挂轮架轴工艺设计说明书[1]
工艺设计说明书
一、分析零件图（如图）
1、零件名称：挂轮架轴
2、材料：45＃钢；
3、质量： 0.3Kg
4、产量：100件；
5、技术要求：
.0
05
35 和方头处淬火HRC40～45。
二、锻造工艺性分析
1、加工目的、环境及锻后现象分析
零件为轴类零件，因此锻造的目的不是侧重于成形、减少加工余量，而是侧重
于提高锻件的力学性能，选用自由手工锻造。锻后零件性能可能变化的趋势有坯料端部弯曲并带毛刺和脱碳等。
2、零件结构形状对锻造适应性的分析
即锻件结构工艺性分析。该零件为阶梯轴类零件，可通过手工自由锻造来完成初步成型。因锻造而产生的缺陷可以通过锻造后的热处理和切削加工来改善。三、绘制锻件图
锻件图是根据零件图绘制的。自由锻件图是在零件图的基础上考虑了加工余量、锻造公差、工艺余块等参数后绘制而成的。根据以下步骤绘制锻件图（如下页图）：（1）确定锻件形状。
（2）用红线绘出锻件图。
（3）计算尺寸，查公差并注于图上。查《锻压手册》知，轴向机械加工余量与公差为8±3，径向机械加工余量与公差为4±1.5。
最终锻件图如下所示：
四、参数选择
1、工艺参数
首先选择工艺余块以简化锻件外形，然后确定加工余量和公差。
2、选择依据
选择参数应考虑锻件的材料、形状尺寸、现有设备、生产批量等因素。
3、确定方法
查有关标准进行分析，并与同类件比较，选择的公差余量可依下列条件确定：（1）锻件数量。数量多，其值取小些，否则取大些。
（2）锻件材料。一般材料其值取小些，特殊钢取大些。
（3）表面质量。原材料的表面质量好，其值取小些，否则取大些。
（4）锻件形状尺寸。锻件形状简单，长度短，其值取小些，否则取大些。
（5）锻工技术水平。锻工技术水平高，其值取小些，否则取大些。
（6）工具和设备情况、企业工艺习惯等其它因素。
由于公差余量均由经验而定，在此以《锻压手册》查得的数据为最终参数。4、数据处理
对于大型锻件尾数圆整为5或0；中小型锻件按四舍五入原则处理成整数。最后确定的工艺参数如锻件图所示。
五、确定坯料质量和锻件尺寸
1、确定坯料质量
坯料质量包括锻件本身的质量、加热时氧化烧损、切头时的损失及冲孔时的芯料损失等。
(1) 计算锻件质量根据锻件的形状和基本尺寸，可计算出锻件的质量：
＝ pV
m
锻
-锻件质量；
式中 m
锻
p-锻件材料的密度（ kg/dm3）取7.85kg /dm3；
V -锻件的体积（ dm3）；
＝ pV = 7.85 kg /dm3×0.110972dm3 = 0.87 kg 由此计算得：m
锻
(2) 计算坯料质量坯料的质量包括锻件本身的质量、加热时氧化烧损、切头时的损失及冲孔时的芯料损失等。其计算公式为：
m 坯＝ m 锻＋ m 烧＋ m 切＋ m 芯
式中m 坯-坯料质量（ kg ）；
m 锻-锻件质量（ kg ）；
m 烧-氧化烧损的质量（ kg ），
m 切-表示对拔长工件的切头损失（ kg ）；
m 芯-冲孔时冲掉的芯料损失（ kg ）；
m 烧一般按火次进行估算，如第一火取锻件质量的 2.0% ～ 3.0% ，以后各火一般取锻件质量的 1.5% ～ 2.0% ；m 切一般按下面经验公式估算：对于该零件圆形截面m 切＝ 1.81 ，其中D 为切头部分直径（ dm ）；零件没有冲孔，故，m 芯= 0kg。
所以，m 坯＝m 锻＋m 烧＋m 切＋m 芯＝0.87×（1+1.5%）+1.81×3
24
.0
＝0.91(kg)
2、确定坯料尺寸
坯料尺寸的确定与所采用的第一道基本工序（镦粗或拔长）有关，所采用的工序不同，确定的方法也不一样。
此零件应采用拔长法锻制锻件，钢坯拔长时所用截面A
坯
的大小应保证能够得到所要求的锻造比，即
A 坯≥YA
锻
式中 Y-锻造比,此时Y=2.5；
A
锻
-锻件的最大横截面积（cm2）；
A
坯
-坯料的横截面积（cm2）。
按锻造比Y及锻件最大横截面积求出D
坯，
即
Y＝ A
坯/A
锻
＝D2
坯
/D2
锻
＝D2
坯
/D2
锻
所以 D2
坯=Y D2
锻
因为
D
锻
=58mm
D
坯＝5.2D
锻
＝92mm
由《课程设计资料》，D
坯圆整后得：D
坯
= 95mm
根据坯料总质量（前已求出），可得出坯料体积（V
坯
）由此即可确定坯料长度
（L
坯
），即，
V 坯＝m
坯
/ρ
坯
=0.91/7.85=0.116(dm3)
所以 L
坯＝V
坯
/ A
坯
= 4V
坯
/πD2
坯
＝(4×0.116)/(π×0.952)＝0.164dm＝164mm
所以，L
坯
＝164mm。
六、确定工序
通常采用比较法编制工序。对锻件图与所选坯料进行比较，分析其差异，初步定出基本工序；分析其不足及是否有强化要求，比较使用性、先进性和经济性，结合工艺习惯增设工序。由此，编制工序如下图所示：
七、锻造设备的选择
选定锻造设备的依据是锻件的材料、尺寸和质量，同时，还要适当考虑车间现有的设备条件。设备吨位太小，锻件内部锻不透，质量不好，生产率也低；设备吨位太大，不仅造成设备和动力的浪费，而且操作不便，不安全。
对于此类小型锻件，采用锻锤，经查询《课程设计资料》，选用型号为C41-100的空气锤。
八、锻造温度及加热时间的确定
（1）锻造温度
在"热处理设计"主界面，在菜单项中选择"热处理参数查询"，在下拉菜单中，双击"常见金属锻造温度范围"，进入常见金属锻造温度范围查询界面，输入“45”，点击"查询"，得出查询结果。
查询结果如下：始锻温度：1150-1200℃，终锻温度：800℃
（2）加热时间的确定
在计算机辅助自由锻锻件工艺设计软件的主界面菜单中，选择"热处理设计"子
菜单，双击进入"热处理设计"主界面，在菜单项中选择"加热时间的选择"。双击进入"加热时间的选择"界面，经查询可计算出加热设计。计算过程如下：
以经验公式确定加热时间：
τ＝αK D
式中，
τ-加热时间，单位为 h ；
α--加热系数（min/mm或s/mm），查《课程设计资料》取1 ；
D-断面直径或边长，单位为cm；
K-系数，低碳钢K取0.10～0.15，高碳钢K取0.20～0.30，中碳钢K取0.15～0.20。
以上方法是生产中常采用的经验数据法，其理论根据是铁碳合金状态图的碳的质量分数。所以得出：
τ＝αK D=1×（0.15～0.20）×9.5=（1.425～1.9）h
取τ＝1.7h 。
九、锻后热处理
1、查阅《课程设计资料》，锻后热处理采用以下路线：
完全退火——粗加工——半精加工——高频淬火、低温回火——精加工
原因：中碳钢一般采用完全退火，由于淬火后只能进行磨削加工，不能进行切削加工，故在淬火前需进行粗加工和半精加工，将零件表面加工出来，然后进行高频淬火和低温回火，使零件表面具有高的强度、硬度和耐磨性，从而能够在交变载荷、摩擦和冲击场合下正常工作。最后进行精加工，使零件表面达到要求的粗糙度。
2、对于45钢，相关热处理参数如下：
（1）退火：加热温度为820～840℃，随炉冷却。
（2）淬火：加热温度为820～840℃，水冷，硬度达55～60HRC；
（3）回火：加热温度为520～560℃，空冷，硬度达228～286HBW。
3、热处理设备：箱式炉、高频加热电源设备。
4.预处理和最终处理加热时间和保温时间确定
（1）完全退火
A）加热时间：
加热时间的计算公式：t = α K D
式中 t--加热时间（min或s）；
α--加热系数（min/mm或s/mm）；
D--工件有效厚度（mm）；
K--工件装炉修正系数，通常取1.0～1.5。
此时，取α=1，K=1,D=58mm,
则t =αKD=1×1×58=58（min）
B)保温时间：t =αKD
式中 t--加热时间（min）；
α--保温时间系数（min/mm）；
K--工件装炉方式修正系数；
D--工件有效厚度（mm）。
此时，取α=1.1，K=1,D=58mm,
则t =αKD=1.1×1×58=63.8（min）
（2）高频淬火
A）加热时间：t =αKD=1×1×50=50（min）
B）保温时间：t =αKD=1.1×1×50=55（min）
(3)低温回火
th(min) = Kh + Ah·D
式中：th --回火时间
Kh--回火时间基数（min）;
Ah--回火时间参数（min/mm）;
D--工件有效厚度(mm)。
此时，取Kh=10 min，Ah=1，D=50mm
则th(min) = Kh + Ah·D=10+1×50=60（min）
十、变形或缺陷分析
以下是对在锻造工艺中的各种缺陷进行分析：
1.原材料的主要缺陷及其引起的锻件缺陷：表面裂纹、折叠、结疤等；
2.备料不当产生的缺陷：切斜、坯料端部弯曲并带毛刺、坯料端部凹陷等；
3.加热工艺不当产生的缺陷：脱碳、过热、过烧、加热裂纹等；
4.锻造工艺不当常产生的缺陷：大晶粒、晶粒不均匀、冷硬现象、裂纹；
5.锻后冷却工艺不当常产生的缺陷：冷却裂纹、网状碳化物；
6.锻后热处理工艺不当常产生的缺陷：硬度过高或者硬度不够、硬度不均匀。