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1、 . . 南 京 航 空 航 天 大 学 工程材料与热加工基础课程设计 学院：航空宇航学院专业：飞行器设计与工程学号： 完成日期：2009年6月18日说 明 书 目 录任务书-3铸造件设计-5锻造件设计-9焊接件设计-13总结-17心得体会-18参考文献-18一、课程设计任务书课程设计任务书1 课程设计的目标：（1）通过课程设计的实践，使学生进一步加深了解和巩固课堂所学的有关知识，提高学生综合运用所学知识的能力。（2） 通过课程设计使学生初步达到在一般机械设计中，能合理选择材料，选择毛坯制造方法，并能合理地安排热处理工艺与零件制造工艺流程。2.课程设计的选题：本课程设计包括典型零件的材料选择，
2、热处理工艺路线的安排，零件毛坯生产方法的选择（主要包括铸造（液态成型）、压力加工（塑性成形）和焊接（连接成型）三种成型方法）。3.课程设计的主要容：1） 根据图纸熟悉产品的结构、各零件的作用和工作条件。2） 依据零件的受力情况（或给定的条件），环境即失效形式进行零件的选材设计（即选择合适的材料成分，组织与热处理状态）。3） 根据零件的使用条件、制造精度、形状尺寸、材料与生产性质等条件，对指定的零件毛坯进行毛坯部分种类的选择（即选择锻压铸造、或焊接的方法），并进行结构工艺分析、完成工艺设计的部分容（铸件的铸造方法、浇注位置、分型面的选择、并在零件图上示意标出冒口位置；锻件结构工艺、选择的锻造方法
3、；零件的焊接方法、结构工艺、合理布置焊缝等）。4） 对轴类零件（或齿轮）应设计制造工艺流程，正确选择热处理工艺，工艺流程的合理安排，并作详细的说明。5） 对上述第（4）项中的零件，用相应的材料制成试样，分别用自己设计的热处理工艺进行处理，分别测其硬度、磨制试样观察其组织，判断是否达到预期效果，并作分析。4. 设计步骤：1） 对零件制造的方案的总体设计和论证选定。2） 毛坯的生产工艺方法的选择与分析。3） 机械加工方案的分析。4） 工艺过程和工艺流程过程。5考核与成绩评定：指导教师签字_年月日6.系部审查意见：负责人签字_年月日二、铸造课程设计支座1、零件名称：支座2、技术要求和生产性质：(1)
4、 技术要求：支座起支承轴、齿轮等零件的作用，要求有足够的刚度和强度，较好的稳定性，能承受一定程度的振动。抗拉强度b150Mpa,对零件表面无特殊质量要求。(2) 生产性质：为中批量生产3、零件图：4、选材分析：支座属于箱体类支承零件，是机器中的基础零件。轴和齿轮等零件安装在箱体中固定位置并与其它零件协调运动，机器上的各个零部件的重量都由箱体和支承件承担，因此，支座主要受压应力，部分受一定的弯曲应力。此外，支座还要承受工作时的动载荷以与稳定在机架或基础上的紧固力，承受振动。因此，它要求：有足够的强度和刚度，良好的减震性与尺寸稳定性。由于支座形状较复杂，体积较大，具有中空壁薄的特点，选用的材料应具
5、有良好的加工性能，以利于加工成型。根据上述要求，选材方案如下：方案一：在铸钢中选择。铸钢是一种重要的铸造合金，承受较大载荷和较强冲击的箱体支承类部件经常采用铸钢制造，其中ZG35Mn和ZG40Mn应用最多。可是，铸钢的铸造性较差，由于工艺性的限制，所制部件往往壁厚较大，形体笨重。该支座有中空壁薄的特点，对铸造工艺性有一定要求，所以铸钢不合适。方案二：在有色金属中选择。 有色金属与其合金中的各种有色元素都具有各自的独特性能，现代科技的材料发展中起着重要作用。其铸造工艺性能优良，强度好，韧性好。一般重量轻、散热性能良好的箱体可用有色金属与其合金铸造。例如，飞机发动机上的箱体多采用铸造铝合金生产。但
6、支座是一般箱体类支承零件，无需用与各种金属的独特性能，采用有色金属会造成经济上的浪费，而且支座有较大的重量，要求有良好的减震性，所以有色金属与其合金也不合适。方案三：在铸铁中选择。铸铁的铸造性好，价格低廉，消振性能好。所以形体复杂、工作平稳、中等载荷的箱体类支承件一般都采用灰口铸铁或球墨铸铁制作。其中，灰铸铁的的力学性能较差，抗拉强度较低，塑性几乎为零。但抗拉强度与钢相近，并且有良好的铸造性能，如：流动性好，收缩小等。球墨铸铁的力学性能优于灰铸铁，具有较高的抗拉强度和弯曲疲劳极限，也具有良好的塑性和韧性与耐磨性。但关键一点是，球墨铸铁的消振能力比灰铸铁低很多，而且查表得，灰铁相比球铁便宜。所以
7、，综合看来，选用灰口铸铁，其性价比优于球墨铸铁。根据支座的技术要求，选用HT200，HT200在10mm壁厚30mm的状态下抗拉强度b170Mpa,完全满足b150Mpa的强度要求，且其减震性能良好。其次，HT200的铸造性能良好，满足加工性能。此外，灰铸铁价格便宜，充分考虑了选材的经济性。综合上述分析，该支座应选用HT200制造。5、毛坯选择分析：支座这类零件大都承受压应力，只要求一定的强度和韧性，但该类零件形状复杂，因此最适宜采用铸造毛坯。它可以使金属一次成型，灵活性大，适用于形状复杂腔的零件。铸造可分为砂型铸造、熔模铸造、金属性铸造、压力铸造和离心铸造等。方案一：熔模铸造，铸件精度高、表
8、面质量好，可制造形状复杂的铸件，铸造合金种类不受限制，生产批量也基本不受限制，既可大批量生产也可单件、小批量生产。但是，熔模铸造存在工序繁杂、生产周期长、生产成本高等缺点，且铸件不易太大、太长，一般限于25kg以下，而支座重量显然较大，所以不合适。方案二：离心铸造，不用型芯即可铸出中空铸件，简化套筒类生产过程；可以提高金属液充填铸型的能力；改善补缩条件，但由于离心作用，金属中的气体、熔渣等夹杂物，因密度较大儿集中在铸件表面上，使孔的尺寸不精确，质量较差，铸件易产生成分偏析和密度偏析等，由于该支座不是套筒、管等零件，所以离心铸造不合适。方案三：砂型铸造，是传统的铸造方法，部组织疏松，易产生缩孔、
9、缩松、气孔、沙眼等缺陷，但其工艺简单，有很大的灵活性，适用于各种形状、大小、批量与各种常用合金铸件的生产，特别适合于腔复杂的铸件。砂型铸造成本低廉，因为该支座对零件表面没有质量要求，所以没有必要花大投资去选择能使表面质量好的熔模铸造、压力铸造等。并且该支座生产性质为中批生产，砂型铸造足以满足所有要求，同时极大节约成本。方案四：压力铸造，压铸件尺寸精度高，表面质量好，可以压铸必薄、形状复杂的以与具有很小孔和螺纹的铸件，强度和表面硬度高，可实现半自动化与自动化生产。但由于充型速度快，气体难以排出，易产生气孔，金属凝固快，易产生缩孔和缩松。另外，设备投资大，铸型制造周期长，造价高，不宜中、小批量生产
10、，根据支座的技术要求，用此法经济上过于浪费，故不合适。综上所述，所铸毛坯形状复杂，对表面质量没有特殊要求，中批生产，应选择砂型铸造。6、工艺选择：一、浇铸位置的选择：(1)铸件的重要加工面应朝下或位于侧面。(2)铸件的大平面应朝下。(3)面积较大的薄壁部分应置于铸型下部或是其处于垂直或倾斜位置，可以有效防止铸件产生浇铸不足或冷隔等缺陷。(4)对于容易产生缩孔的铸件，应将厚大部分放在分型面附近的上部或侧面，以便在铸件厚壁处直接安装冒口，使之实现自上而下的定向凝固。二、铸型分型面的选择：(1)应尽可能使铸件的全部或大部分置于同一砂型中，以保证铸件的精度。(2)应时铸件的加工面和加工基准面处于同一砂
11、型中。(3)应尽量减少分型面的数量，尽可能选平直的分型面，最好只有一个分型面。(4)应尽量减少型芯和活块的数量，以简化制模、造型、合型等工序。(5)应尽量使行腔与主要型芯位于下型，以便于造型、下芯、合型和检验壁厚。7、铸造工艺图：由下图分析可得：分型面选在最大截面处，易于拔模，上砂箱高度、较低，零件下部截面较大，放在砂型上部，并在上部设置冒口，用来补缩。 图转下页分析：分型面选在最大截面处，易于拔模，上砂箱高度较低，零件下部截面较大，放在砂型上部，并在上部设置冒口，用来补缩。三、锻造课程设计传动轴1. 技术要求与生产性生产性质：小批量生产技术要求：b500MPa, s300MPa, 15%,
12、k35J/cm2 ，硬度230240HBS2：零件图3、工作条件与分析：轴的工作条件：（1）传递一定的扭矩，承受一定的交变弯矩和拉、压载荷；（2）轴颈承受较大摩擦；（3）承受一定冲击载荷。轴的主要失效形式：（1）疲劳断裂：由于受扭转疲劳和弯曲疲劳交变载荷长期作用，造成轴疲劳断裂。这是最主要的失效形式。（2）断裂时效：由于大载荷和冲击载荷作用，轴发生这段或扭断；（3）磨损失效：轴颈处过度磨损轴的性能要求： 根据工作条件和失效形式，对轴的选材提出吐下性能要求；（1）良好的综合理学性能，即强度、塑性、韧性有良好的配合，以防止冲击和过载断裂；（2）高的疲劳强度以防疲劳断裂；（3）良好的耐磨性以防止轴颈
13、磨损此外，对刚度、切削加工性、热处理工艺和成本等因素也应综合考虑。4、传动轴选材：轴类零件选材时主要考虑强度，同时兼顾材料的冲击热性和表面耐磨性。强度设计一方面应保证轴的承载能力，防止变形失效；另一方面由于疲劳强度与拉伸度大致成正比关系，也能保证轴的耐疲劳性能，并且还对耐磨性有力。为了兼顾强度和韧性，同时考虑疲劳抗力，轴一般用中碳钢或中碳合金调质钢制造。主要钢种是45、40Cr、40MnB、30CrMnSi、35CrMo和40CrNiMo等。具体根据载荷类型和淬透性要求来决定。进一步分析如下：方案一：中碳合金调质钢，根据要求选择40MnB 40MnB调质后局部淬硬可使HBS达到220250，满足硬度要求。在其运转过程中可以承受中等载荷与较高的转速，很好的满足所需要的精度要求。但是它不能承受较大的冲击、交变载荷。方案二：中碳钢，根据要求选择45钢 45钢的各项力学性能均达到要求。其机械性能较好，冷热加工性能良好，而且价格较低，来源较广，应用广泛。但是它的淬透性低，截面尺寸大和要求
