带管嘴转动轴的工艺规程及工装设计.docx
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带管嘴转动轴的工艺规程及工装设计
摘
要
本毕业设计是带管嘴转动轴的工艺规程及工装设计。
工艺规程说明书包括零件图的工艺分析其中包括零件的结果分析;术条件分析;
材料及其切削特性的分析和零件的工艺性分析等);毛坯的设计(其中包括毛坯种类的
确定;毛坯的工艺要求;毛坯的余量和公差等);工艺规程设计(其中包括工艺路线的
制定;工序尺寸的制定等)。
还有主要表面的加工方法及其表面质量和尺寸精度的保证
方法。
热处理工序和辅助工序的安排,零件的化学成分,机械性能及零件在主机上的作
用及工作环境等内容。
夹具设计内容是车夹的设计。
有设计方案;总体说明;夹具的构造特点及原则;夹
具体的设计(包括夹具体毛坯结构的选择;引导装置的设计;定位装置的设计;夹具体
外廓尺寸的设计等方面),还包括定位,夹紧方案的选择,定位元件配合性质以及误差
计算等内容。
从零件的构形,技术要求和材料等几方面的分析,主要的工艺关键是精度的保证问
题。
因此在设计工艺规程的过程当中,首先要考虑该零件怎样加工,以哪个部位为基准,
怎样定位才能保证其精度要求。
对零件的刀具也有要求。
因为该材料的强度高,导热系
数偏低,故切削力大,切削温度高,刀具磨损快,刀具使用寿命短,断屑也稍难。
所以
必须采用耐磨性强的刀具材料。
因此采用强度比其它刃具钢约高30%~50%的高速钢。
关于零件的位置尺寸和位置关系。
因为尺寸关系复杂,必须对设计基准进行细致的
分析。
值得注意的是这其中可能有基准的转换问题,所以在设计工序和确定原始基准,
原始尺寸和原始偏差时,应予以充分地注意。
关键词:
轴、工艺规程、夹具
Abstract
The graduation project is the nozzle rotation axis with process planning and tooling
design
Process planning manual analysis of the technology, including parts diagram
(including parts of the results of analysis; technical requirements analysis; materials and
their cutting characteristics and components of the process of analysis, etc.); rough
design (including the rough species identification; Blank process requirements; Blank
margin and tolerance, etc.); process planning (including development of process routes;
size of the development process, etc.). There are major surface processing method and
its surface quality and dimensional accuracy assurance methods. Heat treatment
processes and supporting processes of arrangement, part of the chemical composition,
mechanical properties and components on the host role and working environment and
so on.
Fixture design folder content is car design. A design; general description; fixture
structural characteristics and principles; folder for the specific design (including the
folder structure of the specific choice of blank; guide device design; positioning device
design; fixture in vitro profile of the design size, etc.), but also positioning, clamping
scheme selection, positioning device with the nature of the error calculation and so on.
From the parts configuration, technical requirements and materials aspects of the
analysis, the main process is the key to accuracy guarantees. Therefore, the process of
design process planning, we should first consider how the process of the part to which
parts of the base, how can we ensure positioning accuracy.On the part of the tool is also
required. Because the material strength, low thermal conductivity, so cutting power,
cutting temperatures are high, rapid tool wear, tool life is short, chip breaking is also a
little difficult. Therefore, we must use the tool material wear resistance. Therefore, other
than cutlery steel with strength of about 30% to 50% of high‐speed steel.
Position on the part of the relationship between size and location. Because the size
of complex relationships, must be a careful analysis of design basis. It is worth noting
that there may be a benchmark for the conversion, so in the design process and to
determine the original baseline, the original size and the original deviation, should be
sufficient attention.
Key Words:
axis, process planning, fixture
1.1 零件图工艺分析
1 零件工艺分析说明
m
m
-.016-0.020
1.1.1零件的结构特点和功能分析
本零件带管嘴转动轴,用于某型飞机,总长 130.5mm。
本零件的难加工部分是三
个深分别为38.7mm、53.75mm、68.7mm,直径为5.5mm的深孔,在加工前加上工艺
顶尖,在粗加工阶段结束后车去大端顶尖,在精加工开始时焊上。
本零件的另一加工难
点是两管嘴间的螺纹孔,下方是一孔及倒圆,它们相对于螺纹中径的跳动量不大于
0.08mm,此处倒圆的光洁度很高为Ra0.8。
两个管嘴中各有一个直径为3.7mm 的孔与轴上轴向的两个直径为5.5mm,长分别
为 38.7mm 和 68.7mm 的孔相通。
两管嘴的中间的直径为 M10 的螺纹孔轴的另一个直
径为5.5mm,为53.75mm的轴向孔相通。
三个轴向孔的另一端各开一个直径4.5mm
的径向孔。
零件工作时润滑油通过管嘴中的及管嘴间的孔进入轴内,并通过径向孔流出
到达轴的表面,达到润滑的效果。
轴的另一端有键槽用于传动,还有一段长为16mm的螺纹。
1.1.2零件的主要表面及技术要求分析
零件的主要表面为φ15及φ20的外圆柱面。
从精度要求看,它的尺寸要求为IT9
级,合为f9,由互换性与测量技术基础》3-1查得基本尺寸为IT9=43m,
IT9=52m,表3-4查得上偏差分别为es=-0.016mm,es=-0.020mm所以这两个加工面
为φ15-.059,φ20-0.072,表面粗糙度为Ra1.6和Ra0.1;从位置精度看,轴端M面相对
于螺纹中径的跳动量不大于0.05mm,两管嘴间的螺纹孔、孔及倒圆相对于螺纹中径的跳
动量不大于0.08mm。
材料方面,该零件为钛合金(TC6)并在φ15及φ20的外圆柱面进行镀铬处理,镀
铬层厚度21~48μm,并在螺纹表面M涂HR7021干膜润滑剂10~25μm。
零件毛坯Ⅲ类锻件,热处理按Ⅴ类检验,零件还要进行荧光检验,并进行强度和气
密性实验。
1.1.3零件表面本身精度分析
圆柱面φ15f9和φ20f9为工作表面,尺寸精度为IT9,配合为f9,精度并不高,但粗
糙度要求很低为 1.6 和 0.1,因为转动轴在工作时受到很大摩擦,为了减少摩擦,提高
使用寿命,工作时需在外圆柱表面涂润滑油,并提高表面光洁度。
为了能在转动轴和与
之配合的孔之间注入润滑剂,圆柱面采用了间隙配合。
1.1.4表面间的位置精度分析
两管嘴间的螺纹孔、圆孔及倒圆的位置精度要求很高,相对于螺纹中径的跳动量不
大于0.08mm;圆柱面φ20f9两端面因涉及到安装定位,也要求较高的位置精度;两管
嘴上的螺纹、孔及圆锥面位置精度较高。
1.1.5零件的其它技术要求
1)热处理:
退火,Ⅴ类检验。
2)按Q\J11‐3065‐2002荧光检验1‐0B。
3)按Q\J11‐3054‐2002氩弧焊。
4)焊接后,进行强度和气密性实验。
5)焊接后表面处理:
C 面镀铬 21~48μm,螺纹表面 M 和表面 K 涂 HR7201 干膜
润滑剂10~25μm。
1.2 零件的材料及可加工性
本零件应用在飞机上,又是传动件,要求材料不仅轻而且强度要高,所以用钛合金。
钛合金特点:
钛合金比重小、强度高、有优良的抗蚀性。
某些钛合金具有良好的高、
低温(高到 500℃、低到‐253℃)性能,因而钛合金成为航空、航天及其它工业中很有
发展前途的结构材料。
TC6系耐热钛合金,在TC5基础上改进而成的,金的热强度较高,稳定性好,
但钛合金有其自身的缺点:
钛及其合金的主要缺点:
(1)气体杂质的影响各种气体杂质如氧、氢、氮都能使钛合金脆化,这些杂
质具有磨料的性质,能加速刀具的磨损。
在锻压和冲压之后,还形成比原来材料硬度更
高的硬皮和氧化皮,恶化了切削性能。
(2)各种性能影响钛的物理和力学性能对切削性能也是很坏的组合。
钛合金塑
性小,影响切削时的塑性变形,使切削经主切削刃分离后,立即向上翻卷,切屑与刀具
前面之间仅有极小的接触面积,车刀接触面积上受到的压力和局部温度增高;又由于钛
合金强度大,造成车刀接触面积压力和温度更高;再加上钛合金的热导率很低,又极大
的限制了刀尖的冷却。
此外活泼的金属钛还容易和刀具化合产生焊接和粘剥。
(3)含碳量的影响钛合金的切削和含碳量有关。
当含碳量大于0.2%形成硬的碳
化物,切削性能下降,含碳量小于0.2%,切削性能得到改善。
(4)加工硬化的影响钛合金的硬化是因为切削加工时局部高温使钛吸收了大气
中的氧和氮形成硬脆外皮所造成的,硬化深度为0.1~0.15mm,硬化程度为20%~30%。
钛合金具有良好的综合物理机械性能:
(1)强度高,密度小;
(2)热稳定性好,高温强度高;(3)化学活性大;(4)热导
率;(5)弹性模量低。
1.3 为保证质量的热处理说明
本零件为转动轴,主要用于传动,受扭矩较大,加工过程中应当适当进行热处理。
热处理分两种类型:
a 预备热处理 b 最终热处理。
预备热处理的目的是改善切削
性能,为最终热处理做好准备和消除内应力。
最终热处理的目的是提高力学性能,延长
工件使用寿命。
本零件主要使用退火,退火分三种:
去应力退火(不完全退火)、再结晶退火(晚
期退火)和稳定化退火。
表 1.1 钛及钛合金的热处理
方法
目的
合金牌
号
备注
不完全
退火
将零件加热至稍低
于再结晶温度(一
般为 450~650℃)
保温 1~1.5h,后
空冷
消除因切削
加工、造、
焊接所产生
的内应力,
使塑性得到
部分恢复
TA3~TA8、
TB1、TB2、
TC1、TC2、
TC4、TC6、
TC10 等
为防止零件加
热受到污染,
可在真空炉加
热,或通氩气
或氮气予以保
护;
完全
退火
将零件加热至高于
再结晶温度而低于
(α+β)→β 的转
变温度(一般为
650~800℃),温
后空冷
较彻底地清
除内应力,
降低硬度,
恢复塑性,
并使组织与
机械性能均
匀
TA3~TA8、
TB1、TB2、
TC1~TC7、
TC10 等
为消除和防止
钛合金氢脆现
象,可进行除
氢退火,其温
度一般是
540~760℃,
保温 2~4h;
稳定化
退火
加热至比相变温度
低 30~80℃,保温
并炉冷至低于相变
温度 300~400℃,
再保温 80 ±
20min,然后空冷
使合金组织
尽可能接近
平衡状态,
保证组织与
性能稳定,
以保证零件
在较高温度
下长期工作
TC1、TC2、
TC4、TC6、
TC8、TC9
2毛坯设计
2.1 毛坯种类及其确定
2.1.1毛坯种类及其特点
毛坯类型:
铸造毛坯,锻造毛坯,冲压毛坯,冷冲压毛坯,焊接毛坯,型材毛坯,粉
末冶金毛坯等。
各类毛坯特点:
1 、铸造毛坯:
(1)手工砂型铸造:
可铸造出形状复杂的铸件,但铸出的毛坯精度低,表面有气
孔、砂眼、结砂、硬皮等缺点,废品率高、生产率低、加工余量大。
适合单
件及小批量生产,适合于铸造铁碳合金、有色金属及其合金。
(2)金属模机械砂型铸造:
可铸造出形状复杂的铸件,铸件精度较高,生产率高,
铸件加工余量小,但铸件成本高。
适合于大批量生产,铸造铁碳合金、有色
金属及其合金。
(3)金属型浇铸:
可铸出形状不太复杂的铸件,铸件尺寸精度可达 0.1~0.5mm,
表面粗糙度可达 12.5~6.3μm,铸件力学性能好,适合于中小型零件的批量
生产,适合于铸造铁碳合金、有色金属及其合金。
(4)离心铸造:
铸件精度约为 IT8~IT9,表面粗糙度可达 12.5μm,铸件力学性
能较好,材料消耗低,生产率高,但需专用设备,适合于空心旋转零件的批
量生产,适合于铁碳合金、有色金属及其合金。
(5)熔模浇铸:
铸造出形状复杂的小型零件,件精度高,寸公差可达0.05~
0.15mm,面粗糙度12.5~3.2μm,直接铸出成品。
合于单件成批生产,
适合于铸造难加工材料。
(6)压铸:
造出形状的复杂程度取决于模具,件精度高,寸公差可达0.05~
0.15mm,表面粗糙度 12.5~3.2μm,可直接铸出成品,生产率高,但设备昂
贵。
适合于大批量生产,适合于压铸有色金属零件。
2 、锻造毛坯
(1)自由锻造:
锻造的形状简单,精度低,毛坯加工余量1.5~10mm,生产率低,
适合于锻造碳素钢、合金钢。
(2)模锻:
可锻造形状复杂的毛坯,尺寸精度高,尺寸偏差 0.1~0.2mm,表面粗
糙度12.5μm,毛坯的纤维组织好,强度高,生产率较高,但需专用锻模及锻
锤设备。
适合于大批量生产,适合于锻造碳素钢、合金钢。
(3)精密模锻:
件的复杂程度取决于锻模,寸精度高,寸公差0.05~0.5mm,
锻件变形小,能节省材料和工时,生产率高,但需专门的精锻机。
适合于成
批及大量生产,适合于锻造碳素钢、合金钢。
3 、冲压:
可冲压出形状复杂的零件,毛坯尺寸偏差达0.05~0.5mm,表面粗糙度可
达 1.6~0.8μm,可不再进行机械加工或只进行精加工,生产率高。
适合于批量较
大的中小型尺寸的板料零件。
4、冷挤压:
可挤压形状简单,尺寸较小的零件,精度可达 IT6~IT7,表面粗糙度
可达 1.6~0.8μm,可不经切削加工。
适合于大批量生产,适合于挤压有色金属、
碳素钢、低合金钢、高速钢、轴承钢和不锈钢。
5 、焊接:
制造简单,节约材料,重量轻,生产周期短,但抗震性差,热变形大,需
时效处理后进行切削加工。
适合于单件及成批生产,焊接碳素钢及合金钢。
6、型材:
(1)热轧:
型材截面有圆形、方形、扁形、六角形及其
它截面形状,尺寸公差一般为1~2.5mm,粗糙度可
达12.5~6.3μm,适合各种批量的生产。
(2)冷轧:
截面形状同热轧型材,精度比热轧高,尺寸公差 0.05~1.5mm,
表面粗糙度3.2~1.6μm,价格高,适合于大批量生产。
7、粉末冶金:
由于成形较困难,一般形状比较简单,尺寸精度较高,尺寸公差可
达0.02~0.05mm,表面粗糙度0.4~0.1μm,所用设备较简单,但金属粉末生产成本
高。
适合于大批量生产,以铁基、铜基金属粉末为原料。
2.1.2选择毛坯考虑因素及原则
1、生产纲领和批量:
生产纲领大时,宜采用高精度与高生产率的毛坯制造方法;生产
纲领小时,宜采用设备投资小的毛坯制造方法。
2、零件材料及力学性能:
(1)零件材料:
零件材料确定后,毛坯类型就大致可定。
如材料为铸铁,就选铸造毛
坯;材料是钢,且是承力件,可选锻件;当力学性能较低时,可选型材或铸钢。
(2)零件力学性能:
1)铸铁件的强度按离心浇铸、压力浇铸、金属型浇铸、砂型浇铸
的铸件依次递减。
2)钢质锻造毛坯力学性能高于钢质棒料和铸钢件。
3、零件的结构形状和尺寸:
(1)直径相差小的阶梯周宜采用棒料;直径相差较大时宜采用铸件。
(2)尺寸较大的毛坯,宜采用模锻,压铸和精铸,宜采用自由锻造和砂型铸造。
(3)形状复杂,力学性能要求不高的毛坯可采用铸钢件。
(4)形状复杂和薄壁的毛坯不宜采用金属型铸造。
(5)外形复杂的小型零件宜采用压铸,熔模铸造等精密铸造方法,以减少切削加工或不
进行加工。
4、工厂现有设备和技术水平:
如选用的毛坯本厂无法制造,应考虑添置设备和由外厂
制造。
5、技术经济性:
在必要的时候,应对所选的毛坯进行技术经济性分析。
综合以上因素,本转动轴零件是批量生产、中等复杂、尺寸精度高,所以毛坯宜选
用模锻。
2.2 毛坯工艺要求
2.2.1模锻件的构造要素
2.2.1.1截面设计
模锻毛坯相邻截面的形状和尺寸应避免突然变化,同时不应有过薄的截面,以免影
响锻件成形质量。
2.2.1.2模锻斜度
模锻斜度的功用是使锻件成形后能从模膛中顺利取出。
模锻斜度分为:
外模锻斜度α—模锻件外侧的斜度。
模锻件冷缩时与模壁分开,助于锻件出模;
内模锻斜度β—模锻件封闭剖面内侧斜度。
当模锻件冷缩时将紧贴模壁,阻碍锻件
出模。
表 2.1 模锻斜度(钛及钛合金)
h/b
钛合金
α
β
≤1.5
7
7
>1.5~3
7
10
>3~5
10
12
>5
12
15
根据带管嘴转动轴模锻件各部分h/b≤1.5,根据表2.1确定本锻件的外、内模斜度
均为7°。
2.2.2分模位置的确定
形成模锻件的各扇模具之分合面称为分模面。
锻件分模面的确定是否合适,关系到
锻件成型,锻件出模,材料利用率等一系列问题。
确定分模面位置最基本的原则是保证
锻件形状尽可能与零件形状相同,以及锻件容易从锻模型槽中取出。
此外,应争取获得
墩粗充实成形的良好效果。
为此,锻件分模面位置的选择应在具有最大水平投影的位置
上。
在满足上述原则的基础上,确定开式模锻的分模位置时,为了提高锻件质量和生产
过程的稳定性,还应考虑以下要求:
1、为了便于发现上下模在模锻过程中的错移,分模位置应在锻件侧面的中部。
2、为了使锻模结构简单,并防止上下错移现象,分模位置应尽可能采用直线状。
3、两端头部比较大的锻件,不易直线状分模,应用折线式分模,从而使上下型模
的深度大致相等,以利于整个锻件充满成型。
4、为了便于锻模和切边模的加工制造及减少金属损耗,当圆饼类锻件的尺寸H≤D
时,应取轴向分模,不宜径向分模。
5、锻件内部的金属流向方向,应适应锻件在工作中的承力情况。
根据以上原则本转动轴的分摩位置选在锻件的中部,具体如下图示:
如图A-A面为转动轴的分模面
2.2.3锤和压力机上模锻件
2.2.3.1 机械加工余量和余块
零件的加工表面在设计锻件时应留出机械加工余量,航空工业部颁标准 HB0‐6‐67
中规定了模锻件机械加工余量,见表2.2。
表中规定的数值是零件加工表面的单面余量。
加工余量根据锻件材料、锻件最大外廓尺寸来选取。
在有些情况下,根据机械加工工艺
条件,可以增大和减少标准内的加工余量数值。
在锻件上相应于零件外形附加的多余金属块称为余块。
以下情况需要加余块:
1)零件的外形在模锻时难以锻出或经济上不合算时,可以加余块以简化形状。
2)当锻件侧面有凹入部分时,为了保证取出锻件可在凹入部分加余
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