机械工艺课程设计动掌工艺设计.doc

课程设计：机械工艺课程设计

设计题目：“动掌”工艺设计
目录

前言............................................................................................3

一、 工艺审核…………………………………………4

二、 成型工艺设计……………………………………5

三、 机械加工工艺设计……………………………..15

四、 经济核算与设计综述…………………………..17

参考文献

前言
机械工艺课程设计，是综合运用了我们之前学过的《金属工艺学》、《机械制图》等知识，同时在金工实习所获得的知识和经验的帮助下，完成对零件的工艺审核、成形工艺设计、机械加工工艺设计、经济成本核算等一系列工作。这种细致并且接近生产实践的机械设计训练，可以把理论与实践结合起来，使所学知识得到进一步巩固、加深和拓展。

通过本次设计课程，我们的知识变得更加系统化，能力得到了锻炼和提高，这正是本门课程对于我们的意义所在。我的进步主要体现在：
一、机械制图：上机制图的能力有了很大进步，得到了更急系统的训练。并且绘图更加规范。
二、设计成型工艺：在绘制铸造工艺图的过程中，使我对分型面与浇注系统的选择，机加工余量的确定，起模斜度，砂芯和芯头，冷铁和不足以及冒口等有了更详细的了解。在选择最佳方案中有了更多的理论依据，掌握了判断原理。并且熟悉了各种参数的查找和计算方法，为以后从事工作打下了坚实的基础。
三、机械加工工艺：通过对机械加工工艺的设计，巩固了自己对车、铣、刨、磨、钳等各种工种的认识，熟悉了各种工种的加工方法和适用范围。
相信通过这次学习以及以后的各种课程，我们会成为知识丰富的人才，将来投身钢铁事业中，设计出更加科学，更具创新性的零件，增强我国机械器材的使用寿命和工作性能，为祖国的经济发展和繁荣富强出一份力。
下面就让我来介绍一下我对“动掌”的工艺设计，由于水平有限，知识面也比较狭窄，经验更加不丰富，难免会有些不科学的设计和说明，望老师能耐心加以传授和指导，帮我改正自己的错误认识和不足，提高自己的设计水平和能力。9我会努力的学习，争取让老师满意，也让自己满意。

一、 工艺审核
1、数量与材料
本零件“动掌”要求加工数量为10件，根据《金属工艺学》的知识，该零件生产数量小于100件，并且重量小于100千克，属于单件、小批生产。
该零件结构比较简单，但是形状不是很规则，工作条件一般以承受摩擦力为主。故要求该零件有良好的刚性和耐磨性，采用灰铸铁材料，流动性较好，适于铸造。
2、图样
该零件图给出了主视图、左视图、俯视图和一个右视图。尺寸标注基本完整 清晰，粗糙度、铸造圆角等技术要求基本明确。
3、 零件的结构工艺性
（1）成型工艺的结构工艺性
材料为HT150，单件生产，采用砂型铸造中的手工造型，即可获取毛坯。该零件中有4个孔，其中φ36的孔需要铸出，剩下的2个螺纹孔和1个φ28的孔因为小于铸铁可以铸出的最小直径30mm，故需要机加工出来的。另外，长*宽为5.5*2的槽由于小于铸铁可以铸出的最小槽，故需要机加工出来。
（2）切削工艺的结构工艺性
零件外表面除了上下表面和右侧面外均无精度要求，不需要机加工。其余需要机加工的部分包括2个螺纹孔和零件中心两个孔。
以零件主视图前后两个平行平面做为粗基准定位，在虎钳上安装，φ28和φ36的孔则可以在一次加工中完成，这样就保证同轴度的要求。底平面和右端面在铣床上加工，精度和效率都比较高。2个螺纹孔需先在钻床上钻出，再攻丝。
（3）装配工艺的结构工艺性
装配工艺的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，装配连接的可行性和经济性或者说机器装配的难易程度。它包括便于装配、便于拆卸和正确的装配基面。该零件没有配合要求所以装配和拆卸是比较容易的，底平面为该零件的装配基准面。

二、成形工艺设计
1、工艺方案的的制定以及确定依据
型铸造是一种传统的造型方法，它使用与各种形状、大小、批量及各种合金铸件的生产。掌握砂型铸造是合理选择铸造方法和正确设计铸件的基础。
砂型铸造的工艺流程可表述如下：
铸造工艺分析与设计→铸造工艺方案的确定→砂型制造→砂芯制造→砂型和砂芯的烘干→合型及浇注→铸件的落砂与清理→铸件缺陷分析与质量检测。
砂型铸造分为手工铸造和机器铸造两种方式，其中手工铸造操作灵活，大小铸件均适合。手工造型主要用于但见、小批生产；机器造型实现了工序机械化，适应不同形状、尺寸和不同批量铸件生产的需要。
鉴于本册课程主要涉及砂型铸造工艺流程的制定过程，所以在这里只简要介绍一下“动掌”砂型铸造的工艺方案与参数选择。
1—1、 浇注位置和分型面的选择
（1）浇注位置的选择原则：
1、铸件重要的加工面应朝下。铸件上表面容易产生砂眼、气孔、夹渣等缺陷，组织也不如下表面细致。如果这些表面难以朝下，则应尽量位于侧面。
2、铸件的大平面应该朝下。浇注过程中金属液对型腔的上表面有强烈的热辐射，型砂因急剧热膨胀和因强度下降而拱起或开裂，致使上表面容易产生夹砂或结疤缺陷。
3、为防止铸件薄壁部分产生浇不到或冷隔等缺陷，应将面积较大的薄壁部分置于铸型下部或使其处于垂直或倾斜的位置。
4、若铸件圆周表面质量要求较高，应进行立铸（三箱造型或平作立浇），以便补缩。应将厚的部分放在铸型上部，以便安置冒口，实现顺序凝固。
（2）分型面的选择原则：
1、应尽量是分型面平直、数量少。
2、应避免不必要的型芯和活块，以简化造型工艺。
3、应尽量是铸件全部或者大部分置于下箱，不仅便于造型、下芯、合型，之便于保证铸件精度。
就“动掌”而言，分型面选择方案有很多，我认为最好的方法就是不放型芯。因为对于小批量生产地零件而言，制作型芯的过程相对于整个铸造过程来说也占了很大的工作量。下面就我选择最好的方案与其他方案之一进行一下对比，阐述我选择本方案的理由。

方案一：
浇注位置和分型面如第一个视图所示
选择此浇注位置的优势有三：
一、铸件最重要的加工面粗糙度为1.6的底面，如按此方案浇注的话此重要加工面朝下，铸件此表面不容易产生砂眼、气孔、夹渣等缺陷。
二、铸件的大平面朝下。在浇注过程中此重要平面不会因金属液对型腔上表面强烈的热辐射而急剧膨胀，则不会因强度下降导致拱起或开裂而产生夹砂或结疤。
三、铸件圆周表面要求不高，所以不需要立铸。
选择此分型面的优势：
此方案不需要砂芯，简化了造型工艺。

方案二：
分型面如图二所示
此方案的优势在于：铸件全部在下沙箱，便于造型、合型，便于保证铸件精度。
此方案的不足在于：
一、铸件最重要的加工表面冲上，容易产生砂眼、气孔、夹渣等缺陷，组织不细致。
二、铸件的大平面朝上，浇注过程中金属液对型腔上表面强烈的热辐射会使型砂因急剧膨胀而拱起或开裂，致使此重要表面容易产生夹渣或结疤。
三、此方案需要放型芯，所以造型之前需要制作型芯，工艺过程太复杂。

综上所述：选择方案一比方案二好。

2、工艺参数的确定及确定依据
（1）机械加工余量
所有标注粗糙度的表面均需要进行机加工处理，及加工余量随着铸件的大小、材质，以及加工面在铸件中的位置而改变。
如：铸钢加工余量比铸铁大；有色金属及加工余量较小；铸铁中灰铸铁比可锻铸铁和球墨铸铁的及加工余量小些。
确定及加工余量可以通过查表来获得。
如下表：

注：
1、此表带括号的机加工余量值为手工造型的机加工余量数值。
2、有些数据表格每项机加工余量数值有两个数据，第一个数据是以一侧为基准，另一侧进行单侧加工的加工余量值；第二个数据是进行双侧面加工的加工余量数值。
3、对圆柱体以及双侧面加工的表面，及加工余量值（RMA）应加倍。
4、对同一铸件所有加工表面，一般只规定一个机加工余量（RMA）值。
对于零件“动掌”，其零件最大尺寸为110，则可以选择单侧加工余量为3。因此，规定此铸件的所有加工表面机加工余量均为3。

（2）不铸出的孔和槽
对于过小的孔或者槽，由于铸造困难，一般不予以铸出。单件、小批生产的小铸铁件上直径小于30的孔一般不予以铸出；一般对于长*宽小于20*10的铸铁件中的槽不予以铸出。
因此，零件“动掌”中，两个直径为6，深16的孔不予以铸出，另外直径为28的孔也不予以铸出；长*宽为5.5*2的槽也不予以铸出。
这些不铸出的孔或槽，在铸造工艺图中以红X表示，剖面处涂以红色。

（3）起模斜度
起模斜度随垂直壁高度增加而减小
机器造型起模斜度比手工造型小
外壁起模斜度比内壁小
起模斜度一般在0.5~5°之间
本零件“动掌”所有加工面起模斜度计算方法可以通过查表确定

我采用的方法是利用直角边两边比例算出起模斜度。
比如说
壁高19 通过查表知在10~40之间的壁高 偏移量为0.8

如图

通过比例式 1：X=0.8：19 得出 X=23.75
则此壁的起模斜度为 1：23.75
通过这种方法将所有需要机加工的面的起模斜度都算出来，并且标注。
另外，此“动掌”零件的所有非加工面的起模斜度均设定为30′。
不在工艺图上表现出来。

（4）铸造圆角
铸件壁与壁之间应该以圆弧过渡，圆角半径一般为相交两壁平均厚度的1/3~1/2。因此除要求的铸造圆角R5，R2等，其余未标注的铸造圆角通过以下计算：
壁厚A 壁厚B 两壁相交 则铸造圆角的半径范围应该在
,之间
通过计算得到未注明的铸造圆角半径范围应该在R2~R3范围内。

（5）铸造收缩率
1、 浇注到铸型的金属液，随温度降低发生冷却、凝固及各部分尺寸的缩减。产生铸造收缩率。
2、 根据收缩率大小将模型或芯盒放大，保证尺寸的要求。
3、 铸造合金收缩率随铸造合金的种类、成分而改变。
通常： 灰铸铁：0.7~1.0%
铸钢：1.5~2.0%
有色：1.0~1.5%
由于零件“动掌”的材质为灰铸铁，所以收缩率定位1.0%。
（6）芯头设计
1、 按芯头位置分垂直和水平两类。
2、 立芯头的高度主要取决于直径大小，范围为15~150mm。
A、高度较小而且较粗的芯子可以省去上芯头。
B、细长而且高的芯子应有上下芯头，且下芯头斜度小一点，高度大一点。
3、水平芯头长度随型芯长度和芯头直径的增大而增大，芯头和芯座之间留1~4mm的间隙，以便于下芯与合型。
注意：无论是水平还是垂直芯头，当其数量不止一个时，若排成一条直线只留两个芯头；若排成一个平面要留三个芯头，且选择对称性好的的三个芯头。
至于芯头斜度、间隙、定位等可查《铸造工艺设计手册》。
本零件的优选方案一不需要型芯。
（7）冷铁及补贴
冷铁：用铸铁、钢或者铜制成，是控制铸件凝固顺序和冷却速度的一种激冷物。因其冷却速度快，可以调节铸件的凝固方式：顺序凝固或者同时凝固。冷铁不仅可以防止铸件产生缩孔和缩松、裂纹和变形、而且可以细化组织，提高铸件表面硬度和耐磨性。
补贴：在垂直壁与冒口根部增加一个楔形，使壁厚朝冒口方向张开，，形成大的温度梯度，以消除缩孔和缩松。
由于本零件浇注位置的选择，已经使毛坯为顺序凝固，而且壁厚比较均匀，所以不需要冷铁。
（8）浇注系统设计以及冒口设计
铸铁小件一般采用封闭式浇注系统，挡渣能力好；防止浇注卷入气体、易清理；阻流截面在内浇道上，金属液易充满浇注系统，金属液消耗少。浇注位置取在分型面。根据《灰铸铁件浇注系统简易计算表》及基本公式

经查表经验系数M=0.75，通过计算该铸件质量G=1kg，可以得到内浇口总截面积=0.75，安装封闭浇注系统一般比例：
F直：ΣF横：ΣF内 =1.15:1.1:1
可以计算得F直=0.9,ΣF横=0.81,设计为一个横浇道， (可确定截面梯形的长、宽、高依次为（10mm、9mm、9mm)，设计内浇道为3个，故每个的截面积为0.25（截面梯形的长、宽、高依次为10mm、5mm、5mm）.修正后比例为F直：ΣF横：ΣF内 =1.2：1.17：1
根据模型结构及尺寸确定内浇道位置、数目和引入方向如铸造工艺图。
直浇道位置为铸型上方，查表高度为200mm，两端面直径分别为15mm和19mm。横浇道设计关于轴线基本对称，3个内浇道位置连接在较为薄壁处，易于清理。本设计中内浇道位置可以使金属液顺型壁注入，不直接冲刷铸型。
冒口的选取：灰铸铁的流动性比较好，可依靠顺序凝固的浇注系统自行进行补缩，一般不需要冒口来补缩。但是由于该铸件所用材料是HT150，碳含量比较低，偏离共晶点，粘稠状凝固，流动性差，所以需要在铸件最高处加冒口进行补缩。根据冒口位置的选取原则，如不设在铸件受力部位，防止铸件组织粗大，降低力学性能；最好选在加工面上，这样可以减少清理冒口根部的工作量和能量消耗；设在铸型的最高处。所以在上端加工面处加冒口。
冒口直径D=(1.36~2)b=(1.32~2)*16=19.2~32 选取20
冒口高度H=(2.5~4.5)D=(2.5~4.5)*20=50~90 选取50

三、机械加工工艺设计
（一）零件表面加工方法的选择
该零件属于单件生产，所以采用通用（万能）设备来加工，很少采用专用夹具，用一般的刀具和通用量具即可。
零件表面加工方法：
1.底平面，粗糙度6.3微米，粗刨+半精刨，或粗铣+半精铣即可实现。
2.两个螺纹孔 对小尺寸的内螺纹，攻丝几乎是唯一的加工方法。由于是单件生产和普通螺纹，所以用手用丝锥手工攻丝。
4.φ36和φ28的孔 对于铸出来的孔一般采用扩孔和镗孔进行机加工。
5.底面两个槽采用卧铣加工。
（二）选择定位基准
此零件底面为重要表面，一般为安装基准，所以将此选为精基准，使加工基准和安装基准重合，可以提高尺寸精度，避免基准不重合引起的定位误差。粗基准就选为右端面，用平口钳装卡工件，铣底平面。

（三）制定工艺路线
合理的加工顺序，可以得到好的技术经济效果和加工质量，所以制定工艺路线很重要。安排切削加工工序时，应满足“粗精加工要分开”、“基准面先加工”、“主要表面先加工”的原则。对于形状较复杂的铸件的单件生产，为了给安装和加工提高依据，在切削之前要安排划线工序。同时为了改变该铸件的组织和切削加工性，先对其进行去应力退火。为了保证产品质量，最后还要安排检验工序。

方案一：
1.铸出毛坯，清理检查，退火。
2.划线，划出各加工面的加工线。
3.铣底平面，上平面和右端面，平口钳装卡前后表面平面部分，以此为粗基准。此时
左端面处于垂直位置，底平面处于水平位置，在卧式铣床上，可以在
一次装卡中完成对这两个面的加工，用端面铣刀。
4.车床上，单刃镗刀镗φ36和φ28的孔。
5.在台钻钻右端面的两个孔。
6.检验。

镗孔可在多种机床上进行，回转体零件上的孔多在车床上加工，不一定非要在铣镗床上加工。不像扩孔只能加工标准孔，由刀具本身尺寸保证，一把镗刀可以加工不同直径的孔，尺寸由操作者保证。镗孔还可以校正原有孔的轴线歪斜或位置偏差，但是它的生产率低。由于这是单件生产，所以影响不是太大。

（四）确定机械加工余量
对于单件生产，可以根据加工方法、加工表面、加工性质，用查表法获得机加工余量。总的机加工余量已在成形工艺设计中给出。
参照《机械制造工艺设计简明手册》李益民主编 哈尔滨工业出版社
P63 表2.3-5 端面精车及磨削余量
P66 表2.3-10 按照7级与8级精度加工预先铸出或热冲出的孔
P74 表2.3-21 平面加工余量
可以确定每一工步的余量，如下表：

工序名称
工步名称
加工表面
加工余量
毛坯总加工余量
铣
粗铣
底平面
2.5
4
左端面
2.5
4
半精铣
底平面
1.5

左端面
1.5
车
粗镗（车）
φ48的通孔
6
10
右端面
3.5
5
半精镗（车）
φ48的通孔
4

右端面
1.5

四、经济核算与设计综述
（一）经济核算
要进行成本核算，首先要确定单件时间额定，它有以下个部分时间组成：
1.基本时间
2.辅助时间
3.布置工作地时间
4.休息与生理需要时间和准备与终结时间。

1.基本时间的计算:
参照《机械制造简明工艺手册》
P193 《表6.2-1 车削和镗削机动时间计算公式》
P197 《表6.2-7 铣削机动时间的计算公式》
P205《表6.2-14 螺纹加工机动时间的计算公式》
P197 《表6.2-7 铣削机动时间的计算公式》，选择如下：

（1）粗铣右端面的基本时间：(用圆柱铣刀，X62卧式铣床)

=75mm/min 计算得=6min=300s
（2）粗铣底平面的基本时间：（用端面铣刀，X62卧式铣床）

其中=6.4min
（3）半精铣底平面的基本时间：
=95mm/min ,=5min
（4）半精铣右端面的基本时间：
=95mm/min, =4.7min=284s..
（5）粗车右端面的基本时间：

其中，d——工件直径，——车圆环的内径，， ，——单件小批生产时的试切附加长度，——工件每转刀具的进给量，——机床主轴转速

（6）粗镗通孔的基本时间：
公式类似于上述公式，选镗刀的主偏角，则
（7）半精车右端面的基本时间：

（8）半精镗通孔的基本时间：

（9）钻2个φ6深16mm的通孔，基本时间约40s
（10）手动绞刀绞2个螺纹孔的时间约为1.5min
2.辅助时间的计算：
装卡：卧式铣床 ；卧式车床 ；台钻 0.07min
卸下：卧式铣床 卧式车床 0.19min 钻床 0.06min
估算 手动攻螺纹装卡和卸下工件的时间及划线时间、穿钼丝时间等约0.5min.
根据P208 《表6.3-3 卧式车床上各种操作所需时间》可得车床上各种操作时间约1min
根据P210 《表6.3-7 在万能卧式、立式铣床上各种操作所需时间》计算铣床上各种操作时间约1min.
钻床各种操作时间约0.5min
由于操作时间的长短与工人的数量程度有很大关系，这里只估算出一个值，且它的时间相对较短，对核算成本影响不是很大。
测量工件时间：
卧式铣床：0.14min*6(次)=0.84min
卧式车床：0.10min*6(次)=0.6min

3.布置工作地、休息和生理需要时间：
各类车床占作业时间百分比分别是：卧式车床 21.8%；立式钻床 15.7%；卧式铣床 16.5%；

计算：
车床作业时间：16min 总时间：16*（1+21.8%）=19.49min
铣床作业时间：23.2min 总时间：23.2*（1+16.5%）=27min
钻床作业时间：2min 总时间2*（1+15.7%）=2.3min
钳工(划线，攻丝)时间：5min
线切割：20min
根据网络提供的信息：
车床加工费用15元/时 卧式铣床 24元/时划线钳工15 元/时线切割9元/时 钻床28元/时
综上所述：计算得机加工总费用为21元
灰铸铁的价格不同时间不同地方都不一样，就以6000元/吨的价格来计算，大概需5千克的HT150，价格为30元。
所以一个“动掌”的成本约51元。要生产10件，成本也就不难算出。

（二）设计综述
该零件采用H150，用铸造的方法获得毛坯。生产数量为单件，所以用手工砂型造型。选用分模造型，分模面和分型面都是该零件的最大截面处，造型较为简单，同时可以保证零件的质量。浇注系统为灰铸铁小件常用的中注的封闭式浇注系统。同时也考虑了其他可能的成形方案，并进行比较，此推荐方案的优点在此不再赘述。获得毛坯后进行去应力退火，然后可以机加工。按照“三先三后”原则，确定工艺路线。并为要加工的表面选择了合适的加工方案，既能保证质量、精度、粗糙度等要求，又可以减少安装次数，加工简便，降低成本。
在设计的过程中，也遇到很多困难，比如分型面的选取、浇注系统的选择、是否需要冒口补缩、在卧式铣床上如何铣垂直平面、各种参数如何选取等，广泛利用图书馆的资源，查阅很多资料和工具书，为每一步的选择找到合理依据。同时也向经验丰富的老师请教，老师给出的建议更可行。当然，虽力争设计最优方案，但难免有考虑不周之处，在以后的学习中继续虚心学习丰富知识，灵活运用，同时联系实践，为成为一名优秀的工程师打下基础。

参考文献：
1.《铸造课程设计手册》叶荣茂等编 哈尔滨工业大学出版社
2.《铸造手册铸造工艺》中国机械工程学会铸造分会编 机械工业出版社
3.《机械制造工艺设计简明手册》李益民主编 哈尔滨工业出版社
4.《金属工艺学》邓文英 主编 高等教育出版社
5.《金属工艺学》丁德全主编 机械工业出版社
6.《金属工艺学实习教材》张学政李家枢主编 高等教育出版社
7.《机械制造技术基础课程设计指南》崇凯主编 化学工业出版社
8.《制造技术基础》赵中华等主编 华东理工大学出版社