传动轴的加工工艺设计.docx
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传动轴的加工工艺设计
前言
随着我国工业生产的发展,在生产上减速箱和离合器的大量生产和应用,对传动轴的需要就更为广泛,对轴的技术要求和精度更高。
只有保证传动轴的质量,才能使各类零件发挥最好的功能,所以设计出一款符合现实生产的需要的传动轴已变得尤为重要了。
轴类零件中工艺规程的制订,直接关系到工件质量、劳动生产率和经济效益。
一个零件可以有几种不同的加工方法,但只有某一种较合理,在制订机械加工工艺规程中应该要更加谨慎。
为了适应市场上对于传动轴类零件的需要,就要求更多的人去研究这一课题,不断改善轴的各部分参数,完善加工工艺。
1.1选题目的:
该轴是用于安装在减速箱上的传动轴,因生产需要,对该轴进行加工工艺设计,图纸见附录A。
1.2选题的意义和研究现状:
随着我国工业建设的飞快发展,在生产上减速箱和离合器的大量生产和应用,对传动轴的需要就愈加广泛,对轴的技术要求和精度更高。
只有保证传动轴的质量,才能使各类零件发挥最好的功能。
为了达到更高的经济效应,就要对传动轴的加工工艺进行更深入的研究。
目前轴类零件的加工大概采用车削和外圆磨削,对于一些技术要求较高的零件采用数控车削完成。
2传动轴的加工工艺和技术条件分析
2.1毛胚的选择(类型、余量及等级)
毛坯类型
在传递力矩过程时要承受很强的冲击力和很大的交变载荷,要求材料应有较高的强度、冲击韧度、疲劳强度和耐磨性,而且其轮廓形状不复杂,故采用锻件。
毛坯余量确定
毛坯的形状和尺寸越接近成品零件,即毛坯精度越高,则零件的机械加工劳动量越少,材料消耗越少,可充分提高劳动生产率,降低成本,但是毛坯制造费用会提高,在确定毛坯时,应根据机械加工和毛坯制造两方面考虑。
.锻件公差等级
由该零件的功能和技术确定其锻件公差等级为普通级。
因为该轴属于中小传动轴,所以各直径外圆相差不大,所以选择Ф70的45钢作为毛胚。
2.2零件结构与功能分析
轴的锻件强度较高,形状比较简单,外轮廓尺寸不大,定位精基准面中心孔应在粗加工之前加工,在调质之后和磨削之前各需安排一次修研中心孔的工序。
调质之后修研中心孔为消除中心孔的热处理变形和氧化皮,磨削之前修研中心孔是为提高定位精基准面的精度和减小锥面的表面粗糙度值。
拟定传动轴的工艺过程时,在考虑主要表面加工的同时,还要考虑次要表面的加工。
在半精加工Ф60mm、Ф55mm、Ф42mm外圆时,应车到图样规定的尺寸,满足其公差要求。
同时加工出倒角和两个M6的定位内螺纹,深度为10mm.两个键槽应在半精车后以及磨削之前铣削加工出来,这样可保证铣键槽时有较精确的定位基准,又可避免在精磨后铣键槽时破坏已精加工的外圆表面。
由于轴的结构较规则,在加工键槽和B型中心孔时,采用专用夹具定位和夹紧。
螺纹加工安排在半精加工后,精加工前进行,加工完螺纹孔后采用丝锥攻螺纹,注意螺纹一定要垂直。
这样可以保证轴有较好的表面质量和较高的精度。
2.3技术要求分析
该轴属于普通的阶梯轴,依据图纸的技术要求大致概括为:
⑴最重要的还是热处理工艺,具体要求表面调质热处理220~240HBS。
⑵两端中心孔B3.5/10,待粗加工后需要修研中心孔,粗糙度要求为Ra3.2。
⑶全部圆角半径为R1,由于本身外圆之间的尺寸相差不大,R1为较合理。
⑷全部倒角C1.5,该轴有几处需倒直角,使加工表面过度较好。
⑸该轴有较小的表面粗糙度值,其中对称度公差要求较高。
并有多处标注的表面粗糙度值最小的为(Ra0.8μm),最终加工应采用磨削,其余未标注的均为Ra12.5μm。
⑹未标注尺寸公差按照IT12等级。
3传动轴的加工工艺方法和路线
3.1轴类零件的常用加工方法和理论依据
因该轴属于一般传动轴,故选45钢可满足其要求。
一般传动轴的加工常用的方法有:
车削,对于精度要求较高的则需要进行外圆磨削;对轴类零件要求更高的则需要借助数控机床来完成了。
传动轴大都是回转表面,主要采用车削成型后根据精度要求进行外圆磨削加工。
3.2传动轴的加工工艺方案
根据以上分析,传动轴的工艺路线为:
下料→车削两端面,钻中心孔定位→粗车各外圆→调质热处理→修研中心孔→半精车各外圆,倒角(圆角和直角)→攻M6内螺纹(机用丝锥)→划键槽加工线→铣削键槽→再次修研中心孔→外圆磨削→检验粗糙度及各项要求。
在拟定工艺过程时,应考虑检验工序的安排、检查项目及检验方法的确定,注意也可以先加工两个键槽,但容易夹伤表面,可采用纸质或者包裹零件表面,防止过度夹伤带来的表面粗糙度不合格。
4确定定位基准和划分阶段
4.1轴类零件的常用定位基准的确定方法和理论依据
轴类零件的常用定位基准的方法如表4-1所示:
表4-1:
不同生产类型下,主轴加工定位的基准选择
工序名称
定位基准面
大批生产
小批生产
加工顶尖孔
毛坯外圆
划线
粗车外圆
顶尖孔
顶尖孔
钻深孔
粗车后的支承轴颈
夹一端,托另一端
半精车和精车
两端锥堵的顶尖孔
夹一端,顶另一端
粗、精磨外锥
两端锥堵的顶尖孔
两端锥堵的顶尖孔
粗、精磨外圆
两端锥堵的顶尖孔
两端锥堵的顶尖孔
粗、精磨外孔
两支承轴颈外表面或靠近两支承轴颈的外圆表面
夹小端,托大端
4.2传动轴的定位基准和工序划分
合理地选择定位基准,对于保证零件的尺寸和位置精度有着至关重要的作用,若定位基准选择错误,小则尺寸无法得到保证,严重的则会损坏零件。
由于该传动轴的几个主要表面对基准轴面A有径向圆跳动和圆柱度的要求,以及外圆基准面C和D对键槽有对称度的要求,该轴为实心轴。
所以应选择两端中心孔为基准,采用双顶尖装夹的方法,以保证零件的尺寸和技术要求。
粗基准采用热轧圆钢的毛坯外圆,中心孔加工采用三爪自定心卡盘装夹热轧圆钢的毛坯外圆,车端面、钻中心定位孔。
但必须注意,一般不能用毛坯外圆装夹两次钻两端中心孔,而应该以毛坯外圆作粗基准,先加工一个端面,钻中心孔,车出一端外圆;然后以已车过的外圆作基准,用三爪自定心卡盘装夹(有时在上工步已车外圆处搭中心架),车另一端面,钻中心孔。
如此加工中心孔,才能保证两中心孔满足同轴度要求。
划分阶段:
此类轴虽然结构简单但是具有较高的精度要求,比如它的对称度、圆柱度以及圆跳动等都要求较高,因此也给加工划分阶段时提供了依据,所以一般都要求将粗精加工分开,保证零件的质量。
该轴划分加工阶段大致为:
粗车外圆→定中心孔(定位)→半精车外圆及台阶→修研中心孔→粗精磨各处外圆→精加工各处外圆,所有的加工阶段均参照热处理工艺来完成。
5热处理工序安排
5.1金属热处理工艺和常用热处理方法介绍
金属热处理是将金属工件放在一定的介质中加热到适宜的温度,并在此温度中保持一段时间后,又以不同的速度冷却的一种工艺。
金属热处理是机械制造中的重要工艺之一,其特点是改善工件的内在质量。
热处理工艺一般包括加热,保温,冷却三个过程,有时只有加热和冷却两个过程。
这些过程互相衔接,不可间断。
金属热处理工艺大体可以分为整体热处理,表面热处理,和化学热处理三大类。
整体热处理是对工件整体加热,然后以适当的温度冷却,以改变其整体力学性能的金属热处理工艺。
钢铁整体热处理有退火,正火,淬火和回火四种基本工艺。
(1)退火
退火是将工件加热到适当温度,根据材料和工件尺寸采用不同的保温时间,然后进行缓慢冷却,目地是为了消除组织缺陷,改善组织使成分均匀化以及细化晶粒,提高钢的力学性能,减少残余应力;同时可降低硬度,提高塑性和韧性,改善切削加工性能。
所以退火是为了消除和改善前道工序遗留的组织缺陷和内应力,又为后续工作作好准备,故退火是属于半成品热处理又称预备热处理。
(2)正火
正火是将工件加热到临界温度以上,将钢全部转化为均匀的奥氏体,然后在空气中自然冷却的热处理方法。
对于亚共析钢正火可细化晶格,提高综合力学性能,对要求不高的零件用正火代替退火工艺是比较经济的。
(3)淬火
它能消除过共析钢的网状渗碳体。
淬火是将钢加热到临界温度以上,保温一段时间,然后很快放到淬火剂中,使其温度骤然降低,以大于临界速度的速度急速冷却,而获得以马氏体为主的不平衡组织的热处理方法。
淬火能增加钢的强度和硬度,但要减少其塑性。
(4)回火
将已经淬火的钢重新加热到一定温度,再用一定方法冷却称为回火。
其目的是消除淬火产生的内应力,降低硬度和脆性,以取得预期的力学性能。
回火分高温回火,中温回火和低温回火。
回火多与淬火,正火配合使用。
调质处理:
淬火后高温回火的热处理方法称为调质处理。
高温回火是指在500-650℃
之间进行回火。
调质可以使钢的性能得到很大程度的调整,其强度,塑性和韧性都较好,具有良好的综合机械性能。
5.2传动轴热处理工艺路线方案
轴的热处理要根据其材料和使用要求确定。
对于传动轴,正火、调质和表面淬火用得较多。
该轴要求调质热处理,并安排在粗车各外圆之后,半精车各外圆之前。
45钢,在调质处理(235HBS)之后,再经局部高频淬火,可以使局部硬度达到HRC62~65,再经过适当的回火处理,可以降到需要的硬度(例如CA6140主轴规定为HRC52)。
凡要求局部高频淬火的主轴,要在前道工序中安排调质处理(有的钢材则用正火),当毛坯余量较大时(如锻件),调质放在粗车之后、半精车之前,以便因粗车产生的内应力得以在调质时消除;当毛坯余量较小时(如棒料),调质可放在粗车(相当于锻件的半精车)之前进行。
高频淬火处理一般放在半精车之后,由于主轴只需要局部淬硬,故精度有一定要求而不需淬硬部分的加工,如车螺纹、铣键槽等工序,均安排在局部淬火和粗磨之后。
对于精度较高的主轴在局部淬火及粗磨之后还需低温时效处理,从而使主轴的金相组织和应力状态保持稳定。
45钢是中碳结构钢,冷热加工性能都不错,机械性能较好,且价格低、来源广,所以应用广泛。
它的最大弱点是淬透性低,截面尺寸大和要求比较高的工件不宜采用。
45钢调质件淬火后的硬度应该达到HRC56~59,截面大的可能低些,但不能低于HRC48,不然,就说明工件未得到完全淬火,组织中可能出现索氏体甚至铁素体组织,这种组织通过回火,仍然保留在基体中,达不到调质的目的。
45钢淬火后的高温回火,加热温度通常为560~600℃,硬度要求为HRC22~34。
因为调质的目的是得到综合机械性能,所以硬度范围比较宽。
但图纸有硬度要求的,就要按图纸要求调整回火温度,以保证硬度。
如有些轴类零件要求强度高,硬度要求就高;而有些齿轮、带键槽的轴类零件,因调质后还要进行铣、插加工,硬度要求就低些。
关于回火保温时间,视硬度要求和工件大小而定,回火后的硬度取决于回火温度,与回火时间关系不大,但必须回透,一般工件回火保温时间总在一小时以上。
6工序流程及工装夹具
该传动轴的机械加工工序流程如表1所示:
表1
机械加工工艺过程卡片
产品型号
零件图号
产品名称
传动轴
共
2
页
第
1
页
材料牌号
45钢
毛坯种类
锻件
毛坯外形尺寸
Ф70mm×270mm
每毛坯件数
1
每台件数
1
备注
工
序
号
工名
序称
工序内容
车
间
工
段
设备
工艺装备
工时
准终
单件
1
下料
Ф70mm×270mm
金工
车床C6140
三爪自定心卡盘
2
车
车毛坯外圆,车端面。
金工
车床C6140
三爪自定心卡盘
51.3
0.9
3
车
钻中心孔,尾座顶尖顶住中心孔。
金工
车床C6140
三爪自定心卡盘
4
车
粗车外圆Ф42到Ф44,长度尺寸为65。
金工
车床C6140
三爪自定心卡盘
5
车
粗车外圆Ф50到Ф52,长度为67。
金工
车床C6140
三爪自定心卡盘
6
粗车外圆Ф55到Ф57,长度为37。
金工
车床C6140
7
车
车另一端面,保证总长270mm。
金工
车床C6140
三爪自定心卡盘
8
车
钻中心孔,用尾座顶尖顶住中心孔。
金工
车床C6140
三爪自定心卡盘
9
粗车Ф60mm外圆至Ф62mm,长度为59(左偏刀)。
车床C6140
三爪自定心卡盘
10
粗车Ф70mm外圆至Ф72,保证长度32。
金工
车床C6140
三爪自定心卡盘
11
检验,调质处理220-240HBS。
热处理车间
12
修研两端中心孔,双顶尖装夹。
三爪自定心卡盘
13
半精车Ф42mm外圆至Ф42.5mm。
金工
车床C6140
三爪自定心卡盘
14
半精车Ф50mm外圆至Ф50.5mm。
金工
车床C6140
三爪自定心卡盘
15
半精车Ф55到Ф55.5。
金工
车床C6140
三爪自定心卡盘
16
倒外角1mm×45°,3处,掉头,双顶尖装夹。
金工
车床C6140
三爪自定心卡盘
17
半精车外圆Ф60到Ф60.5。
金工
车床C6140
三爪自定心卡盘
18
半精车外圆Ф70到Ф70.5。
金工
车床C6140
三爪自定心卡盘
19
半精车外圆Ф55到Ф55.5mm。
金工
车床C6140
三爪自定心卡盘
20
精车外圆Ф42.5到Ф42.052-42.034。
金工
车床C6140
三爪自定心卡盘
21
精车外圆Ф50到尺寸。
金工
车床C6140
三爪自定心卡盘
22
车
精车外圆Ф60到Ф60.061-60.041。
金工
车床C6140
三爪自定心卡盘
23
车
精车到尺寸Ф70mm。
金工
车床C6140
三爪自定心卡盘
24
车
修研中心孔。
金工
三爪自定心卡盘
25
车
倒外角1.5mm×45°,4处。
金工
车床C6140
三爪自定心卡盘
26
车
检验,调头,双顶尖装夹。
金工
三爪自定心卡盘
27
车
检验,加工螺纹孔及攻丝,用V形虎钳装夹,按线找正
金工
三爪自定心卡盘
28
热处理
铣键槽18mm×7mm,保证尺寸53-52.800,铣键槽12mm×5mm,保证尺寸37-36.800,检验。
金工
铣床
专用铣夹具
29
磨
修研两端中心孔。
外圆磨磨床
30
磨
磨外圆Ф55到尺寸55.034-49.966两处。
内圆磨磨床
三爪自定心卡盘
31
洗
调头,双顶尖装夹,检验。
三爪自定心卡盘
设计(日期)
校对(日期)
审核(日期)
标准化(日期)
会签(日期)
标记
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签字
日期
标记
处数
更改文件号
签字
日期
7总结
本论文结合以往传动轴的各种特点、结构性能,分析了它的结构和使用性能,并设计出具有典型意义的一根传动轴的加工工艺。
在整个设计过程中,虽然遇到了很多麻烦,但还是一一克服了。
这个加工方案无论是从加工工艺还是工序步骤都考虑了轴的特性和加工特点,也对传动轴进行了相关的热处理,使其满足了设计要求。
参考文献
[1]《机械制造技术基础课程设计指南》:
崇凯化学工业出版社
[2]《机械制造工艺学》:
郑修本机械工业出版社
[3]《公差配合与技术测量》徐茂功,桂定一机械工业出版社
[4]《机械设计课程设计》巩云鹏冶金工业出版社
[5]《机械设计基础》庞兴华机械工业出版社
[6]《机床数控软件化结构体系》毛军红.机械工程学报.2000.36(7):
48-51
[7]万富荣.轴承热处理工艺学.北京:
机械工业出版社,1988
[8]《数控机床原理与维修》孙汉卿.中国第一汽车集团公司.1998
致谢
在此设计的选题和研究方面,无论是学校的指导老师,还是单位的指导老师,都给予了我莫大的帮助,在此,对张辉老师表示由衷的感谢!
其次还要感谢我现在所在的单位,公司积极的配合我做论文的所有工作,可以让我有足够的信心来完成这次课题。
还有就是我的朋友和家人,在做这个课题时,偶尔也会烦躁,缺乏耐性,多谢你们对我不厌其烦,在我背后默默地支持着我,谢谢你们!
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- 传动轴 加工 工艺 设计