武器制造工艺课程设计

前言

现代制造工程技术实践在教学中是一门实践性很强的技术基础学课。在教学过程中，和其他课程一样，都要完成传授知识、训练技能和培养能力这三方面的任务。但要指出，知识、技能和能力是不同的三个概念，而且从掌握知识到形成能力不是直接的，要以技能为中介才成。

当代经济增长越来越依靠科技，科学技术与经济的内在联系越来越密不可分，尤其是工程科学技术，已成为经济增长的内在推动力。与此同时，工程实践的面越来越广，越来越具有综合性。工程的综合性表现在三个方面：一是每一项较大的工程实践都不只涉及单一学科，而是要综合运用多个科学的专业知识，往往兼有机械，电气，化学，材料，能源等内容。而信息技术更是当代工程实践中不可或缺的，包括在工程的内容中，又体现在工程的手段中；二是工程的纵向展开，从研究，开发，设计，制造（建造），运行，维护直到市场营销都属于工程的内容；三是工程实践离不开经济和管理，没有经济分析论证，工程就没有了基础依据，而缺乏管理，工程实践就寸步难行。

现在制造工程技术实践在教学中是一门实践性很强的技术基础课。在教学过程中，和其他课程一样，都要完成传授知识。训练技能和培养能力这三方面的任务。在加工工艺教学中，机械制造专业学生及数控技术专业学生都要学习数控车床操作技术。对涉及与数控专业相关的基础知识、专业计算，都进行了有针对性的论述，目的在于塑造理论充实、技能扎实的专业技能型人才。

本次的课程设计是武器制造工艺的实践教学部分，目的是让学生加深工艺知识的理解，锻炼实践能力，增强武器制造加工工艺的制定能力。

设计要求是学生自主画出产品图，毛坯图和工艺简图，给出产品工艺，编排工艺路线，工序和工步等内容。

1. 阶梯轴自由锻造工艺设计

1.1选择毛坯类型

毛坯的选择和拟定毛坯图是制定工艺规程的最初阶段工作之一，也是一个比较重要的阶段，毛坯的形状和特征对机械加工的难易，工序数量的多少有直接影响，因此，合理选择毛坯在生产占相当重要的位置，机械制造中常用的毛坯有各种轧制型材、铸件、锻件、焊接件、冲压件、粉末冶金件以及注射成型件等。毛坯种类的选择决定与零件的实际作用，材料、形状、生产性质以及在生产中获得可能性，毛坯的制造方法主要有以下几种：1、型材2、锻造3、铸造4、焊接5、其他毛坯。根据零件的材料45钢，用型材或锻件。本零件生产批量为中批量，所以综上所叙选择锻件中的自由锻。毛坯（锻件）图是根据产品零件设计的。

图1-1阶梯轴锻件图

1.2 锻件图的绘制

零件图不能直接用于锻造生产，必须按照自由锻造工艺特点绘制锻件图。锻件图是根据零件图并考虑敷料、机械加工余量和锻造公差等因素绘制而成的。锻件图如图1-1阶梯轴锻件图所示。

（1）敷料 为了便于锻造，需要简化锻件形状。零件上某些难以锻出或虽能锻出但经济上不合理的部位（如凹台、台阶、凸肩、法兰和内孔等）

，可增加

一部分金属而不予锻出，这部分金属为敷料或余块。

（2）确定加工余量和锻件公差 由于自由锻造的精度和表面质量较差，一般均需进一步切削加工，故表面应留有加工余量。锻件的公差是指锻件基本尺寸的允许误差。锻件的加工余量和公差的大小及零件的形状、尺寸等因素有关，其具体数值可根据经验或查表确定。

1.3 自由锻造锻件工艺

锻件的自由锻工艺应根据锻件的形状、尺寸等要求，结合生产实践经验来安排工序。表1-1为阶梯轴的自由锻造工艺，其中压肩位置尺寸需要经过计算确定。

表1-1 阶梯轴的自由锻造工艺

2. 平板的焊接工艺设计

2.1焊接的焊缝布置

焊接结构件的布置是否合理，对焊接质量和生产率有很大影响。对具体焊接结构件进行焊缝布置时，应便于焊接操作，有利于减小焊接应力和变形，焊缝尽可能设置在能实现平焊位置施焊的部位。

2.2焊接接头及坡口形式的选择

在将两块平板焊接在一起，手工电弧焊焊接接头的形式有四种，对接接头，角接接头，T 形接头和搭接接头。 2.2.1 焊接接头的选择

焊接接头形式主要根据结构形状，使用要求和焊接生产工艺确定，并应考虑保证焊接质量和尽可能降低成本。 2.2.2坡口形式的选择

为了保证焊透，焊条电弧焊焊接板厚在6mm 以上的焊件时，应在焊件边缘处加工出坡口。由于需要焊接的两块平板的板厚均为22mm ，属于中厚板。

1) Y 形坡口和带钝边的U 形坡口，只需一面焊，可焊接性较好，但焊后角变形较大，焊条消耗量也较大。

2) 由于焊件板厚22mm 在6mm 以上，所以不能采用I 形坡口。

3) 双Y 形坡口和双U 形坡口带钝边两面施焊，受热均匀，变形小，焊条消耗量小。

综上所述，应采用双Y 形坡口或双U 形坡口。

2.3焊条种类选择

由于此次设计母材为45号钢，因此选用与此强度相近的GB/T5117—1995 《碳钢焊条》J422，其熔敷金属抗拉强度不低于420Mpa 。

2.4电焊机的选择

由于平板材料为45号钢，且两平板的厚度均为22mm ，都属于中厚板。所以采用AT-400型IGBT 控制直流焊机，焊接时，焊条采用直流反接，以保证电弧稳定燃烧。

2．5 焊接工艺参数的选择

2.5.1 焊条直径的选择：

焊条直径的选择主要取决与焊件厚度、接头形式、焊缝位置及焊接层数等因素。在一般情况下，可按照焊件厚度选择焊条直径。由于所要焊接的是厚度为22mm 的两块钢板，根据表2-1焊条直径与焊件厚度的关系，可选择直径为5.0mm 的焊条

表2-1 焊条直径的选择

2.5.2 焊接电流的选择

焊接电流与焊条直径有关。焊条电弧焊焊接电流与焊条直径有关，可参考下列经验公式进行选择：

I=（30～60）d

由于两平板的厚度均为22mm ，且为平板所以焊接方式可选的焊接为平焊。所以，根据表2-2，焊接直径小时，系数选下限，焊接直径大时，系数选上限，所以焊接电流选择250A 。

表2-2焊条电弧焊焊接电流的选择

2.5.3焊接速度的选择

焊接速度是指焊条沿焊缝方向向前移动的速度。在保证焊缝质量的前提下，应尽量快速施焊，一提高生产率。一般当焊道的熔宽为焊条直径的2倍时，焊速较适当。

2.5.4焊接层数的选择

焊接层数应视焊件的厚度而定。

由于两平板的厚度均为22mm ，需要采用多层焊接，以保证焊缝的力学性能。一般每层厚度为焊条直径的0.8～1.2倍时，比较合适，生产率较高且易控制。焊接层数可按下式近似计算： n=ｕ/d 式中 n——焊接层数;

u——工件厚度（mm ）； d——焊条直径 (mm)。 焊接层数为4层。

2.6焊接工艺卡片的制定

表2-3焊接工艺卡

3. 轴削零件车削加工

3.1 轴承零件图

图3-1 轴承零件

3.2确定毛坯

该轴削属于中、小轴承零件，并且各外圆直径尺寸相差不大, 毛坯材料选45钢。

3.3确定主要表面的加工方法

该轴削大都是回转表面，主要采用车削成形，外圆表面的加工方案可为：粗车→半精车→精车。

3.4确定定位基准

合理地选择定位基准，对于保证零件的尺寸和位置精度有着决定性的作用。由于该轴的几个主要配合表面(Q、P 、N 、M) 及轴肩面(H、G) 对基准轴线A-B

均有径

向圆跳动和端面圆跳动的要求，它又是实心轴，所以应选择三爪自定心卡盘装夹，以保证零件的技术要求。

3.5加工方法

对精度要求较高的零件，其粗、精加工应分开，以保证零件的质量。将该轴承零件加工划分为三个阶段：粗车(粗车外圆等) ，半精车(半精车各处外圆、台阶及次要表面等) ，精车。

3.6加工尺寸和切削用量

1）半精车余量可选用1.5mm ，精车加工余量可选用0.5mm 。加工尺寸可由此而定，具体见表3—1轴承零件车削步骤。

2）车削用量的选择，单件、小批量生产时，可根据加工情况由工人确定；一般可由《机械加工工艺手册》或《切削用量手册》中选取。

3.7 确定加工步骤

定位精基准面应在粗加工之前加工，确定轴削零件的加工步骤时，在考

虑主要表面加工的同时，还要考虑次要表面的加工。在半精加工外圆时，应车到图样规定的尺寸，同时加工出各退刀槽、倒角和螺纹，综上所述，所确定的该轴承零件车削步骤见表3-1。

表3-1 轴承零件车削步骤

4. 综合机械加工工艺设计

4.1工艺方案分析

4.1.1 零件图

图4—1 传动轴

4.1.2 零件图分析

该零件表面由圆柱、顺圆弧、逆圆弧、圆锥、槽、螺纹等表面组成。尺寸标注完整，选用毛坯为45#钢，Φ35mm ×210mm ，无热处理和硬度要求。 4.1.3确定加工方案

零件上比较精密表面的加工，常常是通过粗加工、半精加工和精加工逐步达到的。对这些表面仅仅根据质量要求选择相应的最终加工方法是不够的，还应正确地确定从毛坯到最终成形的加工方案。

毛坯先夹持左端，车右端轮廓200mm 处，右端加工Φ32mm 、Φ26mm 、 R9mm、Φ30mm 的外圆. 调头装夹已加工Φ32mm 外圆，左端加工Φ25mm ×32mm 、切退刀槽。 该典型轴加工顺序为：

预备加工---车端面---粗车右端轮廓---精车右端轮廓---切槽---工件调头 ---车端面---粗车左端轮廓---精车左端轮廓---切退刀槽。

4.2工件的装夹

4.2.1 定位基准的选择

在制定零件加工的工艺规程时，正确地选择工件的定位基准有着十分重要的意义。定位基准选择的好坏，不仅影响零件加工的位置精度，而且对零件各表面的加工顺序也有很大的影响。合理选择定位基准是保证零件加工精度的前提，还能简化加工工序，提高加工效率。 4.2.2 确定零件的定位基准

以左右端大端面为定位基准。 4.2.3 装夹方式的选择

为了工件不致于在切削力的作用下发生位移，使其在加工过程始终保持正确的位置，需将工件压紧夹牢。合理的选择夹紧方式十分重要，工件的装夹不仅影响加工质量，而且对生产率，加工成本及操作安全都有直接影响。 4.2.4确定合理的装夹方式

装夹方法：先用三爪自定心卡盘毛坯左端，加工右端达到工件精度要求；再工件调头，用三爪自定心卡盘毛坯右端Φ22mm ，再加工左端达到工件精度要求。

4．3切削用量

数控编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量，并以指令的形式写人程序中。切削用量包括主轴转速、背吃刀量及进给速度等。对于不同的加工方法，需要选用不同的切削用量。切削用量的选择原则是:保证零件加工精度和表面粗糙度，充分发挥刀具切削性能，保证合理的刀具耐用度，并充分发挥机床的性能，最大限度提高生产率，降低成本。

4.4传动轴加工工艺

1）确定加工顺序及进给路线

加工顺序按粗到精、由近到远（由右到左）的原则确定。工件右端加工：既先从右到左进行外轮廓粗车（留0.5mm 余量精车），然后从右到左进行外轮廓精车，最后切槽；工件调头，工件左端加工：粗加工外轮廓、精加工外轮廓，切退刀槽。

2）选择刀具

1．车端面：选用硬质合金45度车刀，粗、精车用一把刀完成；

2．粗、精车外圆：（因为程序选用 G71循环所以粗、精车选用同一把刀）硬质合金90度放型车刀，（因为有圆弧轮廓）以防与工件轮廓发生干涉； 3．车槽: 选用硬质合金车槽刀（刀长12mm ，刀宽3mm ）

表4-1切削用量选择

表4-2数控加工刀具卡片

表4-3传动轴加工的工艺过程

注：1. 加工简图中，粗实线为该工序加工表面。

2. 加工简图中，符号所指为定位基准。

5. 总结

通过为期两周的综合课程设计，我对本学期所学的知识有了更深层次的掌握, 并锻炼了自己的绘图能力。此次课程设计涉及现代制造工艺中的自由锻造工艺、焊接工艺、机械加工工艺等实践性与应用性很强的工艺流程设计，综合运用各科所学知识，不仅加深了我对专业课的理解，更懂得了将现代计算机绘图软件技术应用到兵器科学的设计与分析指导中是方法。

我在这次课设中懂得了将书中的感性知识→理性知识；片面知识→全面知识；零散知识→系统知识；综合分析比较各种工艺方法和技术，灵活运用了已学过的知识，培养自己勇于接触、敢于解决工程实际问题的能力。

在这次的课程设计过程中遇到了许多困难，如毛坯长度的计算、圆角的大小、课设格式的书写等，自己通过翻阅资料、与同学讨论和老师的指导，所有的问题都得到了解决。同时，也暴露了自己学习的不足，AutoCAD 绘图软件运用不熟练、零件工艺加工过程不清晰，也没有将AutoCAD 绘图软件充分与Word 办公软件很好地结合，这也是以后我需要学习并完善自己的地方。

最后，衷心地感谢各位老师及同学对此次综合课程设计的指导与帮助。

6. 参考文献

[1]宋昭祥. 现代制造工程技术实践. 北京：机械工业出版社，2011年. [2] 李艾民. 李爱红. 机械制图Auto CAD 2010. 北京邮电大学出版社,2010. [3] 张应力. 现代焊接技术. 北京：金盾出版社，2011年.

[4] 唐克中. 朱同钧，画法几何及工程制图. 北京：高等教育出版社，2009年. [5] 刘鸿文. 材料力学. 北京：高等教育出版社，2011年.

[6] 眭润舟. 数控编程与加工技术[M].北京:机械工业出版社,2006年第一版. [7]张亮峰. 机械加工工艺基础与实习[M].北京：高等教育出版社，1999.