毕业设计---轴类零件的设计与加工工艺

毕业设计---轴类零件的设计与加工工艺内容摘要：

各类机电产品，大多是 种类繁多、性能各异的工程材料通过加工制成的零件构成的。 工程材料分为金属材料和非金属材料，其中金属材料是工程中应用最广泛的。 金属材料的性能包括使用性能和工艺性能。 使用性能是指金属材料在使用过程种应具备的性能，它包括力 学性能（强度、塑性、硬度、冲击韧度、疲劳强度等）、物理性能（密度、熔点、热膨胀性、导热性、导电性等）和化学性能（耐蚀性、抗氧化性等）。 工艺性能是金属材料从冶炼到成品的生产过程中，适应各种加工工艺（如冶炼、铸造、冷热压力加工、焊接、切削加工、热处理等）应具备的性能。 轴类零件的材料及毛坯选择 （ 1）材料的选择 轴类零件材料常用 45 钢；对于中等精度而转速较高的轴，可选用 40Cr 等合金结构钢；精度较高的轴，可选用轴承钢 GCr15 和弹簧钢 65Mn 等；对于形状复杂的轴，可选用球墨铸铁；对于高转速、重载荷条件下 工作的轴，选用20CrMnTi、 20Mn2B、 20Cr 等合金渗碳钢或 38CrMoAl 氮化钢。 轴类零件的设计与加工工艺 6 轴类零件应根据不同的工作条件和使用要求选用不同的材料并采用不同的热处理规范（如调质、正火、淬火等），以获得一定的强度、韧性和耐磨性。 45 钢是轴类零件的常用材料，它价格便宜经过调质（或正火）后，可得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能，淬火后表面硬度可达45～ 52HRC。 40Cr 等合金结构钢适用于中等精度而转速较高的轴类零件，这类钢经调质和淬火后，具有较好的综合机械性能。 轴承钢 GCr15 和 弹簧钢 65Mn，经调质和表面高频淬火后，表面硬度可达 50～58HRC，并具有较高的耐疲劳性能和较好的耐磨性能，可制造较高精度的轴。 精密机床的主轴（例如磨床砂轮轴、坐标镗床主轴）可选用 38CrMoAIA 氮化钢。 这种钢经调质和表面氮化后，不仅能获得很高的表面硬度，而且能保持较软的芯部，因此耐冲击韧性好。 与渗碳淬火钢比较，它有热处理变形很小，硬度更高的特性。 （ 2）毛坯的选择 轴类零件可根据使用要求、生产类型、设备条件及结构，选用棒料、锻件等毛坯形式。 轴类零件最常用的毛坯是圆棒料和锻件；有些大型轴或结构复杂的 轴采用铸件。 钢料经过加热锻造后，可使金属内部获得纤维组织，杂质的分布也比较均匀，从而获得较高的强度和韧性，故一般比较重要的轴，多采用锻件。 常用圆棒料， 轴类零件可根据使用要求、生产类型、设备条件及结构，选用棒料、锻件等毛坯形式。 对于外圆直径相差不大的轴，一般以棒料为主；而对于外圆直径相差大的阶梯轴或重要的轴，常选用锻件，这样既节约材料又减少机械加工的工作量，还可改善机械性能。 根据生产规模的不同，毛坯的锻造方式有自由锻和模锻两种。 中小批生产多采用自由锻，大批大量生产时采用模锻。 锻件 — 毛坯经过加热锻造后，可使金属内部纤维组织沿表面均匀分布，获得较高的抗拉强度、抗弯强度及抗扭强度； 铸件 — 大型或结构复杂的轴。 轴类零件的热处理工艺 热处理分为两大类：①预备热处理：目的是改善加工性能、消除内应力和为最终热处理做好组织准备。 一般安排在精加工之前。 常用的方法有退火、正火、时效和调质等。 ②最终热处理：目的是提高材料的强度和硬度。 常用的方法有：淬火、渗碳轴类零件的设计与加工工艺 7 淬火、渗氮淬火等。 轴类零件的加工性能和使用性能除与所选用钢材种类有关外，还与所采用的热处理方法有关。 锻造毛坯在加工前，均需 要正火或退火处理（碳的质量分数大于w(c)=%的碳钢和合金钢），以使钢材内部晶粒细化，消除锻造应力，降低材料硬度，改善切削加工性能。 为了获得较好的综合力学性能，轴类零件常要求调质处理。 毛坯余量大时，调质一般安排在粗车之后、半精车之前，以便消除粗车时产生的残余应力；毛坯雨量小时，调质安排在粗车之前进行。 如果进行局部表面淬火，一般安排在精车之前，这样可纠正因淬火引起的局部变形。 对于精度要求高的轴，早局部淬火后或粗磨后，还需进行低温时效处理（在 160℃ 油中进行长时间的低温时效），以保证尺寸的稳定。 对于氮 化钢（如 38GrMoAl） ，需在渗氮之前进行调质和低温时效处理。 对调质的质量要求也很严格，不仅要求调质后索氏体组织要均匀细化，而且要求离表面 8～10mm层内铁素体含量不超过 w(c)=5%，否则会造成氮化脆性而影响其质量。 轴类零件应根据不同的工作条件和使用要求选用不同的材料并采用不同的热处理规范（如调质、正火、淬火等），以获得一定的强度、韧性和耐磨性。 45 钢是轴类零件的常用材料，它价格便宜经过调质（或正火）后，可得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能，淬火后表面硬度可达45～ 52HRC。 40Cr 等合金结构钢适用于中等精度而转速较高的轴类零件，这类钢经调质和淬火后，具有较好的综合机械性能。 轴承钢 GCr15 和弹簧钢 65Mn，经调质和表面高频淬火后，表面硬度可达 50～58HRC，并具有较高的耐疲劳性能和较好的耐磨性能，可制造较高精度的轴。 精密机床的主轴（例如磨床砂轮轴、坐标镗床主轴）可选用 38CrMoAIA 氮化钢。 这种钢经调质和表面氮化后，不仅能获得很高的表面硬度，而且能保持较软的芯部，因此耐冲击韧性好。 与渗碳淬火钢比较，它有热处理变形很小，硬度更高的特性。 正火或退火：锻造毛坯，可以细化晶粒，消除应力，降低硬度，改善切削加工性能。 调质处理：安排在粗车之后、半精车之前，已获得良好的物理力学性能。 45 号钢经过调质处理后， 可得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能，淬火后表面硬度可达 45~52HRC。 轴类零件的设计与加工工艺 8 表面淬火：安排在精加工之前，这样可以纠正因淬火引起的局部变形。 低温时效处理：精度要求较高的轴类零件，在局部淬火或粗磨之后进行。 6 轴类零件 的 一般加工要求及方法 轴类零件加工工艺规程注意点 在学校机械加工实习课中，轴类零件的加工是学生练 习车削技能的最基本也最重要的项目，但学生最后完工工件的质量总是很不理想，经过分析主要是学生对轴类零件的工艺分析工艺规程制订不够合理。 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，须注意以下几点 ： （ 1） 零件图工艺分析中，需理解零件结构特点、精度、材质、热处理等技术要求，且要研究产品装配图，部件装配图及验收标准。 （ 2） 渗碳件加工工艺路线一般为：下料→锻造→正火→粗加工→半精加工→渗碳→去碳加 工（对不需提高硬度部分）→淬火→车螺纹、钻孔或铣槽→粗磨→低温时效→半精磨→低温时效→精磨。 （ 3） 粗基准选择：有非加工表面，应选非加工表面作为粗基准。 对所有表面都需加工的铸件轴，根据加工余量最小表面找正。 且选择平整光滑表面，让开浇口处。 选牢固可靠表面为粗基准，同时，粗基准不可重复使用。 （ 4） 精基准选择：要。