课程设计指导书

课程设计任务书指导教师（签名）：教研室主任（签名）：2009年12月12 日2009年12月12 日机械制造基础课程设计指导书主编胡大超参编刘兆祥陈建国课程名称：机械制造基础************适用专业：机械设计制造及其自动化过程装备与自动化材料成型与控制工程上海应用技术学院2006年7月目录前言第一篇坯料的选择和理 (6)第二篇铸造部分的工艺设计 (9)第三篇锻压部分的工艺设计 (17)第三篇机械加工工艺设计 (22)前言一、课程设计的目的本课程设计是“工程材料及机械制造基础”课程教学过程后期的一个重要环节，是培养学生独立工作能力的重要方法，也为今后毕业设计进行一次预备训练，本课程设计目的是：1.培养学生运用工程材料以及机械制造工艺知识，独立地分析和解决工艺问题，初步具备设计中等复杂程度零件工艺规程的能力；2.培养学生综合运用铸、锻、焊、切削加工等各种加工方法的能力；3.培养学生熟悉并运用有关手册，标准及资料的能力；4.进一步培养学生识图、制图、运算与编写技术文件的基本技能。

二、任务和要求按照教师指定的任务书，设计零件工艺规程并撰写设计说明书，具体内容包括：1.毛坯图两张（铸造工艺图，自由锻件图）。

2.机械加工工艺卡一份。

3.课程设计说明书（方案选择，比较及工艺计算等）一份。

4.本课程设计为一周（30学时）。

三、机制工艺课程设计说明书（的内容与要求）（一）设计任务书（有原件图）（二）设计的目的和要求（三）铸造工艺设计1.对零件进行工艺分析（分析选材、结构工艺性和主要表面等）2.选定铸型种类和造型方法3.确定浇铸位置和分型面（进行至少两种方案比较，有简图表示）4.确定加工余量及有关工艺参数①加工余量；②不铸孔、槽；③拔模斜度；④铸造圆角；⑤收缩率5.确定型芯数目、设置方法和有关参数（型芯形状、尺寸、芯头尺寸、斜度、间隙）6.确定浇铸系统形状、尺寸和位置7.绘制铸造工艺图另用白纸，在零件图的基础上按规定要求画出，表示出所有前面铸造工艺设计中2～6项内容。

8.绘制铸件图、木模图和型芯图另用白纸，按规定要求画出，获优等级的学生必须完成。

铸件图应包括名称、材料、重量、比例、形状简图和主要尺寸及技术要求等。

四、锻造工艺设计1.对零件进行工艺分析（同铸造工艺设计）2.确定锻件形状（简化、加敷料和余量等）3.确定余量和公差4.绘制锻件图另用白纸，按规定要求画出，包括名称、材料、重量、比例、形状简图和主要尺寸及技术要求等5.确定坯料形状和重量，算出锻件重量，再考虑火耗、切头、冲孔或飞边、冲孔连皮等损耗，确定坯料重量；然后根据锻造比、或镦粗要求等确定坯料尺寸6.编制锻造工艺卡片另用白纸按规定要求编制，包括名称、材料、锻件与坯料的重量、坯料规格、冷却方式、和工艺过程、顺序、锻造温度范围、工序名称、工序简图和设备等。

五、机加工工艺设计1.对零件进行工艺分析分析零件重要表面、基准表面、尺寸完整性和结构工艺性2.选择定位基准在说明书中说明选择理由，在工艺卡中用相应符号表明3.拟定加工路线①各表面加工方法；②安排机加工工序；③按排热处理工序；④按排检验和其它工序4.确定各加工表面各工序的加工余量、工序尺寸和公差（有的要有尺寸链和定位误差计算）5.编制工艺卡片包括零件名称、材料、毛坯种类、零件重量、工序号、工序内容、工序简图：标明加工表面、工序尺寸、公差和定位基准和加工设备等。

六、参考资料（编序号列出）。

七、设计小结。

（一）坯料的选择和热处理一、常用的毛坯与材料及其选择1.常见的毛坯形式及其选择（1）型材：指各种截面和规格的成型轧材。

如钢材中的各种圆钢、方钢、槽钢、工字钢、钢轨、六角钢、钢管等，还有板材，线材及用挤压、拉拔方法生产的各种截面更复杂的轻合金型材都属于这一类。

型材一般可以现货购进，其强度与尺寸精度也不差，用起来比较方便。

（2）铸造毛坯：当零件形状很复杂，尤其是有复杂内腔的零件，用铸造毛坯。

用型材时要增加许多加工余量，费时费料，此时用铸坯而不用型材。

（3）锻压毛坯：由于锻压可消除某些铸态组织的缺陷，提高材料的力学性能，故常比铸件更能承受重而复杂的载荷。

由于工艺上的限制，锻压毛坯的外形常不能达到铸造毛坯那样的复杂程度。

（4）焊接毛坯：适用于具有一定的尺寸和体积，又不能用铸造或锻造方法制造的构件，如各种容器，桁架结构，较大的箱体，壳体等。

在选择毛坯的形式时，除考虑上述各自的特点外，往往还要考虑制造成本和生产周期等各方面，例如：阶梯轴可以用圆钢直接车出，也可用锻坯，当批量很少，需用又急时常用第一种方法；当各级轴颈相差较大，批量又大时，宜用后一种方法。

有时由于工艺上的限制，或由于使用上的特殊要求，往往将几种制坯方法综合应用，例采用锻—焊，或铸—焊结构除了上述几种毛坯形式以外，还有冲压，粉末冶金，电化沉淀等制坯方法，因为目前在我国的单件，小批生产中应用较少，故不详述。

2.常用的金属材料对与金属材料，我们应该知道它们种类、牌号、主要的力学性能和工艺性能，见表1和表2。

二、钢铁材料的常用热处理方式市场供应的钢铁材料其力学性能往往不能适应使用上的要求或加工工艺上的要求，而通过热处理就能很好地解决这一问题。

热处理工艺就是把钢铁材料在固态下加热到一定的温度，保温后以适当的速度冷却，使材料的内部组织发生改变，从而得到所需要的力学性能和满足工艺方面的要求。

1.热处理技术条件的标注由于硬度检查方便，又不损坏零件，且可以近似反映材料的其它力学性能，故热处理零件一般在图纸上都以硬度作为热处理的技术条件。

渗碳零件应表注渗碳层的深度，渗碳回火后的硬度和渗碳部位等，表面淬火零件，应注明淬硬层深度，淬硬层的硬度，淬硬部位等。

图纸上的热处理技术条件，要求书写相应的工艺名称，如调质，淬火回火，高频感应加热淬火等。

在标注硬度范围时，允许有一个波动范围，一般布氏硬度波动范围在30～40个单位，洛氏硬度波动范围约5个左右。

表1常用钢材表2 常用的铜材和铝材2.热处理工序位置的安排零件加工都按一定工艺路线进行的，合理安排热处理工序位置对保证质量与改善切削加工性，具有重要的意义，热处理可分为预备热处理与最终热处理两大类。

（1）预备热处理预备热处理包括退火、正火、调质等，其目的是为消除前一工序所造成的某些缺陷（如内应力，晶粒粗大，组织不匀）并为后续工序准备条件。

（ｉ）退火、正火的位置：毛坯生产→正火（退火）→切削加工（ｉｉ）调质的工序位置：调质主要为了提高零件综合力学性能，或为以后表面淬火作组织准备。

调质零件的加工路线一般为：下料→锻造→正火（退火）→粗加工（留余量）→调质→半精加工……在实际生产中，普通铸铁件，铸钢件和某些无特殊要求的锻钢件，经退火、正火或调质后其性能已能满足使用性能要求，可不再进行最终热处理。

（2）最终热处理最终热处理包括各种淬火、回火、渗碳及渗氮处理，经这类热处理后获得所需要的使用性能（如耐磨性），因其硬度高，除磨削外，不能用其它切削方式加工，故一般安排在半精加工后，磨削前进行。

（ｉ）淬火的工序位置，有以下两种情况：A．整体淬火零件加工路线一般为：下料→锻造→退火（正火）→粗、半精加工→淬火→低温回火→磨削B．表面淬火零件，（经预先调质）的加工路线一般为：下料→锻造→退火（正火）→精加工→调质→半精加工→表淬→低温回火→磨削（ｉｉ）渗碳工序的位置下料→锻造→正火→（粗）、半精加工→渗碳→淬火→低温回火→磨削（ｉｉｉ）渗氮的工序位置下料→锻造→退火→粗加工→调质→半精、精加工→去应力退火→粗磨→渗氮→超精加工（二）铸造部分的工艺设计一、铸造工艺设计的内容与方法1.铸造工艺设计的内容进行金属工艺设计中简单铸件的铸造工艺设计时，包括以下内容：（1）对零件进行工艺分析（2）选定铸型种类与造型方法（3）确定浇铸位置与分型面（4）确定加工余量与有关工艺参数（5）确定型芯数目和设置方法（6）确定浇铸系统形状，尺寸和位置（7）绘制铸造工艺图2.对零件进行工艺分析（1）审阅图纸，了解零件的作用和生产批量（2）了解零件在铸造方面的技术要求，如强度，金相组织方面要求，铸件的哪些表面不允许有气孔，砂眼等。

（3）审查所选材料的合理性（4）审查铸件结构的工艺性注意：确实需要修改原设计结构，应与设计部门或技术主管商量3.选定铸型种类与造型方法常见的铸型有砂型，金属型，失腊铸型等多种，以砂型铸造为常用，金属型适用于批量大，零件形状简单的情况，失腊铸型用于精密铸造。

砂型又有干湿之分，湿型不许烘干，多用于生产中、小件，干型强度高但成本高，重要的或较大的铸件才用。

手工造型操作灵活，工艺装备简单，生产准备时间短，适应性强，故主要用于单件，小批量生产，根据铸件的结构，生产条件可选用不同的手工造型方法，具体可参阅有关教科书或工艺手册。

4.确定浇铸位置和分型面（指砂型铸造，下同）浇铸位置和分型面对铸件质量及铸造工艺有很大影响，必须认真考虑，首先应保证铸件质量要求，其次应使操作尽量简化，还应考虑具体生产条件，其具体选择原则可参考有关资料。

5.确定加工余量等工艺参数（1）确定加工余量需切削加工表面应留有加工余量，见表3（2）不铸出的孔，槽尺寸见表4（3）拔模斜度，外壁为1/4°～3°内壁3°～10°（4）铸造圆角，查表或取相邻二壁厚平均值的1/3~1/5（5）收缩率：灰铸铁0.7～1.0％..铸钢1.5～2.0％有色合金1.0～1.5％表3一般手工造型灰口铸铁的机械加工余量（ｍｍ）注：1.加工余量数值中，下限用于大批生产，机器造型、公差等级和表面粗糙度要求较高的铸件，上限与此相反。

2.如为圆形件，则加工面与基准面的距离即为半经。

注：1.一般的砂芯，上下芯头均采用相同的高度（便于操作），尤其适于成批大量生产。

2.如果考虑单件小批量生产有必要采用不同高度的上下芯头时，则根据本表先查ｈ再根据ｈ查ｈ13.对与大而矮的直立式粘土砂芯，常不用上芯头（ｈ1＝0），这样对合箱，造型都方便。

此时下芯头可适当增长。

4.芯头斜度可用度数α来表示。

一般上芯头α＝10°，下芯头α＝5°左右。

6.型芯设计（1）确定型芯的数量（ｉ）尺寸较小，易用机械加工方法得出的孔与内腔，不用型芯铸出（ｉｉ）内腔形式简单，可用砂垛来形成，不用型芯铸出，可参阅表5（ｉｉｉ）一般情况下，同一型腔用一个整体的型芯铸出，但当型芯复杂，或重量过大时，为了简化芯盒的结构，便于造芯，烘干和下芯，也可将型芯分成数块。

（2）型芯固定型芯在铸型中位置一般是用型芯头来固定的，设计型芯头时，既要保证型芯能在铸型中定位，又要使型芯在浇铸时发生的气体能顺利排出，型芯有水平和垂直两种形式，也能用型芯撑或其它方法来固定。

（3）型芯头的结构与尺寸直立式型芯尺寸见表6，水平式型芯头见表77.浇注系统的设计（1）浇注系统的组成A）外浇口：一般中小铸件可采用漏斗状外浇口，重要的铸件采用池型外浇口。