传动轴自由锻工艺设计.docx
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传动轴自由锻工艺设计.docx
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传动轴自由锻工艺设计
传动轴自由锻工艺设计
一、加工方法选择与分析…………………………………………3
1.1铸造与锻造的选择
1.2具体锻造方法的选择
二、锻件图的绘制…………………………………………………3
2.1锻件加工余量、余块、公差的含义
2.2锻件加工余量、余块、公差的计算
三、确定毛坯的重量和尺寸………………………………………5
3.1计算坯料质量
3.2坯料尺寸的确定
四、确定变形步骤、温度和冷却方式……………………………8
4.1变形工艺步骤
4.2锻造温度
4.3冷却方式
五、确定锻造设备………………………………………………10
六、确定锻造加热时间…………………………………………11
七、参考文献……………………………………………………12
一.加工方法选择与分析
1.1铸造与锻造的选择
该传动轴零件为阶梯轴类零件,材料为45号钢,由于阶梯轴类零件在工作时,某些部位譬如与滑动轴承配合的轴颈往往要承受摩擦、磨损,严重时可能发生咬死现象,同时使轴类零件运转精度下降。
为使阶梯轴承受多种载荷的作用,必须增强其强度和冲击韧度,所以毛坯选用锻件以获得纤维组织,满足使用要求。
1.2具体锻造方法的选择
自由锻:
所用工具简单,并具有很强的通用性,生产准备周期短,锻件力学性能好;但自由锻件精度低,加工余量大,劳动强度大,生产率低,适合单件、小批量生产。
模锻:
生产效率高,尺寸精度高,加工余量小,操作简单,劳动强度低,适合锻造形状复杂的锻件及大批量生产150kg以下的小型锻件。
综合分析零件特点与自由锻和模锻的优缺点,此零件外形结构单一无复杂加工面,且为小批量生产,要求力学性能好,所以选择其加工方法采用自由锻。
二、锻件图的绘制
2.1锻件加工余量、余块、公差的含义:
锻件图是工艺拟定的基础和工艺规程的核心内容,它是以零件图样为基础,结合自由锻工艺特点考虑余块与锻件形状、锻件加工余量和锻造公差等因素绘制而成。
(1)锻造余块:
在零件上难以锻出的部位添加一些大于余量的金属,以简化锻件外形、便于直接锻造成形,这些多余的金属称为锻造余块。
(2)锻件加工余量:
为保证零件机械加工尺寸和表面粗糙度,在零件外表面需要加工部分增加供切削加工的金属,称为锻件余量。
(3)锻造公差:
零件基本尺寸加上加工余量为锻件基本尺寸。
锻件实际尺寸与基本尺寸间所允许的偏差,上下偏差代数差的绝对值为锻件公差。
2.2锻件加工余量、余块、公差的计算:
零件的总长为273mm,最大直径为φ68mm。
根据GB/T15826.7-1995《台阶和凹档的锻出条件》规定,该轴锻出台阶的最小长度为100mm,故两侧均一层台阶锻出。
又根据JB4249.2-86《台阶轴类锻件机械加工余量与锻造公差》规定,由零件总长273mm(0-315mm),每阶台阶直径均在50-80mm范围内,故查表可得该阶梯轴的加工余量为a=8mm,极限偏差为±3mm。
考虑锻件形状、尺寸、精度要求和生产批量等因素,锻件各部分尺寸及公差如下:
锻件总长:
L=273+8×2=289±6mm;
左端台阶段的长度:
L1=152±3mm;
左端台阶段的直径:
D1=60+8=68±3mm;
锻件中间段的长度:
L2=13+8×2=29±6mm;
锻件中间段的直径:
D2=70+8=78±3mm;
右端台阶段的长度:
L3=108±3mm;
右端台阶段的直径:
D3=60+8=68±3mm;
三、确定毛坯的重量和尺寸
3.1坯料质量的计算
坯料质量为锻件质量加上加热时的氧化损失、冲孔时冲掉的料芯以及切头损失,计算公式为:
式中
——坯料质量,单位为kg;
——锻件质量,单位为kg;
——加热时坯料表面氧化而烧损的质量,单位为kg;
——锻造时从锻件端部切去的金属质量,单位为kg
——冲孔时冲掉的金属质量,单位为kg;
:
的计算可用形体分析法:
式中:
ρ——材料密度(kg/dm3)
V总——各部分体积总和(dm3)。
查表可得45钢ρ=7.85kg/dm3,
则
=
(0.682*1.52+0.78²*0.29+0.68²*1.08)*7.85
=8.557kg
:
根据45钢的塑性、强度、导热及膨胀系数、加热变化等特点,可以采用室式煤炉三次加热。
查表7-4可得室式煤炉K1=2.5%-4%,三次加热可取K1=3.5%
=K1*
=3.5%×8.557=0.299kg
:
圆形截面:
=(1.5~1.8)×D3
其中:
D为切头部分的直径可取系数为1.6
=1.6×
=1.6×0.68³=0.503kg
因为没有冲孔,所以
=0
所以,
=8.557+0.299+0.503
=9.359㎏
3.2坯料尺寸的确定
坯料尺寸与所用第一个基本工序有关,对于轴杆类锻件采用拔长锻造时,应按锻件最大截面积S锻max并考虑锻造比Y、修正量等选取坯料尺寸,即
圆料直径
钢型材锻造比Y=1.3-1.5,取Y=1.4,则
≥
×76=89.924mm
查《热轧圆钢和方钢尺寸、外形、重量级允许偏差》(GB/T702-2004)可得:
坯料应选用直径为Φ90的圆钢。
坯料长度的计算:
=
=9.359/7.85=1.19dm3
L=
=
=1.87dm≈187mm
综上所述:
坯料尺寸为Φ90x187mm。
四、确定变形步骤、温度和冷却方式
4.1变形工艺步骤
根据锻件的形状特征、尺寸、技术要求、生产批量和生产条件等,结合基本工序、辅助工序和精整工序的变形特点,以及完成各工序所使用的工具,参考有关典型工艺具体确定如下工艺步骤:
(1)下料
(2)整体拔长
(3)左侧压肩
(4)左侧局部拔长
(4)右侧压肩
(5)右侧局部拔长
(6)切料头,修整
4.2锻造温度
为确保钢在锻造温度范围内具有良好的塑性和较低的变形抗力,能锻出优质锻件,且较宽的锻造温度范围和较少的加热次数,以及较高的锻造生产率。
查表7-8,可得45号钢的
始锻温度:
1200℃终锻温度:
800℃锻造温度范围:
400℃
4.3冷却方式
根据要求选择空冷、坑冷和炉冷。
该锻件属于中小型碳素钢,故采用冷却速度较快的空冷方法。
在空气中冷却锻件锻后单个或成堆直接放在车间地面上冷却,但不能放在潮湿地面或金属板上,也不要放在有过堂风的地方,以免锻件冷却不均引起裂纹。
五、确定锻造设备
选定锻造设备时,依据锻件的材料、尺寸和质量进行选择,同时还要适当考虑车间现有设备条件。
若设备吨位太小,锻件内部锻不透,质量不好,生产率也低;设备吨位过大,不仅造成设备和动力的浪费,而且操作不便、不安全。
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通常用经验类比法或查表选定法进行选择。
根据坯料尺寸为Φ90x187mm,坯料质量为9.359kg,查表可选择规格为5000N(0.5t)的锻锤。
六、确定锻造加热时间
加热时间是坯料装炉后从开始加热到出炉所需的时间,包括加热个阶段的升温时间和保温时间。
直径小于150-200mm的碳素结构钢和直径小于100mm的合金结构钢材,采用一段加热规范。
从技术角度出发,锻件加热时间确定是有效控制和保证锻件坯料加热温度均匀、加热缺陷(如氧化、脱碳、过热、过烧和裂纹等)少、加热时间短以及获得锻件成形的形状、尺寸和力学性能的前提条件。
经查表,可得加热时间为20-28min。
七、参考文献
[1]王爱珍,工程材料及成型工艺[M].北京:
机械工业出版社,2010.
[2]王爱珍,工程材料及成型技术[M].北京:
机械工业出版社,2003.
[3]吴宗泽,罗圣国.机械设计课程设计手册[M].北京:
高等教育出版社,2007.
[4]张万昌.工程材料及机械制造基础(Ⅱ)[M].北京:
高等教育出版社,1991.
[5]李志广,崔随现,胡丰泽.钢质锻件加热时间的确定[J].热加工工艺,2010,13:
102-104.
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- 传动轴 自由锻 工艺 设计