行星轮工艺设计.doc
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1、目录前言第一章 零件的分析 一、零件的作用.(4) 二、零件的工艺分析.(4)第二章 毛坯的锻造工艺设计一、简化锻造结构.(5)二、确定余量与公差.(5)三、绘制锻件图(6)四、确定坯料质量.(6)五、计算坯料尺寸.(7)六、确定锻造工序.(8)七、确定锻造设备.(9)八、确定锻造温度范围与冷却方式.(9)第三章 工艺规程设计一、确定毛坯制造形式.(9)二、制定工艺路线.(10)三、机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定.(12)四、确定切削用量及基本工时.(13)第四章 夹具设计一、夹具问题的提出.(20)二、夹具设计.(20)第五章 数控加工一、确定工序及装夹方式.(24)二、选择和设计工
2、艺装备(24)三、数控程序编制(25)结束语 前言毕业设计是在我们学完大学的全部基础课、技术基础课以及大部分专业课后,对整个知识的整合和拓展。随着我国成为“世界工厂”的趋势越来越明显,我国制造业也进入一个发展的“黄金期”。因此为了适应我国制造业的发展,我国提出了重点支助高技术人才的培养,来解决我国的技工荒问题,为了适应这一国家的需要,我们进行了这一次毕业设计,同时这也是我们对自己的知识和学习能力进行了一次大的测验,希望能通过这次的毕业设计对自己将来所从事的工作有个大致的准备,也希望在这次毕业设计中能够发现自己知识的不足,使自己能够提高对问题的解决能力和分析能力,使自己能够用发展的眼光看自己所面
3、临的问题,为今后我国实现“世界工厂”的梦想做出自己应有的贡献。由于能力的有限和时间的仓促,设计中的错误和遗失在所难免,请求各位老师给以指正,学生再此深表感谢。 2007年5月20日 第一章 零件的分析一、零件的作用题目是行星轮。其主要作用是传递扭矩,为机器的正常运转提供动力。零件的内部运用渐开线齿形花键与轴相连,主要是为了提高轴的传递效率和传输精度。由于齿轮的分度圆直径d200mm,因此齿轮采用轮辐结构。二、零件的工艺分析从零件“行星轮”的图纸上可以看出,其零件存在四组加工表面。对于加工表面之间主要有四个位置度要求,现将加工表面分述如下:1、 以140mm为中心的加工表面。其包括以140H7(
4、+00.04)mm的孔面及其倒角,其内齿与140mm所夹的槽表面。其槽的作用是用来使齿轮安装紧密,且利于加润滑油。2、 以160mm孔与140mm孔所突出的部分的表面。其利于齿轮的装紧。3、 齿轮外齿的加工表面。主要是为了提高齿轮的传动精度。4、 以125mm与122mm两孔之间槽的表面和其孔壁。其作用也是为了提高齿轮的装紧程度。并且这四组加工表面之间存在四个位置度要求,其内容如下:1、 内齿轮分度圆相对于140H7(+00.04)mm的圆跳动公差为0.03mm。2、 160mm的圆相对于140H7(+00.04)mm的圆跳动公差为0.03mm。3、 125H7(+00.04)mm相对于140
5、H7(+00.04)mm的同轴度公差为0.03mm。4、 外齿轮的分度圆相对于140H7(+00.04)mm的同轴度公差为0.03mm。 第二章 毛坯锻造工艺设计 胎模锻是在自由锻设备上使用可移动模锻件的一种锻造方法,由以上胎膜锻的定义,再结合零件的基本结构,以此零件采用胎模锻。 齿轮材料为18CrMnNiMo,生产数量为3000件。 1.简化锻件结构 该齿轮生产数量为3000件,为成批生产,应采用胎模锻,并且是采用自由锻的方法制成近于锻件形状的坯料,然后在自由锻锻锤上用胎模锻终锻成形。齿轮的上.下两个端面的圆弧形凸台和凹槽,采用自由锻方法难以锻出,应加余块,其内孔和其他四孔考虑加工余量后大于
6、30mm,故应锻出。2.确定余量和公差此锻件属带孔圆盘,根据其直径(D=380mm,d=114.17mm)和高度尺寸(H=70mm)(1)若按表3-6查知,0.1D=0.1380mm=38mm 0.3D=0.3380mm=114mm H符合0.1DH0.3D,但d=114.17mm0.3D,因此此件不为圆盘类锻件。(2)若按表3-8,0.1D=0.1380mm=38mm 0.3D=0.3380mm=114mm 0.9D=0.9380mm=342mm 符合0.1DH0.3D,0.3Dd0.9D,为圆环类自由锻件,因此,可采用表3-8的数据来确定其加工余量和公差。 查表3-8,根据零件高度(H=7
7、0mm)和外径(D=380mm),精度等级选用F级,查得各部分余量与公差分别为: a =146mm;b=114mm;c=177mm 所以锻件各部分尺寸为: 高度H=H+b=70mm(114)mm=814mm 外径D=D+a=380mm(146)mm=3946mm 内径d=d-c=114.17mm-(177)mm=97.177mm3.绘制锻件图 根据以上数据,即可绘出其自由锻锻件图,如下图:4.确定坯料的质量 根据锻件图可分别计算出m锻、m烧、m切、m芯,对18CrMnNiMo钢,=7.85Kg/dm3,此齿轮采用一火锻成。 (1)m锻 根据公式m锻=V锻V锻=【(D)2/4-(d)2/4】H-
8、4H(d)2/4 =(3.942-0.97172)0.81dm3/4 -40.420.81dm3/4 =8.61dm3 所以m锻=V锻=8.617.85kg=68kg (2)m烧 此锻件一火锻成,火耗损失取2.5%。 所以m烧=2.5%68kg=1.69kg (3)m切 此齿轮坯属于完全镦粗件,故不需切头,即m切 =0(4)m芯 此齿轮坯采用实心冲子双面冲孔法,其芯料损失可按下式进行计算: m芯=1.3d2H=1.30.971720.81kg=1.0kg 4 m芯=41.3d2H=41.30.420.81kg=0.67kg 所以m坯=m锻+ m烧+ m切+ m芯+4 m芯=(68+1.69+0
9、+1.0+0.67)kg =72kg5.计算坯料的尺寸 按经验公式计算 齿轮坯的锻造一般采用圆钢镦粗,则圆钢直径可按经验公式计算: D坯=(0.81)V坯0.333 式中V坯=m坯/,取系数为1,则 D坯= V坯0.333=(72103/7.85)0.333=20.93cm 按“八进七退”的原则,可取D坯=210mm 查表3-12,按国家圆钢直径规格,应取D坯=210mm 所以H坯=V坯/A坯= (m坯/)/(D坯2/4) =(72103/7.85)/(212/4)=26.49cm 对H坯进行圆整,且尾数为0或5,则H坯=265mm 验算:H坯/D坯=265mm/210mm=1.26,符合镦粗
10、规则1.25H/D2.5,坯料尺寸为210mm265mm。(2)按锻件横截面积及锻造比Y计算: 对热扎圆钢,镦粗齿轮坯的锻造比可取Y=3 齿轮坯的横截面积(应减去中间孔的面积) A锻=D2/4-d2/4-4d2/4 =(39.42-9.7172-442)/4 cm2 =1094.24cm2由锻造比Y= A锻/ A坯,则A坯= A锻/Y=1094.24/3 cm2=364.75 cm2而A坯=D坯2/4,所以D坯=(4A坯/)0.5=21.56cm按国家热扎圆钢标准,取D坯=210mm而H坯=V坯/A坯= (m坯/)/(D坯2/4) =(72103/7.85)/(212/4)=26.49cm对H
11、坯进行圆整,且尾数为0或5,则H坯=265mm 验算:H坯/D坯=265mm/210mm=1.26,符合镦粗规则1.25H/D2.5,坯料尺寸为210mm265mm。6.确定锻造工序 根据锻件图要求,确定自由锻的锻造工序如下: 下料、加热; 完全镦粗; 实心冲子双面冲孔; 滚边、修整孔壁; 平整端面。7.确定锻造设备 根据锻件尺寸和质量,查表3-14可选用750kg空气锤。 750kg空气锤锤头的最大行程H行程=835mm,为防止空气锤锤头行程不能满足镦粗齿轮坯的要求,对前面计算出的坯料高度H坯,还需要按下式进行检验: H坯0.75H行程 且H行程=835mm,H坯=265mm 0.75H行程
12、=0.75835mm=626mmH坯 所以选用750kg空气锤可满足要求。 8.确定锻造温度范围和冷却方式 由表3-15、表3-16可查得,18CrMnNiMo钢的始锻温度为1200C ,终锻温度为800C,锻后坑冷。 第三章工艺规程设计一、确定毛坯的制造形式零件为合金钢制零件。因齿轮在传递动力和运行的过程中,要承受很大的冲击性载荷,因此选用锻件,以便使金属纤维尽量不被切断,使齿轮能够工作可靠,且锻件尺寸比较精确,表面比较光洁,流线组织分布的合理,因此其质量较高。且零件年产量为3000件,已达到成批生产的水平,且零件的轮廓尺寸不算大,可以采用模锻成型生产,从提高生产率和保证加工精度方面考虑,也
13、应该采用此种方法。二、制定工艺路线制定工艺路线的出发点,是在综合考虑零件的位置精度和尺寸精度的基础上进行的。在生产纲领已确定为成批生产的基础上,可采用有关先进制造技术和精密机床来尽量使工序集中, 从而提高生产率和制造精度,在此前提下,我们也应该多加考虑经济效益,使其达到成本最低。1、 工艺路线方案一:工序: 、车外圆380mm。 、车内圆、运用数控车床车内圆。、运用磨床摸削左端面。、对内齿轮进行插齿加工。、对外齿轮进行插齿加工。、对零件进行时效处理。、对内齿进行剃齿或珩齿。、对外齿进行磨齿。、钻M20mm的底孔。、攻丝M20mm。、检查。2、 工艺路线方案二:工序: 、车内圆。、运用数控车床车
14、外圆。 、车外圆380mm。、运用磨床摸削左端面。 、对外齿轮进行插齿加工。 、对内齿轮进行插齿加工。、对零件进行时效处理。、对内齿进行剃齿或珩齿。、对外齿进行磨齿。、钻M20mm的底孔。、攻丝M20mm。、检查。3、 工艺方案的分析与比较:上述两个工艺方案的特点在于:方案一是先车外圆,后车内圆,这与方案二正好相反。两者相比较,可以看出,先对内圆的加工有利于保证外圆的位置精度和尺寸精度,并且对于加工外圆时的定位及装夹很容易实现。但在方案二中先对外齿进行加工,这是不利于其的准确定位与装夹;而对于方案一先对内齿轮进行加工,这有利于确保外齿轮加工时的定位与装夹,也有利于确保齿轮高的传动精度。从以上分
15、析可以看出,具体工艺过程如下:工序: 、车内圆。、运用数控车床车外圆。 、车外圆380mm。 、运用磨床摸削左端面。、对内齿轮进行插齿加工。、对外齿轮进行插齿加工。、对零件进行时效处理。、对内齿进行剃齿或珩齿。、对外齿进行磨齿。、钻M20mm的底孔。、攻丝M20mm。、检查。三、机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定:“行星轮”的零件材料为18CrMnNiMo,其硬度为HRC5862,毛坯重量为72公斤,生产类型为成批生产,采用胎膜锻毛坯,精度为9级。根据上述原始资料及加工工艺,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:1、 外圆表面(380mm)其考虑其长度为80mm,与其联结的
16、非加工外圆表面直径为383mm,为简化锻模形状起见,则直接取直径为383mm。3800-0.3mm表面为自由尺寸公差,只要求粗加工,此时直径余量为Z=3mm已能满足加工要求。2、 轴线长度方向加工余量(为磨削余量)160mm的长度磨削的加工余量为0.016mm。模锻斜度为5。3.对模数为3,齿数为39,压力角为30的内齿其精插齿加工余量为0.75mm。其剃齿的加工余量为0.13mm。4.对模数为8,齿数为45,压力角为20的外齿 其精插齿加工余量为1.5mm。其磨齿加工余量为0.15mm。5.螺孔(M20mm) 钻孔:17.9mm 扩孔:19.4mm 2Z=1.5mm6.模锻斜度:内角8,外角
17、5。 模锻圆角半径:外角r=2mm,内角R=5mm。四.确定切削用量及基本工时:工序:车内圆1. 加工条件:工件材料:18CrMnNiMo,硬度HRC3036,模锻加工要求:车内圆面内圆车刀:刀片材料W18Cr4V,刀杆尺寸1625mm2, R0=20 a0=15 kr=90机床:C620-1普通车床2. 计算切削用量: 若要考虑模锻斜度,分两次走刀,背吃刀量ap=2mm 走刀量f=0.8mm/r 计算切削速度耐用度T=3600s V=31kv/(600.85T0.15ap0.2f0.55) =(310.7)/(600.15600.8520.20.80.55) =0.275m/s5、 确定机床
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