《金属工艺及机制基础》三级项目报告《金属工艺及机制基础》三级项目报告上压辊轴班级：2014级机自2班小组成员：周子业、吴建辉、梁孟德、王林林、韩思琦指导教师：邹芹、于辉提交时间：2016年6月24号目录一、上压辊轴分析 (2)1.1零件名称——上压辊轴 (2)1.2零件简图： (2)1.3零件技术要求 (2)1.4零件分析 (2)二、毛坯生产工艺方案的分析 (4)2.1毛坯选择原则： (4)2.2毛坯制造方案： (5)三、铸造阶段 (6)3.1工艺分析 (6)3.2选择造型方法 (6)3.3确定浇注位置和选择分型面 (6)3.4确定加工余量 (7)3.5确定起模斜度 (8)3.6确定收缩率 (9)3.7铸造圆角 (9)四、锻造阶段 (10)4.1绘制锻件图 (10)4.2锻造方案 (10)4.3计算坯料质量及尺寸 (10)4.4选定锻造设备 (11)4.5确定锻造温度范围 (11)上压辊轴自由锻工艺卡 (12)五、机械加工工艺方案的分析 (13)5.1零件机械加工工艺的分析和加工方法： (13)5.2确定定位基准 (14)5.3热处理工序安排 (14)5.4 工艺过程的拟定： (14)5.5 各个工序机床、加工余量、夹具、刀具的选用 (15)上压辊轴机械加工工艺卡 (16)六、成员贡献及感想 (21)参考文献： (22)一、上压辊轴分析1.1零件名称——上压辊轴 1.2零件简图：图11.3零件技术要求 1.调质硬度HB220-2502.未注倒角1X45度3.K03-50 K06-15各1件 1.4零件分析上压辊轴是典型的轴类零件，属于中小型轴类零件，主要的平面为台阶面、外圆面、端面、键槽、孔、内螺纹。
该零件没有越程槽、件数为1属于单件生产，外圆面主要要求公差等级IT6~IT7其余12.5345AACC?40+0.018+0.00225?40-0.025-0.05A?50402?40+0.018+0.002B?42±0.012554330256❒?0A -B❒?0A -BCD0.80.81.61.66.36.3R 1R 1R 1BB370-0.22025A -A 旋转C -CM 12?13 6.36.3120-0.043♓0C350-0.26.36.3120-0.043♓0D60°3.2借(通)用件登记旧底图总号底图总号签字日期日期档案员K 03-50标记设计处数分区更改文件号签名年、月、日阶段标记重量比例共张第张标准化批准审核工艺燕山大学机械厂上压辊轴K 03-50451:12010.5.24数量三部、六部各一B -B 旋转1.调质硬度H B 220-2502.未注倒角1³45°3.K 03-50K 06-15各1件技术要求粗糙度Ra1.6、Ra0.8，台阶面Ra6.3，键槽平行面要求轴对称度0.04，表面粗糙度Ra6.3，其余端面Ra12.5。
A-B面同轴度0.012和0.02。
加工的目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。
(1)传动轴的工作条件：①传递一定的扭转应力，承受一定的交变弯曲应力；②轴颈承受较大的摩擦；③承受一定的冲击载荷。
（2）传动轴的失效形式：①疲劳断裂：由于受扭转疲劳和弯曲疲劳交变载荷长期作用，造成轴疲劳断裂。
这是主要的失效形式。
②断裂失效：由于大载荷或冲击载荷作用，轴发生折断或扭③磨损失效：轴颈处过度磨损。
(3)传动轴的性能要求：①良好的综合力学性能，即强度、塑性、韧性有良好的配合，以防止冲击或过载断裂；②高的疲劳强度，以防止疲劳断裂；③良好的耐磨性，防止轴颈磨损。
此外，还应考虑刚度、切削加工性、热处理工艺性和成本。
(4)传动轴零件的选材：方案一：选用中碳合金调制钢，如40CrNiMo，此类钢具有良好的综合力学性能，且淬透性非常好，其油淬直径可达75mm，淬硬性高。
但其价格较高，约为45钢两倍。
方案二：选用中碳钢（45钢）。
虽然中碳钢淬透性低，但小轴主要受扭矩作用，在整个截面上所受的应力分布不均匀，表面应力较大，心部应力较小。
且45钢冷热加工性能都不错,机械性能较好，价格低，来源广。
由于小轴对硬度要求不高，且无需大的淬透性，45钢水淬已可满足。
综合考虑，选用方案二。
注释：1. 45钢淬火后没有回火之前，硬度大于HRC55（最高可达HRC62）为合格。
实际应用的最高硬度为HRC55（高频淬火HRC58）。
2. 45钢不要采用渗碳淬火的热处理工艺。
调质处理后零件具有良好的综合机械性能，广泛应用于各种重要的结构零件，特别是那些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等。
但表面硬度较低，不耐磨。
可用调质＋表面淬火提高零件表面硬度。
二、毛坯生产工艺方案的分析2.1毛坯选择原则：1、使用性原则：心部有足够的韧度，表面有较高的硬度，以获得较好的强度和耐磨性，延长使用寿命。
2、经济型原则：应从降低整体的生产成本考虑把满足要求和降低制造成本统一起来。
零件的制造成本包括材料费，能源费，工资和工资附加费等。
3、工艺性和技术性原则：制定生产方案必须与具体生产条件相结合。
选择毛坯料：上压辊轴材质为45号钢。
2.2毛坯制造方案：一、毛坯制造工艺的选择一般的，轴类毛坯制造可以选择铸造、锻造（多为自由锻和模锻）。
下面为铸造和锻造的适用对象和加工特点。
铸造：包括手工造型和机器造型，手工造型操作灵活，工装简单，可以获得复杂形状的零件，如，壳体、箱体等；但劳动强度大、生产效率低。
常用于单件和小批生产。
机器造型生产率高，铸件质量好，但设备投资大，适用于中小型铸件的成批大量生产。
而且铸造容易造成铸件内部组织粗大，常有缩松、气孔等铸造缺陷，导致铸件力学性能不如锻件高。
铸造工序多，而且一些工艺过程还难以精确控制，使得铸件质量不够稳定，废品率高,污染环境，能耗高。
锻造：（1）自由锻：工艺灵活成本低，加工余量较大，一般适合与形状简单的单件、小批量生产。
（2）模锻：生产效率高，锻件表面光洁，但是工艺复杂，制造成本高、周期长。
综合以上分析：该轴类零件的材料为45号钢，属于优质碳素结构钢（中碳）。
适合采用自由锻锻造的方法加工出轴的大体轮廓。
选择自由锻的原因及分析：1、自由锻加工灵活、成本较低、该零件为单件生产不适合制造模具，以便节省成本。
2、相对于铸造避免了制造模具的成本，而且锻造可以使轴的内部结构更加合理，提高零件的质量。
图2 工艺图3、零件自由锻加工图如图所示，零件没有锥面、斜面结构，形状简单，适合自由锻，流线更趋向于合理通过拔长、压肩、锻台阶使零件内流线沿轴向分布，使零件的结构更适合传递扭矩。
三、 铸造阶段3.1工艺分析该零件为传动轴类零件，力学要求性能较高，不允许有铸造缺陷。
3.2选择造型方法材料为45钢，小批量单件生产，且结构简单，故选择手工造型，木制模样，进而选择整模造型。
3.3确定浇注位置和选择分型面（1）浇道及浇口：余12.5345AAC Cφ40+0.018+0.00225φ40-0.025-0.05Aφ50402φ40+0.018+0.002Bφ42±0.012554330256φ0.012A -Bφ0.02A -BCD0.80.81.61.66.36.3R 1R 1R 1BB370.2025A-A 旋转C-CM 12φ13 6.36.3120-0.0430.04C350.6.36.3120-0.0430.04D60°3.2K 03-50标记设计处数分区更改文件号签名年、月、日阶段标记重量比例共张第张标准化批准审核工艺燕山大学机械厂上压辊轴K 03-50451:12010.5.24数量三部、六部各一B -B 旋转1.调质硬度H B 220-2502.未注倒角1×45°3.K 03-50K 06-15各1件技术要求图3注释：直浇道：将液态金属从浇口杯引入横浇道和内浇道，提供足够的压力，使金属液能够克服沿程阻力在规定的时间内充满铸型。
横浇道：将金属液平稳的引入型腔，挡渣。
另外，铸钢件的浇注温度为1520~1620摄氏度。
（2）分型面的选取如下图：172Φ68533上下铸造圆角：R 外=2线收缩率：2%图43.4确定加工余量由于铸造毛坯表面不需要机械加工所以在加工余量的选择上参照查表所得数据再结合实际决定毛坯“加工余量为6mm ”该件为回转体，材料为45钢。
查表得 尺寸公差CT14；加工余量MA-J ； 加工余量 6mm 。
根据锻件的加工余量即可得出铸件的尺寸。
长度：172+/-6mm ，直径：68 +/-3mm（1）造型材料选用湿砂型查表1-1及表1-2得用于小批量单件生产铸件尺寸公差等级为 CT13~15，机械加工余量等级为J 。
铸件尺寸公差配套使用的铸件加工余量查表1-3基本尺寸 长：160mm<L<250mm ，尺寸公差等级选CT14，两边分别留出9mm加工余量。
基本尺寸直径：D<100 ，尺寸公差等级选CT14，两边分别留出6mm加工余量。
表1造型材料公差等级CT铸钢灰铸铁球墨铸铁可锻铸铁铜合金轻金属合金13~15 13~15 13~15 13~15 13~15 11~13 干、湿砂型自硬砂12~14 11~13 11~13 11~13 10~12 10~12表2造型材料加工余量等级MA铸钢灰铸铁球墨铸铁可锻铸铁铜合金轻金属合金13~15/J 13~15/H 13~15/H 13~15/H 13~15/H 11~13/H 干、湿砂型自硬砂12~14/J 11~13/H 11~13/H 11~13/H 10~12/H 10~12/H表3尺寸公差等级CT 13 14 15加工余量等级MA G H J H J H J基本尺寸mm 加工余量数值/mm大于至——100 6.0 4.0 6.5 4.5 7.5 5.5 7.5 5.0 8.5 6.0 9.0 5.5 10 6.5 100 160 7.0 4.5 8.0 5.5 9.0 6.5 9.0 6.0 10 7.0 11 7.0 12 8.0 160 250 8.5 6.0 9.5 7.0 11 8.5 11 7.5 13 9.0 13 8.5 15 10 注释：表中加工余量数值有两个，左面数值是以一侧为基准进行单侧加工余量值，右面的数值是以两侧加工时，每侧的加工余量值。
3.5确定起模斜度直径为68mm，查表3.5-1起模斜度为40分表4测量面高度H/mm起模斜度（不大于）木模样角度a/mm<10 2度55分0.6>10~40 1度25分 1.0>40~100 40分 1.23.6确定收缩率体收缩率，查表5得14%线收缩率，查表6得2%由于铸件收缩的缘故计算体积取625560.212mm3，注入液体体积最少为638071.416mm3表5合金种类体收缩率线收缩率碳素铸钢10~14.5 ~2白口铸铁12~14 ~2灰铸铁5~8 ~1表6砂型铸造时的铸件线收缩率合金种类自由收缩受阻收缩普通灰铸铁中小件 1.0 0.9 大中件0.9 0.8 特大件0.8 0.7孕育铸铁 1.0~1.5 0.8~1.0碳素铸铁 1.6~2.0 1.3~1.7 非铁合金铝硅合金 1.0~1.2 0.8~1.0 锡合金 1.4 1.23.7铸造圆角对于小型铸件，外圆角取半径2mm铸造工艺图172Φ68533上下铸造圆角：R 外=2线收缩率：2%图5四、锻造阶段4.1绘制锻件图图64.2锻造方案上压辊轴锻件：下料——压肩——拔长——锻台阶——成品 4.3计算坯料质量及尺寸○1锻造比的给定：由资料显示，用轧材作为锻造坯料时，由于坯料已经过热变形，内部组织和力学性能已经得到改善，并具有流线组织，应选择较小的锻造比，1.2~1.3之间，我们选择1.2。