燕山大学金属工艺及机制基础三级项目

《金属工艺及机制基础》三级项目报告内容：下压辊轴的加工工艺制定班级： 2013级机械设计制造及其自动化12班小组成员：张中杰董超奇渠飞顾怀超黄波指导教师：邹芹朱玉英提交时间： 2015.6.18I一、课程任务及要求指导思想是力求在提高产品质量、降低生产成本和提高生产效率的前提下，使工艺方案尽量简化，课程任务及要求如下：1.仔细理解题意，明确设计任务2.对零件制造的总体方案进行论证和选定，其中包括：(1)毛坯制造方案的可行性分析及比较，(2)主要表面机械加工方案的分析及选择。

3.毛坯生产工艺方案的分析，其中包括：(1)工艺性综合分析，(2)生产方法的确定，(3)工艺参数的确定及其他工艺问题的分析，(4)工艺图的绘制。

4.机械加工工艺方案的分析，其中包括：(1)零件机械加工工艺的分析，(2)工艺基准的选定，(3)工艺过程的拟定，(4)工艺文件的编制，(5)各个工序机床、加工余量、夹具、刀具的选用，(6)绘制机械加工过程中所需的工艺图5.完成全部工艺编制工作。

6.编写一份完整的工艺制定说明书，并列出参考文献。

二、工艺说明书内容1.第一部分：设计目录2.第二部分：工艺说明书及附件或附图3.第三部分：成员贡献及感想4.第四部分：参考文献三、工艺制定可选择方案(见下图)目录一、毛坯生产工艺方案的分析： (1)1.铸造选择 (1)2.锻造选择 (1)二、主要表面机械加工方案的分析及选择 (1)三、毛坯生产工艺方案 (2)1.铸造工艺设计 (2)2.锻造工艺设计 (5)四、切削工艺设计方案 (11)1.车削加工轴...........................错误！未定义书签。

2.轴上键槽的铣削 (14)3.填写冷加工工艺卡片 (16)Ⅰ铸造后切削加工工艺卡片 (16)Ⅱ锻造后切削加工工艺卡片 (18)Ⅲ下料机械切削加工工艺卡片 (21)五、成员分工及感想........................错误！未定义书签。

六、参考文献 (25)一、毛坯生产工艺方案的分析：1.铸造选择方案一：浇注时零件轴线呈水平位置，沿轴线水平分型（分模造型，最大分型面为最大圆柱面）容易造型。

方案二：浇注时零件轴线呈垂直位置，沿轴线竖直向下。

可以采用整模造型，虽然可以避免错形，但造型操作复杂。

综上分析，在保证铸造性能更好的前提下选择第一种方案。

2.锻造选择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。

二、主要表面机械加工方案的分析及选择由于该轴大部分为回转表面，应以车削为主。

又因主要表面尺寸公差等级较高，表面粗糙度值最小为（Ra3.2μm），应以车削加工为主。

所以加工顺序为：粗车——调质——半精车——磨削——退火——攻螺纹。

三、毛坯生产工艺方案1.铸造工艺设计（1)工艺分析，该轴的表面精度要求较高，不允许有铸造缺陷，可以直接把轴铸造出后加工键槽和内螺纹孔。

（2)选择造型方法，零件材料为45号钢，产量为1，且结构简单对称，可以选择砂型分模铸造。

（3)确定浇注位置和分型面方案一:浇注时零件轴线呈水平位置，沿轴线水平分型（分模造型，最大分型面为最大圆柱面）容易造型。

方案二:浇注时零件轴线呈垂直位置，沿轴线竖直向下。

可以采用整模造型，虽然可以避免错形，但造型操作复杂。

综上分析，在保证铸造性能更好的前提下选择第一种方案。

（4）确定加工余量，该轴为回转体，基本尺寸取φ42,查询表1-1取尺寸公差等级为CT13级。

再查表1-2得加工余量等级MA-j级。

查表1-3得φ42的加工余量为7.0㎜，轴向两侧的加工余量为10.0mm。

表1-1表1-2表1-3（5)确定起模斜度和收缩余量，经查表得该件的起模斜度为30’，收缩率取1.6%，故而得模样尺寸为φ50和长315㎜。

表1-4表1-5（6）铸造圆角，对于小型铸件，外圆角取2mm ，内圆角取4mm 。

（7）绘制出早工艺图。

2.锻造工艺设计（1)绘制锻件图（a ）自由锻件余量和锻件公差可查有关手册，见表2-1。

（b ）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<5050～80 80～120 120～160 160～200 200～250 锻件余量和锻件公差(锻件精度等级F)<315 7±2 8±2 9±2 10±3 — — 315～630 8±29±210±311±312±313±4630～10009±2 10±3 11±3 12±3 13±4 14±4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300mm ，最大直径为42mm,由上表可查得余量为a=7，极限偏差为2。

（b）锻件图确定表2—2 台阶轴类锻件机械加工余量和公差（mm）该轴总长是300mm,最大直径42mm，相邻左台阶直径为35mm，右台阶直径为35mm，由上表可知，锻台阶的高度为5-8mm时，锻处台阶最小长度为120mm。

又根据锻件余量为7mm，左侧台阶锻后直径为49mm，右侧台阶锻后直径为49mm，中间直径为56mm。

（2）确定锻造变形工艺方案(a)锻造方法选择：采用通用工具或直接在锻造设备的上下砧之间进行的锻造，称为自由锻造，简称自由锻。

自由锻的工艺灵活，锻造时金屑坯料只有部分表面与工具或上下砧面接触，其余为自由表面，坯料在水平方向进行塑性变形时流动自由，因而要求设备功率比模锻小；锻件形状和尺寸全凭锻工掌握和控制，因此生产效率低，锻件复杂程度和精度较低。

采用模具在锻造设备上进行的锻造称为模型锻造，简称模锻。

模锻时金属坯料表面与模具全面接触，坯料在进行塑性变形时流动不自由，受到模壁限制，因而要求设备功率大；锻件的尺寸和形状由终锻模膛控制，余量小，精度与效率都高，而且便于实现机械化和自动化。

自由锻造适合于单件、小批生产，模型锻造则适合于大批量的生产此轴类零件为单件生产，且形状简单，经按实际经济，生产效率对比决定选用自由锻。

(b)工艺方案：选用“拔长—压肩—锻台阶”的变形工艺方案，详见下表（3）计算毛坯质量及尺寸(a)坯料质量可根据下面的公式进行计算坯切锻损锻烧==+++G G G G G G表2—4 坯料在加热和锻造中损耗量G 损（）的计算G 锻 =2.5%~4%注：—切1D 头部分直径（dm ）经查资料，可知 45号钢的密度：7.85g/cm 3经计算，可知 锻后，中间长度为26mm ，直径为56mm ；左侧台阶长度为238mm ，直径为49mm ；右侧台阶长度为58mm,直径为49mm 。

代入上述公式得所以坯料的总质量是(b)确定坯料尺寸轴类零件一般采用拔长方式锻造，但坯料截面积应该满足规定要求的锻造比要求，即坯max ≥F y F式中，坯F ——坯料截面积，2mmmax F ——经拔长后锻件的最大截面积，2mm y ——规定的锻造比 因此，采用圆柱坯料时，计max ≥D式中，max D ——经拔长后锻件的最大截面积，mm由于45号钢为碳素结构钢，其锻造比≥3，这里取y=3，所以取计=115D mm ，则由坯料总质量可知，其长度为（4）选定锻造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2—5 拔长坯料直径与锻锤吨位由上表可知，应选用150kg自有锻锤（5）确定锻造温度下表常见金属材料的锻造温度范围：（6）填写锻造工艺卡片表2—7 下压辊轴自由锻工艺锻件图四、切削工艺设计方案1.车削加工轴Ⅰ.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，查表可知用半精车即可达到要求，但在半精车之前需要进行调质处理。

（一）刀具选择：①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，但强度和韧度却高于硬质合金，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，但其强度和韧度均较高速钢低，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组成的钨鈷类（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②分析刀具的角度变化对刀具在工作中的的影响⑴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5°~15°，粗加工时取最大值。

⑵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韧性好精加工时，去大的前角；反之取小的前角。

如用硬质合金车刀切削结构钢件，前角取10°~20°，切灰铸铁时可取5°~15°等。

⑶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。