阶梯轴锻造工艺设计说明书
阶梯轴锻造说明书热加工工艺
热加工工艺课程设计说明书题目：阶梯轴锻造工艺设计姓名：张驰专业：机械设计制造及其自动化班级：11机电2班学号：1101190048指导教师：刘万福课题完成时间：2013年6月6日黄河科技学院课程设计任务书工学院机械系机械设计制造及其自动化专业2011级机电二班学号1101190048 姓名张驰指导教师刘万福题目: 阶梯轴锻造工艺设计课程:热加工工艺课程设计课程设计时间：5月22 日至6 月 6 日共 2 周课程设计工作内容与基本要求(已知技术参数、设计要求、设计任务、工作计划、所需相关资料)（纸张不够可加页）一．已知技术参数：阶梯轴零件图二．设计任务与要求（完成后需提交的文件和图表等）：1.设计任务（1）绘制锻件图。
（2）确定锻造工序。
（3）计算坯料质量及尺寸（均选择锻造比为1.2、钢密度为7.8、烧损质量为锻件质量的2.0%，料头质量除料头尾外还包含冲切掉的金属质量）。
（4）选择锻造设备及吨位。
（5）确定锻造温度范围、加热冷却及热处理规范。
2.设计要求(1)设计图样一律按工程制图要求，采用手绘或机绘完成，并用三号图纸出图。
(2)按所设计内容及相应顺序要求，认真编写说明书（不少于2000字）。
三．工作计划（进程安排）熟悉设计题目，查阅资料，做准备工作1天确定铸造工艺方案1天工艺设计和工艺计算2天绘制铸件铸造工艺图1天确定铸件铸造工艺步骤2天编写设计说明书3天答辩 1天4．主要参考资料《热加工工艺基础》、《工程材料及成形技术基础》、《机械设计手册》系主任审批意见：审批人签名：目录前言 (4)一、锻件的结构和工艺 (5)1.1锻件的设计特点 (5)1.2自由锻工艺分析 (5)1.3自由锻工序特点 (5)二、阶梯轴的结构与分析 (6)2.1阶梯轴分析 (6)2.2 阶梯轴工艺分析 (6)三、具体设计方案步骤 (7)3.1 绘制锻件图 (7)3.2制定变形工艺 (7)3.3计算坯料质量与尺寸 (9)3.4确定锻造设备 (9)3.5确定锻造温度及规范 (10)3.5.1确定温度范围 (10)3.5.2确定加热规范及火次 (10)3.5.3确定冷却方法及规范 (10)3.5.4确定热处理规范 (10)四、工艺过程 (11)总结 (13)致谢 (14)参考文献 (15)前言热加工技术室机械类各专业一门重要的综合性技术学科。
阶梯轴切边模课程设计说明书
1 锻件要求及工艺分析1.1锻件零件图，如图1.1。
图1.1 锻件三维图1.2 冷锻件图，如图1.2。
图1.2 冷锻件图1.3锻件切边工艺分析由初步造型得出锻件体积为2mm 214658.305d v mm =，其外轮廓包容体的体积为23.1416.516.53328210.545b v x mm =⨯⨯=，从而可初步得出锻件形状复杂系数由锻件形状复杂系数查【1】表4-3得其形状复杂程度一般，代号2s ，根据零件材料查资料【1】得其材质系数为1M ，由锻件的体积以及材料密度得出锻件的质量：314658.3057.85/0.151000d m v g cm kg ρ=⨯=⨯=. 锻件材料为T10A 钢，采用热切边方式。
2 切边力的计算根据[1]可知，切边力的计算公式为：P 为切边力，N ；F 为剪切面积，2mm ；b σ为锻件在剪切状态下的强度极限，MPa 。
经UG 造型，然后分析计算出剪切面积F=2382.8321mm ，因为锻件采用冷切边查/6991999GB T - 45钢600b MPa σ=。
将以上数值代入上式得：3 切边凹模设计3.1切边凹模结构设计切边凹模有直刃式、斜刃式和堆焊刃口式，因为此锻件只需简单的切边处理，考虑到生产效率和模具的加工难易程度，采用直刃式凹模刃口，如图3.1。
图3.1 直刃口3.2 切边凹模尺寸计算查[2]表637，得出切边凹模计算原则，根据飞边的相关尺寸，飞边槽尺寸如图3.2。
图3.2 飞边槽尺寸图得出凹模的相关尺寸如下：（1）刃口高度S 的计算：刃口高度25S h =+ 2h —锻件飞边桥部高度，mm 。
代入数值得出： 1.65 6.6S mm =+=。
（2）刃口宽度b 的计算：刃口宽度b 按飞边桥部宽度取，即b=8mm 。
（3）刃口凸台高度1h 、的计算：刃口凸台高度1h 、一般比锻件飞边仓部高度大2~3mm ，即取1h 、=4.8+3=7.8mm 。
阶梯轴的工艺设计
阶梯轴的工艺设计姓名：**学号：***********班级：10机械本1指导教师：***一、零件的工艺分析1.1轴的用途二、设计轴的工艺性2.1结构工艺1.2.1 尺寸精度要求1.2.2 形状精度要求1.2.3 位置精度要求1.2.4 表面粗糙度要求1.2.5 热处理要求二、设计轴的工艺性2.1 结构工艺2.2 加工工艺（1）该轴采用合金结构钢40Cr，中等精度，转速较高。
经调质处理后具有良好的综合力学性能，具有较高的强度、较好的韧性和塑性。
在确定毛坯时需要考虑零件的尺寸和生产类型等因素。
5.3 Arrangement of Process Sequence5.3.1 Machining Process(1) Follow the ___: ___ is always to first process the ning benchmark surface, so it should be ___. First, process the n benchmark surface, drill the center hole, and turn the outer surface.(2) Follow the principle of roughing before finishing: Arrange roughing processes first, ___ first, and then arrange finishing processes.(3) Follow the principle of first primary and then secondary: First, process the major surfaces, such as the us surfaces of the outer circle and the end face. Then process the secondary surfaces, ___.(4) Follow the principle of outside before inside, and large before small: First, process the outer circle, and then use the outer circle to n the inner hole. When processing the stepped outer circle, first process the ___.(5) Arrange the processing of secondary surfaces, such as keyways, ___ circle.(6) For the shaft's right end and middle shaft n with higher surface quality requirements of Φ18±0.005, arrange them at the end, and pay n to the nal tolerance in the first few processes, ___.5.3.2 ___5.3.3 Arrangement of Auxiliary ProcessesIn summary, the process sequence of the shaft is as follows:Blanking - ing - Preparing for Heat Treatment___ Machining StagesThe shaft has high accuracy requirements, and ___, semi-finish machining, ___.___, rough turning the outer surface with high n efficiency to remove the excess material of the blank.在工艺装备的选用方面，需要选择合适的刀具和量具。
阶梯轴的工艺设计
机械制造工艺学课程设计*名：**学号： *********** 班级： 10机械本1 指导教师：***完成日期： 2013年7月12日机电工程学院课程设计任务书目录一、零件的工艺分析 (1)1.1轴的用途： (1)1.2技术要求： (1)二、设计轴的工艺性 (3)2.1结构工艺 (3)2.2加工工艺 (3)三、生产纲领的计算与生产类型的确定 (4)3.1生产类型的确定 (4)3.2生产纲领的计算 (5)四、确定毛坯、绘制毛坯图 (5)4.1选择毛坯 (5)4.2确定毛坯的尺寸公差 (5)五、拟定轴的工艺路线 (6)5.1定位基准的选择 (6)5.2零件表面加工方法的选择 (7)5.3工艺顺序的安排 (7)六、加工阶段的划分 (8)七、确定工艺路线 (9)八、选择加工设备及工艺装备 (10)8.1机床设备的选用 (10)8.2工艺装备的选用 (10)九、加工工序设计 (11)9.1确定工序尺寸 (11)9.2确定工序的切削用量 (15)十、参考资料 (17)十一、心得体会 (17)一、零件的工艺分析1.1轴的用途：该轴主要采用40Cr 钢能承受一定的载荷与冲击。
此轴为台阶类零件，尺寸精度，形位精度要求均较高。
Φ17，φ19，φ18为主要配合面，精度均要求较高，需通过磨削得到。
轴线直线度为φ0.01，两键槽有同轴度要求。
在加工过程中须严格控制。
1.2技术要求：轴通常是由支承轴颈支承在机器的机架或箱体上，实现运动传递和动力传递的功能。
支承轴颈表面的精度及其与轴上传动件配合表面的位置精度对轴的工作状态和精度有直接的影响。
其技术要求包括以下内容：1.2.1尺寸精度轴段1，2，4，5为主要配合面，尺寸精度要求较高。
0.0210.00700.01180.005191817ϕϕϕϕ+--±其中主要加工面有外圆柱面两段，，轴颈，，尺寸为6的两个键槽以及各退刀槽。
1.2.2 形状精度该轴公共轴线的直线度公差为01.0φ。
阶梯轴说明书
机械制造技术基础课程设计名称：__阶梯轴的机械加工工艺及夹具设计__班级：_________15级机械一班_____________ 姓名：__________________________________ 学号：__________________________________ 指导老师：_________刘庆民_______________目录一、阶梯轴机械加工工艺 (3)（一）、轴的工艺分析 (3)（二）、毛坯的选择 (5)（三）、选择定位基准和装夹 (5)（四）、工序集中和分散考虑 (6)（五）、制订零件的机械加工工艺规程 (6)（六）、机床设备和工艺装备的选用 (9)（七）、确定工序的切削用量及工时 (9)二、夹具设计 (18)（一）、确定工件的定位方案，选择定位元件 (18)（二）、六点定位原理 (18)（三）、确定要限制的自由度 (19)（四）、计算定位误差 (19)三、设计小结 (21)四、参考资料 (21)一、阶梯轴机械加工工艺（一）、轴的工艺分析1.1 零件的结构特点及应用轴类零件是机器中经常遇到的典型零件之一。
它在机器中主要用于支承齿轮，带轮，凸轮以及连杆等传动件，以及传递扭矩。
按结构形式不同，轴可以分阶梯轴，锥度分轴，空心轴，曲轴，凸轮轴，偏心轴，各种丝杆等。
它主要用来支承传动零部件，传递扭矩和承受载荷。
轴类零件是旋转体零件，其长度大于直径，一般由同心轴的外圆柱面，圆锥面，内孔和螺纹及相应的端面所组成。
轴的长径比小于 5 的称为短轴，大于 20 的称为细长轴，大多数轴介于两者之间。
图示传动轴零件属于台阶轴零件，由圆柱面，轴肩，砂轮越程槽和键槽等组成。
轴肩一般用来确定安装在轴上的零件的轴向位置，各环槽的作用是使零件装配时有一个正确的位置，并使加工中磨削外圆或车螺纹时退刀方便；键槽用于安装键，以传递转矩。
轴的主要作用是支承回转零件及传递运动和动力。
按照轴的承受载荷不同，轴可分为转轴、心轴和传动轴三类。
阶梯轴的工艺设计
机械制造工艺学课程设计*名：**学号： *********** 班级： 10机械本1 指导教师：***完成日期： 2013年7月12日机电工程学院课程设计任务书目录一、零件的工艺分析 (1)1.1轴的用途： (1)1.2技术要求： (1)二、设计轴的工艺性 (3)2.1结构工艺 (3)2.2加工工艺 (3)三、生产纲领的计算与生产类型的确定 (4)3.1生产类型的确定 (4)3.2生产纲领的计算 (5)四、确定毛坯、绘制毛坯图 (5)4.1选择毛坯 (5)4.2确定毛坯的尺寸公差 (5)五、拟定轴的工艺路线 (6)5.1定位基准的选择 (6)5.2零件表面加工方法的选择 (7)5.3工艺顺序的安排 (7)六、加工阶段的划分 (8)七、确定工艺路线 (9)八、选择加工设备及工艺装备 (10)8.1机床设备的选用 (10)8.2工艺装备的选用 (10)九、加工工序设计 (11)9.1确定工序尺寸 (11)9.2确定工序的切削用量 (15)十、参考资料 (17)十一、心得体会 (17)一、零件的工艺分析1.1轴的用途：该轴主要采用40Cr 钢能承受一定的载荷与冲击。
此轴为台阶类零件，尺寸精度，形位精度要求均较高。
Φ17，φ19，φ18为主要配合面，精度均要求较高，需通过磨削得到。
轴线直线度为φ0.01，两键槽有同轴度要求。
在加工过程中须严格控制。
1.2技术要求：轴通常是由支承轴颈支承在机器的机架或箱体上，实现运动传递和动力传递的功能。
支承轴颈表面的精度及其与轴上传动件配合表面的位置精度对轴的工作状态和精度有直接的影响。
其技术要求包括以下内容：1.2.1尺寸精度轴段1，2，4，5为主要配合面，尺寸精度要求较高。
0.0210.00700.01180.005191817ϕϕϕϕ+--±其中主要加工面有外圆柱面两段，，轴颈，，尺寸为6的两个键槽以及各退刀槽。
1.2.2 形状精度该轴公共轴线的直线度公差为01.0φ。
阶梯轴的工艺设计
机械制造工艺学课程设计*名：**学号： *********** 班级： 10机械本1 指导教师：***完成日期： 2013年7月12日机电工程学院课程设计任务书目录一、零件的工艺分析 (1)1.1轴的用途： (1)1.2技术要求： (1)二、设计轴的工艺性 (3)2.1结构工艺 (3)2.2加工工艺 (3)三、生产纲领的计算与生产类型的确定 (4)3.1生产类型的确定 (4)3.2生产纲领的计算 (5)四、确定毛坯、绘制毛坯图 (5)4.1选择毛坯 (5)4.2确定毛坯的尺寸公差 (5)五、拟定轴的工艺路线 (6)5.1定位基准的选择 (6)5.2零件表面加工方法的选择 (7)5.3工艺顺序的安排 (7)六、加工阶段的划分 (8)七、确定工艺路线 (9)八、选择加工设备及工艺装备 (10)8.1机床设备的选用 (10)8.2工艺装备的选用 (10)九、加工工序设计 (11)9.1确定工序尺寸 (11)9.2确定工序的切削用量 (15)十、参考资料 (17)十一、心得体会 (17)一、零件的工艺分析1.1轴的用途：该轴主要采用40Cr 钢能承受一定的载荷与冲击。
此轴为台阶类零件，尺寸精度，形位精度要求均较高。
Φ17，φ19，φ18为主要配合面，精度均要求较高，需通过磨削得到。
轴线直线度为φ0.01，两键槽有同轴度要求。
在加工过程中须严格控制。
1.2技术要求：轴通常是由支承轴颈支承在机器的机架或箱体上，实现运动传递和动力传递的功能。
支承轴颈表面的精度及其与轴上传动件配合表面的位置精度对轴的工作状态和精度有直接的影响。
其技术要求包括以下内容：1.2.1尺寸精度轴段1，2，4，5为主要配合面，尺寸精度要求较高。
0.0210.00700.01180.005191817ϕϕϕϕ+--±其中主要加工面有外圆柱面两段，，轴颈，，尺寸为6的两个键槽以及各退刀槽。
1.2.2 形状精度该轴公共轴线的直线度公差为01.0φ。
阶梯轴加工工艺过程设计说明书
目录一、零件结构工艺性分析 (3)（一）零件的技术要求 (3)（二）确定阶梯轴的生产类型 (4)二、毛坯的选择 (5)（一）选择毛坯 (5)（二）确定毛坯的尺寸公差 (5)三、定位基准的选择 (6)（一）精基准的选择 (6)（二）粗基准的选择 (6)四、工艺路线的拟定 (7)（一）各表面加工方法的选择 (7)（二）加工阶段的划分 (7)（三）加工顺序的安排 (8)五、工序内容的拟定 (12)（一）工序的尺寸和公差的确定 (12)（二）设备及工艺装备的选择 (13)（三）切削用量的选择及工序时间计算 (13)工序Ⅰ粗车轴两端面 (13)工序Ⅱ粗车阶梯轴外圆 (14)工序Ⅲ半精车阶梯轴外圆面 (15)工序ⅣΦ20、Φ18、Φ15、Φ14切槽 (17)工序Ⅴ粗铣键槽 (18)工序ⅥΦ15、Φ17表面淬火处理 (20)工序Ⅶ磨Φ15、Φ17外圆面 (20)参考文献 (21)一、零件结构工艺性分析（一）零件的技术要求1、轴类零件，材料为45钢，具有较高的硬度、耐磨性。
（二）确定阶梯轴的生产类型根据设计题目年产量为10万件，因此该阶梯轴的生产类型为大批生产。
二、毛坯的选择（一）选择毛坯由于阶梯轴类零件工作时，某些部位如轴颈（主要是与滑动轴承配合的轴颈）往往要承受摩擦、磨损，严重时可能发生咬死（又称抱轴）现象，使轴类零件运转精度下降。
有时还需要承受多种载荷的作用，为增强阶梯轴的强度和冲击韧度，获得纤维组织，毛坯选用锻件。
为增强阶梯轴的强度和冲击韧度，获得纤维组织，毛坯选用锻件。
（二）确定毛坯的尺寸公差1．公差等级：由阶梯轴的功能和技术要求，确定该零件的公差等级为普通级。
2．锻件材质系数：由于该阶梯轴材料为45钢，是碳的质量分数小于0.65%的碳素钢，故该锻件的材质系数为M级。
3．锻件分模线形状：根据该阶梯轴的形位特点，选择零件方向的对称平面为分模面，属于平直分模线。
4．零件表面粗糙度：由零件图可知，该阶梯轴的各加工表面粗糙度Ra均大于等于1.6μm。
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阶梯轴锻造工艺设计说明书
一、绘制锻件图第1页
二、确定锻造工序第2页
三、计算坯料质量和尺寸第2页
四、锻造设备及吨位第4页
五、锻造温度范围加热冷却及热处理规范第4页
阶梯轴锻造工艺设计说明书
1、绘制锻件图
原理：锻件图是拟定锻造工艺规程、选择工具、指导生产和验收锻件的主要依据，它是以机械零件图为基础，结合自由锻工艺特点，考虑到机械加工余量、锻造公差、工艺余块、检验试样及工艺卡头等绘制而成。
根据零件图上阶梯轴长340mm、最大直径为100mm，对照《金属成形工艺设计》中表3-3中所列的零件总长为630∽1000mm、最大直径80∽120mm，可查得锻造精度为F级的锻件余量及公差为10±4mm。
作图大概步骤：先用双点划线按照已知尺寸画出零件尺寸轮廓，再按照求的的尺寸用粗实现画出锻件的轮廓形状，并用细实线划出各尺寸引出线及标注线。
然后，再在下面标出名义尺寸，并加上括号，如图1-1所示。
图1-1 阶梯轴的锻件图
2、确定锻造工序
原理：根据锻件形状、尺寸、技术要求等进行选择，并且先确定锻件成形所需的基本工序、辅助工序、修整工序，再选择所需的工具并确定工序顺序和工序尺寸等。
由于阶梯轴是形状较简单的轴杆类锻件，变形工艺简单，且材料为常用45钢，塑性较好、容易变形，因此其主要变形工艺一般为下料、拔长、镦粗、拔出锻件等，如下图：
3、计算坯料质量及尺寸
（1）坯料质量计算
m坯=m锻+m烧+m头
根据阶梯锻件图，可将锻件自左至右分为四个圆柱体，分别计算其质量m1、m2、m3、m4、m5、m6，单位为kg,即
m1=
π×1.12×0.4×7.8=2.97
4
m2=
π×0.72×0.3×7.8=0.90
4
m3=
π× 0.642×0.7×7.8=1.77
4
m4=
π×0.52×1.5×7.8=2.30
4
m5=
π×0.452×0.3×7.8=0.37
4
m6=
π×0.342×0.3×7.8=0.21
4
锻件质量（单位kg）为
m锻=m1+m2+m3+m4+m5+m6=8.52
任务书给出加热烧损率按锻件质量的2%计算
m烧=2%×m锻=0.17
截料损失按锻件质量的4%计算
m头=4%×m锻=0.34
坯料质量m坯=m锻+m烧+m头=9.03kg
（2）坯料尺寸计算
此锻件以钢材为坯料，锻比取1.2，可按锻件最大截面Ф110mm对照《金
属成形工艺设计》中表3-11所列热轧圆钢标准直径，并结合S坯>Y·S锻
m=Vρ算出坯料体积为max选用Ф120m的热轧圆钢。
并由公式
1157.7cm3再除以Ф110mm圆钢截面积，即可算出坯料长度为102mm。
坯料尺寸为：Ф120×102mm
4．锻造设备及吨位
选定锻造设备的依据是锻件材料、尺寸和质量，同时还要适当的考虑车间有没有设备条件。
若设备吨位太小，锻件内部锻不透，生产效率也低，反则造成设备和动力浪费，且操作不便也不安全，锻造设备的选定通常按照查表法或经验类比法等确定。
此锻件为轴类料，参照《金属成形工艺设计》中表3-13和表3-14所列，综合考虑此锻件应选用0.5t自由锻锤。
5．锻造温度范围加热冷却及热处理规范
确定锻造温度的基本原则是保证金属材料在锻造温度范围内具有良好的塑性和较低的变形抗力，能锻造出优质的锻件，并且确定的锻造温度范围较宽，使坯料的加热次数较少，以获得较高的锻造生产率。
参照《技术成形工艺设计》中表3-16所列可知，45钢始锻温度确定为1200℃，终锻温度确定为800℃，采用火焰炉一段式加热。
由于此锻件属于中小型锻件，所用材料塑性较好，所以采用堆放空冷即可。
坯料锻造成形后，在粗加工前必须先进行去应力退火处理，并在粗加工后进行调质处理。
如果质量要求不高，可用正火代替调质，以便降低成本。
如果表面质量要求较高，则还需在精加工前进行淬火加回火处理。