南京航空航天大学《工程材料与热加工基础》课程设计学院：航空宇航学院专业：飞行器设计与工程学号：完成日期：2009年6月18日说明书目录任务书---------------------------------------------------------------------------3 铸造件设计---------------------------------------------------------------------5 锻造件设计---------------------------------------------------------------------9 焊接件设计--------------------------------------------------------------------13 总结------------------------------------------------------------------------------17 心得体会------------------------------------------------------------------------18 参考文献------------------------------------------------------------------------18一、课程设计任务书二、铸造课程设计——支座1、零件名称：支座2、技术要求和生产性质：(1) 技术要求：支座起支承轴、齿轮等零件的作用，要求有足够的刚度和强度，较好的稳定性，能承受一定程度的振动。
抗拉强度σb≥150Mpa,对零件表面无特殊质量要求。
(2) 生产性质：为中批量生产3、零件图：4、选材分析：支座属于箱体类支承零件，是机器中的基础零件。
轴和齿轮等零件安装在箱体中固定位置并与其它零件协调运动，机器上的各个零部件的重量都由箱体和支承件承担，因此，支座主要受压应力，部分受一定的弯曲应力。
此外，支座还要承受工作时的动载荷以及稳定在机架或基础上的紧固力，承受振动。
因此，它要求：有足够的强度和刚度，良好的减震性及尺寸稳定性。
由于支座形状较复杂，体积较大，具有中空壁薄的特点，选用的材料应具有良好的加工性能，以利于加工成型。
根据上述要求，选材方案如下：方案一：在铸钢中选择。
铸钢是一种重要的铸造合金，承受较大载荷和较强冲击的箱体支承类部件经常采用铸钢制造，其中ZG35Mn和ZG40Mn应用最多。
可是，铸钢的铸造性较差，由于工艺性的限制，所制部件往往壁厚较大，形体笨重。
该支座有中空壁薄的特点，对铸造工艺性有一定要求，所以铸钢不合适。
方案二：在有色金属中选择。
有色金属及其合金中的各种有色元素都具有各自的独特性能，现代科技的材料发展中起着重要作用。
其铸造工艺性能优良，强度好，韧性好。
一般重量轻、散热性能良好的箱体可用有色金属及其合金铸造。
例如，飞机发动机上的箱体多采用铸造铝合金生产。
但支座是一般箱体类支承零件，无需用及各种金属的独特性能，采用有色金属会造成经济上的浪费，而且支座有较大的重量，要求有良好的减震性，所以有色金属及其合金也不合适。
方案三：在铸铁中选择。
铸铁的铸造性好，价格低廉，消振性能好。
所以形体复杂、工作平稳、中等载荷的箱体类支承件一般都采用灰口铸铁或球墨铸铁制作。
其中，灰铸铁的的力学性能较差，抗拉强度较低，塑性几乎为零。
但抗拉强度与钢相近，并且有良好的铸造性能，如：流动性好，收缩小等。
球墨铸铁的力学性能优于灰铸铁，具有较高的抗拉强度和弯曲疲劳极限，也具有良好的塑性和韧性及耐磨性。
但关键一点是，球墨铸铁的消振能力比灰铸铁低很多，而且查表得，灰铁相比球铁便宜。
所以，综合看来，选用灰口铸铁，其性价比优于球墨铸铁。
根据支座的技术要求，选用HT200，HT200在10mm＜壁厚≤30mm的状态下抗拉强度σb≥170Mpa,完全满足σb≥150Mpa的强度要求，且其减震性能良好。
其次，HT200的铸造性能良好，满足加工性能。
此外，灰铸铁价格便宜，充分考虑了选材的经济性。
综合上述分析，该支座应选用HT200制造。
5、毛坯选择分析：支座这类零件大都承受压应力，只要求一定的强度和韧性，但该类零件形状复杂，因此最适宜采用铸造毛坯。
它可以使金属一次成型，灵活性大，适用于形状复杂内腔的零件。
铸造可分为砂型铸造、熔模铸造、金属性铸造、压力铸造和离心铸造等。
方案一：熔模铸造，铸件精度高、表面质量好，可制造形状复杂的铸件，铸造合金种类不受限制，生产批量也基本不受限制，既可大批量生产也可单件、小批量生产。
但是，熔模铸造存在工序繁杂、生产周期长、生产成本高等缺点，且铸件不易太大、太长，一般限于25kg以下，而支座重量显然较大，所以不合适。
方案二：离心铸造，不用型芯即可铸出中空铸件，简化套筒类生产过程；可以提高金属液充填铸型的能力；改善补缩条件，但由于离心作用，金属中的气体、熔渣等夹杂物，因密度较大儿集中在铸件内表面上，使内孔的尺寸不精确，质量较差，铸件易产生成分偏析和密度偏析等，由于该支座不是套筒、管等零件，所以离心铸造不合适。
方案三：砂型铸造，是传统的铸造方法，内部组织疏松，易产生缩孔、缩松、气孔、沙眼等缺陷，但其工艺简单，有很大的灵活性，适用于各种形状、大小、批量及各种常用合金铸件的生产，特别适合于内腔复杂的铸件。
砂型铸造成本低廉，因为该支座对零件表面没有质量要求，所以没有必要花大投资去选择能使表面质量好的熔模铸造、压力铸造等。
并且该支座生产性质为中批生产，砂型铸造足以满足所有要求，同时极大节约成本。
方案四：压力铸造，压铸件尺寸精度高，表面质量好，可以压铸必薄、形状复杂的以及具有很小孔和螺纹的铸件，强度和表面硬度高，可实现半自动化及自动化生产。
但由于充型速度快，气体难以排出，易产生气孔，金属凝固快，易产生缩孔和缩松。
另外，设备投资大，铸型制造周期长，造价高，不宜中、小批量生产，根据支座的技术要求，用此法经济上过于浪费，故不合适。
综上所述，所铸毛坯形状复杂，对表面质量没有特殊要求，中批生产，应选择砂型铸造。
6、工艺选择：一、浇铸位置的选择：(1)铸件的重要加工面应朝下或位于侧面。
(2)铸件的大平面应朝下。
(3)面积较大的薄壁部分应置于铸型下部或是其处于垂直或倾斜位置，可以有效防止铸件产生浇铸不足或冷隔等缺陷。
(4)对于容易产生缩孔的铸件，应将厚大部分放在分型面附近的上部或侧面，以便在铸件厚壁处直接安装冒口，使之实现自上而下的定向凝固。
二、铸型分型面的选择：(1)应尽可能使铸件的全部或大部分置于同一砂型中，以保证铸件的精度。
(2)应时铸件的加工面和加工基准面处于同一砂型中。
(3)应尽量减少分型面的数量，尽可能选平直的分型面，最好只有一个分型面。
(4)应尽量减少型芯和活块的数量，以简化制模、造型、合型等工序。
(5)应尽量使行腔及主要型芯位于下型，以便于造型、下芯、合型和检验壁厚。
7、铸造工艺图：由下图分析可得：分型面选在最大截面处，易于拔模，上砂箱高度、较低，零件下部截面较大，放在砂型上部，并在上部设置冒口，用来补缩。
图转下页分析：分型面选在最大截面处，易于拔模，上砂箱高度较低，零件下部截面较大，放在砂型上部，并在上部设置冒口，用来补缩。
三、锻造课程设计——传动轴1.技术要求与生产性生产性质：小批量生产技术要求：σb≥500MPa, σs≥300MPa, δ≥15%, αk≥35J/cm2 ，硬度230～240HBS2：零件图3、工作条件及分析：轴的工作条件：（1）传递一定的扭矩，承受一定的交变弯矩和拉、压载荷；（2）轴颈承受较大摩擦；（3）承受一定冲击载荷。
轴的主要失效形式：（1）疲劳断裂：由于受扭转疲劳和弯曲疲劳交变载荷长期作用，造成轴疲劳断裂。
这是最主要的失效形式。
（2）断裂时效：由于大载荷和冲击载荷作用，轴发生这段或扭断；（3）磨损失效：轴颈处过度磨损轴的性能要求：根据工作条件和失效形式，对轴的选材提出吐下性能要求；（1）良好的综合理学性能，即强度、塑性、韧性有良好的配合，以防止冲击和过载断裂；（2）高的疲劳强度以防疲劳断裂；（3）良好的耐磨性以防止轴颈磨损此外，对刚度、切削加工性、热处理工艺和成本等因素也应综合考虑。
4、传动轴选材：轴类零件选材时主要考虑强度，同时兼顾材料的冲击热性和表面耐磨性。
强度设计一方面应保证轴的承载能力，防止变形失效；另一方面由于疲劳强度与拉伸度大致成正比关系，也能保证轴的耐疲劳性能，并且还对耐磨性有力。
为了兼顾强度和韧性，同时考虑疲劳抗力，轴一般用中碳钢或中碳合金调质钢制造。
主要钢种是45、40Cr、40MnB、30CrMnSi、35CrMo和40CrNiMo等。
具体根据载荷类型和淬透性要求来决定。
进一步分析如下：方案一：中碳合金调质钢，根据要求选择40MnB40MnB调质后局部淬硬可使HBS达到220~250，满足硬度要求。
在其运转过程中可以承受中等载荷及较高的转速，很好的满足所需要的精度要求。
但是它不能承受较大的冲击、交变载荷。
方案二：中碳钢，根据要求选择45钢45钢的各项力学性能均达到要求。
其机械性能较好，冷热加工性能良好，而且价格较低，来源较广，应用广泛。
但是它的淬透性低，截面尺寸大和要求比较高的工件不宜采用。
综合分析：传动轴主要承受的是弯曲和扭转力矩。
这样轴在整个界面上所受应力分布不均匀，表面应力较大，内部应力较小。
因此无需选用淬透性很高的钢种。
综上分析选用45钢。
5、毛坯选择：（1）铸造毛坯：铸造毛坯一般组织粗大，力学性能不如锻件，切内部常存在缩孔、气孔、砂眼等缺陷。
容易在工作中形成裂纹，传递扭矩能力不佳，易引起零件的失效。
逐渐质量不稳定，难以控制，废品率高。
（2）锻造毛坯：锻造有着良好的综合性能，而传动轴要求综合机械性能好、缺陷少。
该轴是回转体零件，形状规则结构简单，锻造结构工艺性良好，且为小批量生产。
零件选材为45钢，为中碳钢，有着良好的段造型。
综上所述，应该选择锻造毛坯。
6、锻造结构工艺性分析及锻造方法的选择：传动轴是较为重要的零件，一旦损坏将严重影响其精度，甚至产生严重后果。
（1）锻造方法的选择方案一：自由锻自由端虽然工艺灵活，工具和设备简单，成本较低，但是其精度低，加工余量大。
方案二：模型锻模型锻尺寸精度高，加工余量小，锻件纤维分布合理，可进一步提高零件的使用寿命。
但是其成本较高，生产准备周期长。
摩擦压力机上模锻表面质量好，能够完成校正、精整等后续工序，生产精度高。
适合小批量生产切设备简单，投资少。
综上应选择摩擦压力机上模锻。
（2）锻造结构工艺性分析该轴是一个实心体回转体零件，结构简单，没有复杂内墙。
零件结构对称，锻模和设备受力均匀。
