【文章內(nèi)容簡介】 良好的切削加工性能、低的缺口敏感性 灰鑄鐵的熱處理： (1)消除內(nèi)應(yīng)力退火 ； (2)改善切削加工性退火 ； (3)表面淬火。 用途：灰鑄鐵主要用于制造承受壓力和振動的零部件，如機身車床、各種箱體、殼體、泵體、缸體等。 灰鑄 鐵的牌號、力學(xué)性能如下表所示 表 21 灰鑄鐵牌號、力學(xué)性能 查找相關(guān)材料，我們可以知道：鋼按用途可以分為結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼和特殊性能鋼。結(jié)構(gòu)鋼包括工程用鋼和機器用鋼。工程用鋼用于建筑、橋梁、船舶、車輛等，而機器用鋼包括滲碳鋼、調(diào)質(zhì)鋼、彈簧鋼、滾動軸承鋼和耐磨鋼。工具鋼包括模具鋼、刃具鋼和量具鋼。特殊性能鋼包括不銹鋼、耐熱鋼等。 而結(jié)構(gòu)按用途可分為工程用鋼和機器用鋼兩大類。工程用鋼主要用于各種工程結(jié)構(gòu)，包括碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼，這類鋼冶煉方便、成本低、用量大，一般不進行熱處理；而機器用鋼大多數(shù)采用 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼，它們一般都需要經(jīng)過熱處理以后才可使用。 碳素結(jié)構(gòu)鋼原稱普通碳素結(jié)構(gòu)鋼， 1988年國家標(biāo)準(zhǔn)修訂后，增加了 C、 D質(zhì)量等級的優(yōu)質(zhì)鋼。碳素結(jié)構(gòu)鋼含碳量低（ %%）， S、 P 含量較高。這類鋼通常在熱軋冷空狀態(tài)下使用，其塑性高，可焊性好，使用狀態(tài)下的組織為鐵素體加珠光體。碳素結(jié)構(gòu)鋼常以熱軋板、帶、棒及型鋼使用，用量約占鋼材總量的 70%，適合于焊接、鉚接、栓接等。碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號及用途見表 22所示。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 第 9 頁 共 44 頁 表 22 碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號及用途 牌號 等級 用途 Q195 —— 載荷小的零件 、沖壓件及焊接件。 Q215 A,B 墊圈、滲碳零件及焊接件。 Q235 A,B。C,D 金屬結(jié)構(gòu)件，心部強度低的滲碳零件、螺栓、螺母、軸及焊接件， C,D級用于重要的焊接件 Q255 A,B 軸，吊鉤等低強度的零件，焊接件尚可。 Q275 從表中我們可以看到 Q235 主要用于結(jié)構(gòu)件、鋼板、螺紋、鋼筋、型鋼、螺栓、螺母、鉚釘、拉桿、齒輪、軸、連桿。 根據(jù)表 22可知灰鑄鐵主要用于制造承受壓力和振動的零部件，并結(jié)合本次設(shè)計的壓紙機構(gòu)特點，我們初選 HT200作為壓紙架的材料。 當(dāng)壓紙機構(gòu)在最大壓紙壓力 下時，對壓紙架進行校核： 圖 26 壓紙架受力分析圖 將壓紙架看做以簡支梁，進行分析 如圖 26所示。 建立剪力、彎矩方程 : 由平衡方程 與 ，得 A與 B端的支反力分別為 如圖 27,28所示。 圖 27 A點支反力 圖 28 B點支反力 (21) 截面 C 處作用有載荷 F，故應(yīng)按 梁段 AC 與 CB，分段建立剪力，彎矩方程。對于AC 段，選 A點為原點，并用坐標(biāo) 表示橫截面的位置，由 b圖可知，該兩端的剪力與彎矩方程分別為 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 第 10 頁 共 44 頁 (22) (23) 對于 CB段，為計算簡單，選 B點為原點，并用坐標(biāo) 表示橫截面的位置，則有圖c可知，該梁段的剪力與彎矩方程分別為 (24) (25) 畫剪力、彎矩圖 : 根據(jù)以上公式及其所得出的結(jié)果，繪制如圖 (29,210)。 圖 29 剪力圖 圖 210 彎矩圖 可以看出，橫截面 C 的彎矩最大，其值為 (26) 加工工藝 : 鑄鐵平臺（又稱鑄鐵平板）及床身類鑄件產(chǎn)品作為一種大型鑄件必須要經(jīng)過熱處理才能提高本身的使用性能，改善鑄鐵平板的內(nèi)在質(zhì)量。金屬熱處理是機械 制造中的重要工藝之一，與其它加工工藝相比，熱處理一般不改變工件的形狀和整體的化學(xué)成分，而是通過改變工件內(nèi)部的顯微組織，或改變工件表面的化學(xué)成分，賦予或改善工件的使用性能。其特點是改善工件的內(nèi)在質(zhì)量。 為使金屬工件具有所需要的力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能，除合理選用材料和各種成形工藝外，熱處理工藝往往是必不可少的。鋼鐵是機械工業(yè)中應(yīng)用最廣的材料，鋼鐵顯微組織復(fù)雜，可以通過熱處理予以控制，所以鋼鐵的熱處理是金屬熱處理的主要內(nèi)容。另外，鋁、銅、鎂、鈦等及其合金也都可以通過熱處理改變其力學(xué)、物理和化學(xué)性能，以獲得不 同的使用性能。 整體熱處理是對工件整體加熱，然后以適當(dāng)?shù)乃俣壤鋮s，以改變其整體力學(xué)性能的桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 第 11 頁 共 44 頁 金屬熱處理工藝。鋼鐵整體熱處理大致有退火、正火、淬火和回火四種基本工藝。 退火 : 熱處理的退火種類：常見的退火工藝有：再結(jié)晶退火，去應(yīng)力退火，球化退火，完全退火等。退火的目的：主要是降低金屬材料的硬度，提高塑性，以利切削加工或壓力加工，減少殘余應(yīng)力，提高組織和成分的均勻化，或為后道熱處理作好組織準(zhǔn)備等。 完全退火和等溫退火 : 完全退火又稱重結(jié)晶退火，一般簡稱為退火，這種退火主要用于亞共析成分的各種碳鋼和合金鋼的鑄，鍛件及 熱軋型材，有時也用于焊接結(jié)構(gòu)。一般常作為一些不重工件的最終熱處理，或作為某些工件的預(yù)先熱處理。 球化退火 球化退火主要用于過共析的碳鋼及合金工具鋼（如制造刃具，量具，模具所用的鋼種）。其主要目的在于降低硬度，改善切削加工性，并為以后淬火作好準(zhǔn)備。 去應(yīng)力退火 : 去應(yīng)力退火又稱低溫退火（或高溫回火），這種退火主要用來消除鑄件，鍛件，焊接件，熱軋件，冷拉件等的殘余應(yīng)力。如果這些應(yīng)力不予消除，將會引起鋼件在一定時間以后，或在隨后的切削加工過程中產(chǎn)生變形或裂紋。 淬火 我們淬火最常用的冷卻介質(zhì)是鹽水，水和油。鹽水淬 火的工件，容易得到高的硬度和光潔的表面，不容易產(chǎn)生淬不硬的軟點，但卻易使工件變形嚴重，甚至發(fā)生開裂。而用油作淬火介質(zhì)只適用于過冷奧氏體的穩(wěn)定性比較大的一些合金鋼或小尺寸的碳鋼工件的淬火。 回火 回火的目的有以下幾個方面： （ 1） 降低脆性，消除或減少內(nèi)應(yīng)力，鋼件淬火后存在很大內(nèi)應(yīng)力和脆性，如不及時回火往往會使鋼件發(fā)生變形甚至開裂。 （ 2） 獲得工件所要求的機械性能，工件經(jīng)淬火后硬度高而脆性大，為了滿足各種工件的不同性能的要求，可以通過適當(dāng)回火的配合來調(diào)整硬度，減小脆性，得到所需要的韌性，塑性。 （ 3） 穩(wěn)定工 件尺寸 （ 4） 對于退火難以軟化的某些合金鋼，在淬火（或正火）后常采用高溫回火，使鋼中碳化物適當(dāng)聚集，將硬度降低，以利切削加工。 在壓紙板上鉆一個孔，用一個接頭（接頭車制了螺紋）旋入到這個孔中，這個接頭鉆一個孔，用于連接一根連桿。接頭與連桿（連桿車制了螺紋）通過一根軸進行連接，用彈性擋圈對連桿和軸進行固定。連桿接入調(diào)節(jié)桿中，可以調(diào)節(jié)壓紙的最大高度。調(diào)節(jié)桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 第 12 頁 共 44 頁 桿的另一端也與一根連桿連接，連桿上同樣鉆孔，通過軸與傳動連桿連接，用彈性擋圈對傳動連桿和軸進行固定。雖然本設(shè)計是要求最大壓紙高度為 150mm， 但為了實驗更多的生產(chǎn)要求，設(shè)計了調(diào)節(jié)桿。當(dāng)我們確定了最大壓紙高度后，把連桿旋入調(diào)節(jié)桿相應(yīng)的長度，然后通過螺母進行固定。連接件如圖 211 所示。 圖 211 連接件 初步設(shè)定各連接件的尺寸：與接頭連接的連桿如圖 212 所示，與傳動連桿連接的連桿如圖 213所示，調(diào)節(jié)桿如圖 214所示。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 第 13 頁 共 44 頁 圖 212 與接頭連接的連桿 圖 213 與傳動連桿連接的連桿 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 第 14 頁 共 44 頁 圖 214 調(diào)節(jié)桿 根據(jù)表 22，選定 Q235作為連接件的材料。 連接件強度校核 對連接件的強度和剛度進行校核： 這壓紙機構(gòu)在最大負載壓力 35KN的力下工作時，最容易遭受破壞的零件為與壓紙架和接頭連接的軸，因為是對稱結(jié)構(gòu)，只需對一邊的軸進行校核 : 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 第 15 頁 共 44 頁 1） 強度校核 軸的尺寸如圖 215所示。 圖 215 軸的尺寸圖 a． 彎曲強度校核 把銷軸當(dāng)作簡支梁進行分析 ： 最大彎矩值 (27) 銷軸彎曲強度計算 (28) (29) 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 第 16 頁 共 44 頁 公式中： M—— 把銷軸作為 簡支梁分析所求得的最大彎矩值 W—— 銷軸截面的抗彎模量 —— 銷軸的許用彎曲應(yīng)力，這里采用 45號鋼 把銷軸當(dāng)做簡支梁進行分析 最大剪切應(yīng)力值（取在中和軸位置，此位置剪切應(yīng)力最大） (210) 計算滿足。 公式中： Q—— 把銷軸作為簡支梁分析所求得的最大剪力值 d—— 銷軸直徑 —— 銷軸的許用剪切應(yīng)力，這里采用 45號鋼 將銷軸按雙剪進行平均剪應(yīng)力計算 (211) 2)接頭強度驗算 接頭（ 028011接頭）： (212) 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 第 17 頁 共 44 頁 計算滿足。 連桿（ 028012 連桿）： 公式中： N—— 構(gòu)件中的軸力，即構(gòu)件通過承壓傳給銷軸的力； —— 構(gòu)件的承壓面 積， ，其中 d為銷軸直徑， 為孔壁的承壓總厚度 —— 耳板孔壁的許用承壓應(yīng)力，采用 Q235鋼取值為 注意：此處取承壓面面積時，近似取用銷軸直徑為承壓面長度，一般是可以滿足結(jié)構(gòu)安全的需 求的，但是實際上圓柱體體側(cè)承壓，經(jīng)試驗表明多為沿圓周 45度到 135度范圍內(nèi)承壓面接觸，也就是圓柱銷軸的圓周的 1/4范圍進行接觸，所以此處的承壓面長度（上文公式取為 d）取為銷軸周長的 1/4更為準(zhǔn)確，即： 。 028011接頭： (213) 計算滿足。 028012 連桿： (214) 銷軸主要受力特征： a)軸直徑相對于耳板厚度越粗壯，銷軸剛度越大，銷軸以剪切變形為主；銷軸直徑相對于耳板厚度比較細，銷軸剛度較小，銷軸逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐詮?曲變形為主。 b)上下耳板之間的間距（圖中為 5mm）越大，則銷軸承受的彎矩越大，承壓面受力分布越不均勻；間距越小甚至達到緊密貼合的程度，銷軸承受的彎矩達到最小，受力狀態(tài)較為理想（上文中取彎矩受力點為板中心位置，和實際受力略有區(qū)別，計算時要根據(jù)實際情況加以區(qū)分），承壓面分布均勻。 c)銷軸孔徑與銷軸直徑比值越大，則顯然造成銷軸承壓接觸面變小，計算與假定誤桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 第 18 頁 共 44 頁 差較大，并且應(yīng)力集中現(xiàn)象嚴重；一般要求孔徑與直徑比盡量接近 1:1，一般情況為孔徑大于直徑約 2~5mm，這樣承壓區(qū)域分布均勻且接觸面積與計算接近。 d)銷軸直徑 與耳板厚度的比值需協(xié)調(diào)，盡量不要出現(xiàn)極端的薄耳板大銷軸或者厚耳板小銷軸的情況，計算假定應(yīng)盡量與實際節(jié)點形式相符合，只有此種情況下的計算結(jié)果才是可以采用的。 銷軸的工藝性設(shè)計 加工工藝性設(shè)計 : 圖 a、 b、 c所示的三種不同的銷軸軸端結(jié)構(gòu)，焊接時的焊口分別為：（ a）銷軸和連盤配合處都加工有倒角；（ b）在連接盤上加工倒角；（ c）在銷軸上加工倒角。實踐表明：后兩種軸端結(jié)構(gòu)的焊接完全可以滿足盤與軸的連接強度要求，而且，實際加工中連接盤用數(shù)控機床下料，倒角加工還要在切削機床上加工。因此，在銷軸上加工倒角，可以在車端面或車 外圓時一次成型，工藝性好，結(jié)構(gòu)合理。如如軸徑較大，可采用圖 d所示的軸端臺階結(jié)構(gòu)。銷軸軸端結(jié)構(gòu)如圖 216所示。 圖 216 銷軸軸端結(jié)構(gòu) 由以上結(jié)論可知銷軸滿足材料的剪切力要求，銷軸的結(jié)構(gòu)形式設(shè)計合理。 圖 217 組裝工藝圖 組裝工藝性 : 銷軸安裝端設(shè)計不同形式的倒角結(jié)構(gòu)，可得到好的組裝工藝性：圖 a的倒角形式，加工簡單，倒角尺寸 b可取較小值，但倒角角度大（ 45176。），安裝較大型工程機械結(jié)構(gòu)件時，很難找正，安裝困難