工程材料課程設(shè)計(jì)

1、 工程材料應(yīng)用課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)專(zhuān) 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué)生姓名 班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 完成日期 201 年1月9日 目 錄第一章 任務(wù)書(shū)-3第二章 鑄造件設(shè)計(jì)-4第三章 鍛造件設(shè)計(jì)-7第四章 焊接件設(shè)計(jì)-10第五章 總結(jié)-13第六章 心得體會(huì)-13參考文獻(xiàn)-14第一章 任務(wù)書(shū)一、課程設(shè)計(jì)目的此課程設(shè)計(jì)是工程類(lèi)專(zhuān)業(yè)的必修技術(shù)基礎(chǔ)課，其內(nèi)容包括工程材料學(xué)、鑄造、鍛壓、焊接等。為了提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力和綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的能力，在學(xué)習(xí)該課程后進(jìn)行一周課程設(shè)計(jì)，其目的是：1.通過(guò)課程設(shè)計(jì)的實(shí)踐，使學(xué)生進(jìn)一步加深了解和鞏固課程所學(xué)的有關(guān)知識(shí)，提高學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析解決實(shí)際問(wèn)題的能力。 2

2、.通過(guò)課程設(shè)計(jì)使學(xué)生初步達(dá)到在一般機(jī)械設(shè)計(jì)中能合理選擇材料、選擇毛坯生產(chǎn)方法，并能合理安排典型零件的熱處理工藝、零件制造工藝流程及結(jié)構(gòu)工藝性分析。二、課程設(shè)計(jì)的任務(wù)及要求 課程設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想應(yīng)力求在提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低產(chǎn)品成本、提高生產(chǎn)效率的原則下，使工藝方案盡量簡(jiǎn)化、操作方便。1.仔細(xì)讀題、明確自己的任務(wù)。2.對(duì)零件制造的總體方案進(jìn)行論證與選定，包括： 毛坯制造方案的可行性分析與比較。 主要表面機(jī)械加工方案分析與選擇。3.毛坯生產(chǎn)工藝方案的分析，包括: 工藝性綜合分析。 生產(chǎn)方法的確定。 工藝參數(shù)的確定及其他工藝問(wèn)題的分析。 工藝圖的繪制。4.機(jī)械加工工藝方案的分析，包括： 零件機(jī)械加工工藝的

3、分析及工藝基準(zhǔn)的選定。 工藝過(guò)程的擬定及工藝文件的編制。 各工序機(jī)床、加工余量、工、夾、量具的選定。 刀具的設(shè)計(jì)與應(yīng)用。 繪制機(jī)械加工過(guò)程中所需的工藝圖。5.完成全部工藝?yán)L制工作。6.撰寫(xiě)一份完整的說(shuō)明書(shū)。要求理論鮮明、論證嚴(yán)密、文理通順、字跡清楚。7.編寫(xiě)參考文獻(xiàn)。第二章 鑄造件設(shè)計(jì)一、零件名稱(chēng)：大型船用螺旋槳二、零件的簡(jiǎn)圖：三、技術(shù)要求和生產(chǎn)性質(zhì)：技術(shù)要求直徑D= 4000 mm; 螺距比為0. 9;盤(pán)面比為0. 66; 后傾角為0b; 葉數(shù)為4 葉; 右旋; 設(shè)計(jì)成品質(zhì)量約5 600 kg生產(chǎn)性質(zhì)小批量生產(chǎn)四、零件的材料選擇分析：大型船用螺旋槳的工作條件船用銅合金螺旋槳在海水中運(yùn)轉(zhuǎn)而承受

4、巨大的交變負(fù)荷, 要求力學(xué)性能高、耐蝕疲勞強(qiáng)度高、耐空泡腐蝕性能優(yōu)良, 而且其槳葉形狀為曲面, 使得銅合金螺旋槳的鑄造工藝相當(dāng)繁雜。失效分析變形失效：當(dāng)承受的應(yīng)力超過(guò)一定限度時(shí)，大型船用螺旋槳產(chǎn)生過(guò)量的變形，導(dǎo)致失效。斷裂失效：動(dòng)載荷和應(yīng)力的作用力很大，在大載荷或沖擊載荷作用下，發(fā)生斷裂或者扭斷。疲勞斷裂：由于長(zhǎng)期受其他零件工作時(shí)產(chǎn)生的交變應(yīng)力，造成大型船用螺旋槳的疲勞斷裂。選材方案選材分析：方案一：選用鑄鋼。 鑄鋼是一種重要的鑄造合金，有較高的強(qiáng)度和良好的塑性，通過(guò)熱處理可獲得較高的硬度和能承受較大的載荷和沖擊。但大型船用螺旋槳曲面結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，一般通過(guò)鑄造成型，而鑄鋼的鑄造性能較差，易出現(xiàn)澆

5、注不足、縮孔等鑄造缺陷，這將大大影響成型后零件的性能。方案二：選用鎳鋁青銅。鎳鋁青銅具有優(yōu)良的耐蝕性和可以同鋼媲美的強(qiáng)度和韌性, 因而在工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。工業(yè)上使用的鋁青銅, 含鋁量一般為7% 10% ( w ) , 強(qiáng)度高,適用于鑄造。實(shí)際使用中為了進(jìn)一步改善鋁青銅的有關(guān)性能, 常用的鋁青銅是在二元鋁青銅的基礎(chǔ)上添加一定量的錳、鐵、鎳、鋅和錫等元素而形成的多元鋁青銅。鎳鋁青銅就是以鎳、鐵、錳為主要合金元素的鋁青銅。因鎳鋁青銅具有極佳的耐腐蝕性能, 是用于船舶螺旋槳、泵、閥以及水下緊固件的重要材料。對(duì)比以上兩個(gè)方案，到考慮工作條件原因，選擇方案二。五、工藝設(shè)計(jì)1 收縮率、反變形量的確定螺旋槳

6、槳葉既寬且薄、葉厚分布不均勻, 鑄件各處的澆注溫度和冷卻速度不同, 鑄造收縮變形嚴(yán)重且變形各異, 其影響變形的因素和規(guī)律尚未完全清楚, 導(dǎo)邊向下凹, 隨邊向上撓, 槳葉扭轉(zhuǎn)變形, 螺距變小; 在隨邊( 0. 3 0. 5) R 螺距線(xiàn)收縮率取1. 5%, ( 0. 6 1. 0) R螺距線(xiàn)收縮率取2%, 槳葉后傾從( 0. 5 1. 0) R 加放0. 2 mm 的反變形量 3 ; 整個(gè)槳的線(xiàn)收縮率取1. 5%。2 加工余量的確定為了消除鑄件的表面缺陷, 得到尺寸精度高、表面質(zhì)量好的螺旋槳, 僅靠補(bǔ)縮和反變形量還不能補(bǔ)償和修正螺旋槳的收縮變形, 還必須加放加工余量。槳葉的加工余量確定如下: 槳

7、葉葉面加工余量取5 mm, 葉背加工余量取4 mm, 導(dǎo)邊及隨邊均加長(zhǎng)加寬20 mm; 槳轂外徑加10 mm, 槳轂軸孔單邊減20 mm, 槳轂大端加長(zhǎng)30 mm、小端加長(zhǎng)20 mm。3 澆冒口系統(tǒng)的確定螺旋槳的澆注系統(tǒng), 應(yīng)保證金屬液能平穩(wěn)地充型,應(yīng)有合理的澆注速度、熱分布均勻、擋渣除渣能力強(qiáng), 其澆注系統(tǒng)示意圖見(jiàn)圖2。采用底注式澆道, 拔塞澆口杯, 封閉式直澆道60J/cm2,零件表面獲得回火馬氏體加碳化物組織，其硬度可達(dá)5864HRC，并且有高的耐磨性，可以滿(mǎn)足技術(shù)要求。此外，該鋼的熱處理工藝性也好，不易過(guò)熱，滲碳后可直接淬火.它的可鍛性也很好，有利于磨頭主軸毛坯的鍛造，它的切削加工性也

8、好.）總結(jié)： 根據(jù)以上分析，該高速軸應(yīng)選用20CrMnTi合金滲碳鋼制造。五、毛坯選擇方案該機(jī)床主軸屬軸桿類(lèi)零件，通常以鍛件做毛坯。1、切削加工直接采用圓柱棒切削加工，加工的精度較高，但是由于零件的復(fù)雜性而會(huì)產(chǎn)生較多材料浪費(fèi)，增加生產(chǎn)成本。2、鍛造自由鍛，所用工具和設(shè)備簡(jiǎn)單，通用性好，工藝靈活，成本低，但精度低，加工余量大，表面質(zhì)量差。 模鍛，鍛件形狀和尺寸精度高，機(jī)械加工余量少，鍛件的纖維組織分布合理，生產(chǎn)率高，操作簡(jiǎn)單。綜上所述，應(yīng)該選擇模鍛六、工藝流程下料自由鍛正火粗加工，半精車(chē)外圓，滲碳局部淬火，加低溫回火車(chē)定刀槽，粗磨外圓精磨(1)正火處理是為了得到合適的硬度，以便于機(jī)械加工，同時(shí)改

9、善鍛造組(2)滲碳處理是為了使材料硬度增加。(3)淬火加低溫回火是為了高速軸表面滿(mǎn)足高精度，高耐磨性的要求。第四章 焊接件設(shè)計(jì)一、零件名稱(chēng)：雙相不銹鋼管二、零件簡(jiǎn)圖：三、零件的生產(chǎn)要求與生產(chǎn)性質(zhì)技術(shù)要求屈服強(qiáng)度Rs 550MPa, 抗拉強(qiáng)度Rb750MPa, 維氏硬度HV 220。生產(chǎn)性質(zhì)大批生產(chǎn)四、零件的選材分析雙相不銹鋼管的工作條件分析應(yīng)用于近海結(jié)構(gòu)、石油和天然氣的管道輸送中，需要具有優(yōu)良韌性和焊接性，同時(shí)還需具備較高強(qiáng)度和耐氯化物應(yīng)力腐蝕性失效分析過(guò)量的塑性變形：工作壓力過(guò)高引起鋼管局部過(guò)量塑性變形。疲勞：在循環(huán)使用過(guò)程中，工作應(yīng)力往往在局部地方超過(guò)材料的屈服強(qiáng)度，使不銹鋼管產(chǎn)生較大的反

10、復(fù)塑性形變，導(dǎo)致最后發(fā)生破壞。脆性破壞：大部分發(fā)生在較低溫度，在焊接缺陷、內(nèi)部缺陷或應(yīng)力集中處產(chǎn)生。應(yīng)力腐蝕：在應(yīng)力和引起應(yīng)力腐蝕介質(zhì)的共同作用下，產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋而導(dǎo)致壓力容器破壞。選材方案選材分析：根據(jù)上述要求選材方案如下：方案一：鐵素體不銹鋼。 但鐵素體不銹鋼的焊接熱影響區(qū)，由于晶粒嚴(yán)重粗化而使塑韌性大幅降低方案二：奧氏體不銹鋼。 在保持高的抗蝕前提下，具有超高強(qiáng)度水平，如1Cr18Ni9Ti。但鐵素體不銹鋼對(duì)焊接熱裂紋比較敏感方案三：鐵素體相和奧氏體相約各占一半 具備良好的焊接性能，同時(shí)擁有鐵素體和奧氏體的優(yōu)良性能總結(jié)：根據(jù)以上分析，選擇鐵素體相和奧氏體相約各占一半的材料五、零件毛坯的

11、生產(chǎn)焊接方法：(1)方案一：手工焊條電弧焊( MMA)。設(shè)備簡(jiǎn)單，方法簡(jiǎn)便靈活，適應(yīng)強(qiáng)，但對(duì)焊工操作技術(shù)要求高。焊條勞動(dòng)條件差，生產(chǎn)率低。（2）方案二：鎢極惰性氣體保護(hù)焊( GTAW)。降低在焊接過(guò)程中由于不平衡的加熱和冷卻不而導(dǎo)致鋼中各合金元素的不平衡分布及兩相比例的改變。分析：1) 焊接工藝線(xiàn)能量的大小對(duì)焊接接頭中兩相比例影響較大。具有較高線(xiàn)能量和使用含N2保護(hù)氣體的GTAW 焊接接頭具有比MMA 焊接接頭更優(yōu)異的兩相比例。2) 盡管GTAW 焊接接頭與MMA 焊接接頭的抗拉強(qiáng)度相近, 但無(wú)論塑性指標(biāo), 抗彎強(qiáng)度, 沖擊韌性前者都優(yōu)于后者。 3) GTAW 焊接接頭具有比MMA 焊接接頭更

12、優(yōu)異的斷裂韌性。綜上所訴：選擇鎢極惰性氣體保護(hù)焊( GTAW)。GTAW 選用手工鎢極氬弧焊絲22. 8. 3. L，規(guī)格為2. 0 mm * 1 000 mm。焊接工藝參數(shù)如表2 所示。六、工藝流程：GTAW焊接工藝要求全位置焊接, 符合5G 規(guī)范要求: 管道軸線(xiàn)與水平面平行, 在焊接過(guò)程中不轉(zhuǎn)動(dòng)管子, 按先正半周后負(fù)半周的順序完成一道焊縫, 在進(jìn)行打底定位焊時(shí), 就要求使用純N2 作為背面的保護(hù)氣體。GTAW 采用鎢極惰性氣體保護(hù)焊打底, 單面焊雙面成形, 然后采用焊絲填充蓋面。使用Ar+2%N2 作為電弧保護(hù)氣體。第五章 總結(jié)這次工程材料課程設(shè)計(jì)是大學(xué)里的第一次課程設(shè)計(jì)，它給我?guī)?lái)了巨大

13、的收獲，一是教我們把所學(xué)知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐之中。學(xué)的再多不如會(huì)用一點(diǎn)，對(duì)于平時(shí)所學(xué)的工程材料知識(shí)通過(guò)這次的課程設(shè)計(jì)更加系統(tǒng)全面化的呈現(xiàn)了一次，并且是我們可是更好的掌握這些；二是學(xué)會(huì)了應(yīng)用學(xué)校的圖書(shū)館資源，更好的了解和理解了當(dāng)代現(xiàn)代化的工程材料新技術(shù)，是我們的知識(shí)不在局限于書(shū)本知識(shí)。由于完成時(shí)間是在金工實(shí)習(xí)期間，所以會(huì)有一些瑕疵在這次的課程設(shè)計(jì)上，但我已經(jīng)努力的去完成這次的課程設(shè)計(jì)了。第六章 心得體會(huì)這次的課程設(shè)計(jì)把我們所學(xué)的工程材料應(yīng)用到了實(shí)踐中，通過(guò)對(duì)比毛坯和熱加工處理方式，知道了每一種毛坯和熱加工處理方式的優(yōu)缺點(diǎn)，從而是我們?cè)趯?lái)的設(shè)計(jì)中可以更好地掌握和應(yīng)用。這次課程設(shè)計(jì)我最深的感觸就是“紙上得來(lái)終覺(jué)淺，絕知此事要躬行”。雖然學(xué)了一學(xué)期的材料，可是真正要把學(xué)到的知識(shí)從考卷搬到實(shí)際生活中，對(duì)我們來(lái)說(shuō)是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。當(dāng)然我們同時(shí)也學(xué)會(huì)了在圖書(shū)館中自己查詢(xún)資料，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的資源優(yōu)越性來(lái)了解到當(dāng)代最新的新型材料，從而可以設(shè)計(jì)出更完美的產(chǎn)品。由于時(shí)間的倉(cāng)促，難免出現(xiàn)紕漏，但下次的課程設(shè)計(jì)會(huì)吸取教訓(xùn)，提早著手，擁有充分的時(shí)間去準(zhǔn)備資料。第七章 參考文獻(xiàn)（1） 曹衛(wèi)，倪驍驊.工程材料應(yīng)用課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū) . 鹽城:鹽城工學(xué)院機(jī)械學(xué)院,2013.（2）