《階梯軸鍛造工藝設(shè)計(jì)熱加工工藝課程設(shè)計(jì)》

1、熱加工工藝課程設(shè)計(jì)說明書階梯軸鍛造工藝設(shè)計(jì)院 系： 專 業(yè)： 班 級(jí)： 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)老師： 時(shí) 間： 黃河科技學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 學(xué)院 系 化 專業(yè)級(jí) 班學(xué)號(hào) 姓名 指導(dǎo)教師 題目: 課程: 課程設(shè)計(jì)時(shí)間： 5月 22 日至 6 月 6 日 共 2 周課程設(shè)計(jì)工作內(nèi)容與根本要求(技術(shù)參數(shù)、設(shè)計(jì)要求、設(shè)計(jì)任務(wù)、工作方案、所需相關(guān)資料)紙張不夠可加頁1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、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

2、。5確定鍛造溫度范圍、加熱冷卻及熱處理標(biāo)準(zhǔn)。(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(hào)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2000字。3工作方案進(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天辯論 1天4主要參考資料?熱加工工藝根底?、?工程材料及成形技術(shù)根底?、?機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)?系主任審批意見：審批人簽名:階梯軸鍛造工藝設(shè)計(jì) 摘要鍛造是使金屬材料在高溫時(shí)由外力作用下發(fā)生永久變形的一種加工方法，分為自由鍛造和模鍛等。鍛造生產(chǎn)可以為機(jī)

3、械制造工業(yè)及其他工業(yè)提供各種機(jī)械零件毛坯。鍛造不僅能改變材料毛坯的幾何形狀和尺寸，而且還可因鍛造變形改善材料組織的流線分布，提高鍛件的性能。特別是對(duì)于受力大，性能要求高的重要零件，如汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)的主軸、連桿及國(guó)防工業(yè)方面所需的重要零件等，都必須采用鍛造生產(chǎn)來制造毛坯。 鍛造生產(chǎn)具有節(jié)約材料、生產(chǎn)率高， 零件使用壽命長(zhǎng)、通用性強(qiáng)等特點(diǎn)，而且不僅可單件、小批量生產(chǎn)，也可大批量、大量生產(chǎn)。本文對(duì)階梯軸的鍛造工藝進(jìn)行了設(shè)計(jì)，擬采用自由鍛造工藝。 本文介紹了階梯軸的材料選擇，分析并制定了階梯軸毛坯的自由鍛造工藝，包括繪制鍛件圖，確定鍛造工序，計(jì)算坯料質(zhì)量及尺寸，選擇鍛造設(shè)備及噸位，確定鍛造溫度范圍、加

4、熱冷卻及熱處理標(biāo)準(zhǔn)，編制了鍛造工藝卡。關(guān)鍵詞：階梯軸， 鍛造工藝，自由鍛，鍛造工藝卡 目錄一、緒論61.1 金屬鍛壓成型的工藝方法61.2 鍛造的特點(diǎn)61.3 鍛件的工藝分析61.4 自由鍛的工序特點(diǎn)6二、階梯軸的結(jié)構(gòu)與分析82.1 階梯軸的分析82.2 階梯軸鍛造工藝的選擇8三、具體設(shè)計(jì)方案步驟93.1 繪制鍛件圖9 確定鍛件形狀9 確定鍛件余量9 確定鍛件公差9 繪制鍛件圖93.2 制定變形工藝103.3 計(jì)算配料質(zhì)量與尺寸113.4 確定鍛造設(shè)備123.5 確定鍛造溫度及標(biāo)準(zhǔn)13 確定溫度范圍13 確定加熱標(biāo)準(zhǔn)及火次14 確定冷卻方法及標(biāo)準(zhǔn)14 確定熱處理標(biāo)準(zhǔn)14四、工藝過程流程15總結(jié)

5、17致謝18參考文獻(xiàn)19 一 緒 論金屬鍛壓成型的方法主要有四種類型即：自由鍛成型、模鍛成形、板料沖壓、塑性成形新技術(shù)。自由鍛是利用壓力或沖擊力使金屬在上、下抵鐵之間產(chǎn)生塑性變形，從而獲得所需鍛件形狀機(jī)器尺寸的方法。金屬坯料在抵鐵間受力變形時(shí)，朝各個(gè)方向可以自由流動(dòng)，不受限制，鍛件的形狀和尺寸有鍛工操作技術(shù)保證。模鍛成形是利用壓力或沖擊力使金屬坯料在一定形狀的鍛模模膛內(nèi)受壓變形，以獲得鍛件的方法。它與自由鍛相比可鍛造各種形狀復(fù)雜的軸類和盤類鍛件，其尺寸精確，加工余量小，生產(chǎn)率高。但由于受到模鍛噸位大和本錢高的限制，它只適用于小型鍛件的大批量生產(chǎn)。板料沖壓是利用沖模使板料別離或變形的加工方法，所

6、用材料為塑性好的低碳鋼、銅合金、鋁合金、鎂合金及合金鋼等，且為板料、條料及帶料。塑性成形新技術(shù)包括：液態(tài)模鍛、高速鉛垂鍛造和超塑性成形。1.2 鍛造的特點(diǎn)鍛造是機(jī)械制造超用的成型方法，它能夠改善金屬內(nèi)部組織，提高金屬的力學(xué)性能；具有較高的勞動(dòng)生產(chǎn)率；適用范圍廣；大大節(jié)省金屬材料和減少切削加工工時(shí)；但是不能夠鍛造復(fù)雜的鍛件鍛造按加工溫度分為冷鍛和熱鍛。冷鍛是對(duì)物料再結(jié)晶溫度一下的成型加工，是在回復(fù)溫度以下進(jìn)行的鍛造。冷鍛材料大都是室溫下變形抗力較小、塑性較好的鋁及局部合金、銅及局部合金、低碳鋼、中碳鋼、低合金結(jié)構(gòu)鋼。冷鍛能使金屬?gòu)?qiáng)化，提高零件的強(qiáng)度。熱鍛是金屬再結(jié)晶溫度以上進(jìn)行的鍛造工藝，熱鍛可

7、以減少減少金屬的變形抗力；改變鋼錠的鑄態(tài)結(jié)構(gòu)，提高鋼的塑性1.4 自由鍛的工序特點(diǎn)自由鍛生產(chǎn)中能進(jìn)行的工序很多，可分為根本工序、輔助工序和精整工序三大類。自由鍛工序是使金屬產(chǎn)生一定程度的塑性變形，以到達(dá)所需形狀和尺寸的工藝過程，如鐓粗、拔長(zhǎng)、沖孔、彎曲、切割、扭轉(zhuǎn)和錯(cuò)移等工序。自由鍛輔助工序是為根本工序操作方便而進(jìn)行的預(yù)先變形工序，如壓鉗口、壓鋼錠棱邊、切肩等。而精整工序是用以減少鍛件外表缺陷而進(jìn)行的工序，如去除鍛件外表凸凹不平及整形等，一般在終端溫度以下進(jìn)行。自由鍛的主要原那么是：鍛件形狀應(yīng)當(dāng)簡(jiǎn)單對(duì)稱；鍛件應(yīng)防止錐面和斜面；鍛件應(yīng)防止加強(qiáng)肋或凸臺(tái)；鍛件應(yīng)防止空間曲線；鍛件截面應(yīng)力求簡(jiǎn)單。階梯

8、軸的鍛造主要是利用自由鍛進(jìn)行加工的。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)器鍛造那么是自由鍛的主要方法。鍛造過程是局部變形，變形抗力小，特別適用于單件小批量水輪機(jī)主軸、多拐曲軸、連桿等大型鍛件生產(chǎn)。由于這類件工作中承受載荷大，力學(xué)性能要求高，而用自由鍛制得的毛坯，力學(xué)性能均較高，故此法對(duì)重型機(jī)械制造特別重要。 二、階梯軸的結(jié)構(gòu)與分析2.1 階梯軸的分析階梯軸通過連接兩個(gè)零件，起到連接、支撐傳遞動(dòng)力等一系列作用，在工作中，由于受到彎應(yīng)力和沖擊載荷，因此該零件應(yīng)具有足夠的剛度、強(qiáng)度和韌性。以適應(yīng)其工作環(huán)境的變化。而鍛造件在鍛造的時(shí)候可以使其產(chǎn)生纖維組織強(qiáng)化鋼材

9、，同時(shí)鍛造也可以打碎鑄態(tài)組織，獲得較高力學(xué)性能。對(duì)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(shí)用鍛件做零件毛坯可以減少用材，節(jié)約資金比擬經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。2.2 階梯軸鍛造工藝的選擇由于階梯軸在工作的過程中有可變載荷和沖擊載荷，所以應(yīng)選用鍛件，從而使金屬纖維不易被切斷，保證階梯軸的工作可靠。又因?yàn)殡A梯軸的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單在綜合考慮其經(jīng)濟(jì)性、工藝性和實(shí)用性，將其設(shè)計(jì)為4個(gè)局部將100作為一局部，將60和50作為一局部，將40作為一局部，將剩下的作為一局部，選用自由鍛。由于鍛件比擬簡(jiǎn)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

10、錘。三、具體設(shè)計(jì)方案步驟3.1 繪制鍛件圖鍛件圖是工藝擬定的根底和工藝規(guī)程的核心內(nèi)容，是選擇工具指導(dǎo)生產(chǎn)和驗(yàn)收鍛件的主要依據(jù)，它是以機(jī)械零件圖為根底，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)式樣及工藝卡頭等繪制而成的。確定鍛件形狀為了簡(jiǎn)化鍛件形狀，便于直接鍛造成形，而在零件上難以鍛出的凹檔、臺(tái)階、凸肩、法蘭、內(nèi)孔等部位，添加上一局部多余在切削加工余量以外的金屬，即稱為余塊。但是添加余塊，需要增加金屬材料的消耗和切削加工工作量，并會(huì)將纖維組織切斷，降低鍛件強(qiáng)度。因此是否添加余塊，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況、結(jié)合鍛造水平及經(jīng)濟(jì)等因素綜合考慮后決定。 確定鍛件余量由于自由鍛件尺寸精度低、

11、外表質(zhì)量較差，需再經(jīng)過切削加工制成成品零件，為此應(yīng)在零件加工外表上增加供切削加工的金屬，稱為鍛件余量。其大小取決于零件形狀和尺寸、精度和粗糙度要求等，零件越大，形狀越復(fù)雜，那么余量越大。具體數(shù)值可根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際條件查閱有關(guān)手冊(cè)決定。 確定鍛件公差零件根本尺寸加上加工余量為鍛件的根本尺寸。鍛件公差是指鍛件實(shí)際尺寸與其根本尺寸之間所允許的偏差，超過根本尺寸稱為上偏差，小于根本尺寸稱為下偏差，上偏差與下偏差之代數(shù)差的絕對(duì)值稱為鍛件公差，一般約為加工余量的1/41/3，具體數(shù)值可根據(jù)鍛件形狀、尺寸、精度要求和生產(chǎn)批量等查閱有關(guān)手冊(cè)確定。 繪制鍛件圖根據(jù)零件圖上階梯軸長(zhǎng)為340mm，最大直徑100mm，對(duì)

12、照課本金屬成形工藝設(shè)計(jì)中表3-3所列的零件總長(zhǎng)為315630mm，最大直徑為120160mm，可查的鍛造精度等級(jí)為f級(jí)的鍛件余量及公差為104mm。由于鍛件形狀比擬簡(jiǎn)單，故可不必增設(shè)工藝余塊。 3.2 制定變形工藝由于階梯軸是形狀比擬簡(jiǎn)單的軸類鍛件，變形工藝簡(jiǎn)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形工藝設(shè)計(jì)表3-6中的工藝，可將其分為壓肩、端部拔長(zhǎng)、切料等。1. 下料 2. 拔長(zhǎng)后并切料頭3. 切肩并拔長(zhǎng)4. 端部拔長(zhǎng)并切料頭3.3 計(jì)算坯料質(zhì)量與尺寸根據(jù)鍛件的形狀和尺寸，可先計(jì)算出鍛件的質(zhì)量，再考慮加熱時(shí)的氧化損失，及切頭損失可計(jì)算出鍛件所需坯料的質(zhì)量。M

13、1= /47.8=3.70M2= /4M3=/4鍛件質(zhì)量為： M鍛假設(shè)將鍛件置于煤爐中加熱，并以此鍛成，由表3-8所列查得加熱燒損率按鍛件質(zhì)量的2%計(jì)算，即M燒=M鍛2%=0.2074截料損失按鍛件質(zhì)量的4%計(jì)算，即得M頭=M鍛4%=0.4148那么坯料質(zhì)量M坯=M鍛+M燒+M頭kg鍛件以鋼材為坯料，鍛造比按1.2，可按鍛件最大面積110mm對(duì)照表3-11所列熱扎圓鋼標(biāo)準(zhǔn)直徑，選用130mm熱軋圓鋼。并由m=，再除以130mm圓鋼截面積，即可算出坯料長(zhǎng)度為200mm3.4 確定鍛造設(shè)備選定鍛造設(shè)備的依據(jù)是鍛件材料、尺寸和質(zhì)量，同時(shí)還要考慮車間現(xiàn)有設(shè)備條件。通常按經(jīng)驗(yàn)類比法或查表法等確定。經(jīng)驗(yàn)類

14、比法：鐓粗時(shí)鍛錘的噸位G=0.0020.0003kskg拔長(zhǎng)時(shí)鍛錘的噸位G=2.5skg式中k與鋼料強(qiáng)度極限有關(guān)，抗拉強(qiáng)度為400Mpa時(shí)k=35；600Mpa時(shí)k=58；800Mpa時(shí)k=813。S鍛件鐓粗后的接觸面積mm；S坯料橫截面積cm。自由鍛錘的鍛造能力范圍鍛件類型鍛錘的規(guī)格/N25005000750010000200003000050000圓餅D/mmH/mm2003525050300100400150500200600300750300圓環(huán)D/mmH/mm150603507540010050015060020010002501200300圓軸D/mmH/mm80100125200

15、15030017550022575027510003501500方塊H=B/mmG/KG802515050175702001002503503008004501000鋼錠直徑/mm125200250300400450600鋼坯邊長(zhǎng)/mm100175225275350400550注釋：D-鍛件外徑 ；d-鍛件內(nèi)徑 ；H-鍛件高度 ；B-鍛件寬度 ；L-鍛件長(zhǎng)度 ；G-鍛件質(zhì)量。本次鍛造此鍛件屬于軸類，按毛坯質(zhì)量或直徑選用0.4t自由鍛錘。 確定溫度范圍鍛造溫度是指鍛件有始鍛溫度到終鍛溫度的間隔。確定鍛造溫度的根本原那么，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，能鍛出幼稚的鍛

16、件。由于此軸用的是45鋼，根據(jù)工程材料知識(shí)可知45鋼在不同的溫度下有不同的相，而他在1000多度時(shí)呈現(xiàn)奧氏體相，奧氏體具有良好的塑性和韌性易于在高溫下變形。再有下表知始鍛溫度為1200，終鍛溫度為800。 各類合金的鍛造溫度范圍合金種類常用鋼號(hào)始鍛溫度終鍛溫度鍛造溫度范圍普通碳素結(jié)構(gòu)鋼Q195，Q235，Q2751300120700750600450優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼20Mn，40，45，50，55，6012001250800400450碳素工具鋼T8，T8A，T9，T9A，T1010501150750800300350合金結(jié)構(gòu)鋼18CrMnTi，27SiMn，42SiMn110012008008

17、50300350合金工具鋼9SiCrCrWMn，5CrMnMo10501150800850250300高速工具鋼W18Cr4V，W9Cr4V11001150900200250合金耐熱鋼15MnV，15MnVN，15CrMo11001150850250300合金彈簧鋼65，70，75，65Mn，60Si2Mn11001150850300合金軸承鋼GCr6，GCr9，GCr151080800280 確定加熱標(biāo)準(zhǔn)及火次 制定加熱標(biāo)準(zhǔn)即確定加熱過程中不同時(shí)期的加熱爐溫、升溫速度、和加熱時(shí)間。制定時(shí)應(yīng)考慮到45鋼的斷面尺寸，在考慮45鋼的成分及塑性、強(qiáng)度極限、導(dǎo)熱及膨脹系數(shù)、組織特點(diǎn)、加熱時(shí)變化以及配料

18、的原始狀態(tài)等因素，可以確定采用火焰爐段式加熱。 確定冷卻方法及標(biāo)準(zhǔn) 鍛件在鍛后冷卻時(shí)，根據(jù)要求可以選擇空冷、坑冷、或冷爐。由于該鍛件屬于中小型碳鋼，可以采用冷卻方式較快的空冷方法。 確定熱處理標(biāo)準(zhǔn) 鍛件常規(guī)處理是將鍛件冷卻到室溫后，再按工藝規(guī)程將鍛件由室溫重新加熱進(jìn)行熱處理，而鍛件余熱熱處理，那么是利用鍛件后熱量直接進(jìn)行熱處理。根據(jù)工程材料所學(xué)知識(shí)，該坯料鍛造成型后，在粗加工之前必須先除去應(yīng)力退火處理，并再加工后再進(jìn)行調(diào)制處理。假設(shè)質(zhì)量要求不高，可以正火代替調(diào)質(zhì)，以降低本錢。假設(shè)外表要求高，那么還需要再加工前進(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)量皮料尺寸130200mm火次鍛造溫度,操作工序工序簡(jiǎn)圖鍛造設(shè)備及工具11200800 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(zhǎng)0.4t自由鍛鍛錘、上平砧、下平砧 拔長(zhǎng) 修正臺(tái)階胎膜總結(jié)通過這次課程