工程材料与热加工基础课程设计

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1、一 轴类零件 1、零件名称：C6132车床主轴2、 零件图：    3、选材 1、技术要求和生产性质 （1）技术要求：在滚动轴承中运转，承受交变弯曲和扭转应力，σb ≥800Mpa，δ≥9%，α≥0.6MJ/m2，内锥孔和外锥体硬度40～45HRC，其余部位220～250HBS （2）生产性质：大批生产 2、选材分析 （1）工作条件      车床主轴，带动工件旋转，并能承受一定的载荷。它在滚动轴承中运转，还需要承受摩擦。因而其工作条件为： a． 传递扭矩，承受拉、压载荷； b． 轴颈承受较大的摩擦； c． 承受一定的冲击载荷。      （2）失效形式           轴被轴承

2、支承的部分成为轴颈。主轴在工作时由于轴颈和轴承的接触会产生摩擦，导致表面发热、磨损。同时交变载荷长期作用也会是轴疲劳断裂。所以车床主轴的主要失效形式有：a.疲劳破坏造成断裂 b. 过度磨损导致失效 （3）综合分析           C6132车床主轴需要承受较大的抗拉强度，具有较大的冲击韧性，对局部锥孔需要进行另外热处理，其余部位的硬度也有一定要求，而且要大批量生产，选用的材料应比较常用且较便宜。      （4）选材方案           方案一：  从碳钢中选择。一般车床主轴多用45钢，其价格相对较便宜，在调质处理后力学性能有所改善。45钢在热处理后σb为650～800Mpa

3、，αk≥450J/m2，硬度可达到220～250HBS。而此处要求σb ≥800Mpa，αk≥0.6MJ/m2。45钢硬度能满足要求，但其抗拉强度和冲击韧性太低，不满足要求。 方案二： 从合金钢中选择。选择40Cr这种中碳合金调质钢。它的价格要比普通的45钢高。但性能更好。其力学性能：σb≥1000Mpa，αk≥600 J/m2，调质后硬度达220～250HBS，局部淬硬，表面硬度可达46～55HRC。因此它具有较高的疲劳强度，能抵抗一定程度的变形。同时合金钢中Cr的加入可有效提高淬透性，整体力学性能较好。 结论： 综上所述，应选择40Cr作为C6132车床主轴的材料。 4、零件毛坯

4、生产    车床主轴承受重载，交变载荷，并高速旋转，适合采用锻件。锻造能使材料的力学性能更加良好。锻造毛坯有三个方案：方案一：    采用自由锻。自由锻成本低，很经济。但是自由锻消耗时间厂，效率比较低，只适用于小批量生产。该车床主轴要求大批量生产，条件不符。    方案二：    采用锤上模锻。与自由锻相比，生产率高，加工余量小，可锻出形状复杂的锻件，而且能节省金属材料，降低生产成本。但是其型槽复杂造价高。    方案三：    采用压力机上模锻。选择平锻机上模锻，适合制造长轴和带孔零件，生产率比较高。    结论：        由于车床主轴是大批量生产，因此不适合采用自由锻，自由

5、锻劳动强度大而且生产效率低。至于锤上模锻，其锻模模膛复杂，造价高。因此采用平锻机上模锻，生产效率高，且适合长轴的生产。 5、工艺流程    下料→锻造→正火→机械加工→调质→表面局部淬火，低温回火→精车→去应力退火→磨削→人工时效→精磨 由于主轴的大批量生产，工序不宜过于复杂。正火是为了得到合适的硬度，以便于机械加工。调质处理是得到较高的韧性和足够的硬度。较高的硬度能防止轴颈的磨损失效。局部淬火则是为了保证内锥孔和外锥体的硬度。去应力退火和人工时效作用是为了消除内应力，减少零件变形，稳定尺寸。二 轴承座零件 1、零件名称：输送机底座 2、零件图：                   

6、  3、选材    1、技术要求和生产性质      （1）技术要求：σb≥100Mpa，尺寸稳定，作为基础件，主要起支撑和减震的作用 （2）生产性质：单件    2、选材分析      （1）工作条件 主要起支承作用，受压应力，也需要承受零件工作时的动载荷和稳定在机架或基础上的紧固力。 （2）失效形式 变形失效：承受的应力超过极限时，底座变形过大，失效； 疲劳断裂：长期受交变应力的影响，造成底座的疲劳断裂。 （3）综合分析           根据底座的作用和载荷情况，它应有足够的强度和良好的减震性以及尺寸稳定性。选材时应重点考虑材料的强度和刚度，兼顾材料的冲击韧性和硬度。 （4）

7、选材方案          方案一：       选用铸钢。铸钢强度较高，塑性较好，热处理后可获得较高的硬度，并能承受较大的载荷和冲击。但底座一般通过铸造成型，而铸钢的铸造性能较差，易出现浇注不足、缩孔等铸造缺陷，这将影响成型后零件的性能和使用。 方案二： 选用灰铸铁。底座壁厚20mm，选用壁厚20～30mm的HT150，σb ≥170Mpa，满足强度要求。灰铸铁和普通碳钢相比，虽然抗拉强度较低，但是抗压强度是抗拉强度的2.5～4倍，而且耐磨性和消震性好。