带管嘴转动轴的工艺规程及工装设计.docx
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带管嘴转动轴的工艺规程及工装设计
摘要
本毕业设计是带管嘴转动轴的工艺规程及工装设计。
工艺规程说明书包括零件图的工艺分析（其中包括零件的结果分析；技术条件分析；材料及其切削特性的分析和零件的工艺性分析等）；毛坯的设计（其中包括毛坯种类的确定；毛坯的工艺要求；毛坯的余量和公差等）；工艺规程设计（其中包括工艺路线的制定；工序尺寸的制定等）。
还有主要表面的加工方法及其表面质量和尺寸精度的保证方法。
热处理工序和辅助工序的安排，零件的化学成分，机械性能及零件在主机上的作用及工作环境等内容。
夹具设计内容是车夹的设计。
有设计方案；总体说明；夹具的构造特点及原则；夹具体的设计（包括夹具体毛坯结构的选择；引导装置的设计；定位装置的设计；夹具体外廓尺寸的设计等方面），还包括定位，夹紧方案的选择，定位元件配合性质以及误差计算等内容。
从零件的构形，技术要求和材料等几方面的分析，主要的工艺关键是精度的保证问题。
因此在设计工艺规程的过程当中，首先要考虑该零件怎样加工，以哪个部位为基准，怎样定位才能保证其精度要求。
对零件的刀具也有要求。
因为该材料的强度高，导热系数偏低，故切削力大，切削温度高，刀具磨损快，刀具使用寿命短，断屑也稍难。
所以必须采用耐磨性强的刀具材料。
因此采用强度比其它刃具钢约高30%～50%的高速钢。
关于零件的位置尺寸和位置关系。
因为尺寸关系复杂，必须对设计基准进行细致的分析。
值得注意的是这其中可能有基准的转换问题，所以在设计工序和确定原始基准，原始尺寸和原始偏差时，应予以充分地注意。
关键词：
轴、工艺规程、夹具
Abstract
Thegraduationprojectisthenozzlerotationaxiswithprocessplanningandtoolingdesign
Processplanningmanualanalysisofthetechnology,includingpartsdiagram（includingpartsoftheresultsofanalysis;technicalrequirementsanalysis;materialsandtheircuttingcharacteristicsandcomponentsoftheprocessofanalysis,etc.）;roughdesign（includingtheroughspeciesidentification;Blankprocessrequirements;Blankmarginandtolerance,etc.）;processplanning（includingdevelopmentofprocessroutes;sizeofthedevelopmentprocess,etc.）.Therearemajorsurfaceprocessingmethodanditssurfacequalityanddimensionalaccuracyassurancemethods.Heattreatmentprocessesandsupportingprocessesofarrangement,partofthechemicalcomposition,mechanicalpropertiesandcomponentsonthehostroleandworkingenvironmentandsoon.
Fixturedesignfoldercontentiscardesign.Adesign;generaldescription;fixturestructuralcharacteristicsandprinciples;folderforthespecificdesign（includingthefolderstructureofthespecificchoiceofblank;guidedevicedesign;positioningdevicedesign;fixtureinvitroprofileofthedesignsize,etc.）,butalsopositioning,clampingschemeselection,positioningdevicewiththenatureoftheerrorcalculationandsoon.
Fromthepartsconfiguration,technicalrequirementsandmaterialsaspectsoftheanalysis,themainprocessisthekeytoaccuracyguarantees.Therefore,theprocessofdesignprocessplanning,weshouldfirstconsiderhowtheprocessoftheparttowhichpartsofthebase,howcanweensurepositioningaccuracy.Onthepartofthetoolisalsorequired.Becausethematerialstrength,lowthermalconductivity,socuttingpower,cuttingtemperaturesarehigh,rapidtoolwear,toollifeisshort,chipbreakingisalsoalittledifficult.Therefore,wemustusethetoolmaterialwearresistance.Therefore,otherthancutlerysteelwithstrengthofabout30%to50%ofhigh-speedsteel.
Positiononthepartoftherelationshipbetweensizeandlocation.Becausethesizeofcomplexrelationships,mustbeacarefulanalysisofdesignbasis.Itisworthnotingthattheremaybeabenchmarkfortheconversion,sointhedesignprocessandtodeterminetheoriginalbaseline,theoriginalsizeandtheoriginaldeviation,shouldbesufficientattention.
KeyWords:
axis,processplanning,fixture
1零件工艺分析说明
1.1零件图工艺分析
1.1.1零件的结构特点和功能分析
本零件带管嘴转动轴，用于某型飞机，总长130.5mm。
本零件的难加工部分是三个深分别为38.7mm、53.75mm、68.7mm，直径为5.5mm的深孔，在加工前加上工艺顶尖，在粗加工阶段结束后车去大端顶尖，在精加工开始时焊上。
本零件的另一加工难点是两管嘴间的螺纹孔，下方是一孔及倒圆，它们相对于螺纹中径的跳动量不大于0.08mm，此处倒圆的光洁度很高为Ra0.8。
两个管嘴中各有一个直径为3.7mm的孔与轴上轴向的两个直径为5.5mm，长分别为38.7mm和68.7mm的孔相通。
两管嘴的中间的直径为M10的螺纹孔轴的另一个直径为5.5mm，长为53.75mm的轴向孔相通。
在三个轴向孔的另一端各开一个直径4.5mm的径向孔。
零件工作时润滑油通过管嘴中的及管嘴间的孔进入轴内，并通过径向孔流出到达轴的表面，达到润滑的效果。
轴的另一端有键槽用于传动，还有一段长为16mm的螺纹。
1.1.2零件的主要表面及技术要求分析
零件的主要表面为φ15及φ20的外圆柱面。
从精度要求看，它的尺寸要求为IT9级，配合为f9,《由互换性与测量技术基础》表3-1查得基本尺寸为
IT9=43
m，
IT9=52
m，表3-4查得上偏差分别为es=-0.016mm，es=-0.020mm所以这两个加工面为φ
，φ
，表面粗糙度为Ra1.6和Ra0.1；从位置精度看，轴端M面相对于螺纹中径的跳动量不大于0.05mm，两管嘴间的螺纹孔、孔及倒圆相对于螺纹中径的跳动量不大于0.08mm。
材料方面,该零件为钛合金（TC6），并在φ15及φ20的外圆柱面进行镀铬处理，镀铬层厚度21～48μm，并在螺纹表面M涂HR7021干膜润滑剂10～25μm。
零件毛坯Ⅲ类锻件，热处理按Ⅴ类检验,零件还要进行荧光检验，并进行强度和气密性实验。
1.1.3零件表面本身精度分析
圆柱面φ15f9和φ20f9为工作表面,尺寸精度为IT9,配合为f9，精度并不高，但粗糙度要求很低为1.6和0.1，因为转动轴在工作时受到很大摩擦，为了减少摩擦，提高使用寿命，工作时需在外圆柱表面涂润滑油，并提高表面光洁度。
为了能在转动轴和与之配合的孔之间注入润滑剂，圆柱面采用了间隙配合。
1.1.4表面间的位置精度分析
两管嘴间的螺纹孔、圆孔及倒圆的位置精度要求很高，相对于螺纹中径的跳动量不大于0.08mm；圆柱面φ20f9两端面因涉及到安装定位，也要求较高的位置精度；两管嘴上的螺纹、孔及圆锥面位置精度较高。
1.1.5零件的其它技术要求
1）热处理：
退火，Ⅴ类检验。
2）按Q\J11-3065-2002荧光检验1-0B。
3）按Q\J11-3054-2002氩弧焊。
4）焊接后，进行强度和气密性实验。
5）焊接后表面处理：
C面镀铬21～48μm，螺纹表面M和表面K涂HR7201干膜润滑剂10～25μm。
1.2零件的材料及可加工性
本零件应用在飞机上，又是传动件，要求材料不仅轻而且强度要高，所以用钛合金。
钛合金特点：
钛合金比重小、强度高、有优良的抗蚀性。
某些钛合金具有良好的高、低温（高到500℃、低到-253℃）性能，因而钛合金成为航空、航天及其它工业中很有发展前途的结构材料。
TC6系耐热钛合金，是在TC5基础上改进而成的，合金的热强度较高，热稳定性好，但钛合金有其自身的缺点：
钛及其合金的主要缺点：
（1）气体杂质的影响各种气体杂质如氧、氢、氮都能使钛合金脆化，这些杂质具有磨料的性质，能加速刀具的磨损。
在锻压和冲压之后，还形成比原来材料硬度更高的硬皮和氧化皮，恶化了切削性能。
（2）各种性能影响钛的物理和力学性能对切削性能也是很坏的组合。
钛合金塑性小，影响切削时的塑性变形，使切削经主切削刃分离后，立即向上翻卷，切屑与刀具前面之间仅有极小的接触面积，车刀接触面积上受到的压力和局部温度增高；又由于钛合金强度大，造成车刀接触面积压力和温度更高；再加上钛合金的热导率很低，又极大的限制了刀尖的冷却。
此外活泼的金属钛还容易和刀具化合产生焊接和粘剥。
（3）含碳量的影响钛合金的切削和含碳量有关。
当含碳量大于0.2%形成硬的碳化物，切削性能下降，含碳量小于0.2%，切削性能得到改善。
（4）加工硬化的影响钛合金的硬化是因为切削加工时局部高温使钛吸收了大气中的氧和氮形成硬脆外皮所造成的，硬化深度为0.1～0.15mm，硬化程度为20%～30%。
钛合金具有良好的综合物理机械性能：
（1）强度高，密度小；
（2）热稳定性好，高温强度高；（3）化学活性大；（4）热导率；（5）弹性模量低。
1.3为保证质量的热处理说明
本零件为转动轴，主要用于传动，受扭矩较大，加工过程中应当适当进行热处理。
热处理分两种类型：
a预备热处理b最终热处理。
预备热处理的目的是改善切削性能，为最终热处理做好准备和消除内应力。
最终热处理的目的是提高力学性能，延长工件使用寿命。
本零件主要使用退火，退火分三种：
去应力退火（不完全退火）、再结晶退火（晚期退火）和稳定化退火。
表1.1钛及钛合金的热处理
方法
目的
合金牌号
备注
不完全
退火
将零件加热至稍低于再结晶温度（一般为450～650℃）保温1～1.5h，然后空冷
消除因切削加工、锻造、焊接所产生的内应力，使塑性得到部分恢复
TA3～TA8、TB1、TB2、TC1、TC2、TC4、TC6、TC10等
为防止零件加热受到污染，可在真空炉加热，或通氩气或氮气予以保护；
完全
退火
将零件加热至高于再结晶温度而低于（α＋β）→β的转变温度（一般为650～800℃），保温后空冷
较彻底地清除内应力，降低硬度，恢复塑性，并使组织与机械性能均匀
TA3～TA8、TB1、TB2、TC1～TC7、TC10等
为消除和防止钛合金氢脆现象，可进行除氢退火，其温度一般是540～760℃，保温2～4h;
为了使合金具有更好的综合性能，最近发展了多次退火工艺
稳定化
退火
加热至比相变温度低30～80℃，保温并炉冷至低于相变温度300～400℃，再保温80±20min，然后空冷
使合金组织尽可能接近平衡状态，保证组织与性能稳定，以保证零件在较高温度下长期工作
TC1、TC2、TC4、TC6、TC8、TC9
2毛坯设计
2.1毛坯种类及其确定
2.1.1毛坯种类及其特点
毛坯类型：
铸造毛坯，锻造毛坯，冲压毛坯，冷冲压毛坯，焊接毛坯，型材毛坯，粉末冶金毛坯等。
各类毛坯特点：
1、铸造毛坯：
（1）手工砂型铸造：
可铸造出形状复杂的铸件，但铸出的毛坯精度低，表面有气孔、砂眼、结砂、硬皮等缺点，废品率高、生产率低、加工余量大。
适合单件及小批量生产，适合于铸造铁碳合金、有色金属及其合金。
（2）金属模机械砂型铸造：
可铸造出形状复杂的铸件，铸件精度较高，生产率高，铸件加工余量小，但铸件成本高。
适合于大批量生产，铸造铁碳合金、有色金属及其合金。
（3）金属型浇铸：
可铸出形状不太复杂的铸件，铸件尺寸精度可达0.1～0.5mm,表面粗糙度可达12.5～6.3μm，铸件力学性能好，适合于中小型零件的批量生产，适合于铸造铁碳合金、有色金属及其合金。
（4）离心铸造：
铸件精度约为IT8～IT9，表面粗糙度可达12.5μm，铸件力学性能较好，材料消耗低，生产率高，但需专用设备，适合于空心旋转零件的批量生产，适合于铁碳合金、有色金属及其合金。
（5）熔模浇铸：
可铸造出形状复杂的小型零件，铸件精度高，尺寸公差可达0.05～0.15mm，表面粗糙度12.5～3.2μm，可直接铸出成品。
适合于单件成批生产,适合于铸造难加工材料。
（6）压铸：
铸造出形状的复杂程度取决于模具，铸件精度高，尺寸公差可达0.05～0.15mm,表面粗糙度12.5～3.2μm，可直接铸出成品，生产率高，但设备昂贵。
适合于大批量生产，适合于压铸有色金属零件。
2、锻造毛坯
（1）自由锻造：
锻造的形状简单，精度低，毛坯加工余量1.5～10mm，生产率低，适合于锻造碳素钢、合金钢。
（2）模锻：
可锻造形状复杂的毛坯，尺寸精度高，尺寸偏差0.1～0.2mm,表面粗糙度12.5μm，毛坯的纤维组织好，强度高，生产率较高，但需专用锻模及锻锤设备。
适合于大批量生产，适合于锻造碳素钢、合金钢。
（3）精密模锻：
锻件的复杂程度取决于锻模，尺寸精度高，尺寸公差0.05～0.5mm,锻件变形小，能节省材料和工时，生产率高，但需专门的精锻机。
适合于成批及大量生产，适合于锻造碳素钢、合金钢。
3、冲压：
可冲压出形状复杂的零件，毛坯尺寸偏差达0.05～0.5mm,表面粗糙度可达1.6～0.8μm，可不再进行机械加工或只进行精加工，生产率高。
适合于批量较大的中小型尺寸的板料零件。
4、冷挤压：
可挤压形状简单，尺寸较小的零件，精度可达IT6～IT7，表面粗糙度可达1.6～0.8μm，可不经切削加工。
适合于大批量生产，适合于挤压有色金属、碳素钢、低合金钢、高速钢、轴承钢和不锈钢。
5、焊接：
制造简单，节约材料，重量轻，生产周期短，但抗震性差，热变形大，需时效处理后进行切削加工。
适合于单件及成批生产，焊接碳素钢及合金钢。
6、型材：
（1）热轧：
型材截面有圆形、方形、扁形、六角形及其
它截面形状，尺寸公差一般为1～2.5mm，粗糙度可
达12.5～6.3μm，适合各种批量的生产。
（2）冷轧：
截面形状同热轧型材，精度比热轧高，尺寸公差0.05～1.5mm，表面粗糙度3.2～1.6μm，价格高，适合于大批量生产。
7、粉末冶金：
由于成形较困难，一般形状比较简单，尺寸精度较高，尺寸公差可达0.02～0.05mm,表面粗糙度0.4～0.1μm，所用设备较简单，但金属粉末生产成本高。
适合于大批量生产，以铁基、铜基金属粉末为原料。
2.1.2选择毛坯考虑因素及原则
1、生产纲领和批量：
生产纲领大时，宜采用高精度与高生产率的毛坯制造方法；生产纲领小时，宜采用设备投资小的毛坯制造方法。
2、零件材料及力学性能：
（1）零件材料：
零件材料确定后，毛坯类型就大致可定。
如材料为铸铁，就选铸造毛坯；材料是钢，且是承力件，可选锻件；当力学性能较低时，可选型材或铸钢。
（2）零件力学性能：
1）铸铁件的强度按离心浇铸、压力浇铸、金属型浇铸、砂型浇铸的铸件依次递减。
2）钢质锻造毛坯力学性能高于钢质棒料和铸钢件。
3、零件的结构形状和尺寸：
（1）直径相差小的阶梯周宜采用棒料；直径相差较大时宜采用铸件。
（2）尺寸较大的毛坯，宜采用模锻，压铸和精铸，宜采用自由锻造和砂型铸造。
（3）形状复杂，力学性能要求不高的毛坯可采用铸钢件。
（4）形状复杂和薄壁的毛坯不宜采用金属型铸造。
（5）外形复杂的小型零件宜采用压铸，熔模铸造等精密铸造方法，以减少切削加工或不进行加工。
4、工厂现有设备和技术水平：
如选用的毛坯本厂无法制造，应考虑添置设备和由外厂制造。
5、技术经济性：
在必要的时候，应对所选的毛坯进行技术经济性分析。
综合以上因素，本转动轴零件是批量生产、中等复杂、尺寸精度高，所以毛坯宜选用模锻。
2.2毛坯工艺要求
2.2.1模锻件的构造要素
2.2.1.1截面设计
模锻毛坯相邻截面的形状和尺寸应避免突然变化，同时不应有过薄的截面，以免影响锻件成形质量。
2.2.1.2模锻斜度
模锻斜度的功用是使锻件成形后能从模膛中顺利取出。
模锻斜度分为：
外模锻斜度α—模锻件外侧的斜度。
当模锻件冷缩时与模壁分开，有助于锻件出模；
内模锻斜度β—模锻件封闭剖面内侧斜度。
当模锻件冷缩时将紧贴模壁，阻碍锻件出模。
表2.1模锻斜度（钛及钛合金）
h/b
钛合金
α
β
≤1.5
7
7
＞1.5～3
7
10
＞3～5
10
12
＞5
12
15
根据带管嘴转动轴模锻件各部分h/b≤1.5，根据表2.1确定本锻件的外、内模斜度均为7°。
2.2.2分模位置的确定
形成模锻件的各扇模具之分合面称为分模面。
锻件分模面的确定是否合适，关系到锻件成型，锻件出模，材料利用率等一系列问题。
确定分模面位置最基本的原则是保证锻件形状尽可能与零件形状相同，以及锻件容易从锻模型槽中取出。
此外，应争取获得墩粗充实成形的良好效果。
为此，锻件分模面位置的选择应在具有最大水平投影的位置上。
在满足上述原则的基础上，确定开式模锻的分模位置时，为了提高锻件质量和生产过程的稳定性，还应考虑以下要求：
1、为了便于发现上下模在模锻过程中的错移，分模位置应在锻件侧面的中部。
2、为了使锻模结构简单，并防止上下错移现象，分模位置应尽可能采用直线状。
3、两端头部比较大的锻件，不易直线状分模，应用折线式分模，从而使上下型模的深度大致相等，以利于整个锻件充满成型。
4、为了便于锻模和切边模的加工制造及减少金属损耗，当圆饼类锻件的尺寸H≤D时，应取轴向分模，不宜径向分模。
5、锻件内部的金属流向方向，应适应锻件在工作中的承力情况。
根据以上原则本转动轴的分摩位置选在锻件的中部，具体如下图示：
如图A-A面为转动轴的分模面
2.2.3锤和压力机上模锻件
2.2.3.1机械加工余量和余块
零件的加工表面在设计锻件时应留出机械加工余量，航空工业部颁标准HB0-6-67中规定了模锻件机械加工余量，见表2.2。
表中规定的数值是零件加工表面的单面余量。
加工余量根据锻件材料、锻件最大外廓尺寸来选取。
在有些情况下，根据机械加工工艺条件，可以增大和减少标准内的加工余量数值。
在锻件上相应于零件外形附加的多余金属块称为余块。
以下情况需要加余块：
1）零件的外形在模锻时难以锻出或经济上不合算时，可以加余块以简化形状。
2）当锻件侧面有凹入部分时，为了保证取出锻件可在凹入部分加余块。
3）零件上具有直径小于30mm的孔或小尺寸凹槽时，模锻件上不必锻出，将这部分金属留作余块。
4）因机械加工装夹需要，可留出装夹余块。
5）根据技术条件规定，要求从每个锻件上取试样进行机械性能试验时，应留出切制试样的余块。
针对带管嘴转动轴，模锻件的最大边长为130.5mm，所以根据《机械加工工艺设计手册》及综合考虑工艺条件，取单面加工余量为1.5，那么双面余量为3，所以对应的毛坯图上的尺寸分别为：
φ25（φ22）、133.5（130.5）、3.5
（2）、φ17、13（φ10）、54（51）、9.5（8）、44.5（43）等（括号内的尺寸为零件的真实尺寸）。
针对本转动轴两管嘴部分制作成余块；轴上凹入部分制作成余块，尺寸为3.5；因机械加工，需加工顶尖孔所轴两端要制作余块为以后顶尖的加工作准备，尺寸为13，具体见毛坯图。
2.2.3.2模锻件公差（HB0-6-67）
本标准制定了模锻锤和压力机生产的模锻件的尺寸公差以及用模锻件制造的零件上加工表面与不加工表面间的尺寸公差。
1尺寸分类：
（1）不通过分模面的尺寸分
①双面尺寸—两个表面受相对磨损影响的尺寸；
②单面尺寸—只受单向磨损影响的尺寸；
③同侧长度尺寸—两个表面受同向磨损影响的尺寸；
④同侧高度尺寸—两个表面受同向磨损影响的尺寸；
⑤中心距离尺寸—凸缘中心距离尺寸。
（2）通过分模面的尺寸分
①垂直尺寸—与成型模具打击方向平行的尺寸；
②倾斜尺寸—与成型模具打击方向倾斜的尺寸。
2精度等级及用途
HB0-6-67标准把模锻件分为五个精度等级，对各精度等级及用途规定如下：
一级精度—用于模锻件冷精压表面间的尺寸公差；
二级精度—用于模锻件热精压表面间的尺寸公差；
三级精度—用于精制模锻件的尺寸公差；
四级精度—用于一般模锻件的尺寸公差；
五级精度—用于模锻件加工表面间（包括加工余量在内）的尺寸公差。
针对本转动轴，查《机械加工工艺设计手册》表3.1-37和3.1-39普通级得毛坯图上的各尺寸及公差为13
、φ25
、3.5
、11
、φ17
、7
、106.5
、133.5
、54
、20
、44.5
、9.5
、36.5
。
2.2.4圆角半径
为了便于金属在型槽内流动和考虑模锻强度，在模锻件的转角处，应当带有适当的圆角。
生产上把锻件的凸圆角半径称为外圆角半径r，凹圆角半径称为内圆角半径R。
外圆
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