摇臂轴工艺设计课题

摇臂轴工艺设计课题生产纲领和生产节拍扇形齿轮摇臂轴零件的生产纲领为10000件/年，经对其进行数据分析和信息分析，得知其属于轻型机械，由《机械制造工艺学》一书的表1-5知，根据生产和纲领的关系得知，其为中批生产类型。零件生产纲领可按下式计算。N=Q•n(1+a%)(1+。%)取废品率和备用率均为1.5%，N=10000x(1+1.5%)(1+1.5%)N=10302.25N取整数为10303。生产节拍：T=Ta/Td该数据应根据具体的工厂生产情况而定。零件图分析：零件的作用和技术要求：摇臂轴(扇形齿轮)特别适用于各种机动车循环球方向的扇形齿轮摇臂轴毛皮的少无边形模锻，目前，各种机动车方向扇形齿轮摇臂轴属于聚料比较大的机械零件范围，毛坯的成型工艺很多，如自由锻、胎模锻、模锻锤、摩擦压力机、锻压机上模锻等，此次工业设计将通过锻造型材---圆钢(20CrMnTiGB/T3077-1999)的方法来获得产品。主要是通过锻压机床按GB/T12361-1990的要求对圆钢型材进行初步外形锻造成型，进而通过车床和其他机床进行粗、精加工(齿轮、螺纹等)，并经过抛丸处理，使其产品的锻件硬度为HB156-207,表面硬度为58-63HRC，螺纹部分硬度25-35HR花键部分硬度和心部硬度33-48HRC、螺纹尾部安GB/T3-1997要求加工的要求。零件的材料及其力学性能：零件常用材料及其主要力学性能材料牌号热处理毛坯直径(mm)硬度(HBS)抗拉强度极限。b屈服强度极限。s弯曲疲劳极限o-1剪切疲劳极限T-1许用弯曲应力[o-1]备注Q235A热轧或锻后空冷<100400~42022517010540用于不重要及受载荷不大的轴>100~250375~39021545正火回火<10170~21759029522514055应用最广泛>100~300162~217570285245135

调质<200217~2556403552751556040Cr调质W100>100~300241~28673568554049035535520018570用于载荷较大，而无很大冲击的重要轴40CrNi调质<100>100~300270~300240~27090078573557043037026021075用于很重要的轴38SiMnMo调质<100>100~300229~286217~26973568559054036534521019570用于重要的轴，性能近于40CrNi38CrMoAlA调质<60>60~100>100~160293~321277~302241~27793083578578568559044041037528027022075用于要求高耐磨性，高强度且热处理（氮化）变形很小的轴20Cr渗碳淬火回火<60渗碳56~62HRC64039030516060用于要求强度及韧性均较高的轴3Cr13调质<100N24183563539523075用于腐蚀条件下的轴.1Cr18Ni9Ti淬火<100<19253019519011545用于高低温及腐蚀条件下的轴180110100~200490QT600-3190~270600370215185用于制造复杂外形的轴QT800-2245~335800480290250零件的工艺分析：（1）零件材料：20CrMnTi是渗碳钢，渗碳钢通常为含碳量为0.17%-0.24%的低碳钢。汽车上多用其制造传动齿轮，是中淬透性渗碳钢中CrMnTi钢，其淬透性较高，在保证淬透情况下，特别是具有较高的低温冲击韧性。20CrMnTi表面渗碳硬化处理用钢。良好的加工性，加工变形微小，抗疲劳性能相当好。（2）组成表面分析：M27XL5-6g的螺栓，坡度为1：16的齿轮，实际尺寸为5的扇形齿轮，D38mm的圆柱，D24mm的孔，D25.6mm的环槽，R2-R4mm的倒角（3）主要表面分析：M27的螺纹的表面粗糙度保持在3.2um，D38的圆柱面的表面粗糙度保持在0.8um,其余未标注的表面均按6.3um的表面粗糙度计算。（4）主要技术要求：（5）以D38的圆柱的中心轴为基准，其表面的圆跳动度保持在0.02mm。摇臂轴（扇形）的原图分析与计算（单位：mm）已知：扇齿参数

模数6扇齿节圆齿数14.55~16.17扇齿实际齿数5变位系数+0.8031齿顶高9.602齿根高1.213压力角27°齿面粗糙度32大端公法线（N=3）48.99±0.05精度等级8FLJB179-83大端B-DA-C0.42±0.06大端A-B>0.06花键参数齿面光洁度3.2齿间距90°齿根圆35基圆直径20.36周节2.5内花键大径29.76外花键大径29.44外花键小径27.84工件参数粗糙度3.2锥度1:16径向跳动度0.01mm扇齿端面距水平程6.5°毛坯分析毛坯的选择：毛坯选用钢（20CrMnTi），采用锻造所得。因为采用中批量生产，产量较大，所以要采用精度要求较高，生产率要求也较高的制造方法。毛坯尽量少切削，以减少机械加工，来降低成本。毛坯图的设计：毛坯（锻件）图是根据产品零件设计的，经查《机械加工工艺手册》、《金属机械加工工艺人员手册》得知各余量，从而得毛坯余量/查表得。确定机械加工余量：由于材料是圆钢X2，即用20CrMnTi钢轧成的直径为42mm2UCr-GB/T3U//-1999由于材料是允许偏差为2组的圆钢。各余量由图查所示。单位：mm

零件尺寸加工余量锻造尺寸82748318384842M274M31H88无H88824无824设计毛坯图（如下）:确定圆角半径:确定圆角半径:由技术要求得，锻造圆角一般在R2-R4,所以，圆角取R3。抛丸处理：用电动机带动叶轮体旋转（直接带动或用V型皮带传动），靠离心力的作用，将直径约在0.2〜3.0的弹丸（有铸钢丸、钢丝切丸、不锈钢丸等不同类型）抛向工件的表面，使工件的表面达到一定的粗造度，使工件变得美观，或者改变工件的焊接拉应力为压应力，提高工件的使用寿命。通过提高工件表面的粗糙度，也提高了工件后续喷漆的漆膜附着力。使其产品的锻件硬度为HB156-207,表面硬度为58-63HRC，螺纹部分硬度25-35HR花键部分硬度和心部硬度33-48HRC'螺纹尾部安GB/T3-1997要求加工的要求。工艺规程的设计确定毛坯的制造形式：零件材料为圆钢，根据零件材料、形状、尺寸、批量大小等因素，由于摇臂轴是轻型机械且是中型生产模式，故选用锻造的自由锤锻方式。基准的选择：粗基准的选择：作为粗基准的表面应平整，没有飞边、毛刺或其他表面缺欠，该摇臂轴e38的外圆表面和左、右端面互为基准作为粗基准，以保证为后序准备好精基准。精基准的选择：根据该摇臂轴零件的技术要求和装配要求，选择该摇臂轴线（^38中心轴）作为精基准，零件上的很多表面都可以采用它们作基准进行加工，即遵循了“基准统一”的原则。阶梯轴设计基准是轴线，选用其作精基准定位加工轴的外圆表面，实现了设计基准和工艺基准的重合，保证了被加工表面的垂直度要求。选用阶梯轴轴线作为精基准，利用专用夹具进行夹持，夹紧稳定可靠。当基准不重合时，应进行尺寸换算。拟定加工工艺路线方案：

万案一：注：上方上按照阶梯轴的方式锻造出，故没有运用车刀切削出其他的要求面机械加工工艺过程卡片零部件代号1106934000002产品代号MF3401061004产品名称摇臂轴零部件名称摇臂轴共1页第1页材料圆钢毛坯种类圆钢毛坯尺寸每毛坯可制作件数工序号工序名称工序内容设备工艺设备工时/min05备料锻造毛坯10正火、退火去除材料硬度、残余内应力15粗车端面粗车零件左端面、右端面20车外圆柱面对838的外圆柱面，粗车-半精车25磨圆柱面对838的外圆柱面、扇形齿轮的两面进行研磨，粗磨-精磨30铣刀铣削铣削出M27螺纹35铣圆齿铣出整圆齿，粗铣-半精铣40铣齿铣扇形齿轮，粗铣-半精铣45热处理调制50镗孔粗镗出824的孔55铣内孔槽在824孔中用键槽铣刀铣出内孔槽60铣键槽用三爪卡盘抓住838圆柱外表面，对其左面进行铣槽，槽深1mm,宽1.2mm卧式铣床XL16232三爪卡盘65去飞边毛刺高压水喷射去毛刺70铣倒角在各要求面处铣出R3的倒角75检查运用卡尺150/0.02，对零彳表检查838外R牛进行检验，运用百分即柱的圆跳动设计校对审核标准化批准标记处记更改文件号签字日期标记处记更改文件号签字日期万案一:机械加工工艺过程卡片零部件代号1106934000002产品代号MF3401061004产品名称摇臂轴零部件名称摇臂轴共1页第1页材料圆钢毛坯种类圆钢毛坯尺寸每毛坯可制作件数工序号工序名称工序内容设备工艺设备工时/min05备料锻造毛坯10正火、退火去除材料硬度、残余内应力15铣端面对零件的左、右端面进行加工，铣出45度倒角，平面铣床专用夹具

粗铣T半精铣X301620车外圆柱面对毛坯进行加工，粗车出中27的圆柱卧式车床CA6140专用夹具25车外圆柱面车出坡度为1：16的圆柱面，粗车卧式车床CA6140专用夹具30车外圆柱面对838的外圆柱面进行车加工，粗车-半精车-精车卧式车床CA6140专用夹具35铣键槽用三爪卡盘抓住838圆柱外表面，对其左面进行铣槽，槽深1mm,宽1.2mm卧式铣床X63W三爪卡盘40车螺纹在螺杆上进行螺纹加工，使其加工公差保持在6g要求内，粗车卧式车床CA6140专用夹具45铣齿运用成形法加工整圆齿，得到花键，粗铣卧式铣床X63W专用夹具50铣齿运用成形法加工扇形齿轮，粗铣卧式铣床X63W专用夹具55铣倒角在扇形齿轮处铣出R2的倒角，粗铣卧式铣床X63W专用夹具60热处理抛丸处理65钻、镗孔在零件的右端面钻出一个824的孔，并进行半精镗卧式镗床TX6111D专用夹具70镗内孔槽在824的孔中，用内孔镗刀出内孔槽卧式镗床TX6111D专用夹具75去飞边毛刺高压水喷射去毛刺三爪卡盘80检查运用卡尺150/0.02，对零件的孔的内孔槽进行检验，使其公差保持在0.28mm，检查扇形齿轮的圆心与基准中心的距离是否在公差范围内；运用百分，运用百分表检查838外圆柱的圆跳动，使其保持在0.02mm范围卡尺、百分表设计校对审核标准化批准标记处记更改文件号签字日期标记处记更改文件号签字日期方案三:机械加工工艺过程卡片零部件代号1106934000002产品代号MF3401061004产品名称摇臂轴零部件名称摇臂轴共1页第1页材料圆钢毛坯种类圆钢毛坯尺寸每毛坯可制作件数工序号工序名称工序内容设备工艺设备工时/min

05备料锻造毛坯10正火、退火去除材料硬度、残余内应力15粗车端面粗车零件左端面、右端面20车外圆柱面对838的外圆柱面，粗车-半精车25车外圆柱面对838的外圆柱表面进行加工，粗车-半精车-精车卧式车床CA6140专用工具30铣刀铣削铣削出M27螺纹35铣圆齿铣出整圆齿，粗铣-半精铣40铣齿运用成型法加工扇形齿轮，粗铣卧式铣床X63W专用工具45热处理调制50镗孔粗镗出824的孔55铣内孔槽8在24孔中用键槽铣刀铣出内孔槽卧式镗床TX6111D专用工具60铣键槽用三爪卡盘抓住838圆柱外表面，对其左面进行铣槽，槽深1.1mm,宽1.4mm65去飞边毛刺高压水喷射去毛刺70铣倒角在各要求面处铣出R3的倒角75检查运用卡尺150/0.02，对零＜表检查838外件进行检验，运用百分圆柱的圆跳动设计校对审核标准化批准标记处记更改文件号签字日期标记处记更改文件号签字日期确定方案：经过对这三个方案从经济度、加工要求、加工合理安排程度、工作效率考虑，摇臂轴的加工将按照方案二的要求进行工艺加工。零件表面加工的要求信息：加工表面表面粗糙度公差/精度等级加工方法左端面、右端面Ra6.3IT11粗铣-半精铣M27Ra3.2IT11粗车整圆齿轮Ra6.3IT11粗铣-半精铣838外圆柱面Ra0.8IT7粗车-半精车-精车扇形齿轮Ra6.3IT11粗铣-半精铣824内孔槽Ra6.3IT13粗镗夹具的设计或选用：加工此零件，可用如下的夹具来进行夹紧和安装。注：该夹具设计若在加工过程中出现不能使用情况，可根据加工的机床选择其对性的常用夹具进行加工。机床和刀具的选择：机床选用：根据方案二的工艺过程可知，整个工艺主要用到车床、铣床、镗床、钻、扩孔进行加工，故，从经济，高效，高质的角度考虑，决定采用卧式车床CA6140，卧式铣床X63W,平面铣床X3016,卧式镗床TX6111D。刀具选用：由于刀具材料的切削性能直接影响着生产率，工件的加工精度，已加工表面质量，刀具的磨损和加工成本，所以正确的选择刀具材料是加工工艺的一个重要部分，刀具应具有高刚度，足够的强度和韧度，高耐磨性，良好的导热性，良好的工艺性和经济性，抗粘接性，化学稳定性。由于零件车床输出轴材料为渗碳钢，推荐用硬质合金中刀具，因为加工该类零件时摩擦严重，切削温度高，硬质合金具有较高的硬度和耐磨性，尤其具有高的耐热性，在高速切削钢料时刀具磨损小寿命长，所以加工渗碳钢这种材料时采用硬质合金的刀具。①铣端面：端面铣刀，刀具号01②铣孔端面：端面铣刀，刀具号02③钻824孔：821扁平钻，刀具号08④镗孔：通孔镗刀，刀具号06⑤倒角：45车刀，刀具号07⑥镗内孔槽：镗槽刀，刀具号02⑦铣扇形齿：铣齿刀，刀具号08⑧铣整圆齿：铣齿刀，刀具号05⑨车螺纹：螺纹车刀，刀具号16（系列）⑩铣槽：铣键槽刀，刀具号0111车外圆：弯头车刀，6.机床加工工序顺序安排卡片：加工顺序：现加工基准面，再加工其它面先加工平面，再加工孔先加工主要表面，后加工次要表面先加工粗加工工序，后加工精加工工序加工原则：1、切削用量的选择原则粗加工时，一般以提高生产率为主，但也应考虑经济性和加工成本；半精加工和精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本。具体数值应根据机床说明书、切削用量手册，并结合经验而定。从刀具的耐用度出发，切削用量的选择顺序是：先确定背吃刀量，其次确定进给量，最后确定切削速度。2、背吃刀量的确定背吃刀量由机床、工件和刀具的刚度来决定，在刚度允许的条件下，应尽可能使背吃刀量等于工件的加工余量，这样可以减少走刀次数，提高生产效率。确定背吃刀量的原则：（1）在工件表面粗糙度值要求为Ra12.5nm〜25nm时，如果数控加工的加工余量小于5mm~6mm，粗加工一次进给就可以达到要求。但在余量较大，工艺系统刚性较差或机床动力不足时，可分多次进给完成。（2）在工件表面粗糙度值要求为Ra3.2mm〜12.5mm时，可分粗加工和半精加工两步进行。粗加工时的背吃刀量选取同前。粗加工后留0.5mm〜1.0mm余量，在半精加工时切除。（3）在工件表面粗糙度值要求为Ra0.8nm〜3.2^m时，可分粗加工'半精加工'精加工三步进行。半精加工时的背吃刀量取1.5mm〜2mm。精加工时背吃刀量取0.3mm〜0.5mm。3、进给量的确定进给量主要根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料选取。最大进给速度受机床刚度和进给系统的性能限制。确定进给速度的原则：1）当工件的质量要求能够得到保证时，为提高生产效率，可选择较高的进给速度。一般在100〜200m/min范围内选取。2）在切断、加工深孔或用高速钢刀具加工时，宜选择较低的进给速度，一般在20〜50m/min范围内选取。3）当加工精度，表面粗糙度要求高时，进给速度应选小些，一般在20〜50m/min范围内选取。4）刀具空行程时，特别是远距离“回零”时，可以选择该机床数控系统设定的最高进给速度。4、主轴转速的确定主轴转速应根据允许的切削速度和工件（或刀具）直径来选择。其计算公式为：n=1000v/nDv切削速度，单位为m/min，由刀具的耐用度决定；n---主轴转速，单位为r/min；D----工件直径或刀具直径，单位为mm。计算的主轴转速n最后要根据机床说明书选取机床有的或较接近的转速。总之，切削用量的具体数值应根据机床性能、相关的手册并结合实际经验用类比方法确定。同时，使主轴转速、切削深度及进给速度三者能相互适应，以形成最佳切削用量。粗加工工序卡片：机械加工工序卡片零部件代号1106934000002产品代号MF3401061004产品名称摇臂轴零部件名称摇臂轴共1页第1页工序号材料牌工序名称材料硬度设备名称切削液牌号设备型号切削液名称设备编号同时加工件数夹具名称专用夹具夹具编号

辅具名称辅具编号工位器具名称工位器具编号工序准备终结时间工序单件产品时间工步号工步内容刀具量具主轴转速r/min切削速度m/min进给量mm/r切削深度mm进给次数01粗铣