南京航空航天大学《工程材料与热加工基础》课程设计⑤

1、南京航空航天大学工程资料与热加工基础课程设计说明书学院：航空宇航学院专业：飞翔器设计与工程班级：学号：姓名：指导老师：达成日期：2013年6月26日南京航空航天大学工程资料与热加工基础课程设计学生姓名：学院：学号：指导老师：题目：典型零件的选材、加工工艺路线与构造工艺性分析起止时间：2013-6-23至2013-6-261、课程设计的目的工程资料与热加工基础是工程类专业的必修技术基础课，其内容包含：工程资料学、锻造、锻压、焊接等。为提升学生的工程实践能力和综合运用所学知识的能力，在学习该课程后进行为期一周的课程设计，其目的是：（1）经过课程设计的实践，使学生进一步认识和稳固讲堂所学的有关知识，

2、提升学生综合运用所学知识的能力。2）经过课程设计使学生初步达到在一般机械设计中，能合理地选择资料，选择毛坯制造方法，并合理地安排热办理工艺及零件制造工艺流程。2、课程设计的主要内容（1）依据图纸熟习机械产品的构造、各零件的作用和工作条件。（2）依照零件的受力状况，环境及无效形式进行零件的选材设计（即选择适合的资料成分、组织及热办理工艺）。（3）依照零件的使用条件、制造精度、形状尺寸、资料及生产性质（批量）等条件，对指定零件进行毛坯种类的选择，并进行构造工艺性剖析、达成工艺设计的主要内容（如：对于铸件，要求确立锻造方法、浇注地点、分型面、并在零件图上用引线表示标出浇冒口地点，要求画出锻造工艺图）

3、。（4）对轴类零件还应设计其制造工艺流程，正确选择热办理工艺并在工艺流程中合理安排其地点，要求做详尽剖析说明。3、课程设计要求（1）依据任务书中零件，按设计指导书中有关要求进行设计。（2）设计中拟订某项方案是，应试虑23中方案进行比较，充分论证后，选择最正确方案，并在设计说明中详尽表达该内容，不赞同只给出简单结论。（3）必需独立达成一份课程设计说明书，要求阐述清楚，文字简短，阐述中附带必需的插图。（4）按格式书写课程设计说明书。包含：封面、目录、正文、领会、建讲和参照资料等。4、课程设计达成状况教课内容由课程设计部署（2-3学时）、指导（2-3）学时、综合实验（5学时）、自行设计大作业构成。第

4、一部分课程设计部署（2-3学时）设计的目的课程设计题目的选定和要求课程设计的内容和步骤课程设计的时间和安排课程设计的要求第二部分实验（5学时）1、经过工程资料与热加工基础课程的学习，认识资料常用的力学性能试验方法和设施，学会硬度计的使用，学会光学金相显微镜的使用，学会剖析常用碳钢的均衡组织，学会使用惯例的热办理炉进行惯例的热办理实验，掌握热办理加热、冷却方式对资料组织与性能的影响等。2、在上述实验的基础上，任课老师的赞同下，欢迎同学进行一些综合性和设计性的实验，并写出预备实验报告、实验题目、实验目的、实验所用的资料与设施，并对实验的结果进行必需的剖析等，交给任课老师批阅，确立实验时间后由任课老

5、师或实验老师指导进行实验。第三部分学生自行设计与教师指导（3-4天）1、三种零件（铸件、锻件、焊接件）确立后，学生要查阅有关的资料，了解各个零件的工作条件（受力大小、力的性质、环境能否有腐化等），依据零件的工作条件和构造特色拟订2-3个选材方案，并进行剖析比较，再安排其余加工工艺路线，并剖析各样热办理工序的作用以及办理后资料的组织与性能特色。2、分别对三种零件（铸件、锻件、焊接件）拟订2-3个毛坯生产的详细方案并进行比较，确立一个最正确方案画出三种零件的生产工艺图。南京航空航天大学5、查核与成绩评定状况由课程设计报告（80%）和平常成绩（20%）两部分构成。指导老师署名年月日6、系部审察建议评

6、审老师署名年月日南京航空航天大学目录第一章序篇1、任务书第二章正文零件设计实例一、接合螺母（锻件）1、零件简介2、零件简图3、技术要求及生产性质4、零件选材5、毛坯选择6、锻造构造工艺性剖析及锻造方法的选择7、工艺流程二、轴座（铸件）1、零件简介2、零件简图3、技术要求及生产性质4、零件选材5、毛坯选择6、浇注地点及分型面的选择7、工艺流程三、压缩空气储存罐（焊件）1、零件简介2、零件图3、技术要求及生产性质4、零件选材5、焊接方法选择6、毛坯的生产方案7、焊接构造设计8、工艺流程南京航空航天大学第三章课程设计总结一、课程设计领会二、课程建议附录：参照资料第二章零件设计实例一、锻件设计（接合螺

7、母）1、零件简介接合螺母主要用来防备振动，用于承受较大载荷或承受变载荷的连结。2、零件简图南京航空航天大学3、技术要求及生产性质（1）、技术要求：承受700MPa的高压力，硬度要求为2632HRC南京航空航天大学（2）、生产性质：小批量生产4、零件选材工作条件：1）承受必定的压载荷。2）因为振动会承受必定的动载荷。3）承受必定冲击载荷。主要无效形式：1）疲惫断裂：因为交变载荷长久作用，造成螺母疲惫断裂。这是最主要的失效形式。2）变形无效：因为大载荷和冲击载荷作用，螺母发生变形。3）磨损无效：过分磨损。性能要求：依据工作条件和无效形式，对螺母的选材提出以下性能要求：（1）优秀的综协力学性能，即强

8、度、塑性、韧性有优秀的配合，以防备冲击和过载断裂。2）高的疲惫强度以防疲惫断裂。3）优秀的耐磨性以防备螺母磨损。别的，对刚度、切削加工性、热办理工艺和成本等要素也应综合考虑。轴类零件选材时主要考虑强度，同时兼备资料的冲击韧性和表面耐磨性。强度设计应保证螺母的承载能力，防备变形无效为了兼备强度和韧性，同时考虑疲惫抗力，一般用中碳钢或中碳合金调质钢制造。主要钢种是45、40Cr、40MnB、30CrMnSi、35CrMo和40CrNiMo等。详细依据载荷种类和淬透性要求来决定。进一步剖析以下：方案一：中碳合金调质钢，依据要求选择40MnB40MnB调质后局部淬硬可知足硬度要求。在其工作过程中能够承

9、受中等载荷，很好的知足所需要的要求。可是它不可以承受较大的冲击和交变载荷。方案二：低碳钢，依据要求选择25钢钢的各项力学性能均达到要求。其机械性能较好，冷热加工性能优秀，并且价钱较低，根源较广。可是它的淬透性低，截面尺寸大和要求比较高的工件不宜采纳。综合剖析：螺母的受力主假如交变载荷和冲击。并且螺母的尺寸较小，无需采纳淬透性很高的钢种。所以采纳25钢。5、毛坯选择：1）锻造毛坯：锻造毛坯一般组织粗大，力学性能不如锻件，且内部常存在缩孔、气孔、砂眼等缺点。简单在工作中形成裂纹，传达扭矩能力不好，易惹起零件的无效。铸件质量不稳固，难以控制，废品率高。南京航空航天大学（2）锻造毛坯：锻造有着优秀的综

10、合性能，而螺母要求综合机械性能好、缺点少。该接合螺母，形状规则构造简单，锻造构造工艺性优秀。零件选材为25钢，为低碳钢，有着优秀的锻造性。综上所述，应当选择锻造毛坯。6、锻造构造工艺性剖析及锻造方法的选择：1）锻造方法的选择方案一：自由锻自由端固然工艺灵巧，工具和设施简单，成本较低，可是其精度低，加工余量大。不适合大量量生产。方案二：模型锻模型锻尺寸精度高，加工余量小，锻件纤维散布合理，组织致密，锻件强度高，可进一步提升零件的使用寿命。可是其成本较高，生产准备周期长。摩擦压力机上模锻表面质量好，能够达成校订等后续工序，生产精度高。适合大量量生产。综上应选择摩擦压力机上模锻。7、工艺流程1）工艺

11、流程为：下料锻造正火机械加工半粗加工调质局部淬火回火人工时效终检2）热办理工艺剖析正火：获取适合硬度，以便于机械加工，同时改良锻造组织，为调质办理做准备。调质办理：使螺母获取较高的韧性和足够的强度使其拥有优秀的综合机械性能和疲惫强度。调质后组织为回火索氏体。为了更好的发挥调质成效，将调制安排在粗加工后进行。局部淬火：淬火温度900910左右，盐浴中冷却。淬火后经560-600高温回火，空气冷却，表面获取回火索氏体组织。拥有高硬度和耐磨性，以知足工作需求。人工时效：除去内应力，减小零件变形，稳固尺寸，对精度要求较高的螺母更加重要。二、铸件设计（轴座）1、零件简介轴座是机器中的基础零件，主要用来支

12、撑轴承。南京航空航天大学2、零件简图（以下列图所示）3、技术要乞降生产性质技术要求：b200MPa，支承轴件，承受振动，对40mm内孔表面及底板平面有尺寸要求。生产性能：大量量生产4、零件选材1）工作条件用来支撑轴承，所以主要受压应力。别的轴座还要承受轴件工作时的动载荷（振动）以及稳固在机架或基础上的紧固力。2）无效形式疲惫断裂：因为长久受其余零件工作时产生的交变应力，造成支座的疲惫南京航空航天大学断裂3）选材方案一：采纳铸钢。铸钢拥有较高的强度，成本较低，在重型机械顶用于制造承受大负荷的零件。拥有较大的冲击韧性，并能经过热办理获取更好的机械性能。可是铸钢流动性较差，缩短性差，易出现浇不足，缩

13、孔，晶粒粗大等缺点。因为工艺性的限制，所制零件常常壁厚较大、形体粗笨。切削加工较为困难。方案二：采纳灰铸铁。HT250有较好的锻造性能和较低的缺口敏感性，强度较高，耐热耐磨性好，减震性优秀，经过人工时效能够承受较大的载荷。并且，经过孕育办理后，石墨获取细化，能够改良灰口铸铁的强度和其余性能。切削加工也比较便利。固然焊接性能较差可是没有焊接的需求，作为耐压零零件，灰铸铁的抗压强度时抗拉强度的2.54倍，特别适适用作机床床身等零件，加之成本便宜，是该零件较好的选择。方案三：采纳球墨铸铁。球墨铸铁的力学性能比灰铸铁要好，但价钱要高。综合考虑，因为该零件壁厚不是很厚，采纳HT250在力学性能上能够达到

14、要求，且能降低成本。5、毛坯选择该零件形状复杂，且大量量生产，应采纳资料利用率高、成本低的锻造毛坯。选择锻造性能优秀的灰铸铁（HT250），无需考虑补缩。对于锻造毛坯的生产有以下两种方案：方案一：采纳分开模两箱造型，水平浇铸。型腔较浅，所以造型、下芯很方便，铸件尺寸较精准。但分型面经过铸件圆柱面，会产生披缝，同时铸件在上、下箱参半，简单产生错箱缺点，且飞边的清理工作量较大。方案二：采纳整模造型，垂直浇铸。铸件沿底面分型，铸件所有在下箱，即上箱为平面，不会产生错箱缺点，且使主要加工面处于铸型侧面，清理简易。采纳雨淋式交口垂直浇注，能够控制金属液呈细流流入型腔，减少冲击力，铁液上涨安稳，铸件定向凝

15、结，补缩成效好，气体、熔渣易于上调，不易产生夹渣、气孔等缺点，渐渐组织平均，致密、耐磨性好。可是轴孔凸台阻碍起模，一定采纳活块或下芯来战胜；当采纳活块时，轴孔又难以下芯。综合剖析，因为是大量量生产，机器造型难以进行活块造型，所以宜采纳型芯战胜起模的困难。所以采纳方案二。6.浇注地点及分型面的选择：（1）浇注地点选择：1、铸件的重要加工面应朝下或位于侧面南京航空航天大学2、对于需要增补的铸件，应把界面较厚的部分放在砂型的上部或侧面。3、拥有大面积薄壁的铸件，应将薄的部分放在铸型的下部，或使其处于垂直或倾斜地点，有益于金属的填补，防备产生浇不足或冷隔等缺点。4、铸件的大平面应当朝下。（2）锻造分型

16、面的选择：1、分型面一般应取再铸件的最大截面上，不然难以拿出模样。2、铸件的加工面及立功基准表面尽量放在同一砂箱中，以保证铸件的加工精度。3、应尽量减少分型面数目，并力争采纳平面作为分型面，以减少砂箱数，简化造型工艺。4、应尽量减少型芯、活块得数目，以减少成本、提升工效。5、主要型芯应尽量放在半铸型中，以利于下芯合理和检查型腔尺寸。7、工艺流程整模造型下料熔炼浇注落砂、清理查验能否合格去应力退火三、焊接件设计（压缩空气储存罐）1、零件简介压缩空气储存罐能够用于汽车刹车。2、零件图1Cr18Ni9也是压力容器的常用资料，其南京航空航天大学3、技术要求及生产性质技术要求：罐体壁厚2mm，端盖厚3m

17、m，4个管接头为标准件M10，工作压力0.6MPa。生产性质：大量量生产。1）工作条件：压缩空气储存罐要承受各样静（如重力、支座反力）、动载荷或交变载荷，附带机械或温度载荷；多半容器容内压缩气体或饱和液体，若容器破碎，致使介质忽然卸压膨胀，瞬时开释出来的损坏能量极大。此外因为其形状复杂，壁薄，进而必需采纳冷压力加工和焊接成形工艺。（2）无效形式：过分变形无效：因为气瓶是薄壁容器，并且承受内压和外力共同作用，所以有可能因为过载产生鼓胀、曲折、扭转、失稳等现象进而产生过分变形无效。断裂无效：断裂无效主要包含韧性断裂，脆性断裂，疲惫断裂，环境断裂，蠕变断裂五种4、零件选材该构造对焊接性要求较高，要有

18、较好的气密性和耐腐化性，能承载必定的冲击。在知足构造使用要求的条件下，尽量选择焊接性能较好的资料。一般碳的质量分数小于0.25%的碳素钢和碳的质量分数小于0.20%的低合金钢都拥有优秀的焊接性,应尽量采纳。碳的质量分数大于0.50%的碳素钢和碳质量分数大于0.40%的合金钢焊接性较差，尽量防止采纳。同一构件焊接时尽量采纳同种金属资料。方案一：采纳一般碳素构造钢，如Q235-A，有优秀的塑性、韧性、焊接性及冷加工性，并且价钱廉价，适适用于批量生产。可是力学性能一般，淬火性能差。方案二：一般低合金钢。一般低合金钢中有很多适适用于制作压力容器的资料。如16Mn，其力学性能优秀，b1440MPa，s1

19、200MPa，是压力容器常用资料之一，且其塑性也很好，适于冲压。对焊接加热和冷却不敏感，焊缝和热影响区不简单产生裂纹，拥有优秀的焊接性能、工艺性能及低温冲击韧性。方案三：奥氏体不锈钢。奥氏体钢中的1Cr18Ni9成本较高，不宜优先考虑。一般碳素结南京航空航天大学b550MPa，s40MPa。奥氏体型的钢板的综合性能最好，既有足够的强度、优秀的耐腐化性，又有极好的塑性同时硬度也不高，并且焊接性较好，焊接时一般不需要采纳特别的工艺举措弊端是不锈钢很昂贵不适合批量生产。剖析以上三种资料，因为使用构钢固然承受压力的能力很大，但此零件对承压的能力要求其实不高。应选择16Mn即可切合要求。5、焊接方法选择

20、因为其形状复杂，壁薄，进而必需采纳冷压力加工和焊接成形工艺。要达到高的焊接力学性能所以这里采纳氩弧焊。方案一：先把圆筒状料裁下来为两部分，一部分冲压胀形为圆形，另一部分冲压胀形为方形，且充好接口，再把两部分横向焊接起来。对焊接性能的要求相对要低一些，但冲压也不易使两边成形配合。方案二：先把板料冲裁出来，曲折后沿纵向焊接，再打磨滚压焊缝，经过胀形的方法成形为上圆下方的形状。易于实现冲压成形。弊端是先焊后冲压，对焊接性能要求更高。、毛坯的生产方案：因为钢制压力容器的形状比较简单，工作条件要求较高的安全性，加之资料厚度小且需要进行批量生产，所以可采纳冲压与焊接的方法加工。、焊接构造设计：选择气瓶资料

21、：接收采纳优良碳素构造钢10，切削加工后焊到瓶体上。上、下封头用现有一般碳素构造钢钢板冲压成形，筒身用低合金构造钢钢板卷圆后焊成。确立焊缝地点：瓶体焊缝部署有两种方案，以下所示。方案一：瓶体由上、下两部分经冲压成形后焊在一同，焊接工作量小，但因为瓶体修长，难以冲压成形，且现有钢板规格难以知足，故此方案不行取。方案二：瓶体由上、下封头及简身三部分构成。上、下封头冲压成形，件身由钢板卷圆后焊好，再将上、下封头与件身焊在一同。受钢板规格所限，封头需要由两块钢板冲压后焊接而成，筒身也需要多次焊接而成，固然焊接工作量大，但上、下封头易冲压成形，故应采纳此方案。焊接接头设计：接收与瓶体的焊缝采纳不开坡口的

22、角焊缝.因气瓶为压力容器，为保证焊接质量，筒身的纵向焊缝及上、下封头与简身的环形焊缝均采纳形开坡口双面焊：选择焊接方法和焊接资料：接收与容器体焊接，因焊缝直径很小，长度均较短，且大多半焊缝在弧面上，故采纳焊条电弧焊方法，为保证焊接质量，常采纳碱性焊条J507。容器筒体环形焊缝、纵向焊缝的焊接，可采纳气焊、手弧焊、埋弧自动焊、二氧化碳气体保护焊、氩弧焊等多种焊接方法进行。考虑到南京航空航天大学是大量生产，且产品是压力容器，为保证焊接质量，提升生产率，常采纳埋弧自动焊。焊丝采纳H08A，配合焊剂HJ43l。主要工艺举措：1）上下封头拉深成型后，因张口端变形大，冷变形加强严重，加上板材纤维组织的影响，在剩余应力作用下很简单产生裂纹，为防备裂纹产生，拉深后应进行再结晶退火。2）为减少焊接缺点，焊件接缝邻近，一定严格