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首先,手工绘制气门摇臂轴支座的二维零件图,然后根据图纸的技术要求等确定生产类型,经分析本次设计的零件年产量为60000件,属大量生产;
其次,进行工艺分析,确定毛坯类型和制造方法,气门摇臂轴支座的材料为45号钢,拟采用以锻造的形式进行毛坯的制造,运用AutoCAD软件绘制气门摇臂支座的二维毛坯图,并确定零件的机械加工工艺路线,完成机械加工工序设计,进行必要的经济分析;
最后,对某道加工工序进行夹具装配图及主要零件图的设计。
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第2章 气门摇臂支座的机械加工工艺规程设计
2.1零件的工艺分析及生产类型的确定
2.1.1零件的作用
本设计所设计的零件是柴油机中摇臂结合部的气门摇臂,它是柴油机上气门控制系统的一个重要零件。在内燃机中,每个气缸配备两个摇臂,摇臂穿于轴上,起作用在于:曲轴的旋转推动推杆上下运动,推杆推动轴上的摇臂做有规律的摆动,从而推动气门的开启与关闭,实现发动机的做功冲程。顶端的小孔用来注油,润滑摇臂与轴的配合面,延长零件的使用寿命。其各部分尺寸在零件图中做详细标注。
2.1.2零件的工艺分析
零件的材料为45钢,该材料具有较高的机械强度,耐磨性,耐热性和减震性能。该
?0.021M10?1?5H的螺纹孔以及R9.5mm的圆弧面,(0)mm孔、零件的主要加工表面为?26H7它们相互间有一定的位置要求。现分析如下:
?0.021(0)mm孔为基准加工孔两端面保证垂直度为0.04mm;加工圆弧面(1)以?26H7保证平行度为0.02mm;加工小平面保证垂直度为0.06mm。
?0.021?0.021(0)mm孔、M10?1?5H螺纹孔为基准铣削?26H7(0)mm孔(2)以垂直?26H7前后两端面,保证其对称度为0.3mm。
由以上分析可知,对于M10?1?5H螺纹孔以及R9.5mm的圆弧面而言,可以借助专用夹具加工表面,并且保证它们之间的位置精度要求。
2.1.3确定零件的生产类型
零件的生产类型是指企业(或车间、工段、班组、工作地等)生产专业化程度的分类,它对工艺规程的制订具有决定性的影响。生产类型一般可分为大量生产、成批生产和单件生产三种类型,不同的生产类型由着完全不同的工艺特征。零件的生产类型是按零件的年生产纲领和产品特征来确定的。生产纲领是指企业在计划期内应当生产的产品产量和进度计划。年生产纲领是包括备品和废品在内的某产品年产量。零件的生产纲领N可按下式计算:
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N?Qn(1??%)(1??%)
式中 N———零件的年产量(件/年)
Q———产品的年产量(台/年)
n———每台产品中,该零件的数量(件/台)
α%——备品的百分率(一般取2%~4%) β%——废品的百分率(一般取0.3%~0.7%)
根据上式就可以计算求得出零件的年生产纲领,再通过查表,就能确定该零件的生产类型。
根据本零件的设计要求,Q=10000台,n=6件/台,分别取备品率和废品率3%和0.5%,将数据代入生产纲领计算公式得出N=62109件/年,且零件质量小于100kg ,根据《金属机械加工工艺人员手册》第四版,第十七章表17-5(1192页)可知该零件为轻型零件,本设计零件——气门摇臂轴支座的的生产类型为大量生产。
2.2选择毛坯种类,绘制毛坯图
2.2.1选择毛坯种类
机械加工中毛坯的种类有很多种,如铸件、锻件、型材、挤压件、冲压件、焊接组合件等,同种毛坯又可能有不同的制造方法。提高毛坯的制造质量,可以减少机械加工劳动量,降低机械加工成本,但往往会增加毛坯的制造成本。所以,选择毛坯的制造方法一般应该考虑以下几个因素:
2.2.1.1材料的工艺性能以及零件对材料组织和性能的要求
材料的工艺性能在很大程度上决定着毛坯的种类和制造方法。例如,铸铁和青铜不能锻造,只能选铸件;钢制零件的形状复杂,机械性能要求不高时,可用铸钢件,机械性能高,宜选用锻件毛坯;零件的形状若不复杂,且机械性能要求不高时,可用棒料。铸铁质零件采用铸造毛坯。
2.2.1.2毛坯的结构形状和外形尺寸以及精度要求
毛坯的尺寸大小和形状复杂程度也是选择毛坯的重要依据。例如,对于阶梯轴类零件,当各台阶直径相差不太大时,可用棒料;若相差较大,则宜采用锻件毛坯。形状复杂和薄避的毛坯,一般不应采用金属型铸造;尺寸较大的毛坯,通常不采用模锻、压铸和精铸,多数采用砂型铸造、自由锻造及焊接等方法制造毛坯。
2.2.1.3零件生产纲领的大小
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生产纲领在很大程度上决定了采用某种毛坯制造方法,只有毛坯的制造方法与零件的生产纲领相适应,才能获得最佳的经济效益。生产纲领小时,宜采用设备投资少的毛坯制造方法,如木模砂型铸造及自由锻造。生产纲领大时,宜采用高精度和高生产率的毛坯制造方法,如模锻及熔模铸造。此时虽然一次投资较大,但增加的毛坯制造费用可由减少材料消耗及机械加工费用的减少来补偿。
2.2.1.4现场的生产条件
这里主要考虑现场的毛坯制造的实际工艺水平、设备状况以及外协的可能性和经济性,但同时也要考虑因生产发展而采用较先进的毛坯制造方法。
根据上述内容的几个方面来分析本零件,由前述零件的作用分析中可知,该零件主要起支撑作用,且长时间与凸轮轴接触,磨损是该零件的主要失效形式,因此零件材料选择45号钢。首先分析45号钢的材料性能,45号钢为优质碳素结构钢,广泛用于机械制造,属中碳钢,具有很好的锻造性能,其机械性能良好,有良好的切削性能和机械强度,常用于负荷较高的耐磨零件,故本零件毛坯可选用锻造的方法;其次,观察图纸可知,本设计零件的最大尺寸小于100mm,其尺寸并不大,而且零件形状也不复杂,属于简单零件,除了几个需要加工的表面外,零件的其它表面粗糙度都是以不去除材料的方法获得的;再者,考虑到前述已经确定零件的生产类型为大量生产。因此,若既要保证其他不进行机械加工的表面精度,又要保证零件获得高的机械强度和耐磨性能,同时考虑经济效益,调高产品生产率,则可以采用模型锻造,而较大的生产批量可以弥补毛坯锻造费用。综上所述,本零件的毛坯种类以模型锻造的方法获得。
2.2.2确定毛坯尺寸及机械加工总余量 2.2.2.1确定分模位置
确定分模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,使锻件容易从锻模中型槽中取出。因此,锻件的侧表面不得有内凹的形状,并且使模膛的宽度大而深度小。锻模分模位置应选在具有最大水平投影尺寸的位置上,应使飞边能切除干净,不产生飞刺。对金属流线有要求的锻件,应保证锻件有最好的纤维分布。根据气门摇臂支座的零件形状,采用前后对称的直线分型模。
2.2.2.2确定机械加工余量,毛坯尺寸和公差
钢制模锻件的公差及机械加工余量按GB/T12362-2003确定。要确定锻件毛坯的尺寸公差及机械加工余量,应先确定如下各项因素:
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(1)锻件公差等级
锻件公差等级由该零件的功用和技术要求,确定其锻件公差等级为普通级。 (2)锻件质量mf
根据零件成品质量0.25kg,估算锻件质量为mf为0.40kg。 (3)锻件形状复杂系数S
由《金属机械加工工艺人员手册》第955页查得锻件的形状复杂系数
S?mfmN
式中 mf——锻件质量 mN——锻件外廓包容体质量
该锻件采用圆形锻件,假设其最大值为?50mm,长92mm ,则由《金属机械加工工艺人员手册》查得:
mf??4dh??2?4?50?92?7.85?102?6?1.418kg
故锻件形状的复杂系数为S?mfmN?0.401.418?0.282
由于0.28介于0.16和0.32之间,故该零件的形状复杂系数S属于S3级。 (4)锻件的材质系数M
由于该零件材料为45号钢,是碳的质量分数小于0.65%的碳素钢,故该锻件的材质系数属于M1级。
2.2.2.3确定机械加工余量
根据锻件质量,零件表面粗糙度,形状复杂系数查《金属机械加工工艺人员手册》表12-25,由此查得单边余量在厚度方向为1.0~1.5mm,水平方向也为1.0~1.5mm。即锻件各处直径的单面余量为1.0~1.5mm,各轴向尺寸的单面余量亦为1.0~1.5mm。
2.2.2.4确定毛坯尺寸
上述查得的加工余量适用于机械加工表面粗糙度Ra?1.6?m。Ra?1.6?m的表面,余
?0.021(0)量要适当增大。分析本零件,?26H7 孔内表面精度要求较高,查《金属机械加工工
艺人员手册》表4-34可知,该孔的精度等级为IT7,对应的表面粗糙度为Ra1.25?m。R9.5mm圆弧端面需要经过抛光处理,查《机械制造技术基础课程设计指南》表5-14可知,抛光处理后,圆弧端面的精度等级为IT6~IT8,对应表面粗糙度为Ra0.025?m~Ra0.2?m。而
?0.021(0)本零件需要进行机械加工的表面有M10?1-5H螺纹孔及其上下端面,?26H7 孔及其?0.021(0)前后端面,?2.5油孔。虽然?26H7 孔表面粗糙度小于1.6?m,余量要适当加大,但
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