階梯軸鍛造圖熱加工工藝 熱加工工藝課程設計

課程設計說明書課程：熱加工工藝課程設計題目：階梯軸鍛造工藝設計姓名：李洋專業(yè)：機械設計制造及其自動化班級：09機電3班學號：090118018指導教師：李慧課題完成時間：2023/5/18至2023/6/2黃河科技學院課程設計任務書工學院機械系機械設計制造及其自動化專業(yè)2023級3班學號090118018姓名李洋指導教師李慧題目:階梯軸鍛造工藝設計課程:熱加工工藝課程設計課程設計時間：6月2日至6月15日共2周課程設計工作內容與基本要求(已知技術參數、設計要求、設計任務、工作計劃、所需相關資料)（紙張不夠可加頁）1．已知技術參數：階梯軸零件圖2．設計任務與要求（完成后需提交的文件和圖表等）：1.設計任務（1）繪制鍛件圖。（2）確定鍛造工序。（3）計算坯料質量及尺寸（均選擇鍛造比為1.2、鋼密度為7.8、燒損質量為鍛件質量的2.0%，料頭質量除料頭尾外還包含沖切掉的金屬質量）。（4）選擇鍛造設備及噸位。（5）確定鍛造溫度范圍、加熱冷卻及熱處理規(guī)范。2.設計要求(1)設計圖樣一律按工程制圖要求，采用手繪或機繪完成，并用三號圖紙出圖。(2)按所設計內容及相應順序要求，認真編寫說明書（不少于1500字）。3．工作計劃（進程安排）熟悉設計題目，查閱資料，做準備工作1天確定鑄造工藝方案1天工藝設計和工藝計算2天繪制鑄件鑄造工藝圖1天確定鑄件鑄造工藝步驟2天編寫設計說明書3天答辯1天4．主要參考資料《熱加工工藝基礎》、《工程材料及成形技術基礎》、《機械設計手冊》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鍛件的結構特點5194161.2鍛件的工藝分析5110731.3自由鍛工序特點59581二、階梯軸的結構與分析615052.1階梯軸分析6284322.2階梯軸工藝分析628051三、具體設計方案步驟7304093.1繪制鍛件圖7297183.2制定變形工藝7316963.3計算坯料質量與尺寸9180323.4確定鍛造設備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116111六.致謝1225314附錄：1320578參考文獻15摘要隨著我國躋身世界鋼鐵生產大國的行列，汽車制造業(yè)，飛機制造業(yè)以及發(fā)電設備，機車、輪船制造業(yè)的飛速發(fā)展，對鍛件需求量日益增大，必然促使鍛造技術的發(fā)展，使鍛造業(yè)與飛速發(fā)展的制造業(yè)相適應。本文主要分析了階梯軸的結構并根據其結構特點確定了它的鍛造工藝，軸是支撐轉動零件并與之一起回轉以傳遞運動、扭矩貨彎矩的機械零件。機器中做以回轉運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、確定毛皮質量和尺寸、選定鍛造設備、確定鍛造溫度及規(guī)范和制作鍛件工藝卡。這些技術文件是知道和組織生產、規(guī)定操作規(guī)范、控制和檢查產品的依據。關鍵詞：自由鍛、鍛造比、鍛造工藝、加工余塊、鍛造公差、燒損率一、鍛件的結構和工藝1.1鍛件的結構特點鍛造是機械制造中常用的成型方法，鍛造是利用鍛壓機械對金屬坯料施加壓力，使其產生塑性變形，以獲得具有一定機械性能、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，統(tǒng)稱鍛壓。與其他加工方法相比，鍛造生產率高，鍛件的形狀，尺寸穩(wěn)定性較好，并有較佳的力學性能。鍛件的最佳優(yōu)勢是強韌性好，纖維組織合理，因此被廣泛運用。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晶溫度上加工。有時還處于加熱狀態(tài)，但溫度不超過再結晶溫度時進行的鍛造稱為溫鍛。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、輾擴等。鍛造在機械制造業(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。其生產效率也是相當高的，一個國家的鍛造水平，反映了這個國家的機械制造水平。1.3自由鍛工序特點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?；竟ば蚴鞘菇饘佼a生一定程度的變形，以達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、扭轉及錯移等工序。輔助工序是為基本工序操作方便而進行的預先變性工序有壓肩、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，應使鍛件形狀簡單，易于鍛造，1）形狀簡單2）避免加凸臺強肋，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械鍛造兩種。手工鍛造只能生產小型鍛件，生產效率也低，而機械鍛造是自由段的主要方法。自由鍛可鍛造各種質量的簡單形狀鍛件，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。二、階梯軸的結構與分析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)境也比較復雜，受到各種力的的作用，這些力可以使其產生拉伸、壓縮、扭轉和彎曲變形。這些因素使在做軸時必須有更高的強度和剛度。而鍛造件在鍛造的時候可以使其產生纖維組織強化鋼材，同時鍛造也可以打碎鑄態(tài)組織，獲得較高綜合力學性能。對于要求更高的軸類可以通過鍛造再加上淬火、調質處理，使鋼獲得更好的力學性能。同時用鍛件做零件毛坯可以減少用材，節(jié)約資金比較經濟實惠。2.2階梯軸工藝分析根據階梯軸的使用要求和條件進行分析、研究，總結出自己的設計方案。由于階梯軸的結構簡單在綜合考慮過其經濟性、工藝性和使用性后，將其設計為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置余塊。通過查表和計算確定其鍛造公差、鍛造比、和燒損率以及鍛造設備選用0.4t自由鍛錘。三、具體設計方案步驟3.1繪制鍛件圖鍛件圖是擬定鍛造工藝規(guī)程、選擇工具、指導生產和驗收鍛件的主要依據。它是以機械零件圖為基礎，結合自由鍛工藝特點，考慮到機械加工余量、鍛造公差、工藝余塊、檢驗試樣及工藝卡頭等繪制而成。根據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計中表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計表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計算坯料質量與尺寸根據齒輪軸鍛造件圖，自左向右分為3個圓柱體，分別算其質量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量2%計算，即M燒=M鍛×2%=0.3784截料損失按鍛件質量的4%計算，即得M頭=M鍛×4%=0.7568則坯料質量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所列熱扎圓鋼標準直徑，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確定鍛造設備鍛造設備的選擇有查表法與經驗類比法。但若能查得表格數據則應優(yōu)先選擇，此鍛件屬于圓軸類，按毛坯質量或直徑選用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具有良好的塑形和較低的變形抗力，能鍛出優(yōu)質的鍛件。由于此軸用的是45鋼，根據工程材料知識可知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45鋼的塑形、強度、導熱及膨脹系數、組織特點、加熱變化、斷面尺寸、導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。再將鍛件加熱進行熱處理。另外是將鍛造與熱處理聯(lián)在一塊進行，即鍛造過后直接進行淬火或正火熱處理。這樣可以起到變形強化和熱處理雙重作用，使鍛件既獲得高強度和高塑性綜合力學性能。根據工程材料所學知識，該坯料鍛造成型后，在粗加工前必須先經去應力退火處理，并再加工后再進行調質處理。若質量要求不高，可用正火代替調質，以降低成本。若表面要求較高，則還需在精加工前進行淬火和回火處理。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備及工具11200～800下料并鍛出頭部切割機、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、總結通過這次課程設計，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。本次課程設計中主要運用了自由鍛，從而使我對自由鍛過程有了了解，并對鍛造工藝設計有了進一步的認識，鍛造工藝基本過程分為繪制鍛件圖、制定變形工藝、計算皮料質量和尺寸、確定鍛造設備、確定鍛造溫度及規(guī)范和填寫鍛造工藝卡。這次課程設計使我不僅再次復習了熱處理的基本內容，也使我掌握了剛學的熱加工工藝基礎知識，也對以后的課程設計有了基礎，對論文的格式有了基本認識，使我在以后的論文寫作中可以運用自如。同時也使我自己認識到自己還有很多東西都不知道。需要進一步努力。六.致謝經過兩周的奮斗，我終于完成了這次課程設計，在此要特別感謝李慧老師和劉萬福老師，李老師在此次設計中給予我一定的幫助，感謝劉老師在這一年兩個學期中的辛勤教導,劉老師不僅教會了我們知識,更重要的是教會了我們如何做人.在這次課程設計中也得到了劉老師的細心指導和幫助,同時在這個過程中和同學們一起進行過討論和分享,也得到了同學們的幫助,不過俗話說天下文章一大抄，我在此次課程設計中參考了一些書上的內容，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習專業(yè)知識，在學習中進步，在學習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；