河北机电职业技术学院毕业设计 河北机电职业技术学院 机械工程系 花键传动轴的机械加工工艺规程编制 班 专 学 级 业 号 机制 0705 机械制造与自动化 020125070526 刘辉 学生姓名 指导教师 完成日期 2012 年 6 月 1 河北机电职业技术学院毕业设计 序言 随着机械制造业的不断发展,社会对生产率的要求也越来越高 机械制造毕业设计涉及的内容比较多,它是基础课、技术基础 课以及专业课的综合,是学完机械制造技术基础(含机床夹具设计) 和全部专业课,并进行了实训的基础上进行的,是我们对所有课程 的一次深入的综合性的总复习,也是一次理论联系实际的训练,因 此,它在我们三年大学生活中占有重要的地位。 本次毕业设计使我们能综合运用机械制造的基本理论,并结合 生产实践中学到的技能知识,独立地分析和解决工艺问题,初步具 备设计花键传动轴的能力也是熟悉和运用有关手册、图表等技术资 料及编写技术文件等基本技能的一次实践机会。 2 河北机电职业技术学院毕业设计 摘要 花键轴的主要作用是用于传递扭矩。多齿工作,承载能力高,对中性好,导向性 好,齿根较浅,应力集中小,轴与毂强度削弱小,加工方便,能用磨削方法获得较高 的精度。标准中有两个系列(轻系列和中系列) 。 主要用于机床制造业。精度要求较高。花键轴的轴与毂强度削弱小,加工比较方 便,用磨削方法可以获得较高的精度。齿廓为渐开线,受载时齿上有径向力,能起自 动定心作用,使各齿受力均匀,强度高寿命长,加工工艺与齿轮相同,易获得较高精 度和互换性。 关键词:受力,加工精度,毛坯选择。 3 河北机电职业技术学院毕业设计 目录 一 零件分析??????????????????????????(5) (一)工件的作用??????????????????????(5) (二)花键轴的历史?????????????????????(6) 二 工艺规程设计????????????????????????(6) (一)确定毛坯的制造形式??????????????????(6) (二)基面的选择??????????????????????(6) (三)制定工艺路线?????????????????????(6) (四)机械加工余量、工序尺寸及毛皮尺寸的确定????????(8) (五)确立切削用量及基本工?????????????????(8) 三 四 五 五 夹具设计??????????????????????????(15) 附录????????????????????????????(18) 致谢????????????????????????????(19) 参考文献??????????????????????????(20) 4 河北机电职业技术学院毕业设计 一、零件的分析 (一)零件的作用 1、作用:是机械传动一种,和平键、半圆键、斜键作用一样,都是传递机械 扭矩的, 2、结构:在轴的外表有纵向的键槽,套在轴上的旋转件也有对应的键槽, 可保持跟轴同步旋转。在旋转的同时,有的还可以在轴上作纵向滑动,如变速 箱换档齿轮等。 3、应用举例:在制动器、转向机构。 还有一种是可伸缩的轴,由内外管 组成,外管有内齿,内管有外齿,套在一起。使用时在传递旋转扭矩的同时, 在长度方向可以伸缩。 4、材质:40MnB,硬度为 255—302HB 5、热处理。淬火 表面硬度 HRC45—50 本产品主要用于机械车床使用。 (二)花键轴的历史 1674 年丹麦天文学家罗默首次提出用外摆线作齿廓曲线,以得到运转平稳 的花键轴。花键轴在一定的行业中能够发挥重要的作用和性能,按照原理和工 作程序进行生产和加工,保证能够在生产中发挥重要的作用。 年法国数学家卡米发表了齿廓啮合基本定律; 1765 年瑞士数学家欧拉建议采用渐开线作齿廓曲线。 19 世纪出现的 18 世纪工业 革命时期,花键轴技术得到高速发展,人们对花键轴进行了大量的研究。 1733 滚齿机和插齿机,解决了大量生产高精度齿轮的问题。1900 年,普福特为滚齿机 装上差动装置,能在滚齿机上加工出斜齿轮,从此滚齿机滚切齿轮得到普及, 展成法加工齿轮占了压倒优势,渐开线齿轮成为应用最广的齿轮。 1899 年,拉舍最先实施了变位齿轮的方案。变位齿轮不仅能避免轮齿根切, 5 河北机电职业技术学院毕业设计 还可以凑配中心距和提高花键轴的承载能力。 提出圆弧齿廓的齿轮, 1923 年美国怀尔德哈伯最先 1955 年苏诺维科夫对圆弧齿轮进行了深入的研究,圆弧齿轮遂得以应用于 生产。这种齿轮的承载能力和效率都较高,但尚不及渐开线齿轮那样易于制造, 还有待进一步改进。。 二、工艺规程设计 (一) 确定毛坯的制造形式 选择锻件毛坯。 1 确定坯料质量和锻件尺寸 (1)、确定坯料质量 坯料质量包括锻件本身的质量、加热时氧化烧损、切头时的损失及冲孔时的芯料 损失等。 1) 计算锻件质量 根据锻件的形状和基本尺寸,可计算出锻件的质量: m 式中 m 锻—锻件质量; p—锻件材料的密度( kg/dm3 )取 7.85kg /dm3 ; V —锻件的体积( dm3 ); 由此计算得:m 锻 锻 = pV = pV = 7.85 kg /dm3×3.470 dm3 = 27.24 kg 2) 计算坯料质量 坯料的质量包括锻件本身的质量、加热时氧化烧损、切头时的损失 及冲孔时的芯料损失等。其计算公式为: m 式中 m m m m m m 面 m 烧 坯 锻 烧 切 芯 坯 = m 锻 + m 烧 + m 切 + m 芯 —坯料质量( kg ); —锻件质量( kg ); —氧化烧损的质量( kg ), —表示对拔长工件的切头损失( kg ); —冲孔时冲掉的芯料损失( kg ); 一般按下面经验公式估算:对于该零件圆形截 芯 一般按火次进行估算,如第一火取锻件质量的 2.0% ~ 3.0% ,以后各火一 切 般取锻件质量的 1.5% ~ 2.0% ;m 切 = 1.81 , 其中 D 为切头部分直径 dm ) 零件没有冲孔, ( ; 故, m = 0kg。 6 河北机电职业技术学院毕业设计 所以,m 坯 = m 锻 + m 烧 + m 切 + m 芯 =27.24×(1+1.5%)+1.81×0.623 =28.08(kg) (2)、确定坯料尺寸 坯料尺寸的确定与所采用的第一道基本工序(镦粗或拔长)有关,所采用的工序 不同,确定的方法也不一样。 此零件应采用拔长法锻制锻件, 钢坯拔长时所用截面 A 坯的大小应保证能够得到 所要求的锻造比,即 A 坯≥YA 锻 式中 Y—锻造比; A 锻—锻件的最大横截面积(cm2); A 坯—坯料的横截面积(cm2)。 按锻造比 Y 及锻件最大横截面积求出 D 坯,即 Y= A 坯/A 锻= D2 坯/ D2 锻=D2 坯/D2 锻 所以 D2 坯=Y D2 锻 D 坯= D 锻=62mm(取 65mm) 根据坯料总质量(前已求出),可得出坯料体积(V 坯)由此即可确定坯料长度 (L 坯),即, V 坯=m 坯/ ρ 所以 坯 L 坯=V 坯/ A 坯= 4V 坯/π D2 坯 =4×28.08/7.85/π /0.652 =10.785dm=1078.5mm(取 1080mm) 所以,L 坯=1080mm。 2,变形或缺陷分析 缺陷的分析是在锻造前和锻造后进行的工艺, 锻件的缺陷包括表面缺陷和内部缺 陷。对锻件的缺陷进行分析是避免在零件应用的过程中出现意外,使锻件能达到工作 中的安全系数,避免出现一些不该有的麻烦。锻件的缺陷包括表面缺陷和内部缺陷。 有的锻件缺陷会影响后续工序的加工质量,有的则严重影响锻件的性能,降低所制成 品的使用寿命,甚至危及安全。 以下是对在锻造工艺中的各种缺陷进行分析: 1.原材料的主要缺陷及其引起的锻件缺陷:表面裂纹、折叠、结疤等; 2.备料不当产生的缺陷:切斜、坯料端部弯曲并带毛刺、坯料端部凹陷等; 3.加热工艺不当产生的缺陷:脱碳、过热、过烧、加热裂纹等; 4.锻造工艺不当常产生的缺陷:大晶粒、晶粒不均匀、冷硬现象、裂纹; 7 河北机电职业技术学院毕业设计 5.锻后冷却工艺不当常产生的缺陷:冷却裂纹、 网状碳化物; 6.锻后热处理工艺不当常产生的缺陷:硬度过高或者硬度不够、硬度不均匀; 7.锻后清理工艺不当产生的缺陷:酸洗过度、腐蚀裂纹。 因此,为了提高锻件质量,避免锻件缺陷的产生,应采取相应的工艺对策,同时 还应加强生产过程的质量控制。应当避免以上缺陷。 (二)基面的选择 (1)基准的选择: 该零件既是花键轴又是阶梯轴,其加工精度又要求较高,因此选中心孔 B3/7.5 做为设计和工艺基准。 (三)制定工艺路线 制定工艺路线的出发点,应当是使零件的几何形状、 尺寸精度及位置精度等技 术要求能得到合理的保证,在生产纲领已确定的情况下,可以考虑采用万能性机床配 以专用工卡具,并尽量使工序集中来提高生产率。除此之外,还应当考虑经济效果, 以便使生产成本尽量下降。 1.工艺路线方案一 工序一 工序二 工序三 工序四 工序五 工序六 工序七 工序八 工序九 下料 夹一端,车端面,见平即可,钻中心孔 B3/7.5 倒头装夹工件,车端面,保证总长 175 以中心孔定位装夹工件粗车外圆各部。 去毛刺 以两中心孔定位装夹工件。精车,半精车各部尺寸,倒角 一夹一顶装夹工件,粗,精铣花键 热处理 :调质处理 255—302HB 按图样要求检查各部尺寸及精度。 2.工艺路线方案二 工序一 下料 工序二 车端面 8 河北机电职业技术学院毕业设计 工序三 打中心孔 工序四 以中心孔定位装夹工件粗车外圆 去毛刺 工序五 半精车外圆尺寸 工序六 精车各部分尺寸 工序七 倒角 工序八 研磨 工序九 粗,精铣键 工序十 热处理、调制 工序十一 工序十二 检验各部分尺寸及其精度 入库 因为此花键轴精度要求较高。且为小批量生产。故选择方案二。 (四)机械加工余量、工序尺寸及毛皮尺寸的确定 “花键传动轴”; 零件材料为 40MnB,硬度为 255—302HB,毛坯质量为 6.37kg。 生产类型为小批量生产,锻造毛坯。 据以上原始资料及加工路线,分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯 尺寸如下: 1. 外圆表面延轴线方向长度方向的加工余量及公差(φ 32 内孔及端面) 。 查《机械制造工艺设计简明手册》表 2.2~2.5,取 φ 20,φ 50 端面长度余量均 为 2.5(均为双边加工) 车削加工余量为: 粗车 1.5mm 半精车 1mm 9 河北机电职业技术学院毕业设计 3. 其他尺寸直接锻造得到 由于本设计规定的零件为小批量生产,应该采用调整加工。因此在计算最大、最小加 工余量时应按调整法加工方式予以确认。 (五)确立切削用量及基本工 工序一 下棒料 1. 加工条件 工件材料:40MnB,σ b =0.6GPa《机械工程材料》表 5—6 ,255—3 02HB,型 钢。 机床:CR6150《工艺手册》表 7—4 刀具:W18Cr4V 高速钢 ,牌号 W18,硬度 63—66HRC, A型机夹切断车刀:h=20mm,b=22mm,L=125mm。 2. 切削用量 1)切削深度 2)进给量 因为是切断,所以 ap = 36mm。 《工艺手册》表 11—29 f=0.20mm/r《工艺手册》表 11—29 3)查后刀面最大磨损及寿命 查《工艺手册》表 11—25,后刀面最大磨损为 0.4—0.6mm。寿命 T=60m in。 4)计算切削速度 由《机械加工工艺手册》表 8·4—8,(以下称《工艺手册 2》)得, Vc ? 算得 ns ? Cv T ap Vc m xv f yv =70m/min。 =319r/min。 按机床说明书(见《工艺手册》表 4.2),与 319r/mi 所以实际切削速度为v=79m/min. 5)确定机床主轴转速 1 0 0 0V c n相近 的机床转速为 360r/min,故选择 360r/min的转速. Vf=fn=0.20× 360=72mm/min. 6) 计算基本工时 ? dw 10 河北机电职业技术学院毕业设计 tm=L/ Vf=36/72=0.5min. 工序二 粗车端面,钻中心孔 1. 加工条件 工件材料:40MnB,σ b =0.6GPa《机械工程材料》表 5—6 ,24—38HRC,型钢。 加工要求:粗车 M24×1.5—8g端面,钻中心孔。 机床:CR6150《工艺手册》表 7—4 刀具:WC+Ti+C。硬质合金钢车刀,牌号 YT15,硬度 78HRC, 《工艺手册》表 10—3。 45°端面铣刀尺寸;L=140mm,h=25mm,b=16mm。 《工艺手册》表 10— 99。 2. 切削用量 1)切削深度: ap= 3mm 《工艺手册》表 11—26。 《工艺手册》表 11—26。 2)进给量 :f=0.25mm/r 3)查后刀面最大磨损及寿命 查《工艺手册》表 11—25,后刀面最大磨损为 1.0—1.4mm。寿命 T=60min。 4)计算切削速度 由《工艺手册 2》表 8·4—8,得, Vc ? Cv T ap m xv f yv =138 m/min. 5)确定机床主轴转速 ns ? 1 0 0 0V c in相近 的机床转速为 600r/min. ,故选择 600r/min的机床. 所以实际切削速度为v=120m/min. Vf=fn=0.25×600=150mm/min。 6) 计算基本工时 tm=L/ Vf=36/150=0.24min 查《工艺手册》表 10—180,选用带护锥中心钻(B 型) d=2.50mm,材料为高速钢。主轴转速n=628r/min,切削深度=10mm。 ? dw =628r/min。