工程材料及機械制造基礎(chǔ)大作業(yè)

1、工程材料及機械制造基礎(chǔ)課程結(jié)業(yè)論文學 院 機 械 工 程 學 院專業(yè)班級學號姓名指導老師完成日期 2015 年 5 月 15 日臥式和面機典型零件的選材及加工工藝1. 課程背景工程材料及機械制造基礎(chǔ)是研究常用機械零件的制造過程及制造方法的一門綜合性技 術(shù)基礎(chǔ)課。 是高等工業(yè)學校機械類專業(yè)和一些非機械類專業(yè)必修的技術(shù)基礎(chǔ)課。 課程內(nèi)容包 含工程材料、 成型工藝基礎(chǔ)和機械加工工藝基礎(chǔ)三部分， 主要介紹常用工程材料的組織、 性 能、應用和選用原則；各種毛坯的成型方法及零件的切削加工方法的基本原理和工藝特點； 零件的結(jié)構(gòu)工藝性以及機械加工工藝過程的基礎(chǔ)知識；機械制造新材料、新技術(shù)及新工藝。 通過本課程

2、的學習，我們獲得了常用工程材料、材料成形工藝及現(xiàn)代機械制造的基礎(chǔ)知識， 為學習其它相關(guān)課程及以后從事工程技術(shù)工作和科學研究奠定必要的基礎(chǔ)。本文以臥式和面機為例，通過初步分析臥式和面機典型零件的材料選擇、毛坯生產(chǎn)方 法、熱處理工藝、 零件制造工藝流程和結(jié)構(gòu)工藝性， 以加深對工程材料及機械制造基礎(chǔ)課程 的理解。2. 臥式和面機簡介和面機是一種食品加工機械，在食品機械的設(shè)計、制造、維護及材料等方面都要考慮 到食品的特殊要求，要有切實可行的密封，簡單方便的洗滌，以及徹底干凈的殺菌的機構(gòu)。 通常我們應該注意以下幾點。1）結(jié)構(gòu)上，接觸食品的各個部件要能簡單迅速的分解組合，分解的零件能便于洗滌；2）材料上，

3、對接觸食品的零部件盡可能地采用不銹鋼或其他防銹無污染材料；3）環(huán)境保護上，必須有可靠的密封措施，嚴防雜物混入食品和物料散失；4）在溫度上，要有可靠的控溫措施；5）在工作環(huán)境上，機器應放置在空氣流通、光線、溫度和濕度適宜的地方。 和面機作用是進行面團的調(diào)制，既將各種原、輔料加水攪拌，調(diào)制成即符合質(zhì)量要求， 又適合機械加工成形的面團，主要用于面包、餅干、糕點、膨松食品、夾餡餅等食品生產(chǎn)過 程中的面團調(diào)制。和面機可分為臥式和面機和立式和面機。臥式和面機主要是指攪拌容器軸線與攪拌器回轉(zhuǎn)軸線都處于水平位置， 它的特點是， 結(jié) 構(gòu)簡單，制造成本低，卸料清洗方便，所以在食品加工中，如面包、餅干、糕點及一些飲

4、食 行業(yè)的面食中得到了廣泛的應用。根據(jù)食品生產(chǎn)的種類和特點不同，面團的各種性質(zhì)各不相同，可分為韌性面團、水面 團及酥性面團， 一般來講，對面團拉伸作用較強時，易于形成韌性面團，而對面團拉捏作用 較強時，易于形成酥性面團。 臥式和面機一般是在一根軸上安裝幾片漿葉，它對面團的拉 伸作用較弱。適用于調(diào)制酥性面團。2.主要部件及其功能1 副電動機 驅(qū)動調(diào)和容器翻轉(zhuǎn)。2 蝸桿 將副電動機動力傳遞給蝸輪。3 蝸輪 通過蝸桿將副電動機高轉(zhuǎn)速變?yōu)榈娃D(zhuǎn)速。4 傳動軸及主軸- 傳動蝸輪的動力。承載槳葉，供槳葉旋轉(zhuǎn)工作。5 攪拌容器 容納調(diào)和物料。6 槳葉 攪拌調(diào)和物料。7 機座 承載、封裝、保護所有機械部件。8

5、主電動機 為主軸轉(zhuǎn)動提供動力。3. 工作原理攪拌槳片 (6)由軸 (4)帶動在攪拌容器 (5)內(nèi)回轉(zhuǎn)，同時攪拌容器內(nèi) (5)在傳動裝置帶動下以 一定規(guī)律的速度搖動。缸內(nèi)面粉不斷地被推、拉、揉、壓，充分攪和，迅速混合，使干性面 粉得到均勻的水化作用，擴展面筋，成為具有一定彈性、伸縮性和流動均勻的面團。三、典 型零件選材及加工工藝1. 軸類(以傳動軸為例)1.1 傳動軸性能要求材料保證在受多種應力的作用工軸類零件的主要作用是支承傳動零件并傳遞動和動力， 作時能夠承載足夠大的載荷。1.2 材料選擇根據(jù)上表臥式和面機的傳動軸轉(zhuǎn)速較慢，由于是對面這類食品工作，所以軸所承受強 度不大，而 45 鋼等中碳鋼

6、符合受載情況。根據(jù)經(jīng)濟性，及強度要求綜合考慮，我們使用 45 鋼作為臥式和面機的傳動軸。主軸因為與食品直接接觸， 而 45 鋼耐腐蝕性較差， 所以使用 1Cr18Ni9Ti 食品級不銹鋼。1.3 毛坯 臥式和面機傳動軸屬于中、 小傳動軸， 并且各外圓直徑尺寸相差不大， 根據(jù) 45 鋼圓鋼 型材表，選擇 56mm 的熱軋圓鋼作毛坯。45#圓鋼型材理論參數(shù)( 一)圓鋼規(guī)格、重量表 冶標( YB) 158-63直徑 (mm)截面面積 (cm2)理論重量(kg/m)直徑 (mm)截面面積 (cm2)理論重量 (kg/m)50.19630.1544515.9012.485.60.24630.193481

7、8.1014.2160.28270.2225019.6415.426.30.31170.2455322.0617.3270.38480.3025624.6319.3380.50270.3956028.2722.1990.63590.4996331.1724.47100.78540.6176533.1826.05110.95030.7467038.4830.21121.1310.8887544.1834.68131.3271.048050.2739.46141.5391.218556.7544.55151.7671.399063.6249.94162.0111.589570.8855.64172

8、.2701.7810078.5461.65182.5452.0010586.5967.97192.8352.2311095.0374.60203.1422.47120113.1088.78213.4642.72125122.7296.33223.8012.98130132.73104.20244.5243.55140153.72120.84254.9093.85150176.72138.721.4 熱處理工藝軸的熱處理要根據(jù)其材料和使用要求確定。根據(jù)表 6.1 對于傳動軸，正火、調(diào)質(zhì)用得較 多。該軸要求調(diào)質(zhì)處理，并安排在粗車各外圓之后，半精車各外圓之前。1.5 工藝分析加工時要滿足 “基準先行

9、，先粗后精，先主后次，先面后孔 ”的加工原則 需要對毛坯進行表面加工。傳動軸的絕大部分表面為回轉(zhuǎn)體，所以主要采用車削的表 面加工方法，由于 M、N 表面精度達到 Ra0.6-0.8，而車削能達到的精度等級為 IT8-7 (Ra1.6 -0.8) ，所以還需要進行磨削。磨削安排在車槽、銑鍵槽之后。最后要進行檢驗。進行車削前要先確定定位基準。 以圓鋼外圓面為粗基準， 粗車端面并鉆中心孔。 為保證 各圓面的位置精度， 以軸兩端中心孔為定位基準， 這樣滿足了基準重合和基準同一原則。 調(diào) 質(zhì)處理后， 以外圓面定位，精車兩端面， 并修整中心孔。 再以修整后的中心孔為基準進行半 精車和磨削。粗車端面，鉆中心

10、孔，粗車外圓面。進行調(diào)質(zhì)處理 235HBS 。 半精車兩端面，修整中心孔。精車各外圓面。車螺紋 銑鍵槽，保證其尺寸，并去毛刺。磨削各外圓面，使其表面粗糙度達到Ra3.2m1.6 零件制造工藝流程 綜合上述分析，傳動軸的工藝路線如下：下料車兩端面，鉆中心孔粗車各外圓調(diào)質(zhì)半精車車螺紋銑鍵槽磨削各外 圓面檢驗。2.支撐類零件（以主軸支座為例）2.1 主軸支座的性能要求足夠的抗壓性能、剛度，良好的減震性及尺寸穩(wěn)定性，良好的加工性及鑄造工藝性。2.2 選材部分箱體支撐類零件用材情況主軸基座主要用來支撐主軸， 工作時有較大的震動， 需要保證其穩(wěn)定性。 結(jié)合上表綜合 考慮，選擇灰口鑄鐵 HT200 作為主軸

11、基座的材料。2.3 毛坯成型工藝分析主軸基座是箱體支撐類零件， 其形狀復雜， 適宜采用鑄造成型的方法加工毛坯。 砂型鑄 造適合于在任何條件下生產(chǎn)各種合金鑄件， 應用最為普遍。 因為此例為單件小批量生產(chǎn)， 所以采用手工造型的方法。2.3.1 澆注位置的選擇對于有大平面的鑄件， 應將鑄件的大平面放在鑄 型的下面。 所以， 在澆注帶有筋條的平板時應采用如 右圖的澆注位置。 這樣可使鑄件的大平面不易產(chǎn)生夾 砂等缺陷。2.3.2 鑄型分型面的選擇分型面的應選擇在最大截面上， 并盡量做到只有一個分型面避免三箱造型， 還應該減少活塊或型芯的數(shù)量，盡量使鑄件的大部分或全部全部放在一個沙箱內(nèi)。因此選用如圖的分型

12、面。材 料灰鑄鐵鑄鋼非鐵金屬收縮 率/%0.71.01.61.21.01.52.3.3 主要工藝參數(shù)的確定1）鑄造收縮率2）機械加工余量 : 鑄鐵件的機械加工余量通常取 315mm 之 間。3）起模斜度 : 起模斜度的大小取決于立壁的高度、造型方法、 模樣材料等因素，通常為 15°3°。此零件尺寸小，選用 3°即可。4）鑄造圓角 : 避免鑄件在尖角處應力集中， 避免澆注時造成沖 砂、砂眼等缺陷，提高鑄件強度，應將模樣上的尖角做成圓角。5）最小鑄出孔生產(chǎn)批量灰鑄鐵件最小鑄出孔直徑 /mm大量生產(chǎn)1215成批生產(chǎn)1530單件小批生產(chǎn) 3050根據(jù)上表，所需孔直徑均小于

13、鑄鐵件最小鑄出孔直徑。所以，孔后續(xù)加工。2.4 孔的加工 孔的加工主要為主軸承孔的加工。其內(nèi)圓柱面表面粗糙度要求 為 Ra1.6，精度等級 IT8IT7 。加工工藝路線：鉆孔 （公差等級一般為 IT1211 ，Ra2512.5m） 擴孔 （公差等級一般為 IT11IT10, 表面粗糙度Ra6.33.2 ）m絞孔 （公差等級達到 IT97 ，表面粗糙度要求達到Ra3.20.4 ）m2.5 表面加工 需要配合的底面、軸孔端面需要進行表面加工，表面粗糙度要 求為 Ra3.2，精度等級 IT8 。加工工藝路線：粗銑 （精度等級達到 IT12） 精銑 （精度等級達到 IT8)2.6 工藝流程造砂型及木模

14、澆注冷卻毛坯時效處理鉆軸承孔擴軸承孔絞抽承孔粗銑軸承孔端面精銑軸承孔端面粗銑底面精銑底面去毛刺檢驗3.槳葉（板料沖壓加工 ）3.1 性能要求及選材（屈服極限1）具有足夠的機械強度。即在工作溫度范圍內(nèi)具有足夠的，穩(wěn)定的機械強度 和強度極限 ）。2）具有高的韌性和塑性，避免葉片在載荷作用下產(chǎn)生脆性斷裂。3）耐蝕性。抵抗食品的腐蝕以及濕蒸汽和空氣中氧的腐蝕能力。4）耐磨性。抵抗?jié)裾羝兴魏褪称分泄腆w物質(zhì)的磨蝕。綜合上述四點，選用食品級的 304 不銹鋼板，板厚 2.5mm，作為材料。3.2 加工工藝1）分離，此例為落料過程。為了節(jié)省材料，采用下圖的材料排樣方式，此外排樣時還應 該注意材料纖維方向。

15、為保證沖裁質(zhì)量，模具間隙 z 的大小為板厚的 5%10% 。2）成型，此例中只有彎曲。彎曲時盡量使彎曲線與纖維方向垂直，即使材料所受拉應力方 向與纖維方向一致。在載荷卸除后會有回彈現(xiàn)象，設(shè)計模具應考慮它的影響。3.3 加工工藝路線落料 彎曲 去毛刺 焊接4.焊接件 （以攪拌容器為例 ）4.1 攪拌容器的性能要求 可以承受足夠大的各方向的載荷，不污染食物且不被食品腐蝕。4.2 材料的選擇奧氏體不銹鋼 304 具有非常好的塑性和韌性 ,這決定了它具有良好的彎折、卷曲和沖壓 成型性， 因而便于制成各種形狀的構(gòu)件、 容器或管道； 奧氏體型不銹鋼 304 的耐腐蝕性能特 別優(yōu)良，臥式和面機工作溫度為常溫

16、，對材料無特殊溫度的要求， 而不能污染食物，所以采 用常用的 304 食品級不銹鋼。根據(jù)攪拌容器的要求，選用食品級奧氏體 304（0Cr18Ni9） 不銹鋼板。壁厚 1mm 。4.3 工藝分析4.3.1 奧氏體不銹鋼的焊接性 奧氏體不銹鋼韌性、塑性好，焊接時不會發(fā)生淬火硬化，盡管其線膨脹系數(shù)比碳鋼大得多， 焊接過程中的彈塑性應力應變量很大， 卻極少出現(xiàn)冷裂紋； 盡管有很強的加工硬化能 力，由于焊接接頭不存在淬火硬化區(qū)，所以， 即使受焊接熱影響而軟化的區(qū)域，其抗拉強度 仍然不低。 304 鋼的熱脹冷縮特別大所帶來的焊接性的問題， 主要有兩個： 一是焊接熱裂紋； 二是焊接變形大。4.3.2 應當采

17、取的工藝措施1）焊條的選擇。根據(jù)下表，我們選用THS-308 焊條。2）要盡量選用低氫型焊條和無氧焊劑，以防止熱裂紋的產(chǎn)生。因此選用氬氣作為焊劑。3）焊接參數(shù)應選用小的熱輸入（即小電流快速焊） 。在多層焊時，要等前一層焊縫冷卻 后再焊接次一層焊縫，層間溫度不宜高， 以避免焊縫過熱。施焊過程中焊條不允許擺動，采 用窄焊縫的操作技能。4）選擇合理的焊接結(jié)構(gòu)、焊接接頭形式和焊接順序，盡量減少焊接應力，可以減少熱裂 紋的產(chǎn)生。因此焊接如下圖兩平面分割的三個部分，以減少焊縫承受的應力。5) 在焊接過程結(jié)束和中途斷弧前， 收弧要慢且要設(shè)法填滿弧坑， 以防止弧坑裂紋的形成。四、總結(jié)經(jīng)過一個學期的學習，及完成論文大作業(yè)的過程，我深深領(lǐng)悟到了知識的重要性。 “工 程材料及機械制造基礎(chǔ) ”這門課使我認識到機械生產(chǎn)中我們所面對的問題和解決方法。通過這次論文大作業(yè)， 我深入地了解和面機典型零件的選材和加工工藝。 這次大作業(yè)是