2010.6金属工艺学课程设计

工程技术学院 课程设计

课 程： 金属工艺学 专 业： 机械设计制造及其自动化 年 级： 2009级 学 号： 20091321 姓 名： 李家保 指导教师： 黄云战 教授 日 期： 2011年6月

云南农业大学工程技术学院

目 录

绪论 3 第一章.铸造 5 1.1铸造工艺性分析 5 1.2铸造件的选材并说明原因 6 1.3确定工艺方法和过程 7 1.4确定铸件尺寸(绘制铸件工艺图) 9 第二章.锻造 1.1锻造工艺性分析 10 2.2锻件的材料选择并说明原因 12 2.3铸件图的绘制（绘制锻件的工艺图）

2.4确定工艺方法和过程 第三章.焊接 16 3.1焊接件的工艺性分析

3.2焊接件的工艺图绘制

3.3焊接工艺的编制

3.4焊接的注意事项 第四章.刀具设计 20 4.1在下图中车刀的五个主要角 第五章.金属工艺设计心得体会 24 指导老师评语 25 参考文献 25

10 13 14 16 16 17 19 20

绪 论

金属工艺学是一门传授有关制造金属零件工艺方法的综合性技术课，主要讲述各种工艺方法的规律性及其在机械制造中的应用与相互联系，金属零件的加工工艺过程和结构工艺性，常用金属材料的性能及对加工艺的影响，工艺方法的综合比较等。

现代工业应用的机械设备，如机床、汽车、拖拉机、轮船及仪表等大多数是有金属零件装配而成的。将金属材料加工成零件是机械制造的基本过程，如图所示：

铸造

冶炼

塑性加工

切削加工

装配

铸锭型材

毛坯

零件成品

塑性加工和焊接

切削加工

多数零件由于形状复杂和精度和表面质量要求较高，通常先用铸造、塑性加工或焊接方法制成毛坯，在经过切削加工方法制成所需的零件。而且为了抑郁进行加工和改善零件的某些性能，中间常需穿插不同的热处理工艺，最终才能制成各种零件经过装配检验成为产品

金属工艺学课程是在教师的指导下，学生应用金属工艺学的知识进行一次从选择材料、结构分析到制定生产工艺方案的综合性工和实践训练。

本金属工艺课程设计分别对零件的铸造、锻造、焊接、车刀设计进行列举设计，讲述了产品从简单的原材料，通过性能分析、工艺规程分析、具体制造方法分析、论述、纸绘制到理论性的成形产品。通过学生的自己动手设计，有利于培养学生的自我思考能力，分析能力，发现问题，解决问题的能力，有利于学生具有更高的实际能力和开拓精神。有人把技巧仅仅理解为动手操作和设备，或者能进行试验，这样的理解是不够的。其实，技能训练除操作技能外，还有工程实践和工程意识训练。通过学生自主进行课程设计，即使增强学生的工程实践和工程意识训练，也是有效的将学习和实践结合起来。同时也能将理论知识落实到实践，将大学以来学得的知识融会贯通，以便将后就业搞设计打基础。

1、金属工艺学设计的作用

金金工课程是工科学生的技术课程，实践性强，应用范围广，涉及到机械制造的各种生产方法。在课余教学过程中安排课程设计对学生进行素质培养、能力训练的有效方法：

（1）通过课程设计，学生把所学的知识有机地综合、分析，灵活运用，进行一次工程师基本素质的训练。

（2）通过课程设计，可以使学生充分认识机械制造各专业之间的内在联系，

并处理好相互之间的关系，做到扬长避短，优势互补，培养学生总分和归纳的能力

（3）通过课程设计，是我们能更好的理解从事工艺设计应遵循的基本原则，即实用性，先进行和经济性的原则。 （4）通过不同工艺方安的分析.对比，是我们能初步具备有优化加工方案的能力。 （5）通过课程设计，使的我们更明白拉要和实际精密联系的重要性，只有通过和实际精密相联系实际的东西才可能的到市场的认可，才可能推动社会经济的发展等等。

2、金属工艺学课程设计的要求

（1）通过实习，了解加工零件所使用的设备等。

（2）工艺参数的确定应有可靠的依据，参数休整的原因及方法 。

（3）说明书的形式允许自选，单禁用文子体裁，应使用工程技术语言，国家标准规定的名词术语。

（4）要熟练掌握一些计算机的操作，并在计算机上顺利完成， （5）还应该要以社会的经济状况考虑，在做结论。

第一章 铸造

下图为一零件的方案，编写零件铸造工艺设计图

1.1 铸造工艺性分析 零件名称：衬套

零件材料：HT250~HT200

生产数量：结构批量生产

产零件特点：衬套是用途非常广泛的零件，零件简单，工艺不复杂，产量大。磨损了，可以方便更换。如果不用衬套，磨损后，更换的是零件。现在更换的是衬套，因其加工方便，更换成本低，也易换。 （1） 零件的作用

衬套是用于机械部件外，以达到密封、磨损保护等作用的配套件。衬套的使用范围很广，工业领域中很多部件，如阀门、轴承等部件都会使用衬套。

衬套的作用

衬套的使用灵活性比较高，它能起到的作用也很多，概括来说衬套是对设备进行保护的一类部件。衬套的使用能减少设备的磨损、振动和噪音，并有防腐蚀的效果。衬套的使用还能方便机械设备的维修、简化设备的结构和制造工艺。

衬套在实际工作中起到的作用和它的应用环境与目的有很大关系。在阀门应用领域，衬套被装置在阀盖内套住阀杆，以此来减少阀门的泄露，达到密封作用。在轴承应用领域，衬套的使用能减少轴承和轴座之间的磨损，避免轴和孔之间的间隙增大等作用。 （2）零件图分析

1.

衬套零件通过在零件图纸上的分析可以看出：以160mm轴的轴线为中心

线，位于上端面104mm同轴的两端分别有一个螺纹孔，尺寸为8mm，由于螺纹孔小，铸造时不须铸出，只需在进行机加工是钻出。该零件长为总长170mm，上端面尺寸为160mm，下端面尺寸为104mm，下端面以上有一个宽15mm沟槽，直径为24mm，铸造不必铸出该沟槽，而是铸造完成后进行机械加工而得，该铸件上端面壁厚尺寸为52mm,下端面壁厚39mm，零件中间需加型芯，直径30mm，为铸造方便，由于型芯直径只为30mm，上底面的圆空腔应在铸造完成后采用机械加工，用车床膛出直径为48mm的孔。 1.2铸造件的选材并说明原因

该零件为衬套，要求零件具有很好的耐磨性。 （1） 零件材料使用特性及用途

衬套的材质

衬套的材质多是软质的金属、橡胶、尼龙及非金属聚合物等。这些材质的质地相对较软、价格成本较低。在各种恶劣的工作环境中衬套承受振动、摩擦和腐蚀来保护裹住的部件，而衬套本身在损坏后更换方便、成本低、经济性好。所以该零件我们选用HT250~HT150 *1 灰铸铁的性能

HT是灰铸铁的牌号，灰铸铁是指石墨片状的灰口铸铁，一般含（质量分数）碳2.0%~4%，硅1%~3%,锰0.25%~1.0%，磷0.05%~0.50%，硫0.025~0.20%。灰铸铁强度低，脆性大，已断裂，但减振性能好，热导率高，缺口敏感性小，且有良好的铸造性能，切削性能，具有良好的耐磨性，耐热性抗氧化抗生长性，生产工艺简单，价格便宜。. *2 灰铸铁的铸造性能

灰铸铁的组织是由液态铁水缓慢冷却时通过石墨化过程形成的，其基体组织有铁素体.珠光体和珠光体加铁素体。灰铸铁的流动性：近共晶成，铁液分流动性好；亚共晶成分时，碳硅锰质量分数为0.5%~1.2%时可提高流动性；过共晶成分是碳、硅降低流动性，磷提高流动性；收缩性：有液相收缩，凝固收缩或膨胀(普通灰铸铁刚性铸造时：CE《3.6%时，只有收缩，CE>3.6%时，只有出现膨胀)；线收缩：小中件收缩率0.9~1.1%（自由线收缩率），0.8~1.0%（铸造收缩率）收缩孔总体积约为-0.5%~+0.2%一般不设补缩冒口。铸造应力：灰铸铁铸造应力小：一

般为19.6~49MPa；单件小批量或尺寸要求高的铸件，可在500~600摄氏度退火消除铸造应力，断面敏感性：灰铸铁若不进行孕育处理，铸件内部或厚壁处冷却慢，易晶粒粗大，石墨粗大，强度硬度低：而在外表面或薄壁棱角处冷却快易生成过冷石墨或白口，硬度高。孕育处理和低合金化都明显可以改变金相组织和断面敏感性，常用的孕育剂有硅铁和硅钙合金。

*3 热处理可以改变铸铁的基本组织，而不能改变石墨的形状和分布。由于石墨片对基体的连续性的破环严重，易产生应力集中，因此热处理灰铸铁强化效果不佳，但对衬套零件来说主要是起保护作用，防止被保护零件磨损，且衬套加工方便，成本低也一更换。此外衬套硬度要求较低，是摩擦副的承磨件。所以需要进行热处理，这里应采用的热处理方案为消除白口组织退火，这样可以降低其硬度，其工艺为：加热到800~900度，保温2~5h后炉冷至250~400度出炉空冷。

*4 HT150~HT250，处于该牌号范围的灰铸铁用途广泛，如机床床身、各种箱体、壳体、泵体、缸体等。对于衬套该牌号的灰铸铁是首选材料。 1.3确定工艺方法和过程 1. 铸造方案的确定 a. 衬套选型因素

衬套的使用范围大，种类也比较多，要选择合适的衬套，就必须考虑它的使用目的，不同的工况选择不同型号的衬套。衬套选型中主要考虑的条件是衬套需承受的压力、速度、压力速度乘积及载荷性质。另外，衬套是否有润滑、润滑的状态也决定了它的使用效果和寿命。 对此可做出铸造方案的选择

b. 铸造方案包括：砂型铸造和特种铸造两种，

特种铸造又分为熔模铸造，金属铸造，压力铸造，离心铸造好人消失模铸造。 砂型铸造是传统的铸造方法，它适用于各种形状.大小.批量及各种合金铸件的生产，工艺简单。其中包括手工造型，机械造型。机械造型主要特点：可以大大提高劳动生产率，改善劳动条件，铸造尺寸精确、表面光洁，加工余量小。在大批量生产中成本较低。

而该零件属于小铸件，大量，成批和单件生产，应采用砂型铸造中机械造型，机械造型中包括多种造型种类，其中最适合的应该是振击紧砂造型。 c. 造芯方法的选择

该零件可选择芯盒造芯方法。芯盒造芯的主要特点：用芯盒的内表面形成砂芯的形状，砂芯尺寸准确。应用于各种形状、尺寸和批量的砂芯。 d. 浇注位置的选择

由该零件的零件图分析可知：应进行平作立浇，以便补缩，且应保证铸件的重要部位朝下，厚大部位朝上，所以该零件的下端面应朝下，这样以便安放冒口，实现顺序凝固，使气孔、非金属夹杂物等缺陷竟量位于上端面。同时也保证了和箱位置、浇注位置和铸件冷却位置相一致，起模和充型方便。 e. 分型面的选择

分型面是为起模、下芯、检验等需要而设置的。分型面选择的原则包括：分型面应尽量平直、数量少，铸型只有一个分型面；尽量为避免不必要的型芯和活块；尽量使铸件全部或大部分位于下箱。由此可确定此零件的分型面应选择在上端

面。

2. 工艺参数的确定

加工余量、收缩率、铸造圆角、起模斜度确定

该衬套零件的材料HT150~HT250，生产类型为成批生产，采用砂型铸造毛坯，根据铸造工艺路分析，分别对以上参数的查表确定如下：

由于该衬套的最大直径尺寸为160mm，最小直径尺寸为104mm,其工作长度为170mm，上端面以下的固定底座工作长度为50mm，所以应选择最大直径为168mm，最小直径为110mm的毛坯料，选取总长度为179mm，上端面以下的固定底座工作长度为58mm。收缩率为1%，铸造圆角为R5，起模斜度为：内3~10度，外15~30度. 3. 浇注系统设计

浇注系统是铸型中液态金属流入行腔的通道，浇注系统设计得合理与铸件质量影响很大，大约铸件产品的30%是由于浇注系统设计不合理而引起的，所以合理设计浇注系统对铸件至关重要。 根据零件的工艺性分析，该零件可采用顶注式中的搭边式浇注方式，这样金属液沿型壁注入，充型快而平稳，可减少冲砂。 1.4确定铸件尺寸(绘制铸件工艺图)

衬套铸件图

和箱图

第二章 铸造

下图为主轴的方案，编写主轴自由锻造工艺设计图

2.1锻件的工艺性分析 1.主轴的功用：

主轴是机床上传递动力的零件，常需要承受弯曲、扭转、冲击载荷的作用。同时在滑动和转动部位还受摩擦力的作用，由此，要求主轴具有高强度、硬度足够的韧性及疲劳强度变形小等性能。

在一般的金属切削机床中，主轴把旋转运动及扭矩通过主轴端部的夹具或刀具。在工作中，主轴不但承受扭转力矩，而且承弯曲力矩。所以要求机床主轴的扭转刚度和弯曲刚度都很高

2．选材：主轴所需的力学性能较高而且主轴受力部分是键槽主要受到切应力所以选择铸铁已经不能满足要求，应选择45钢。

至少选用45钢

3．锻造方法：采用自由锻 自由锻的主要工序分析：

镦粗：是坯料高度减小,横截面增大的成型工序称为镦粗.主要运用于:

a.由横截面积较小的坯料得到横截面积较大而高度较小的锻件; b,冲孔前,使坯料横截面积增大和平整坯料的端面;

c,反复镦粗和拔长,可以提高后续拔长工序的锻造比;d,提高锻件的横向力学性能和减少力学性能的异向性;

e.反复镦粗和拔长可破碎合金钢中的碳化物,达到均匀分布. 镦粗的主要方法有平砧镦粗,垫环镦粗和局部镦粗三类.

拔长：使坯料横截面减小而长度增加的锻造工序称为拔长. 拔长可分为平砧间拔长,形砧拔长和空心件拔长.目的是: 由截面较大的坯料得到截面较小而轴向较长的轴类锻件;辅助其他工序进行局部变形;反复拔长与镦粗,提高锻造比,使合金钢中碳化物破碎并均匀分布,提高力学性能.

影响拔长质量的工艺因素：送进量的影响;压下量的影响;砧子形状的影响;拔长操作的影响. 自由锻工序分类：基本工序，能较大幅度的改变坯料形状和尺寸的工序，也是自由锻造过程中主要变形工序(如镦粗,拔长，冲孔，心轴扩孔，心轴拔长，弯曲,切割，错移，扭转，锻接等)；辅助工序，是在坯料进行基本工序前采用的变形工序；修整工序，用来修整锻件尺寸和形状，使其完全达到锻件图要求的工序。

主轴主要应用的锻造工序为拔长，切肩和锻台阶

主轴拔长：减少空心坯料外径(壁厚)增加其长度的锻造工序称为芯轴拔长。为增强金属轴向流动，减少径向流动,提高效率，常采用：

A．拔长前,预热芯轴到150-250℃。

B．主轴上做出1/150-1/100的斜度,表面光滑，拔长时涂上石墨等润滑剂。

C．用形砧拔长。

d,尽可能采用较高的坯料，常取H=(0.6-1.0)D的坯料(H.D分别为坯料的高度和直径)。

主轴拔长的主要质量问题是；锻件壁厚不均匀，内壁易产生裂纹，为此要求坯料加热均匀，每次转动的角度和压下量也要均匀。

3．下料和下料方法：

a. 原材料在锻造之前必须按锻件大小和工艺要求切割成一定尺寸的坯料。对于铸锭，则要先以自由锻进行开坯，然后将锭料以剁割方法切除两端，或按一定尺寸将坯料分割,b. 常用的下料方法：剪切，是锻造生产中应用较普遍的一种方法，具有生产效率高，操作简单，断口无金属消耗，模具费用低等优点，但坯料局部被压扁，端面不平整，有时还带有毛刺和裂纹等；冷折法，利用预先开出的缺口，在受力时，产生应力集中而引起脆断得到坯料的方法叫冷折法。此法下料生产率高，断口金属损耗小，工具简单。冷折法适用于硬度较高的高碳钢和合金钢，但要求对坯料预热到300-400℃。锯切，用锯床下料是应用最普遍的方法，下料精确，端面平整，适用于各种金属材料在常温下切割。缺点是效率低，锯条的厚度为2-8mm，锯口损耗大。

4．钢的锻造温度范围：钢的锻造温度范围是指始锻温度和终锻温度之间的一段温度区间.

（1）确定锻造温度范围的基本原则:

A．必须使锻造金属的内部组织和力学性能合乎技术要求

B．在锻造温度范围内使金属具有良好的塑性和较低的变形能力.

C．有利于锻造过程中减少加热火次,提高生产效率.

（2）始锻温度和终锻温度的确定;

A．始锻温度的确定,确定始锻温度时,首先必须保证钢无过烧现象.因此对碳钢而言,始锻温度应比铁-渗碳体相图中的固相线低100-200℃,另外,还需要考虑到金属坯料的组织,锻造方式和变形工艺等因素

B．终锻温度的确定,确定终锻温度时,既要保证钢在停锻前有足够的塑性,又要使锻件能获得良好的组织性能,以及没有加工硬化现象,因此,钢的终锻温度应高于再结晶温度,便于保证锻后金属组织完全再结晶,使锻件能够得到细晶粒组织.确定碳钢终锻温度时,不能低于铁-渗碳体相图中的A1线,否则,金属的塑性会显著降低,变形抗力增大,加工硬化现象严重,容易产生锻造裂纹,.

锻造生产中,钢的终锻温度与刚的组织,锻造工序和锻后工艺等也有直接关系.

对于无相变的钢,由于不能用热处理方法细化晶粒,只能依靠最后一次锻造的终锻温度来控制晶粒度,所以,为能使锻件获得细小晶粒,此类钢的终锻温度一般不宜过高.如果锻件必须进行锻造余热处理等,终锻温度必须满足余热处理的温度要求,低碳钢锻造时,终锻温度可稍低于A3线,如锻造后还要精整工序则终锻温度允许比规定值低50-80℃.

锻造温度范围的确定:一般碳素结构钢的锻造温度范围较宽,达到400-800℃,而合金钢,特别是高合金钢更窄,只有200-300℃.所以在锻造生产中,高合金钢锻造最困难,对锻造工艺的要求极为严格

4．加工余量：1~4mm

5．工艺要求：a. 锥形面无法直接锻出，该成圆柱形。b. 键槽无法锻出，须保留余块

2.2锻件的材料选择并说明原因

材料的选择

a.选择材料：按锻件大小切成一定长度的毛坯.目前,锻造用原材料主要包括碳素钢,合金钢,有色金属及合金等.按加工状态分为钢锭,轧材,挤压棒材和锻坯等,大型锻件和某些合金钢的锻造一般直接用钢锭锻制,中小型锻件一般用轧材,挤压棒材和锻坯生产.

钢锭内部组织结构取决与浇注时钢液在锭模内的结晶条件,即结晶热力学和动力学条件.钢液在钢锭内各处的冷却与传热条件和不均匀,钢液由模壁向锭心,由底部向冒口组建冷凝选择结晶,从而造成钢锭的结晶组织,化学成分及夹杂物分布不均.钢锭的内部缺陷主要集中在冒口,底部及中心部分.其中冒口和底部作为废料应该切除,若切除不彻底,就会遗留在锻件内部而使锻件成为废品,钢锭内部和冒口站钢锭质量的5%-7%和18%-20%。对于合金钢，切除的冒口占钢锭的25%-30%，底部占7%-10%。

大型钢锭的常见缺陷有：偏析，夹杂，气体，气泡，缩孔，疏松，裂纹和溅疤。这些缺陷的形成与冶炼，浇注和结晶过程密切相关，并且不可避免。钢锭越大，缺陷越严重，往往是造成大型锻件报废的主要原因。

铸锭经过轧制，挤压或锻造加工后，组织结构得到改善，性能相应提高，通常，变形充分，残存的铸造缺陷就越少，材料质量提高的幅度也越大。但是在其过程也有可能发下如下缺陷：划痕，折叠，发裂，结疤，碳化物偏析，白点，非金属夹杂，粗晶环。

b. 上图车床主轴零件简图。该轴承受交变弯曲应力与扭应力 ,但由于承受的载荷与转速均不高 ,冲击作用也不大 ,故具有一般综合力学性能即可。但在主轴大端的内锥孔和外锥体 ,因常与卡盘、顶尖有相对摩擦;花键部位与齿轮有相对滑动 ,故这些部位要求较高的硬度与耐磨性;主轴在滚动轴承中运转 ,工作时因轴颈与轴承不发生摩擦 ,故轴颈无耐磨性要求。

通常 ,对于要求高强度、硬度和疲劳强度且形状畸变小的主轴 ,多采用 38CrMoAlA 钢;受冲击大的常用 20Cr、20Mn2B 渗碳钢;重载下工作的常用20CrMnTi、12CrNi3A 高合金渗碳钢;高精度磨床、镗床主轴采用 9Mn2V、GCr15 钢。本零件根据其工作受力及性能要求 ,可选用 45钢

2.3铸件图的绘制（绘制锻件的工艺图）

锻件图是根据零件图绘制的。自由锻件的锻件图是在零件图基础上，考虑了机械加工余量、锻造公差、余块等之后绘制的图。

1. 机械加工余量、余块和锻造公差。

根据零件的最大直径和长度尺寸可知起属于自由锻造范围。按照锻件材质与技术要求的力学性能，在在锻后竟正火加高温回火，即达到力学性能要求。但须在锻件上留出机械加工实验用试样。

（1）绘制工艺图

其余

（2）绘制锻件图

锻件图

2.4确定工艺方法和过程

1. 锻造方式：根据上述分析，可知该主轴应采用的锻造方法是自由锻，自由锻工艺特征：工具简单,灵活性大，适合单件和小批量锻件生产；工具与毛坯部分接触,逐步变形，所需设备功率比模锻小的多；靠人工操作控制锻件的形状和尺寸，精度差,效率低,劳动强度大。

2．坯料重量和尺寸的确定。

(1）计算锻件质量。

*1. 锻件各部分质量计算

*2. 台阶余面质量计算

(2) 计算坯料的质量坯料重量可按下试计算：

m(坯料)=m(锻件)+m烧损）+m（料头）

一般火候：一火为2%~3%，二为1.5%~2%，采用两次加热完成5%

3. 拟定锻造工序：

主轴锻造方案有两种。

一火完成工序为：坯料→拔成圆棒→压肩→拔出一端→在调头拔出另一端→修正 二火完成工序为：第一火将坯料拔成圆柱→压肩→拔出一端，第二次火候加热后，拔出另一端修正。拔根据实际生产情况选用二次火候，其具体工序为：第一火候加热到950~1000度，坯料拔成圆柱→压肩→拔出一端，第二次加热到1050~1100度，出另一端→调头拔出另一端，将中间部分锻到要求尺寸→修正。

3. 确定设备和工具

按照坯料及锻件尺寸、形状选用合适锻锤。材料是塑性较好的45钢，因此工具用上下平砧及普通剁刀、三角压铁等。

工序尺寸计算

*1 拔成圆棒

*2 压肩长度

制定加热、冷却和热处理规范

（1）热处理技术条件

根据对该轴工作条件的分析 , 所选材为45钢，所以热处理为正火，850度左右。 结合选材情况可以得出出热处理技术条件如下:

1) 整体调质后硬度为 220～250 HBW;

2) 内锥孔为 45～50 HRC;

3) 键槽部分硬度为 48～53 HRC。

3 加工工艺路线

备锻造毛坯 →正火 →机械粗加工 →调质 →机械半精加工 →锥孔的局部淬火、回火 →粗磨(外圆、锥孔、) →回火 →精磨(外圆、锥孔、) 。

5 热处理工艺分析

*1 锻坯正火

消除毛坯的锻造应力 ,降低硬度以改善切削加工性能 ,同时也均匀组织、细化晶粒 ,以利于切削加,并为下一步的热处理作组织准备。

*2 调质

目的是获得均匀细密的回火索氏体组织 ,细密的索氏体金相组织有利于零件精加工后获得光洁的表面。同时 ,也使主轴具有良好的综合力学性能 ,经淬火后高温回火,其硬度可达 220～250 HBS。热处理工艺:淬火 840 ±10 ℃,保温 1. 5 h ,水冷;回火 580 ±10 ℃,保温 2～2.5 h ,空冷。

操作技巧:由于工件尺寸超过 45 钢淬火水冷的临界尺寸 ,因此淬火前主轴各部位需经粗加工 ,留 1～4mm(包括内孔)加工余量进行调质 ,确保调质层的有效保留。

5.变形或缺陷分析

*1.锻造过程中的缺陷主要是拔长过程中，自由锻造拔长过程中常见的缺陷矩形截面坯料的拔长使坯料横截面积减小而长度增加的成形工序称为拔长。在平砧上拔长锭料和低塑性材料（如高速钢等）的钢坯时，在坯料外部常常产生表面的横向裂纹和角裂，在内部常产生组织和性能不均匀，内部的对角线裂纹和横向裂纹等，另外，还可能产生表面折叠和端凹等。

*2.热处理过程中的缺陷,锻后热处理工艺不当产生的缺陷通常有：

a..硬度过高或硬度不够由于锻后热处理工艺不当而造成的锻件硬度不够的原因是：①淬火温度太低；②淬火加热时间太短；③回火温度太高；④多次加热引起锻件表面严重脱碳；⑤钢的化学成分不合格等。由于锻后热处理工艺不当而造成的锻件硬度过高的原因是：①正火后冷却太快；②正火或回火加热时间太短；③钢的化学成分不合格等。

b.硬度不均造成硬度不均的主要原因是热处理工艺规定不当，例如一次装炉量过多或保温时间太短；或加热引起锻件局部脱碳等。

第三章 焊接

下图为油罐焊缝布置的方案，编写焊缝工艺设计图

3.1焊接件的工艺性分析

焊接件名称：油罐

焊接件选材选择：45钢

焊接对于机床上的一些重要零件如床身、工作台、立柱等。已相当广泛的使用焊接结构，尤其是在单件或新产品试制生产中，焊接生产周期短、成本底、经济效益好。强度等级低的低合金钢，焊接性与低碳钢基本相同，钢材价格也不贵，而且强度却能显著提高，条件允许时应该优先选择。强度等级低的较高的低合金钢，焊接性能虽然差些，但只要采取合适的焊接材料与工艺，也能获得满意的焊接接头。所以选择强度低的合金钢为油罐的焊接材料，这样既能满足强度要求而求相对经济。

焊接方法的分类：焊接方法的种类繁多，且新的方法有层出不穷目前最基本最常用的分类是族系法，即根据某些特征将焊接方法分为若干大类，再根据其他特征细分为若干小部分，故可把焊接方法分为熔焊、压力焊和钎焊。熔焊又分为电弧焊、气焊、电渣焊。

3.2焊接件的工艺图绘制

焊接工艺图的设计：把板材切割成五小块，再将这五块独自焊接成一个圆环，最后将五小块焊接在一起，其中在焊接时必须注意焊缝的位置分布，要将其焊缝尽量分散，如此便可以可以抵消部分内应力，也使得焊后变形的可能性大大减小，但如果焊缝密集或交错，则会造成金属过热，热影响区加大，使组织恶化，从而影响其力学性能，所以两条焊缝的间距一般要求大于3陪板厚，且不小于100m。油罐的两顶盖通过冲压而成。焊接管和盖是焊接点不应该悬在边缘，即二者有搭边。

焊接前应该选择长度等于油罐周长2355mm的板材，经过切割成五块，然后用焊接将其为直径为150mm,厚为8mm,长为2000mm的圆筒如图 切割和焊接

焊接位置分布：

焊缝布置图

3.31.焊接方法的选择

选择焊接方法实际上是针对焊接材料及结构特点选出的一种比较合适的焊接方法，原则仍是适用性，先进性和经济性

焊接方法的适用性主要是母材种类的适用性和母材厚度的适用性。母材种类不同，其物理、化学性能力学性能也不同，起相适用的焊接方法，如镁、铝及其

合等活泼有色金属金就不宜采用氧化性强的二氧化碳气体保护焊，而选用氩弧焊方法就很合适。对于低碳钢母材，由于其焊接性能很好几乎所有焊接方法都采用。母材的厚度对所适用的焊接方法也有很大影响。即每种焊接方法都有一定的适用材料厚度。如气焊的能量分散、温度低，就是用于单件薄板的焊接而埋弧焊温度较高、热输入较大就适宜进行中厚板的焊接。对于高强度钢、铸钢、铸铁和非铁金属，其焊接接头与工件（母材）的强度相近，电弧焊是其最广泛的焊接方法，而选材为45钢的油罐，正是母材与焊接接头相同的材料，使用电弧焊最为恰当。 2焊接接头与坡口形式的选择

焊接接头

电弧焊的接头形式有：对接接头，角接接头，T形接头以及搭接接头四种

选择的依据是：工件的结构形式，被焊部位的厚度和相对厚度，使用条件及施工方法等，各种接头的形式特点如下:a.对接接头操作方便、热影响区、应力分布比较合理，除特殊要求外一般采用对接。b.T形接头应移零件结构采用，要注意分析受力情况，如受拉力时，应竟可能使力的作用线避开焊缝，防止拉裂。该油罐焊接应选用对接接头，因为其受力比较均匀，重要的受力焊缝应尽量选用。而油罐的焊缝受力就是需要均匀，力学性能要求高，选择对接接头最为合适。 坡口形式

焊件较厚（δ>8mm） 时不易焊透，需要开坡口，而对板厚1至6mm对接接头施焊时，一般不开坡口，但是油罐板厚为8mm,虽然超规定尺寸不多但是考虑到油罐的焊接要求高所以选择开坡口即I形坡口。

3 焊条选择及工艺参数的确定

a. 强度等级高的低合金钢，焊接性较差，容易冷裂，一般要预热，并选用相应强度等级的碱性底氢焊条。

b. 中碳钢的焊性差，焊接区容易冷裂，焊接时需要预热，焊后冷缓。可选J507焊条。

c. 被焊工件若承受动载，冲击载荷或在低温下工作，对韧性要求较高时，应该选用碱性低氢焊条。

所以由此分析，，焊接油罐时宜选用，焊接油罐时也应选用。

5. 确定手工电弧焊的工艺参数主要是选择焊条直径和焊接电流。

a. 焊条直径主要根据焊件厚度确定，该焊件的壁后为8mm,根据查表焊条直径为4mm.

b. 焊接电流一般可按经验公式I=(30~50)d确定。

由于母材熔化到第一层焊缝金属中的比例最高达30%左右，所以第一层焊缝焊接时，应尽量采用小电流、慢焊接速度，以减小母材的熔深。

5. 焊接设备及参数选择

可按被焊工件及所用焊条，并考虑经济性和工艺习惯选择焊接设备即参数。碱性低氢焊条必须用呼喊整流器。

6.焊后热处理 焊后最好对焊件立即进行消除应力热处理，特别是对于大厚度焊件、高刚性结构件以及严厉条件下(动载荷或冲击载荷)工作的焊件更应如此。消除应力的回火温度为600～650℃。

3.4焊接的注意事项 焊接是一个局部的迅速加热和冷却过程，焊接区由于受到四周工件本体的拘束而不能自由膨胀和收缩，冷却后在焊件中便产生焊接应力和变形。重要产品焊后都需要消除焊接应力，矫正焊接变形。

现代焊接技术已能焊出无内外缺陷的、机械性能等于甚至高于被连接体的焊缝。被焊接体在空间的相互位置称为焊接接头，接头处的强度除受焊缝质量影响外，还与其几何形状、尺寸、受力情况和工作条件等有关。接头的基本形式有对接、搭接、丁字接(正交接)和角接等。

对接接头焊缝的横截面形状，决定于被焊接体在焊接前的厚度和两接边的坡口形式。焊接较厚的钢板时，为了焊透而在接边处开出各种形状的坡口，以便较容易地送入焊条或焊丝。坡口形式有单面施焊的坡口和两面施焊的坡口。选择坡口形式时，除保证焊透外还应考虑施焊方便，填充金属量少，焊接变形小和坡口加工费用低等因素。

厚度不同的两块钢板对接时，为避免截面急剧变化引起严重的应力集中，常把较厚的板边逐渐削薄，达到两接边处等厚。对接接头的静强度和疲劳强度比其他接头高。在交变、冲击载荷下或在低温高压容器中工作的联接，常优先采用对接接头的焊接。

搭接接头的焊前准备工作简单，装配方便，焊接变形和残余应力较小，因而在工地安装接头和不重要的结构上时常采用。一般来说，搭接接头不适于在交变载荷、腐蚀介质、高温或低温等条件下工作。

采用丁字接头和角接头通常是由于结构上的需要。丁字接头上未焊透的角焊缝工作特点与搭接接头的角焊缝相似。当焊缝与外力方向垂直时便成为正面角焊缝，这时焊缝表面形状会引起不同程度的应力集中；焊透的角焊缝受力情况与对接接头相似。

角接头承载能力低，一般不单独使用，只有在焊透时，或在内外均有角焊缝时才有所改善，多用于封闭形结构的拐角处。

第四章 刀具设计

绘制该刀具的设计图

刀杆材料：选用45 钢，刀头选用钨钛鈷类（YT），用于切削钢件。 尺寸选择：刀长：150mm,宽：25mm，高：25mm

4.1 在下图中车刀的五个主要角

。

一、刀材的选取；

刀具材料在切削加工中常用的有：碳素工具钢、高速钢、硬质合金钢和陶瓷材料。

（1） 碳素工具钢是含碳量较高的优质钢。淬火后硬度较高、价廉，但耐热性较差。这种刀具材料耐热性较低，常用来制造一些切削速度不高的手工工具，如锉刀、锯条、绞刀等。较少用于制造其他刀具。目前生产中应用最广的刀具材料是高速钢和硬质合金钢，而陶瓷刀具主要用于精加工。

（2）高速钢 它是含w、Cr、V等合金元素较多的合金工具钢。它的耐热性、硬度、耐磨性随低于硬质合金，但强度和韧度却高于硬质合金，工艺性较硬质合金好，普通高速钢如W18CrV是国内使用的最为普遍的刀具材料，广泛地用于制造形状较为复杂的各种刀具，如麻花、铣刀、拉刀、齿轮刀具和其他成形刀具等

（3）硬质合金 它是以高硬度、高熔点的金属碳化物（WC、TiC等）作为基体，以金属Co等作粘结剂，用粉末冶金的方法制成的一种合金。它的硬度高、耐磨性好，耐热性高。允许的切削速度比高速钢高数倍，但其强度和韧度均较高速钢低，工艺性也不如高速钢，因此，硬质合金常制成各种形式的刀片，焊接或机械夹固的车刀、刨刀、端铣刀等的刀柄上使用。国产的硬质合金一般分为两类：一类是WC和Co组成的钨鈷类（K类），应用于铸铁类；一类是由WC、TiC和Co组成的钨钛鈷类（P），应用于钢类。很明显，该车刀刀头选用钨钛鈷类（YT）

二．分析刀具的角度变化对刀具在工作中的的影响

1．主偏角：主要影响切削层截面的形状和参数，影响切削力的变化，并和副偏角一起影响已加工表面的粗糙度；副偏角还有减小副后面与已加工表面间摩擦的作用。一般车刀常用的主偏角有45°、60°、75°、90°等；副偏角有5°~15°，粗加工时取最大值。

2．前角：根据前面和几面的相对位置不同，前角又可以分为正前角、零前角和负前角。当取较大前角时，切削刃锋利，切削轻快，切削材料变形小，切削力也小。但当前角过大时，切削刃和刀头的强度、散热条件和受力情况变差，将使刀具摩擦加快，耐用度降低。甚至崩刃损坏。若取较小前角，虽切削刃和刀头较强固，散热条件和受力情况也较好，但切削刃变钝，对且削加工也不利。

前角的大小常根据工件材料、刀具材料和加工性质来选择。当工件材料塑性大、强度和硬度低或刀具材料的强度和韧性好精加工时，去大的前角；反之取小的前角。如用硬质合金车刀切削结构钢件，前角取10°~20°，切灰铸铁时可取5°~15°等。

3. 后角：后角的主要作用减少刀具后面与工件表面之间的摩擦，并配合前角改变切削刃的锋利和强度。后角大，摩擦小，切削刃锋利。但后角过大，将使切削刃变弱，散热条件差，加速刀具磨损，反之，后角过小，虽切削刃强度增加，散热条件变好，但摩擦加剧。

4. 韧倾角：与前角类似，韧倾角也有正、负和零值之分。韧倾角主要影响刀头的强度、切削分力和排削方向。负的韧倾角可以起到增强刀头的作用，但会使背向了增大，有可能引其振，而且还会使切削排向已加工表面。可能划伤和拉毛已加工的表面因此粗加工时为了增强刀头，韧倾角常取负值，精加工时为了保护已加工表面，韧倾角常取正值或零值车刀的韧倾角一般在-5°~+5°之间选取

三、刀具参数的选取；

分析：

由于工件属于高强度钢，所以车削所选用的刀具前角应该在0°～10°之间。前角增大有利于提高工件表面质量，但是，前角增大过大容易磨损刀具。后角增大可以使切削刃钝圆半径减小，提高刃口锋利程度，减小刃前被切削金属变形，但是，后角过大，会降低切削刃的强度和散热能力。因为工件强度硬度高，为保证强度，应该选择较小的后角。因为要车台阶，所以，主偏角为90°副偏角主要按工件表面粗糙度和刀具耐用度进行选择，一般情况下，副后角选择5°～15°。刃倾角的作用在于：改善切削变形，还能影响实际切削前角和刃口的锋利程度。因此，在车削淬硬钢是为保护刀尖，刃倾角一般在-5°～5°之间。

• 车刀加工后的角度

• 前角：切削钢件：10°~20°，切削铸铁：5°~15°

• 后角：粗加工，工件硬则采用6°~8°，减少摩擦和粗糙度之后：8°

~12°

• 副后角：5°

• 主偏角：90°

• 副偏角：5°

• 刃倾角：-5°

• 刀具尺寸：

• 长：15cm

• 宽：2.5cm

• 厚：2.5cm

四、切削用量的选择；

• 切削用量：

• 粗车： V 80m\min

• f 0.8mm\r

• a 4mm

• 半精车： V 100m\min

• f 0.3mm\r

• a 1mm

• 由于所设计的刀具材料高硬度、耐磨，因此，在选择切削用量时应首先考

虑刀具耐用度所以应选择大的ap、通过查表可知、与刀具对应的粗车范

围在4～20mm，半精车在0.5～4mm，此时再考虑进给量和切削速度V，如果粗加工，增大进给量，可提高生产率，但是也会考虑到大的进给量会

影响机床给系统，会加大工件的表面粗糙度，如果是精加工，进给量主要

根据工件表面粗糙度而定，根据加工工件时单独考虑，查表可得V的粗

车范围在10至90m\min、半精车的范围在30到140m\min之间。

五、切削液的选取；

合理选取切削液；

切削液能有效地减小切削力、降低切削速度、减小加工系统热变形、延长刀具寿命和改善以加工表面质量。

硬质合金刀具由于耐热性和耐磨性较好，一般不用切削液。如果要用，必须连续的、充分的供给，切不可断断续续，以免硬质合金刀片因骤冷骤热而开裂。

由于工件材料属于硬质合金钢，在切削是会产生高温、高压，所以选用挤压切削油中的氯化石蜡、氯化脂肪酸等，由于它们形成的化合物如氯化铁，其熔点为600C,且摩擦系数小，润滑性能好，适用于切削合金钢、高锰钢、不锈刚和高温合金难加工材料的车、铰、钻、拉、攻螺纹和齿轮加工。 六．车刀的焊接

焊接车刀：将具有一定形状的硬质合金刀片，用纯铜或其它焊料钎焊在普 通结构钢或铸铁刀杆上而成成。

性能特点

焊接车刀的使用性能

优点：焊接车刀结构简单、紧凑；刚性好、抗振性能强；制造、刃磨方便；使用灵活。

缺点：刀片经过高温焊接，强度、硬度降低，切削性能下降；刀片材料产生内应力，容易出现裂纹等缺陷；刀柄不能重复使用，浪费原材料；换刀及对刀

间较长，不适用于自动车床和数控车床。

结构

用于车削工件外圆、端面的直头、90°及45°弯头车刀，通孔镗刀，不通孔镗刀，切断刀等。

刀槽的形式及参数

为使刀片焊接牢固，刃磨量小，故要在刀杆上加工出槽形，常见刀槽形式有以下几种。

(1)开口槽 形状简单，加工容易，但焊接面积小，适用于C型刀片。

(2)半封闭槽 只能用铣刀加工，制造较困难，但焊接刀片牢固，适用于A、B型刀片。

(3)封闭槽 夹持刀片牢固，焊接可靠，用于螺纹刀具，适用于E型刀片。

(4)切口槽 用于底面积较小的切断刀、切槽刀，从而增大焊接面积提高结合强度，适用于D型刀片。

第五章 金属工艺课程设计设计心得

光阴荏苒，稍纵即逝，为期三个周的金属工艺课程设计已经接近尾声。回首这段时间的设计过程，感慨万千。使我从中学到了以前在课内根本就学不到的东西。受益匪浅！

在这次设计过程中，使我真正的认识到自己的不足之处，以前上课没有学到的知识，在这次设计当中也涉及到了。使我真正感受到了知识的重要性。

这次设计将我这学期学过的金属工艺学以及以前学过的机械制图、CAD制图、工程材料与热处理工艺等知识很好的串联了起来，起到了穿针引线的作用，巩固了所学知识的作用。

在金属工艺课程设计中，首先是对金属工艺规程的制定，这样在设计工件过程中就可以知道工件是用什么材料制成，有些什么性能，需要注意什么问题，怎样制造，怎样加工，加工工艺装备及设备等，因此，金属工艺规程的制定是至关重要的。

在金属工艺课程设计中还用到了CAD制图和一些计算机软件，因为学的时间长了，因此在开始画图的时候有很多问题，而且不熟练，需参阅课本。但不久就能熟练的画了。CAD制图不管是现在，对以后工作也是有很大的帮助的。因此，这次真正将以前所学的联系到实际应用中来了。

在这次金属工艺课程设计中，我学到了很多知识，有一点更是重要，就是我能作为一个设计人员，设计一个零件，也因此，我了解了设计人员的思想，每一个零件，每件产品都是先设计出来，再加工的，因此，作为一个设计人员，在设计的过程中一点不能马虎，每个步骤都必须有理有据，不是凭空捏造的。而且，各种标准都要严格按照国家标准和国际标准，查阅大量资料，而且设计一个零件，需要花好长时间。亲自上阵后我才知道，做每件是都不是简简单单就能完成的，是要付出大量代价的。因此，我们要用心去体会每个设计者的心思，这样才能像他们一样设计出好的作品。

在这次金属工艺课程设计中，对我来说有所收获也存在着不足之处。

收获：

1）能把以前所学的各种知识，综合的运用的这次设计中，巩固了以前所学的知识。

2）学会了参阅各种资料及查各种余量、切削用量等手册。

3）学会了，分析问题，解决问题的能力

不足之处：

1）有些步骤，问题解决的方法不是很好，需在以后的学习、实践中进一步改进。

2）有些工艺路线制定的不是太好，而且余量、切削用量设计不是很精确，需在以后的实践中积累经验，进一步改进。

综上所述：

这次的金属工艺课程设计对我以后的工作起了很大的帮助，我按照老师的要求，跟着老师的步骤一步步来，也本着老师教导的，让我们把自己的身份定位成一个工程师的角度来进行设计，体会作为一个工程师的真正感觉，同时通过这次课程设计我也体会到了作为一个工程师，无论是在选材、设计、制造方法及加工方法、切削用量等各方面都必须认真考虑，查证资料，以确保工艺规程正确。作为一个工程师，设计员，我们的设计就决定着产品的制造步骤，制造依据，直接关系着产品的质量好坏，换而言之，就是决定着产品的经济效益，一个公司的发展和前

途。此外，自高考报考志愿时对机械没任何兴趣也一无所知的我，从不知要选什么专业到无强烈意识的选择了机制专业到现在，到完成这次金工课程设计，让我更深刻地体会到了，学习了我们专业将后会面对的一个工作内容，体会到了从十几年的理论知识学习到真正运用理论知识做设计，把理论知识实实在在的运用到生产设计中，化知识为生产力量。使得我们所学的知识体现出其该具有经济价值。从而也让我对我学的专业有了更深入的了解，对我选的专业产生更强烈的学习兴趣和热爱。在今后的学习生涯和事业生涯中，我将会更加努力的花更多时间去学习这门专业，以便满足自己该专业知识的渴求几为将后就业打下一个坚实的理论基础。

参考文献

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谢水生，李强，周六如编著. 锻压工艺及应用. 国防工业出版社

李晨希编著. 铸造工艺及设计及铸件缺陷控制. 北京：化工出版社2009.1 中国铸造协会组编. 铸造工程师手册第三版. 北京：机械工业出版社.

李魁盛主编. 铸造工艺设计基础. 北京：机械工业出版社. 1974

刘友和主编. 金工工艺设计. 广州：华南理工大学出版社. 1991

指导老师师评语：