《工程材料与热加工基础》课设.docx
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《工程材料与热加工基础》课设
《工程材料与热加工基础》
课程设计
学院航空宇航学院
专业飞行器设计与工程
学号
姓名
指导老师
完成日期2013年6月27日
任务书………………………………………………………………………1
一、锻造零件（传动轴）
1、零件简图…………………………………………………………………4
2、技术要求和生产性质……………………………………………………4
3、选材分析…………………………………………………………………4
4、毛坯选择分析……………………………………………………………6
5、工艺流程…………………………………………………………………6
二、铸造零件（输送机底座）
1、零件简图…………………………………………………………………7
2、技术要求和生产性质……………………………………………………7
3、选材分析…………………………………………………………………8
4、毛坯选择分析……………………………………………………………9
5、浇注位置及分型面的选择………………………………………………11
6、铸件的铸造工艺流程……………………………………………………11
三、焊接零件（钢制压力容器）
1、零件简图…………………………………………………………………12
2、技术要求和生产性质……………………………………………………12
3、选材分析…………………………………………………………………12
4、毛坯选择分析……………………………………………………………15
5、焊接结构设计……………………………………………………………15
6、工艺流程…………………………………………………………………16
四、心得体会………………………………………………………………17
参考资料……………………………………………………………………17
《工程材料与热加工基础》课程设计
学生姓名学院学号指导教师
题目：
典型零件的选材、加工工艺路线安排与结构工艺性的分析
下达时间2013-6-23起讫时间2013-6-24～2013-6-27
1．课程设计的目的：
《工程材料与热加工基础（Ⅱ）》是工程类专业必修的一门工艺性、实践性很强的综合性技术基础课，其内容包括工程材料学、铸造、锻压、焊接等。
为提高学生的工程实践能力和综合运用所学知识分析解决实际问题的能力，在学习该课程后进行为期四天的课程设计。
其目的是：
1）通过课程设计的实践，使学生进一步加深了解和巩固课程所学的有关知识，提高学生综合运用所学知识分析解决实际问题的能力。
2）通过课程设计使学生初步达到在一般机械设计中能合理选择材料、选择毛坯生产方法，并能合理安排典型零件的热处理工艺、零件制造工艺流程及结构工艺性分析。
2．课程设计的主要内容：
本课程设计包括典型零件的材料选择，热处理工艺路线的安排，零件毛坯生产方法选择主要包括铸造、压力加工和焊接三种成型方法。
课程设计的要求：
1）学生根据课程设计指导书中规定的零件或由任课教师指定的零件，任选三个零件（包括铸件、锻件和焊接件各一个），分析各个零件的工作条件、受力状况、失效形式等，合理选择各零件所用材料、选择毛坯生产方法，并能合理安排零件的热处理工艺、制造工艺流程，按设计指导书中要求进行结构工艺性分析与工艺设计。
2）设计中制订的工艺方案（如选材方案、毛坯选择方案、铸造工艺中分型面的选择方案等）,应考虑2~3个方案进行比较,充分论证,选取最佳方案,并在设计说明书中详细叙述,不能只给出简单的结论。
3）每个学生完成一份完整的课程设计报告。
设计说明书是反映设计结果的技术文件，必须认真写好。
要求论述清楚，文字简洁，书写（或打印）工整，论述中应附加必要的插图说明。
4）课程设计报告的格式：
首页为题目，依此为任务书，目录（目录应标明序号、标题和页次），正文、体会和建议、参考资料。
3．课程设计的完成情况：
教学内容由课程设计布置（2-3学时）、辅导（2-3单元）、综合实验（5学时）、自
行设计大作业组成，共4天。
1）课程设计布置（2~3学时）
设计的目的
1、课程设计题目的选定与要求
2、课程设计的内容与步骤
3、课程设计的时间与安排
4、课程设计的要求
2）实验（5学时）
1、通过《工程材料与热加工基础》课程的学习，了解材料常用的力学性能试验方法与设备，学会硬度计的使用，学会光学金相显微镜的使用，学会分析常用碳钢的平衡组织，学会使用常规的热处理炉进行常规的热处理实验，掌握热处理加热、冷却方式对材料组织与性能的影响等。
2、在以上基础实验的基础上，任课老师同意的情况下，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、实验所用材料与设备，并对实验的结果进行必要的分析等，交给任课老师审阅，确定实验时间后由任课老师或实验老师指导进行实验。
3）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）确定后，学生要查阅相关的资料，了解各个零件的工作条件（受力大小、力的性质、环境是否有腐蚀等），根据零件的工作条件和结构特点制定2-3个选材方案，并进行分析比较，再安排其他加工工艺路线，并分析各热处理工序的作用与处理后材料的组织与性能特点。
2、分别对三种零件（铸件、锻件、焊接件）制定2-3个毛坯生产的具体方案进行分析比较，确定一个最佳方案画出三种零件的生产工艺图。
4．考核与成绩评定：
课程设计报告和平时成绩（80%+20%）两部分。
指导教师签字：
年月日
系部审查意见：
负责人签字：
年月日
一、锻造零件（传动轴）
1、零件简图：
2、技术要求和生产性质：
技术要求：
500Mpa，
，
，
，硬度为230—240HBS
生产性质：
小批生产
3、零件的选材分析：
1）工作条件：
1、传递一定的扭矩，承受一定的交变弯矩和拉压载荷；
2、轴颈承受较大的摩擦；
3、承受一定的冲击载荷。
2）失效形式：
1、疲劳断裂：
由于受扭转疲劳和弯曲疲劳交变载荷长期作用，造成轴疲劳断裂，这是最主要的失效形式。
2、断裂失效：
由于大载荷和冲击载荷作用，轴发生折断或扭转。
3、磨损失效：
轴颈处过渡磨损。
3）选材方案：
传动轴的选材主要考虑强度，同时兼顾材料的冲击韧性、表面耐磨性和疲劳抗力。
因此，可以选用中碳钢或中碳合金钢制造。
方案一：
选用45钢。
45钢有较高的强度和冲击韧性和良好的塑性且有较好的切削加工性，这些都满足传动轴对材料的要求。
其机械性能较好，冷热加工性能良好，而且价格较低，来源较广，应用广泛。
方案二：
选用40Cr。
40Cr的强度和淬透性较好且冲击韧性良好，有较高疲劳强度，这都很符合传动轴的要求。
但是其
与传动轴要求
相比相差较大，并且硬度为207HBS不符合要求。
方案三：
选用40MnB。
40MnB调质后局部淬硬可使HBS达到220~250，满足硬度要求。
在其运转过程中可以承受中等载荷及较高的转速，很好的满足所需要的精度要求。
但40MnB不能承受较大的冲击、交变载荷，此乃致命硬伤。
综上，并由传动轴工作时心部所受应力较小，可知应选45钢。
4、毛坯选择分析：
锻造有着良好的综合性能，而传动轴要求综合机械性能好、缺陷少。
该轴是回转体零件，形状规则结构简单，锻造结构工艺性良好，且为小批量生产。
零件选材为45钢，为中碳钢，有着良好的段造型，所以选择锻造毛坯较合适。
方案二：
模型锻
模型锻尺寸精度高，加工余量小，锻件纤维分布合理，可进一步提高零件的使用寿命。
但是其成本较高，生产准备周期长。
摩擦压力机上模锻表面质量好，能够完成校正、精整等后续工序，生产精度高。
适合小批量生产切设备简单，投资少。
方案二：
自由锻。
生产成本低，拔长和滚挤操作比较简单，不使用模具。
但是生产效率底，其精度低，锻件表面特别粗糙，加工余量大。
传动轴为小批量生产，结构比较简单，且精度要求较高，所以应选择摩擦压力机上模锻。
5、工艺流程：
下料→锻造→正火→机械加工→半粗加工→调质→表面淬火，低温回火→粗磨外圆→人工时效→精磨
热处理分析：
正火：
为了得到合适的硬度，以便于机械加工。
调质处理：
为了使传动轴得到较高的韧性和足够的硬度。
人工时效：
为了消除内应力，减少零件变形，稳定尺寸。
二、铸造零件（输送机底座）
1、零件简图：
2、技术要求和生产性质：
技术要求：
≥100Mpa，尺寸稳定，是基础件
生产性质：
单件
3、选材分析：
1）、工作条件：
输送机底座是输送机的基础零件，轴和齿轮等安装在底座之上，保持相互间的位置并协调运动。
机器上的各个零件的重量都由底座来承受，因此底座主要受到压应力，局部受到弯曲应力。
此外，在输送机工作室产生的震动，是动载荷和交变载荷的主要来源。
整个机器的稳定性，与底座关系密切。
此外，底座还承受部分的装配应力，但影响太大。
2）、失效形式：
变形失效：
当承受的应力超过一定限度时，支座产生过量的变形，导致失效
疲劳断裂：
由于长期受其他零件工作时产生的交变应力，造成支座的疲劳断裂
3）、选材方案：
根据支座的工作条件和失效形式，选材时应重点考虑材料的强度和刚度，同时兼顾材料的冲击韧性和硬度，初步得以下两个方案。
方案一：
在铸钢中进行选择
可以考虑铸钢（ZG35Mn）
具有较高的强度、塑性和韧性，成本较低，在重型机械中用于制造承受大负荷的零件。
；具有较大的冲击韧性，并能通过热处理获得更好的机械性能。
但是铸钢铸造性较差，易出现浇不足，缩孔，晶粒粗大等缺陷。
由于工艺性的限制，所制部件往往壁厚较大、形体笨重。
切削加工较为困难。
而且价格比灰口铸铁要高出许多。
方案二：
在铸铁中进行选择。
灰口铸铁（HT150）
如选用灰口铸铁HT150。
HT150在铸件壁厚为20mm～30mm时抗拉强度大于130MPa，而该零件最厚处为20mm，因此完全可以满足强度要求。
HT150铸铁有较好的铸造性能和较低的缺口敏感性，强度较高，耐热耐磨性好，减震性良好，经过人工时效可以承受较大的载荷。
而且，经过孕育处理后，石墨得到细化，可以改善灰口铸铁的强度和其他性能。
切削加工也比较便利。
虽然焊接性能较差但是没有焊接的需求，作为耐压零部件，灰铸铁的抗压强度时抗拉强度的2.5～4倍，非常适合用作机床床身等部件，加之成本低廉，是该零件较好的选择。
所以选择方案二灰口铸铁HT150比较合适.
4、毛坯选择分析：
由于支座结构复杂，且选择的材料为HT150，故应选择铸造方案。
方案一：
砂型铸造。
砂型铸造具有以下特点：
对合金种类不限制，对铸件的质量范围以及形状均不限制，所以铸造灵活简便。
砂型铸造所用的造型材料价廉易得，铸型制造简便对铸件的单件生产、成批生产和大量生产均能适应。
但是铸件晶粒粗大，铸件表面粗糙，需要进一步处理。
生产率较低，机械化程度不高。
对于该零件来说，因为只需要单件生产，所以砂型铸造显得较为简便，而且零件对表面的精度要求不高，可以通过进一步加工解决，因此砂型铸造比较适合。
方案二：
压力铸造
优点：
1.铸件尺寸精度高，表面光洁度好，强度和硬度较高，尺寸稳定，互换性好；可压铸薄壁复杂的铸件。
2.生产效率高，易实现机械化和自动化。
3.经济效果优良，由于压铸件尺寸精确，表泛光洁等优点。
一般不再进行机械加工而直接使用，或加工量
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