工程材料及机械制造基础大作业

1、工程材料及机械制造基础课程结业论文学 院 机 械 工 程 学 院 专 业 班 级 学 号 姓 名 指导老师 完成日期 2015年 5 月 15 日 卧式和面机典型零件的选材及加工工艺一、 前言1. 课程背景工程材料及机械制造基础是研究常用机械零件的制造过程及制造方法的一门综合性技术基础课。是高等工业学校机械类专业和一些非机械类专业必修的技术基础课。课程内容包含工程材料、成型工艺基础和机械加工工艺基础三部分，主要介绍常用工程材料的组织、性能、应用和选用原则；各种毛坯的成型方法及零件的切削加工方法的基本原理和工艺特点；零件的结构工艺性以及机械加工工艺过程的基础知识；机械制造新材料、新技术及新工艺。

2、通过本课程的学习，我们获得了常用工程材料、材料成形工艺及现代机械制造的基础知识，为学习其它相关课程及以后从事工程技术工作和科学研究奠定必要的基础。本文以卧式和面机为例，通过初步分析卧式和面机典型零件的材料选择、毛坯生产方法、热处理工艺、零件制造工艺流程和结构工艺性，以加深对工程材料及机械制造基础课程的理解。2. 卧式和面机简介和面机是一种食品加工机械，在食品机械的设计、制造、维护及材料等方面都要考虑到食品的特殊要求，要有切实可行的密封，简单方便的洗涤，以及彻底干净的杀菌的机构。通常我们应该注意以下几点。1)结构上，接触食品的各个部件要能简单迅速的分解组合，分解的零件能便于洗涤；2)材料上，对接

3、触食品的零部件尽可能地采用不锈钢或其他防锈无污染材料；3)环境保护上，必须有可靠的密封措施，严防杂物混入食品和物料散失；4)在温度上，要有可靠的控温措施；5)在工作环境上，机器应放置在空气流通、光线、温度和湿度适宜的地方。 和面机作用是进行面团的调制，既将各种原、辅料加水搅拌，调制成即符合质量要求，又适合机械加工成形的面团，主要用于面包、饼干、糕点、膨松食品、夹馅饼等食品生产过程中的面团调制。和面机可分为卧式和面机和立式和面机。卧式和面机主要是指搅拌容器轴线与搅拌器回转轴线都处于水平位置，它的特点是，结构简单，制造成本低，卸料清洗方便，所以在食品加工中，如面包、饼干、糕点及一些饮食行业的面食中

4、得到了广泛的应用。根据食品生产的种类和特点不同，面团的各种性质各不相同，可分为韧性面团、水面团及酥性面团，一般来讲，对面团拉伸作用较强时，易于形成韧性面团，而对面团拉捏作用较强时，易于形成酥性面团。 卧式和面机一般是在一根轴上安装几片浆叶，它对面团的拉伸作用较弱。适用于调制酥性面团。二、 典型零件及其功能介绍1.实物图及装配图2.主要部件及其功能1副电动机-驱动调和容器翻转。2蜗杆-将副电动机动力传递给蜗轮。3蜗轮-通过蜗杆将副电动机高转速变为低转速。4传动轴及主轴-传动蜗轮的动力。承载桨叶，供桨叶旋转工作。5搅拌容器-容纳调和物料。6桨叶- 搅拌调和物料。7机座-承载、封装、保护所

5、有机械部件。8主电动机-为主轴转动提供动力。3.工作原理搅拌桨片(6)由轴(4)带动在搅拌容器(5)内回转，同时搅拌容器内(5)在传动装置带动下以一定规律的速度摇动。缸内面粉不断地被推、拉、揉、压，充分搅和，迅速混合，使干性面粉得到均匀的水化作用，扩展面筋，成为具有一定弹性、伸缩性和流动均匀的面团。三、 典型零件选材及加工工艺1. 轴类（以传动轴为例）1.1传动轴性能要求轴类零件的主要作用是支承传动零件并传递动和动力，材料保证在受多种应力的作用工作时能够承载足够大的载荷。1.2材料选择 根据上表卧式和面机的传动轴转速较慢，由于是对面这类食品工作，所以轴所承受强度不大，而45钢等中碳钢符合受载情

6、况。根据经济性，及强度要求综合考虑，我们使用45钢作为卧式和面机的传动轴。主轴因为与食品直接接触，而45钢耐腐蚀性较差，所以使用1Cr18Ni9Ti食品级不锈钢。1.3毛坯 卧式和面机传动轴属于中、小传动轴，并且各外圆直径尺寸相差不大，根据45钢圆钢型材表，选择56mm的热轧圆钢作毛坯。 45#圆钢型材理论参数(一）圆钢规格、重量表冶标（YB）158-63 直    径(mm)截面面积(cm2)理论重量   (kg/m)直径(mm)截面面积(cm2)理论重量(kg/m)50.19630.1544515.9012.485.60.24630.193

7、4818.1014.2160.28270.2225019.6415.426.30.31170.2455322.0617.3270.38480.3025624.6319.3380.50270.3956028.2722.1990.63590.4996331.1724.47100.78540.6176533.1826.05110.95030.7467038.4830.21121.1310.8887544.1834.68131.3271.048050.2739.46141.5391.218556.7544.55151.7671.399063.6249.94162.0111.589570.8855.64

8、172.2701.7810078.5461.65182.5452.0010586.5967.97192.8352.2311095.0374.60203.1422.47120113.1088.78213.4642.72125122.7296.33223.8012.98130132.73104.20244.5243.55140153.72120.84254.9093.85150176.72138.72 1.4热处理工艺轴的热处理要根据其材料和使用要求确定。根据表6.1对于传动轴，正火、调质用得较多。该轴要求调质处理，并安排在粗车各外圆之后，半精车各外圆之前。1.5工艺分析 加工时要满足“基准先行，

9、先粗后精，先主后次，先面后孔”的加工原则需要对毛坯进行表面加工。传动轴的绝大部分表面为回转体，所以主要采用车削的表面加工方法，由于M、N表面精度达到Ra0.6-0.8，而车削能达到的精度等级为IT8-7 (Ra1.6 -0.8)，所以还需要进行磨削。磨削安排在车槽、铣键槽之后。最后要进行检验。进行车削前要先确定定位基准。以圆钢外圆面为粗基准，粗车端面并钻中心孔。为保证各圆面的位置精度，以轴两端中心孔为定位基准，这样满足了基准重合和基准同一原则。调质处理后，以外圆面定位，精车两端面，并修整中心孔。再以修整后的中心孔为基准进行半精车和磨削。粗车端面，钻中心孔，粗车外圆面。进行调质处理235HBS。

10、半精车两端面，修整中心孔。精车各外圆面。车螺纹铣键槽，保证其尺寸，并去毛刺。磨削各外圆面，使其表面粗糙度达到Ra3.2m1.6零件制造工艺流程     综合上述分析，传动轴的工艺路线如下： 下料车两端面，钻中心孔粗车各外圆调质半精车车螺纹铣键槽磨削各外圆面检验。2.支撑类零件（以主轴支座为例） 2.1主轴支座的性能要求足够的抗压性能、刚度，良好的减震性及尺寸稳定性，良好的加工性及铸造工艺性。2.2选材 部分箱体支撑类零件用材情况主轴基座主要用来支撑主轴，工作时有较大的震动，需要保证其稳定性。结合上表综合考虑，选择灰口铸铁HT200作为

11、主轴基座的材料。2.3毛坯成型工艺分析 主轴基座是箱体支撑类零件，其形状复杂，适宜采用铸造成型的方法加工毛坯。砂型铸造适合于在任何条件下生产各种合金铸件，应用最为普遍。因为此例为单件小批量生产，所以采用手工造型的方法。2.3.1浇注位置的选择 对于有大平面的铸件，应将铸件的大平面放在铸型的下面。所以，在浇注带有筋条的平板时应采用如右图的浇注位置。这样可使铸件的大平面不易产生夹砂等缺陷。2.3.2铸型分型面的选择分型面的应选择在最大截面上，并尽量做到只有一个分型面避免三箱造型，还应该减少活块或型芯的数量，尽量使铸件的大部分或全部全部放在一个沙箱内。因此选用如图的分型面。2.3.3主要工艺参数的确

12、定1)铸造收缩率材 料灰铸铁铸钢非铁金属收缩率/%0.71.01.61.21.01.5 2)机械加工余量: 铸铁件的机械加工余量通常取315mm之间。3)起模斜度: 起模斜度的大小取决于立壁的高度、造型方法、模样材料等因素，通常为15°3°。此零件尺寸小，选用3°即可。4)铸造圆角: 避免铸件在尖角处应力集中，避免浇注时造成冲砂、砂眼等缺陷，提高铸件强度，应将模样上的尖角做成圆角。5)最小铸出孔生产批量灰铸铁件最小铸出孔直径/mm大量生产1215成批生产1530单件小批生产3050根据上表，所需孔直径均小于铸铁件最小铸出孔直径。所以，孔后续加工。2.4孔的加工 孔

13、的加工主要为主轴承孔的加工。其内圆柱面表面粗糙度要求为Ra1.6，精度等级IT8IT7。加工工艺路线：钻孔(公差等级一般为IT1211，Ra2512.5m) 扩孔(公差等级一般为IT11IT10,表面粗糙度Ra6.33.2m) 绞孔(公差等级达到IT97，表面粗糙度要求达到Ra3.20.4m)2.5表面加工需要配合的底面、轴孔端面需要进行表面加工，表面粗糙度要求为Ra3.2，精度等级IT8。加工工艺路线：粗铣(精度等级达到IT12) 精铣(精度等级达到IT8)2.6工艺流程 造砂型及木模浇注冷却毛坯时效处理钻轴承孔扩轴承孔绞抽承孔粗铣轴承孔端面精铣轴承孔端面粗铣底面精铣底面去毛刺检验3.桨叶(

14、板料冲压加工) 3.1性能要求及选材1)具有足够的机械强度。即在工作温度范围内具有足够的，稳定的机械强度(屈服极限和强度极限)。 2)具有高的韧性和塑性，避免叶片在载荷作用下产生脆性断裂。  3)耐蚀性。抵抗食品的腐蚀以及湿蒸汽和空气中氧的腐蚀能力。 4)耐磨性。抵抗湿蒸汽中水滴和食品中固体物质的磨蚀。综合上述四点，选用食品级的304不锈钢板，板厚2.5mm，作为材料。3.2加工工艺 1)分离，此例为落料过程。为了节省材料，采用下图的材料排样方式，此外排样时还应该注意材料纤维方向。为保证冲裁质量，模具间隙z的大小为板厚的5%10%。 2)成型，此例中只有弯曲。弯曲

15、时尽量使弯曲线与纤维方向垂直，即使材料所受拉应力方向与纤维方向一致。在载荷卸除后会有回弹现象，设计模具应考虑它的影响。3.3加工工艺路线落料弯曲去毛刺焊接4.焊接件(以搅拌容器为例)4.1搅拌容器的性能要求可以承受足够大的各方向的载荷，不污染食物且不被食品腐蚀。4.2材料的选择奥氏体不锈钢304具有非常好的塑性和韧性,这决定了它具有良好的弯折、卷曲和冲压成型性，因而便于制成各种形状的构件、容器或管道；奥氏体型不锈钢304的耐腐蚀性能特别优良，卧式和面机工作温度为常温，对材料无特殊温度的要求，而不能污染食物，所以采用常用的304食品级不锈钢。根据搅拌容器的要求，选用食品级奥氏体304(0Cr18

16、Ni9)不锈钢板。壁厚1mm。 4.3工艺分析4.3.1奥氏体不锈钢的焊接性奥氏体不锈钢韧性、塑性好，焊接时不会发生淬火硬化，尽管其线膨胀系数比碳钢大得多，焊接过程中的弹塑性应力应变量很大，却极少出现冷裂纹；尽管有很强的加工硬化能力，由于焊接接头不存在淬火硬化区，所以，即使受焊接热影响而软化的区域，其抗拉强度仍然不低。304钢的热胀冷缩特别大所带来的焊接性的问题，主要有两个：一是焊接热裂纹；二是焊接变形大。4.3.2应当采取的工艺措施1)焊条的选择。根据下表，我们选用THS-308焊条。 2)要尽量选用低氢型焊条和无氧焊剂，以防止热裂纹的产生。因此选用氩气作为焊剂。3)焊接参数应选用小的热输入

17、（即小电流快速焊）。在多层焊时，要等前一层焊缝冷却后再焊接次一层焊缝，层间温度不宜高，以避免焊缝过热。施焊过程中焊条不允许摆动，采用窄焊缝的操作技能。 4)选择合理的焊接结构、焊接接头形式和焊接顺序，尽量减少焊接应力，可以减少热裂纹的产生。 因此焊接如下图两平面分割的三个部分，以减少焊缝承受的应力。5)在焊接过程结束和中途断弧前，收弧要慢且要设法填满弧坑，以防止弧坑裂纹的形成。四、总结 经过一个学期的学习，及完成论文大作业的过程，我深深领悟到了知识的重要性。 “工程材料及机械制造基础”这门课使我认识到机械生产中我们所面对的问题和解决方法。通过这次论文大作业，我深入地了解和面机典型零件