花键轴加工工艺设计

机械加工工艺课程论文

题目：花键轴加工工艺设计

班级：机制1303

姓名：陈富龙

学号：

第1节零件的工艺分析

1.1花键轴介绍

花键轴用于各个轴用于轴与轴承配合、螺纹主要用于紧固和传动连接、键与花键用于轴和轴上传动件之间的可拆卸连接，用于传递扭矩，有时也作用轴上传动件的导向。

矩形花键轴能够多齿工作，对中性好，导向性好，齿根较浅，应力集中，轴与毂强度削弱小加工方便，在机械制造中应用非常广泛。

其中，该矩形花键轴按国家标准，为花键的中系列，经过查表（教材《互换性与测量技术》表10-7）可得其规格为N*d*D*B=6*34.2*40*10,标注外花键规格和尺寸代号为6*34.2f7*40f7*10d9 GB/T1144-2001。

花键轴

1.2零件结构分析

根据零件简图分析：该主轴零件的结构有以下特点：从形状上看该工件为阶梯结构的花键，由于长度与直径之比L/D < 5，所以该工件属于钢性主轴。从表面加工类型看，主要加工表面有外圆柱面，花键，双键槽，内螺纹孔，属于典型的加工表面，易加工。

1.3零件的工艺分析

零件的视图正确、完整，尺寸、公差及技术要求齐全。但花键外圆柱面Φ40f7mm与右端外圆柱面Φ35k6mm要求Ra0.8μm有些偏高。

该零件属轴类零件，它的所有表面均需切削加工，各表面的加工精度和表面粗糙度都不难获得。花键轴径向设计基准是轴中心线，轴向设计基准是花键外圆柱面Φ40f7mm的左端平面。花键径向设计基准为Φ40f7mm外圆柱面。M12螺纹孔的径向设计基准是轴中心线，轴向设计基准是花键外圆柱面Φ40f7mm的左端平面。M5径向设计基准为花键外圆柱面Φ40f7mm的左端平面，轴向设计基准与花键呈30°角。总体来说，这个零件的工艺性较好。

该零件属于轴类零件，主要构成表面主要为外圆、倒角、退刀槽、键槽、内螺纹和外花键等；各轴段装配表面粗糙度要求极高，Ra达0.8μm，为IT6、IT7级；而尺寸精度和位置精度要求也高

（重点保证外圆表面的加工），轴右端Φ35mm（基面B）以及花键大径Φ40mm（基面A）的加工尤为重要，它们分别与退刀槽侧面、键槽宽有圆度和对称度要求，外花键键齿与基面A有平行度要求。

其中，各个圆柱尺寸精度等级较高，圆柱装配表面表面粗糙度要求也高，Ra达0.8μm。退刀槽与花键健齿侧面Ra达1.6μm；两键槽的侧面Ra达1.6μm；其余则要较低Ra只需达到12.5μm，这些表面粗糙度较容易获得，可以通过粗车-半精车-精车、铣削达到要求。各处倒角、圆角、去毛刺达到要求。

(1)尺寸精度

右端轴段为Φ35mm，花键外圆为Φ40 mm ，花键齿根圆Φ34.2 mm，键齿宽10 mm ，键槽宽8 mm，键槽底与外圆母线距离4.5（30.5）mm ，花键轴总长191 mm ，右端面与花键右端的距离30 mm。

(2)位置精度

○1Φ40f7在全长上的锥度和不圆度不大于直径公差之半。

○2花键的不等分累积误差和键对Φ40f7的不对称度不大于0.03。

○3花键的侧面对Φ40f7轴线的不平行度不大于0.04。

○4Φ35k6对Φ40f7的径向跳动不大于0.04。

○5两个8H8键槽对Φ35k6轴线的不对称度不大于0.05。

(3)表面粗糙度

花键外圆Φ40f7和Φ35k6外圆面表面粗糙度为Ra=0.8μm，花键齿侧面及其花键左、右端面表面粗糙度为Ra=1.6μm ，两键槽侧面和花键齿根圆表面粗糙度为Ra=3.2μm，其余表面为Ra=12.5μm。

第2节选择毛坯、确定毛坯尺寸

2.1毛坯选择

常见毛坯类型：

(1)铸件

铸件是用各种铸造方法获得的金属成型物件，即把冶炼好的液态金属，用浇注、压射、吸入或其它浇铸方法注入预先准备好的铸型中，冷却后经落砂、清理和后处理等，所得到的具有一定形状，尺寸和性能的物件。

对形状较复杂的毛坯，一般可用铸造方法制造。目前大多数铸件采用砂型铸造，对尺寸精度要求较高的小型铸件，可采用特种铸造，如永久型铸造、精密铸造、压力铸造、熔模铸造成和离心铸造等。

(2)锻件

锻件是金属被施加压力，通过塑性变形塑造要求的形状或合适的压缩力的物件。这种力量典型的通过使用铁锤或压力来实现。铸件过程建造了精致的颗粒结构，并改进了金属的物理属性。在零部件的现实使用中，一个正确的设计能使颗粒流在主压力的方向。

锻件毛坯由于经锻造后可得到连续和均匀的金属纤维组织。因此锻件的力学性能较好，常用于受力复杂的重要钢质零件。其中自由锻件的精度和生产率较低，主要用于小批生产和大型锻件的制造。模型锻造件的尺寸精度和生产率较高，主要用于产量较大的中小型锻件。

(3)型材

型材是铁或钢以及具有一定强度和韧性的材料（如塑料、铝、玻璃纤维等）通过轧制，挤出，铸造等工艺制成的具有一定几何形状的物体。

型材主要有板材、棒材、线材等。常用截面形状有圆形、方形、六角形和特殊截面形状。就其制造方法，又可分为热轧和冷拉两大类。热轧型材尺寸较大，精度较低，用于一般的机械零件。冷拉型材尺寸较小，精度较高，主要用于毛坯精度要求较高的中小型零件。

(4)焊接件

焊接件主要用于单件小批生产和大型零件及样机试制。其优点是制造简单、生产周期短、节省材料、减轻重量。但其抗振性较差，变形大，需经时效处理后才能进行机械加工。(5)其它毛坯

其它毛坯包括冲压件，粉末冶金件，冷挤件，塑料压制件等。

2.2毛坯的确定

该零件材料为45钢，在工作过程中经常承受交变载荷及冲击性载荷，因此该零件选用锻件，使金属纤维尽量不被切断，保证零件可靠工作。由于该零件属于大批量生产，而且零件的轮廓尺寸不大，可采用模锻成形。从提高生产率和保证加工精度上考虑也是应该的。

模锻的工序为制坯、预锻和终锻。在终锻模时，要确定好锻件的尺寸及形状，并初步定好加工余量，避免毛边出现。

2.3确定锻件毛坯尺寸

花键外圆柱面Φ40f7mm与右端外圆柱面Φ35k6mm表面粗糙度要求为Ra0.8μm，毛坯为锻件。其工艺路线为粗车——（调制）——半精车——精车——（淬火）——粗磨——精磨——车——清洗——检验。

2.4确定毛坯的热处理方式

45钢是最常用的中碳调质钢，综合力学性能良好，淬透性低，水淬时容易产生裂纹，

小型件宜采用调质处理，大型件宜采用正火处理。碳含量为ωc0.4%-0.5%的中碳碳素钢最适于感应加热表面淬火的材料。例如45钢、40Cr等。其一般工艺路线为：下料——锻造——（正火）——粗加工——（调制）——精加工——（感应加热表面淬火）——（低温回火）——磨削。

第三节加工方法的选择及工艺路线的制定

3.1定位基准的选择

为保证花键轴各圆柱面的同轴度和其他位置精度，半精车、精车和磨削时应该选择基准轴线为定位基准（右Φ35基准圆柱、花键外径Φ40），轴两端钻中心孔，用两顶尖装夹。两端中心孔相关尺寸和位置精度以及粗糙度是影响加工精度的重要因素，因此工件在调质等热处理后要安排修磨中心孔的工序。

(1)粗基准的选择原则