BKBS-06典型件的设计及工艺分析 毕业论文.doc
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1、 I BKBS-06 典型件的设计及工艺分析 摘要 本文详细地阐述了支架典型零件的设计和工艺分析的过程。 此零件为一小型支架,用 Auto CAD 软件完成了二维工程图,在 设计过程中用 UG 软件进行了三维实体建模。本文共分为六部分, 第一部分对所设计零件进行了整体分析,并对零件的质量做了 近似计算;第二部分通过零件的强度校核,选择零件的材料; 第三部分根据零件的材料制定合理的热处理工艺;第四部分根 据公差配合的选用原则和相关标准,结合所设计零件的使用要 求,选择了合理的公差等级、配合种类、形位公差和粗糙度要 求;第五部分根据零件的加工要求和使用要求确定毛坯的种类、 形状以及尺寸;第六部分根
2、据毛坯的形状、尺寸和所涉及零件 的要求以及当前的生产条件制定合理的加工工艺规程。 该设计过程与实际生产中的设计过程相接近,提高了我理 论联系实际的能力,为以后走向工作岗位打下了坚实的基础。 关键词:零件设计;强度校核及选材;热处理;公差;工艺规 程 II Abstract This article elaborated the support typical components design and process study process in detail. This components are a small flask place, has carried on the thre
3、e dimensional entity modeling in the design process with the UG software has completed the two-dimensional engineering plat with Auto the CAD. This article altogether divides into six parts, the first part to designed the components to carry on the overall analysis, and has made the approximate calc
4、ulation to the components quality; The second part through components intensity examination, choice components material; Third part of basis components material formulation reasonable heat treatment craft; The fourth part selects the principle and the related standard according to the common differe
5、nce coordination, unifies designs the components the operation requirements, has chosen the reasonable grade of tolerance, the coordinate type, the shape position common difference and roughness request; Fifth part of basis components processing request and operation requirements determination semi-
6、 finished materials type, shape as well as size; The sixth part of basis semi- finished materials shape, the size and involve the components the request as well as the current working condition formulation reasonable processing technological process. Key word: Components design; Intensity examinatio
7、n and selection; Heat treatment; Common difference; Technological process III 目录 1 零件结构设 计 1 1.1 零件的外形结构设 计 1 1.2 估算零件质 量 1 2 零件的强度校核及材料的选 用 4 2.1 零件的强度校 核 6 2.2 零件材料的选 用 6 3 零件的热处 理 8 3.1 钢的热处 理 8 3.2 钢在热处理过程中的组织结构性能变 化 8 3.2.1 钢在加热时的组织结构、性能转 变 8 3.2.2 钢在冷却时的组织结构、性能转 变 10 3.3 制定钢的热处理工 艺 12 3.3.1 退火
8、的工 艺 1 2 3.3.2 正火的工 艺 1 2 IV 3.3.3 淬火的工 艺 1 2 3.3.4 回火的工 艺 1 4 4 公差等级配合种类和配合公差的选 用 16 4.1 尺寸公差与配合的选 用 16 4.1.1 基准制的选 择 16 4.1.2 公差等级的选 用 16 4.1.3 配合种类的选 用 17 4.2 形位公差及零件表面粗糙度的选 用 17 5 零件毛坯的确 定 19 6 零件加工工艺规程的制 定 21 6.1 零件工艺分 析 21 6.2 零件定位基准的确 定 22 6.2.1 精基准的选 择 22 6.2.2 粗基准的选 择 23 6.3 零件加工工艺路线的确 定 24
9、 结束 语 34 致 谢 35 参考文 献 36 1 1 零件的结构设计 1.1 零件的外形结构设计 本次毕业设计所设计的零件为一支架,它是由一个小型板材毛坯加工而成。 零件外形结构如图 1-1 所示: 图 1-1 零件外形图 零件的底座形状近似为方形,四个圆角为 R10,而且有四个螺栓孔,用来 连接其它零件,厚度为 10。为了加强其强度,故减少了底座中间的厚度,约 为 5。零件的左右两侧都有一个壁厚为 8的壁板,而其内部均有一个直径为 20的孔,用来与轴配合,实现其工作要求。两个壁板之间用两个筋连接,形 状类似长方形,壁厚约为 6。为了提高周期性和强度,在零件上设计了四个 厚度为 6的肋板。
10、此外,零件各部份连接的地方都有半径较小的圆角,如图 所示。 1.2 估算零件质量 根据零件的外形结构尺寸及零件的材料(此零件材料为 45,密度 为 7.8g/cm3) 。 零件的外形结构尺寸如图 1-2、图 1-3、图 1-4 所示: 2 图 1-2 图 1-3 3 图 1-4 1.零件底座的质量计算,底座尺寸如图 1-2、图 1-3 所示。 计算底座的体积时可将其底面和底面的凹槽看作是矩形。 矩形底座的体积 v1=1007010mm3=70 3 凹槽的体积 v2=70705 3=24.5 3 四个螺栓孔的体积 v3=43.142.5210mm3=0.785 3 底座的实际体积 V=v1-v2
11、-v3=70-24.5-0.785cm3=44.72cm3 底座的质量为 m1=v =7.844.72g=348.8g 2.筋的质量计算,尺寸如图 1-2、图 1-3 所示。 两个筋的体积 V=230256mm3=9cm3 筋的质量为 m2=v= 7.89g=70.2g 3.肋板的质量计算,尺寸如图 1-2、图 1-3 所示。 四个肋板的体积 V=425106mm3=6cm3 肋板的质量为 m3=v= 7.86g=46.8g 4.薄壁板的质量计算,尺寸如图 1-2、图 1-3、图 1-4 所示。 可将其近似看做一个矩形。 壁板的体积 v1=250658mm3=52cm3 20 的孔的体积 v2
12、=23.141028mm3=5.024cm3 壁板的实际体积 V=v1-v2=5-5.024cm3=46.98cm3 壁板的质量为 m4=v =7.846.98g=366.4g 综上所诉,该零件的近似总质量 m=m1+m2+m3+m4 =348.8+70.2+46.8+366.4g=832.2g 4 2 零件的强度校核及材料的选用 2.1 概述 1 各种材料因强度不足引起的失效现象是不同的。塑性材料如普通碳钢,以 发生屈服现象出现塑性变形为失效标志。脆性材料如铸铁失效现象是突然断裂。 所以要分析零件的受力情况,分析其能够承受多大的力,何时失效、何时变形。 对工业产品来说是非常重要的,可以降低生
13、产成本,并提高产品质量。 2 确定安全因数应该考虑以下几点 (1)材料的素质,包括材料的均匀程度,质地好坏是塑性还是脆性的。 (2)载荷情况,包括对载荷的估计是否准确,是静载荷还是动载荷。 (3)实际构件简化过程和计算方法。 (4)零件在设备中的重要性,工作条件,损坏后造成后果的严重程度,制 造和修配的难易程度。 (5)对减轻设备自重和提高设备机动性的要求。 2.2 零件的强度校核 根据零件的结构、形状、以及工作时的受力情况对其进行强度校核。 图 2-1 零件受力图 对 20 的孔壁厚进行校核,根据受力情况可知其仅需弯曲校核。受力分析 如图 2-2 所示: 5 轴的受力情况: 零件受力情况:
14、图 4-2 受力分析图(1) 已知零件工作时轴受力 F1为 2000N。 对轴进行分析: 由受力平衡可得:F 1+F2=2F F1=F2 解得: F 1=2000 N F2=2000 N 零件所受的力 F3、F 4与轴所受力 F1、F 2大小相等方向相反,因此 F3=2000 N F4=2000 N 截面 A 所受的弯矩 M=F 38 即 M=20008=16000Nmm=16Nm 截面 A 的抗弯截面系数 W=d 3/32 由图 4-1 可知 d=20mm 所以 W=3.140.023/32=0.78510-6 零件工作时的弯曲应力 =M/W 所以 1=16/(0.78510 -6)=20.
15、38MPa 同理可得 截面 B 所受的弯矩 M=F 48 即 M=20008=16000Nmm=16Nm 截面 B 的抗弯截面系数 W=d 3/32 由图 4-1 可知 d=20mm 所以 W=3.140.023/32=0.78510-6 零件工作时的弯曲应力 =M/W 6 所以 2=16/(0.78510 -6)=20.38MPa 2.3 零件材料的选用 表 2-1 中列出几种常用材料及主要力学性能。 材 料 牌 号 毛 坯 直 径 /mm 硬 度 /HBS 抗拉强 度极限 B /MPa 屈服 强 度极 限 S /MPa 弯曲 疲 劳极 限 -1 /MPa 剪切 疲 劳极 限 -1 /MPa
16、 许用 弯 曲应 力 -1 /MPa 100 40042 0 225 Q235-A 10025 0 37539 0 215 170 105 40 100 17021 7 590 295 255 140 10030 0 16221 7 570 285 245 135 55 45 200 21725 5 640 355 275 155 60 100 735 540 355 200 40Cr 10030 0 24128 6 685 490 335 185 70 100 27030 0 900 735 430 260 40CrNi 10030 0 24027 0 785 570 370 210 75
17、100 22928 6 735 590 365 210 38SiMnMo 10030 0 21726 9 685 540 345 195 70 60 29332 1 930 785 440 280 60100 27730 2 835 685 410 27038SiMoAlA 10016 0 24127 7 785 590 375 220 75 20Cr 60 渗碳 5662 HRC 640 390 305 160 60 3Crl3 100 241 835 635 395 230 75 表 2-1 几种常用材料及主要力学性能 7 综合考虑以上几种材料的各项性能指标以及零件的经济性等方面的因素,
18、此次设计的零件选用 45 钢。45 号钢的许用弯曲应力为 60MPa,经校核所设 计的零件此处壁厚可以满足强度要求。 综上所述,所设计的零件强度能够满足使用要求。 8 3 零件的热处理 3.1 钢的热处理 热处理是将固态金属或合金在一定介质中加热、保温和冷却,以改变材料 整体或表面组织,从而获得所需性能的一种热加工工艺。热处理之所以能使钢 的性能发生很大变化,主要是由于钢经过不同的加热与冷却后,使其组织结构 发生了变化。 3.2 钢在热处理过程中的组织结构性能变化 3.2.1 钢在加热时的组织结构、性能转变 温度 WC( ) L+ + L+ Fe3C +L+ + Fe3C + Fe3C Fe3
19、C 图 3-1 FeFe3C 钢加热到 Ac1点以上时,会发生珠光体向奥氏体转变,加热到 Ac3和 Accm点 以上便全部转变为奥氏体,热处理加热最主要的目的就是为了得到奥氏体,因 此,这种加热转变过程称为钢的奥氏体化。 奥氏体是碳溶于 -Fe 中所形成的一种间隙式固溶体。通常用字母“A”表 示。由于面心立方晶格的最大间隙半径为 0.535Error!,略小于碳原子半径,因 9 此,它的溶碳能力比 -Fe 大。碳溶入 -Fe 后将引起晶格畸变,使其周围的 间隔不能(或减少)再容纳碳原子,因此,碳在 -Fe 中只能是有限的溶解。 在 1148时,溶解读最大,为 2.11,随着温度的下降,溶解度也
20、逐渐下降, 在 727时,溶碳量为 0.77。在铁碳合金中,奥氏体是在 727以上存在的 高温相。 奥氏体溶有较多的碳,故其力学性能的特点是具有一定的强度和硬度, 良好的韧性,低的塑性变形抗力,易于锻造变形。所以在生产中常把钢加 热到获得单相奥氏体组织的温度进行塑性变形。 温度() 铁素体 含 碳 量 Ac1 r Arcm A3 rc珠 光 体 +渗 碳 体铁 素 体 +珠 光 体奥 氏 体 图 3-2 加热(或冷却)时 Fe-Fe3C 相图上各临界点的位置 有 Fe-Fe3C 相图可知,将共析钢加热到 A1点以上全部变为奥氏体;而亚共 析钢和过共析钢必须加热至 A3和 Acm以上才能获得单相
21、奥氏体。实际情况下, 钢在加热时的相变并不按照相图上所示的临界温度进行,大多有不同程度的滞 后现象产生,即实际转变温度往往要偏离平衡的临界温度,冷却时也是如此。 随着加热和冷却速度的增加,滞后现象将越加严重。 共析钢的原始组织为片状珠光体,当加热到 Ac1(730左右)以上时将会 发生珠光体向奥氏体的转变,它可分为四个基本阶段: (1)奥氏体形核 (2)奥氏体晶核长大 (3)残留渗碳体的溶解 (4)奥氏体均匀化 10 对于亚共析钢和过共析钢来说,加热至 Ac1以上并保温足够长时间,只能 使原始组织中的珠光体完成奥氏体化,仍会保留先共析铁素体或先共析渗碳体, 这种奥氏体化过程被称为是“部分奥氏体
22、化”或“不完全奥氏体化” 。只有进一 步加热至 Ac3或 Accm以上保温足够时间,才能获得均匀的单相奥氏体,这又被 称为是非共析钢的“完全奥氏体化” 。 3.2.2 钢在冷却时的组织结构、性能转变 温度() 时 间 A1 保 温 图 3-3 两种冷却示意图 a等温冷却 b连续冷却 1.热处理时常用的冷却方式有两种: (1)连续冷却 即将奥氏体化后的钢件以一定的冷却速度从高温一直连续冷却至室温,在 连续冷却过程中完成的组织转变称为连续冷却转变; (2)等温冷却 即把奥氏体化后的钢件迅速冷却到临界点以下某一温度,等温保持一定时 间后在再冷至温室,在保温过程中完成的组织转变称为等温转变。 共析钢奥
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