速度加热至始锻温度，并再次保温均热，保温时间约为整个加热时间的5%10%。其总时间可参考下表中经验数据确定。表 单个坯料在室式炉中加热时间钢 材 种 类加热时间（h/100 mm）低碳钢、中碳钢、低合金钢0.660.77高碳钢、合金结构钢0.951.05碳素工具钢、合金工具钢、高合金工具钢、轴承钢1.201.40由上述加热规范可知，本次锻造应采用煤气炉三段式加热，设定装料炉温约1150，装炉后保温约为15min，再以最大加热速度加热至1200以后，再次保温均热约15min后开始锻造。表 常用齿轮材料及其力学性能类别材料牌号热处理方法抗拉强度b/MPa屈服点s/MPa硬度HBS或HRC优质碳素钢35正火500270150180HBS调质550294190230 HBS45正火588294169217 HBS调质647373229286 HBS表面淬火4050 HRC50正火628373180220 HBS合金结构钢40Cr调质700500240258 HBS表面淬火4855 HRC35SiMn调质750450217269 HBS表面淬火4555 HRC40MnB调质735490241286 HBS表面淬火4555 HRC20Cr渗碳淬火后回火6373925662 HRC20CrMnTi10798345662HRC38CrMnAlA渗氮980834850HV铸钢ZG45正火580320156217 HBSZG55650350169229 HBS灰铸铁HT300300185278 HBSHT350350202304 HBS球墨铸铁QT600-3600370190270 HBSQT700-2700420225305 HBS非金属夹布胶木1002535 HBSv3.5.3确定冷却方法锻件在锻冷后冷却时，按冷却速度有空冷、坑冷和炉冷等方法。空冷是将锻件单个或成堆放在车间地面上冷却，但不能放在潮湿地面、金属板上或通风处冷却，以免锻件冷却不均匀或局部急冷引起裂纹。坑冷是将锻件放到埋入砂子、石灰或炉渣的地坑或铁箱中封闭冷却。一般锻件入砂温度不低于500，且其周围积砂厚度不能少于80mm。锻件在坑内的冷却速度，可通过不同绝热材料及不同厚度保温介质进行调节。炉冷是将锻件直接装入炉中，通过控制炉温按一定冷却规范缓慢冷却，可适于高合金钢、特殊钢构件及各种大型锻件的锻后冷却。锻件入炉时的温度一般不低于6000650，且装料时的炉温应与入炉锻件温度相当。3.5.4确定冷却规范锻件冷却规范的关键是冷却速度，应根据钢料的化学成分、组织特点、原料状态和锻件断面尺寸等因素确定。通常中小型碳钢和低合金钢锻后均采取冷却速度较快的空冷。碳素工具钢、合金工具钢及轴承钢等，锻后先空冷、鼓风或喷雾等快速冷到700，然后再把锻件放入坑中或炉中缓冷。由以上冷却方法和规范可知，齿轮在锻造后，应先空冷至700后再进行缓冷。3.5.5确定热处理规范锻件常规热处理大多是当锻件冷却到室温后，再按工艺规程将锻件由室温重新加热进行热处理。而锻件余热热处理则是在锻后利用锻件自身热量直接进行淬火或者正火热处理。本次课程设计用的材料为40Cr，热处理工艺为淬火温度850 10，油冷；回火温度52010，水、油空冷。致谢：感谢老师对我们的教诲、帮助和支持。感谢在课程设计中帮助的同学，同时自己在课程设计中学到了许多。工艺卡锻件名称齿轮锻件图坯料质量18.53坯料尺寸120mm210mm材料45Cr火次锻造温度工序工序简图2-31200800坯料镦粗局部镦粗冲孔扩孔修整参考文献：1王爱珍.热加工工艺基础M.北京：北京