轴套 Word 文档

1、1.1 铸造工艺性分析零件名称：衬套零件材料：HT250HT200零件特点：衬套是用途非常广泛的零件，零件简单，工艺不复杂。磨损了，可以方便更换。如果不用衬套，磨损后，更换的是零件。现在更换的是衬套，因其加工方便，更换成本低，也易换。（1） 零件的作用衬套是用于机械部件外，以达到密封、磨损保护等作用的配套件。衬套的使用范围很广，工业领域中很多部件，如阀门、轴承等部件都会使用衬套。衬套的作用衬套的使用灵活性比较高，它能起到的作用也很多，概括来说衬套是对设备进行保护的一类部件。衬套的使用能减少设备的磨损、振动和噪音，并有防腐蚀的效果。衬套的使用还能方便机械设备的维修、简化设备的结构和制造工艺。衬套

2、在实际工作中起到的作用和它的应用环境与目的有很大关系。在阀门应用领域，衬套被装置在阀盖内套住阀杆，以此来减少阀门的泄露，达到密封作用。在轴承应用领域，衬套的使用能减少轴承和轴座之间的磨损，避免轴和孔之间的间隙增大等作用。（2）零件图分析1.衬套零件通过在零件图纸上的分析可以看出：以160mm轴的轴线为中心线，位于上端面104mm同轴的两端分别有一个螺纹孔，尺寸为8mm，由于螺纹孔小，铸造时不须铸出，只需在进行机加工是钻出。该零件长为总长170mm，上端面尺寸为160mm，下端面尺寸为104mm，下端面以上有一个宽15mm沟槽，直径为24mm，铸造不必铸出该沟槽，而是铸造完成后进行机械加工而得，

3、该铸件上端面壁厚尺寸为52mm,下端面壁厚39mm，零件中间需加型芯，直径30mm，为铸造方便，由于型芯直径只为30mm，上底面的圆空腔应在铸造完成后采用机械加工，用车床膛出直径为48mm的孔。1.2铸造件的选材并说明原因该零件为衬套，要求零件具有很好的耐磨性。（1） 零件材料使用特性及用途衬套的材质衬套的材质多是软质的金属、橡胶、尼龙及非金属聚合物等。这些材质的质地相对较软、价格成本较低。在各种恶劣的工作环境中衬套承受振动、摩擦和腐蚀来保护裹住的部件，而衬套本身在损坏后更换方便、成本低、经济性好。所以该零件我们选用HT250HT150*1 灰铸铁的性能 HT是灰铸铁的牌号，灰铸铁是指石墨片状

4、的灰口铸铁，一般含（质量分数）碳2.0%4%，硅1%3%,锰0.25%1.0%，磷0.05%0.50%，硫0.0250.20%。灰铸铁强度低，脆性大，已断裂，但减振性能好，热导率高，缺口敏感性小，且有良好的铸造性能，切削性能，具有良好的耐磨性，耐热性抗氧化抗生长性，生产工艺简单，价格便宜。.*2 灰铸铁的铸造性能灰铸铁的组织是由液态铁水缓慢冷却时通过石墨化过程形成的，其基体组织有铁素体.珠光体和珠光体加铁素体。灰铸铁的流动性：近共晶成，铁液分流动性好；亚共晶成分时，碳硅锰质量分数为0.5%1.2%时可提高流动性；过共晶成分是碳、硅降低流动性，磷提高流动性；收缩性：有液相收缩，凝固收缩或膨胀(普

5、通灰铸铁刚性铸造时：CE3.6%时，只有收缩，CE>3.6%时，只有出现膨胀)；线收缩：小中件收缩率0.91.1%（自由线收缩率），0.81.0%（铸造收缩率）收缩孔总体积约为-0.5%+0.2%一般不设补缩冒口。铸造应力：灰铸铁铸造应力小：一般为19.649MPa；单件小批量或尺寸要求高的铸件，可在500600摄氏度退火消除铸造应力，断面敏感性：灰铸铁若不进行孕育处理，铸件内部或厚壁处冷却慢，易晶粒粗大，石墨粗大，强度硬度低：而在外表面或薄壁棱角处冷却快易生成过冷石墨或白口，硬度高。孕育处理和低合金化都明显可以改变金相组织和断面敏感性，常用的孕育剂有硅铁和硅钙合金。*3 热处理可以改变

6、铸铁的基本组织，而不能改变石墨的形状和分布。由于石墨片对基体的连续性的破环严重，易产生应力集中，因此热处理灰铸铁强化效果不佳，但对衬套零件来说主要是起保护作用，防止被保护零件磨损，且衬套加工方便，成本低也一更换。此外衬套硬度要求较低，是摩擦副的承磨件。所以需要进行热处理，这里应采用的热处理方案为消除白口组织退火，这样可以降低其硬度，其工艺为：加热到800900度，保温25h后炉冷至250400度出炉空冷。*4 HT150HT250，处于该牌号范围的灰铸铁用途广泛，如机床床身、各种箱体、壳体、泵体、缸体等。对于衬套该牌号的灰铸铁是首选材料。1.3确定工艺方法和过程1. 铸造方案的确定a. 衬套选

7、型因素衬套的使用范围大，种类也比较多，要选择合适的衬套，就必须考虑它的使用目的，不同的工况选择不同型号的衬套。衬套选型中主要考虑的条件是衬套需承受的压力、速度、压力速度乘积及载荷性质。另外，衬套是否有润滑、润滑的状态也决定了它的使用效果和寿命。对此可做出铸造方案的选择b. 铸造方案包括：砂型铸造和特种铸造两种，特种铸造又分为熔模铸造，金属铸造，压力铸造，离心铸造好人消失模铸造。砂型铸造是传统的铸造方法，它适用于各种形状.大小.批量及各种合金铸件的生产，工艺简单。其中包括手工造型，机械造型。机械造型主要特点：可以大大提高劳动生产率，改善劳动条件，铸造尺寸精确、表面光洁，加工余量小。在大批量生产中

8、成本较低。而该零件属于小铸件，大量，成批和单件生产，应采用砂型铸造中机械造型，机械造型中包括多种造型种类，其中最适合的应该是振击紧砂造型。c. 造芯方法的选择该零件可选择芯盒造芯方法。芯盒造芯的主要特点：用芯盒的内表面形成砂芯的形状，砂芯尺寸准确。应用于各种形状、尺寸和批量的砂芯。d. 浇注位置的选择由该零件的零件图分析可知：应进行平作立浇，以便补缩，且应保证铸件的重要部位朝下，厚大部位朝上，所以该零件的下端面应朝下，这样以便安放冒口，实现顺序凝固，使气孔、非金属夹杂物等缺陷竟量位于上端面。同时也保证了和箱位置、浇注位置和铸件冷却位置相一致，起模和充型方便。e. 分型面的选择分型面是为起模、下

9、芯、检验等需要而设置的。分型面选择的原则包括：分型面应尽量平直、数量少，铸型只有一个分型面；尽量为避免不必要的型芯和活块；尽量使铸件全部或大部分位于下箱。由此可确定此零件的分型面应选择在上端面。2. 工艺参数的确定加工余量、收缩率、铸造圆角、起模斜度确定该衬套零件的材料HT150HT250，生产类型为成批生产，采用砂型铸造毛坯，根据铸造工艺路分析，分别对以上参数的查表确定如下：由于该衬套的最大直径尺寸为160mm，最小直径尺寸为104mm,其工作长度为170mm，上端面以下的固定底座工作长度为50mm，所以应选择最大直径为168mm，最小直径为110mm的毛坯料，选取总长度为179mm，上端面

10、以下的固定底座工作长度为58mm。收缩率为1%，铸造圆角为R5，起模斜度为：内310度，外1530度.3. 浇注系统设计浇注系统是铸型中液态金属流入行腔的通道，浇注系统设计得合理与铸件质量影响很大，大约铸件产品的30%是由于浇注系统设计不合理而引起的，所以合理设计浇注系统对铸件至关重要。根据零件的工艺性分析，该零件可采用顶注式中的搭边式浇注方式，这样金属液沿型壁注入，充型快而平稳，可减少冲砂。1.4确定铸件尺寸(绘制铸件工艺图)2.1锻件的工艺性分析1.主轴的功用：主轴是机床上传递动力的零件，常需要承受弯曲、扭转、冲击载荷的作用。同时在滑动和转动部位还受摩擦力的作用，由此，要求主轴具有高强度、

11、硬度足够的韧性及疲劳强度变形小等性能。在一般的金属切削机床中，主轴把旋转运动及扭矩通过主轴端部的夹具或刀具。在工作中，主轴不但承受扭转力矩，而且承弯曲力矩。所以要求机床主轴的扭转刚度和弯曲刚度都很高2选材：主轴所需的力学性能较高而且主轴受力部分是键槽主要受到切应力所以选择铸铁已经不能满足要求，应选择45钢。至少选用45钢3锻造方法：采用自由锻自由锻的主要工序分析：镦粗：是坯料高度减小,横截面增大的成型工序称为镦粗.主要运用于: a.由横截面积较小的坯料得到横截面积较大而高度较小的锻件;b,冲孔前,使坯料横截面积增大和平整坯料的端面; c,反复镦粗和拔长,可以提高后续拔长工序的锻造比;d,提高锻

12、件的横向力学性能和减少力学性能的异向性;e.反复镦粗和拔长可破碎合金钢中的碳化物,达到均匀分布. 镦粗的主要方法有平砧镦粗,垫环镦粗和局部镦粗三类.拔长：使坯料横截面减小而长度增加的锻造工序称为拔长. 拔长可分为平砧间拔长,形砧拔长和空心件拔长.目的是: 由截面较大的坯料得到截面较小而轴向较长的轴类锻件;辅助其他工序进行局部变形;反复拔长与镦粗,提高锻造比,使合金钢中碳化物破碎并均匀分布,提高力学性能.影响拔长质量的工艺因素：送进量的影响;压下量的影响;砧子形状的影响;拔长操作的影响. 自由锻工序分类：基本工序，能较大幅度的改变坯料形状和尺寸的工序，也是自由锻造过程中主要变形工序(如镦粗,拔长

13、，冲孔，心轴扩孔，心轴拔长，弯曲,切割，错移，扭转，锻接等)；辅助工序，是在坯料进行基本工序前采用的变形工序；修整工序，用来修整锻件尺寸和形状，使其完全达到锻件图要求的工序。主轴主要应用的锻造工序为拔长，切肩和锻台阶主轴拔长：减少空心坯料外径(壁厚)增加其长度的锻造工序称为芯轴拔长。为增强金属轴向流动，减少径向流动,提高效率，常采用： A拔长前,预热芯轴到150-250。B主轴上做出1/150-1/100的斜度,表面光滑，拔长时涂上石墨等润滑剂。C用形砧拔长。d,尽可能采用较高的坯料，常取H=(0.6-1.0)D的坯料(H.D分别为坯料的高度和直径)。主轴拔长的主要质量问题是；锻件壁厚不均匀，

14、内壁易产生裂纹，为此要求坯料加热均匀，每次转动的角度和压下量也要均匀。3下料和下料方法：a. 原材料在锻造之前必须按锻件大小和工艺要求切割成一定尺寸的坯料。对于铸锭，则要先以自由锻进行开坯，然后将锭料以剁割方法切除两端，或按一定尺寸将坯料分割,b. 常用的下料方法：剪切，是锻造生产中应用较普遍的一种方法，具有生产效率高，操作简单，断口无金属消耗，模具费用低等优点，但坯料局部被压扁，端面不平整，有时还带有毛刺和裂纹等；冷折法，利用预先开出的缺口，在受力时，产生应力集中而引起脆断得到坯料的方法叫冷折法。此法下料生产率高，断口金属损耗小，工具简单。冷折法适用于硬度较高的高碳钢和合金钢，但要求对坯料预

15、热到300-400。锯切，用锯床下料是应用最普遍的方法，下料精确，端面平整，适用于各种金属材料在常温下切割。缺点是效率低，锯条的厚度为2-8mm，锯口损耗大。4钢的锻造温度范围：钢的锻造温度范围是指始锻温度和终锻温度之间的一段温度区间.（1）确定锻造温度范围的基本原则:A必须使锻造金属的内部组织和力学性能合乎技术要求B在锻造温度范围内使金属具有良好的塑性和较低的变形能力.C有利于锻造过程中减少加热火次,提高生产效率.（2）始锻温度和终锻温度的确定;A始锻温度的确定,确定始锻温度时,首先必须保证钢无过烧现象.因此对碳钢而言,始锻温度应比铁-渗碳体相图中的固相线低100-200,另外,还需要考虑到

16、金属坯料的组织,锻造方式和变形工艺等因素B终锻温度的确定,确定终锻温度时,既要保证钢在停锻前有足够的塑性,又要使锻件能获得良好的组织性能,以及没有加工硬化现象,因此,钢的终锻温度应高于再结晶温度,便于保证锻后金属组织完全再结晶,使锻件能够得到细晶粒组织.确定碳钢终锻温度时,不能低于铁-渗碳体相图中的A1线,否则,金属的塑性会显著降低,变形抗力增大,加工硬化现象严重,容易产生锻造裂纹,.锻造生产中,钢的终锻温度与刚的组织,锻造工序和锻后工艺等也有直接关系.对于无相变的钢,由于不能用热处理方法细化晶粒,只能依靠最后一次锻造的终锻温度来控制晶粒度,所以,为能使锻件获得细小晶粒,此类钢的终锻温度一般不

17、宜过高.如果锻件必须进行锻造余热处理等,终锻温度必须满足余热处理的温度要求,低碳钢锻造时,终锻温度可稍低于A3线,如锻造后还要精整工序则终锻温度允许比规定值低50-80.锻造温度范围的确定:一般碳素结构钢的锻造温度范围较宽,达到400-800,而合金钢,特别是高合金钢更窄,只有200-300.所以在锻造生产中,高合金钢锻造最困难,对锻造工艺的要求极为严格4加工余量：14mm5工艺要求：a. 锥形面无法直接锻出，该成圆柱形。b. 键槽无法锻出，须保留余块2.2锻件的材料选择并说明原因材料的选择a.选择材料：按锻件大小切成一定长度的毛坯.目前,锻造用原材料主要包括碳素钢,合金钢,有色金属及合金等.

18、按加工状态分为钢锭,轧材,挤压棒材和锻坯等,大型锻件和某些合金钢的锻造一般直接用钢锭锻制,中小型锻件一般用轧材,挤压棒材和锻坯生产.钢锭内部组织结构取决与浇注时钢液在锭模内的结晶条件,即结晶热力学和动力学条件.钢液在钢锭内各处的冷却与传热条件和不均匀,钢液由模壁向锭心,由底部向冒口组建冷凝选择结晶,从而造成钢锭的结晶组织,化学成分及夹杂物分布不均.钢锭的内部缺陷主要集中在冒口,底部及中心部分.其中冒口和底部作为废料应该切除,若切除不彻底,就会遗留在锻件内部而使锻件成为废品,钢锭内部和冒口站钢锭质量的5%-7%和18%-20%。对于合金钢，切除的冒口占钢锭的25%-30%，底部占7%-10%。大

19、型钢锭的常见缺陷有：偏析，夹杂，气体，气泡，缩孔，疏松，裂纹和溅疤。这些缺陷的形成与冶炼，浇注和结晶过程密切相关，并且不可避免。钢锭越大，缺陷越严重，往往是造成大型锻件报废的主要原因。铸锭经过轧制，挤压或锻造加工后，组织结构得到改善，性能相应提高，通常，变形充分，残存的铸造缺陷就越少，材料质量提高的幅度也越大。但是在其过程也有可能发下如下缺陷：划痕，折叠，发裂，结疤，碳化物偏析，白点，非金属夹杂，粗晶环。b. 上图车床主轴零件简图。该轴承受交变弯曲应力与扭应力 ,但由于承受的载荷与转速均不高 ,冲击作用也不大 ,故具有一般综合力学性能即可。但在主轴大端的内锥孔和外锥体 ,因常与卡盘、顶尖有相对

20、摩擦;花键部位与齿轮有相对滑动 ,故这些部位要求较高的硬度与耐磨性;主轴在滚动轴承中运转 ,工作时因轴颈与轴承不发生摩擦 ,故轴颈无耐磨性要求。通常 ,对于要求高强度、硬度和疲劳强度且形状畸变小的主轴 ,多采用 38CrMoAlA 钢;受冲击大的常用 20Cr、20Mn2B 渗碳钢;重载下工作的常用20CrMnTi、12CrNi3A 高合金渗碳钢;高精度磨床、镗床主轴采用 9Mn2V、GCr15 钢。本零件根据其工作受力及性能要求 ,可选用 45钢 2.3铸件图的绘制（绘制锻件的工艺图）锻件图是根据零件图绘制的。自由锻件的锻件图是在零件图基础上，考虑了机械加工余量、锻造公差、余块等之后绘制的图

21、。1. 机械加工余量、余块和锻造公差。根据零件的最大直径和长度尺寸可知起属于自由锻造范围。按照锻件材质与技术要求的力学性能，在在锻后竟正火加高温回火，即达到力学性能要求。但须在锻件上留出机械加工实验用试样。（1）绘制工艺图（2）绘制锻件图2.4确定工艺方法和过程1. 锻造方式：根据上述分析，可知该主轴应采用的锻造方法是自由锻，自由锻工艺特征：工具简单,灵活性大，适合单件和小批量锻件生产；工具与毛坯部分接触,逐步变形，所需设备功率比模锻小的多；靠人工操作控制锻件的形状和尺寸，精度差,效率低,劳动强度大。2坯料重量和尺寸的确定。(1）计算锻件质量。*1. 锻件各部分质量计算*2. 台阶余面质量计算(2) 计算坯料的质量坯料重量可按下试计算：m(坯料)=m(锻件)+m烧损）+m（料头）一般火候：一火为2%3%，二为1.5%2%，采用两次加热完成5%3. 拟定锻造工序：主轴锻造方案有两种。一火完成工序为：坯料拔成圆棒压肩拔出一端在调头拔出另一端修正二火完成工序为：第一火将坯料拔成圆柱压肩拔出一端，第二次火候加热后，拔出