階梯軸鍛造圖熱加工工藝 熱加工工藝課程設(shè)計(jì)

課程設(shè)計(jì)說明書課程：熱加工工藝課程設(shè)計(jì)題目：階梯軸鍛造工藝設(shè)計(jì)姓名：李洋專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化班級：09機(jī)電3班學(xué)號：090118018指導(dǎo)教師：李慧課題完成時間：2023/5/18至2023/6/2黃河科技學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書工學(xué)院機(jī)械系機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化專業(yè)2023級3班學(xué)號090118018姓名李洋指導(dǎo)教師李慧題目:階梯軸鍛造工藝設(shè)計(jì)課程:熱加工工藝課程設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)時間：6月2日至6月15日共2周課程設(shè)計(jì)工作內(nèi)容與基本要求(已知技術(shù)參數(shù)、設(shè)計(jì)要求、設(shè)計(jì)任務(wù)、工作計(jì)劃、所需相關(guān)資料)（紙張不夠可加頁）1．已知技術(shù)參數(shù)：階梯軸零件圖2．設(shè)計(jì)任務(wù)與要求（完成后需提交的文件和圖表等）：1.設(shè)計(jì)任務(wù)（1）繪制鍛件圖。（2）確定鍛造工序。（3）計(jì)算坯料質(zhì)量及尺寸（均選擇鍛造比為1.2、鋼密度為7.8、燒損質(zhì)量為鍛件質(zhì)量的2.0%，料頭質(zhì)量除料頭尾外還包含沖切掉的金屬質(zhì)量）。（4）選擇鍛造設(shè)備及噸位。（5）確定鍛造溫度范圍、加熱冷卻及熱處理規(guī)范。2.設(shè)計(jì)要求(1)設(shè)計(jì)圖樣一律按工程制圖要求，采用手繪或機(jī)繪完成，并用三號圖紙出圖。(2)按所設(shè)計(jì)內(nèi)容及相應(yīng)順序要求，認(rèn)真編寫說明書（不少于1500字）。3．工作計(jì)劃（進(jìn)程安排）熟悉設(shè)計(jì)題目，查閱資料，做準(zhǔn)備工作1天確定鑄造工藝方案1天工藝設(shè)計(jì)和工藝計(jì)算2天繪制鑄件鑄造工藝圖1天確定鑄件鑄造工藝步驟2天編寫設(shè)計(jì)說明書3天答辯1天4．主要參考資料《熱加工工藝基礎(chǔ)》、《工程材料及成形技術(shù)基礎(chǔ)》、《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》系主任審批意見：審批人簽名：目錄TOC\o"1-3"\h\u29398摘要419614一、工藝4120971.1鍛件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)5194161.2鍛件的工藝分析5110731.3自由鍛工序特點(diǎn)59581二、階梯軸的結(jié)構(gòu)與分析615052.1階梯軸分析6284322.2階梯軸工藝分析628051三、具體設(shè)計(jì)方案步驟7304093.1繪制鍛件圖7297183.2制定變形工藝7316963.3計(jì)算坯料質(zhì)量與尺寸9180323.4確定鍛造設(shè)備9243403.5確定鍛造溫度及規(guī)范945563.5.1確定溫度范圍943913.5.2確定加熱規(guī)范及火次10256643.5.3確定冷卻方法及規(guī)范10287773.5.4確定熱處理規(guī)范104291四、工藝過程流程108613五、總結(jié)116111六.致謝1225314附錄：1320578參考文獻(xiàn)15摘要隨著我國躋身世界鋼鐵生產(chǎn)大國的行列，汽車制造業(yè)，飛機(jī)制造業(yè)以及發(fā)電設(shè)備，機(jī)車、輪船制造業(yè)的飛速發(fā)展，對鍛件需求量日益增大，必然促使鍛造技術(shù)的發(fā)展，使鍛造業(yè)與飛速發(fā)展的制造業(yè)相適應(yīng)。本文主要分析了階梯軸的結(jié)構(gòu)并根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)確定了它的鍛造工藝，軸是支撐轉(zhuǎn)動零件并與之一起回轉(zhuǎn)以傳遞運(yùn)動、扭矩貨彎矩的機(jī)械零件。機(jī)器中做以回轉(zhuǎn)運(yùn)動的零件就裝在軸上，因階梯軸有便于零件的裝配的作用，所以在裝配零件中階梯軸起著不可代替的作用。確定階梯軸的鍛造工藝過程主要包括繪制鍛件圖、確定變形工藝及鍛造比、確定毛皮質(zhì)量和尺寸、選定鍛造設(shè)備、確定鍛造溫度及規(guī)范和制作鍛件工藝卡。這些技術(shù)文件是知道和組織生產(chǎn)、規(guī)定操作規(guī)范、控制和檢查產(chǎn)品的依據(jù)。關(guān)鍵詞：自由鍛、鍛造比、鍛造工藝、加工余塊、鍛造公差、燒損率一、鍛件的結(jié)構(gòu)和工藝1.1鍛件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)鍛造是機(jī)械制造中常用的成型方法，鍛造是利用鍛壓機(jī)械對金屬坯料施加壓力，使其產(chǎn)生塑性變形，以獲得具有一定機(jī)械性能、一定形狀和尺寸的鍛件的加工方法。鍛造與沖壓同屬塑性加工性質(zhì)，統(tǒng)稱鍛壓。與其他加工方法相比，鍛造生產(chǎn)率高，鍛件的形狀，尺寸穩(wěn)定性較好，并有較佳的力學(xué)性能。鍛件的最佳優(yōu)勢是強(qiáng)韌性好，纖維組織合理，因此被廣泛運(yùn)用。1.2鍛件的工藝分析鍛件的優(yōu)勢是由于金屬材料通過塑形變形后，消除了內(nèi)部缺陷，如打碎碳化物，非金屬夾雜物，并使之沿變形方向分布，改善或消除成分偏析等，得到了均勻、細(xì)小的低倍和高倍組織。鍛造按在加工時的溫度可分為冷鍛和熱鍛。冷鍛一般是在室溫下加工，熱鍛是在高于坯料金屬再結(jié)晶溫度上加工。有時還處于加熱狀態(tài)，但溫度不超過再結(jié)晶溫度時進(jìn)行的鍛造稱為溫鍛。鍛造成型方法可分為自由鍛、模鍛、冷鐓、徑向鍛造、擠壓、成型扎制、輥鍛、輾擴(kuò)等。鍛造在機(jī)械制造業(yè)中有著不可替代的作用，鍛造出來的鍛件是其他加工方法難以匹敵的。其生產(chǎn)效率也是相當(dāng)高的，一個國家的鍛造水平，反映了這個國家的機(jī)械制造水平。1.3自由鍛工序特點(diǎn)自由鍛的工序可分為基本工序、輔助工序及精整工序三大類。基本工序是使金屬產(chǎn)生一定程度的變形，以達(dá)到所需形狀和尺寸的工藝過程，包括鐓粗、拔長、沖孔、彎曲、切割、扭轉(zhuǎn)及錯移等工序。輔助工序是為基本工序操作方便而進(jìn)行的預(yù)先變性工序有壓肩、壓鉗口、倒棱等。。精整工序是用以減少鍛件表面缺陷而進(jìn)行的工序校正、滾圓表面平整等。自由鍛件的主要原則是：在滿足使用性能要求的條件下，應(yīng)使鍛件形狀簡單，易于鍛造，1）形狀簡單2）避免加凸臺強(qiáng)肋，工字截面3）避免曲面交接4）避免截面尺寸的急劇變化。本文主要是利用自由鍛進(jìn)行加工的。所以主要介紹自由鍛，自由鍛是利用壓力或沖擊力是金屬在上、下抵鐵之間產(chǎn)生塑性變形，從而獲得所需鍛件形狀尺寸的方法。自由鍛分為手工鍛造和機(jī)械鍛造兩種。手工鍛造只能生產(chǎn)小型鍛件，生產(chǎn)效率也低，而機(jī)械鍛造是自由段的主要方法。自由鍛可鍛造各種質(zhì)量的簡單形狀鍛件，并因鍛造過程是局部變形，變形抗力小，特別適用單件小批量水輪主軸、多管曲軸、連桿等大型鍛件生產(chǎn)。二、階梯軸的結(jié)構(gòu)與分析2.1階梯軸分析階梯軸是工程中常用的一種零件，其工作環(huán)境也比較復(fù)雜，受到各種力的的作用，這些力可以使其產(chǎn)生拉伸、壓縮、扭轉(zhuǎn)和彎曲變形。這些因素使在做軸時必須有更高的強(qiáng)度和剛度。而鍛造件在鍛造的時候可以使其產(chǎn)生纖維組織強(qiáng)化鋼材，同時鍛造也可以打碎鑄態(tài)組織，獲得較高綜合力學(xué)性能。對于要求更高的軸類可以通過鍛造再加上淬火、調(diào)質(zhì)處理，使鋼獲得更好的力學(xué)性能。同時用鍛件做零件毛坯可以減少用材，節(jié)約資金比較經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。2.2階梯軸工藝分析根據(jù)階梯軸的使用要求和條件進(jìn)行分析、研究，總結(jié)出自己的設(shè)計(jì)方案。由于階梯軸的結(jié)構(gòu)簡單在綜合考慮過其經(jīng)濟(jì)性、工藝性和使用性后，將其設(shè)計(jì)為4部分即將Φ100作為一部分，將Φ60和Φ54作為一部分，將Φ40作為一部分，將剩下的作為一部分，選用自由鍛。由于鍛件比較簡單故不需要設(shè)置余塊。通過查表和計(jì)算確定其鍛造公差、鍛造比、和燒損率以及鍛造設(shè)備選用0.4t自由鍛錘。三、具體設(shè)計(jì)方案步驟3.1繪制鍛件圖鍛件圖是擬定鍛造工藝規(guī)程、選擇工具、指導(dǎo)生產(chǎn)和驗(yàn)收鍛件的主要依據(jù)。它是以機(jī)械零件圖為基礎(chǔ)，結(jié)合自由鍛工藝特點(diǎn)，考慮到機(jī)械加工余量、鍛造公差、工藝余塊、檢驗(yàn)試樣及工藝卡頭等繪制而成。根據(jù)零件圖上階梯軸長為340mm，最大直徑為100mm，對照課本金屬成形工藝設(shè)計(jì)中表3-3所列的零件總長為315～630mm，最大直徑為120～160mm，可查的鍛造精度等級為F級的鍛件余量及公差為10±4mm。由于鍛件形狀比較簡單，故可不必增設(shè)工藝余塊。如下圖所示。3.2制定變形工藝由于階梯軸是形狀比較簡單的軸桿類鍛件，變形工藝簡單，且材料為常用45鋼，塑形較好，容易變形，因此其主要變形工藝可參考金屬成型工藝設(shè)計(jì)表3-6中的工藝，可將其分為壓肩、端部拔長、切料等。如下圖：下料拔長后并切料頭切肩并拔長端部拔長并切料頭3.3計(jì)算坯料質(zhì)量與尺寸根據(jù)齒輪軸鍛造件圖，自左向右分為3個圓柱體，分別算其質(zhì)量m1、m2、m3，單位為kg，即M1=π／4×1.10×1.10×0.5×7.8=12.25M2=π／4×0.70×0.70×1.10×7.8=3.3M3=π／4×0.5×0.5×2.2×7.8=3.37鍛件質(zhì)量為M鍛=m1＋m2+m3=12.25+3.3+3.37=18.92若將鍛件至于煤爐中加熱，并一次鍛成，有表3-8所列查得加熱燒損率按鍛件的質(zhì)量2%計(jì)算，即M燒=M鍛×2%=0.3784截料損失按鍛件質(zhì)量的4%計(jì)算，即得M頭=M鍛×4%=0.7568則坯料質(zhì)量M坯=M鍛＋M燒＋M頭=20.06kg鍛件以鋼材為坯料，鍛造比按1.2，可按鍛件最大面積Φ110mm對照表3-11所列熱扎圓鋼標(biāo)準(zhǔn)直徑，選用Φ130mm熱扎圓鋼。并由m=vp算出坯料體積為2571.79cm，再除以Φ130mm圓鋼截面積，即可算出坯料長度為200mm3.4確定鍛造設(shè)備鍛造設(shè)備的選擇有查表法與經(jīng)驗(yàn)類比法。但若能查得表格數(shù)據(jù)則應(yīng)優(yōu)先選擇，此鍛件屬于圓軸類，按毛坯質(zhì)量或直徑選用0.4t自由鍛錘。3.5確定鍛造溫度及規(guī)范3.5.1確定溫度范圍鍛造溫度范圍是指鍛件有始鍛溫度到終端溫度的間隔。確定鍛造溫度的基本原則，是保證金屬材料在鍛造溫度范圍內(nèi)具有良好的塑形和較低的變形抗力，能鍛出優(yōu)質(zhì)的鍛件。由于此軸用的是45鋼，根據(jù)工程材料知識可知45鋼在不同的溫度下有不通同的相，而它在1000多度時呈現(xiàn)奧氏體相，奧氏體相具有較好的塑形和韌性易于在高溫下變形。再由表3-16中差得始鍛溫度為1200，終鍛溫度為800。3.5.2確定加熱規(guī)范及火次根據(jù)45鋼的塑形、強(qiáng)度、導(dǎo)熱及膨脹系數(shù)、組織特點(diǎn)、加熱變化、斷面尺寸、導(dǎo)熱性能和直徑等因素，可以確定采用火焰爐一段式加熱。3.5.3確定冷卻方法及規(guī)范鍛件在鍛后冷卻時，按冷卻速度分為空冷、坑冷和爐冷。由于此鍛件屬于中小型鍛件，所用材料塑形較好，所以采用堆放空冷即可。3.5.4確定熱處理規(guī)范鍛件常規(guī)熱處理是將鍛件冷卻到室溫。再將鍛件加熱進(jìn)行熱處理。另外是將鍛造與熱處理聯(lián)在一塊進(jìn)行，即鍛造過后直接進(jìn)行淬火或正火熱處理。這樣可以起到變形強(qiáng)化和熱處理雙重作用，使鍛件既獲得高強(qiáng)度和高塑性綜合力學(xué)性能。根據(jù)工程材料所學(xué)知識，該坯料鍛造成型后，在粗加工前必須先經(jīng)去應(yīng)力退火處理，并再加工后再進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。若質(zhì)量要求不高，可用正火代替調(diào)質(zhì)，以降低成本。若表面要求較高，則還需在精加工前進(jìn)行淬火和回火處理。四、工藝過程流程鍛件名稱階梯軸鍛件材料45坯料質(zhì)量20.06kg皮料尺寸130×200mm火次鍛造溫度,,操作工序工序簡圖鍛造設(shè)備及工具11200～800下料并鍛出頭部切割機(jī)、電鋸或乙炔焰氣割、0.4t自由鍛鍛錘、胎膜拔長0.4t自由鍛鍛錘、上平砧、下平砧拔長修整臺階胎膜五、總結(jié)通過這次課程設(shè)計(jì)，我了解了鍛壓的基本分類，主要分為鍛造和沖壓等，其中鍛造分為自由鍛和模鍛等。本次課程設(shè)計(jì)中主要運(yùn)用了自由鍛，從而使我對自由鍛過程有了了解，并對鍛造工藝設(shè)計(jì)有了進(jìn)一步的認(rèn)識，鍛造工藝基本過程分為繪制鍛件圖、制定變形工藝、計(jì)算皮料質(zhì)量和尺寸、確定鍛造設(shè)備、確定鍛造溫度及規(guī)范和填寫鍛造工藝卡。這次課程設(shè)計(jì)使我不僅再次復(fù)習(xí)了熱處理的基本內(nèi)容，也使我掌握了剛學(xué)的熱加工工藝基礎(chǔ)知識，也對以后的課程設(shè)計(jì)有了基礎(chǔ)，對論文的格式有了基本認(rèn)識，使我在以后的論文寫作中可以運(yùn)用自如。同時也使我自己認(rèn)識到自己還有很多東西都不知道。需要進(jìn)一步努力。六.致謝經(jīng)過兩周的奮斗，我終于完成了這次課程設(shè)計(jì)，在此要特別感謝李慧老師和劉萬福老師，李老師在此次設(shè)計(jì)中給予我一定的幫助，感謝劉老師在這一年兩個學(xué)期中的辛勤教導(dǎo),劉老師不僅教會了我們知識,更重要的是教會了我們?nèi)绾巫鋈?在這次課程設(shè)計(jì)中也得到了劉老師的細(xì)心指導(dǎo)和幫助,同時在這個過程中和同學(xué)們一起進(jìn)行過討論和分享,也得到了同學(xué)們的幫助,不過俗話說天下文章一大抄，我在此次課程設(shè)計(jì)中參考了一些書上的內(nèi)容，在此也一并感謝.最后我向所有幫助過我的人表示忠心的感謝，以后我哦會更加努力的學(xué)習(xí)專業(yè)知識，在學(xué)習(xí)中進(jìn)步，在學(xué)習(xí)中與大家一塊分享快樂！爭取越來越好！附錄：表1階梯軸類鍛件機(jī)械加工余量與公差零件總長L零件直徑D大于05080120160200250315至5080120160200250315400余量a與極限偏差，鍛造精度等級F0～3157±28±39±310±4－－－－315～6308±39±310±411±412±513±5－－630～10009±310±411±412±513±514±616±7－1000～160010±412±513±514±615±616±718±819±81600～2500－13±514±615±616±717±719±820±82500～4000－－16±717±718±819±821±922±94000～6000－－－19±820±821±923±10－表2熱軋圓鋼直徑（ＧＢ／Ｔ702——1996）55.566.57891011121314151617181920212223242526272829303132333435363840424548505255565860636568707580859095100105110115120125130140150160170180190200210220240250___表3自由鍛錘的鍛造能力范圍鍛件類型及規(guī)格鍛錘落下部分質(zhì)量/t0.250.50.751235圓餅D/mmH/mm<200<35<250<50<300<100≤400<150≤500<200≤600≤300≤750≤300圓環(huán)D/mmH/mm<150≤60<350≤75<400<100≤500<150≤600<200≤1000<250≤1200<250圓筒D/mmd/mmL/mm<150≥100≤165<175≥125≤200<250>125≤200<275＞125≤300<300>125≤350<350>150≤400>700＞500≤550圓軸D/mmG/kg<80<100<125<200<150<300≤175<500≤225≤750≤275≤1000≤350≤1500方塊H=B/mmG/kg≤80<25≤150<50≤175<70≤200≤100≤250≤350≤300≤800≤450≤1000扁方B/mmH/mm≤100≥7＜160≥15<175≥20≤200≥25＜400≥40≤600≥50≤700≥70鋼錠直徑/mm125200250300400450600鋼坯邊長/mm100175225275350400550注：D—鍛件外徑；