任务六：自行车后轴的工艺设计 104201汪礼骏 费云琪小组A.轴类零件的功能与结构特点轴类零件是机器中的主要零件之一，主要功能是支承传动件 （齿轮、带轮、离合器等）和传递转矩。一、轴类零件加工从轴类零件的结构特征来看，它们都是长 度（L）大于直径（d）的旋转体零件，若 Ld12，则称为挠性 轴，其加工表面主要有内外圆柱面、内外圆锥 面、螺纹、花键、沟槽等。刚性轴 1.2. 挠性轴 3.4.5B.轴类零件的技术要求 （1）尺寸精度 轴类零件的支承轴颈一般与轴承配合，是轴类零 件的主要表面，影响轴的旋转精度与工作状态。通常对 其尺寸精度要求比较高；装配传动件的轴颈尺寸精度要 求可以适当降低。 （2）形状精度 轴类零件的形状精度主要指支承周静的圆度、圆 柱度，一般应将其限制在尺寸公差范围内，对精度要求 比较高的轴，应在图样上标注其形状公差。 （3）位置精度 保证配合轴颈相对支承轴颈的同轴度或跳动量， 是轴类零件位置精度的普遍要求，会影响传动件的传动 精度。 （4）表面粗糙度C.轴类零件的材料、毛坯及热处理（1）轴类的材料及热处理（视频） 轴类零件应根据不同工作条件和使用要求选用不 同的材料和不同的热处理，已获得一定强度、韧性和耐 磨性。如下： a.45钢是一般轴类零件常用的材料经过调质可得 到较好的切削性能，和较高的强度、韧性等综合力学性 能。可用于制作自行车后轴螺纹。 b.40Cr等合金结构钢适用于中等精度且转速较高 的轴，这类钢经过调质和淬火后，有较高的综合力学能 力。 c.轴承钢GCr15和65Mn可制造叫高精度的轴。 d.对于在高速、重载荷条件下工作的轴，可选用 20MnTi、20Cr等低碳合金钢或38CrMOAl中碳合金渗 氮钢。提问：1.自行车的后轴螺纹采用什么方法制造？ 就是一种光轴，两端在车床上车出的螺纹。一 般用45号钢，调质处理即可。2.欲使一轴类零件获得良好的综合机械性能，应采 取何种热处理制度？ 应该根据轴的材料和力学性能具体要求制定！ 一般轴受力比较复杂，根据其大小选用不同的材料 ，小的可以用淬透性比较低的钢种，如45#钢，大 的和受力复杂、条件苛刻的用好点的钢如 40CRNIMO 轴类件一般都是调质处理，获得回火索 氏体，这样保持高强度、高韧性、低的应力 要求苛 刻的轴还可做渗碳、高频表面感应淬火 （2）轴类零件的毛坯 轴类零件可根据使用要求、生产类型、设备条件 及结构，选用棒料、锻件等毛坯形式。对于外圆直径相 差不大的轴，一般以棒料为主；而对于外圆直径相差大 的阶梯轴或重要的轴，常选用锻件，这样既节约材料又 减少机械加工的工作量，还可改善机械性能。 根据生产规模的不同，毛坯的锻造方式有自由锻 和模锻两种。中小批生产多采用自由锻，大批大量生产 时采用模锻。 总结:轴类零件的技术要求可以使零件的尺寸精度、位置精度更加精确，表面粗糙度也会更加精确； 毛坯的热处理能提高零件的耐疲劳性能和耐磨性，韧性也会增强。自行车后轴飞轮A.定位基准轴类零件常用的定位基准：轴向定位基准通常为轴肩（例如键 槽的轴向定位基准），或者端面；径向定位基准通常为轴线（例如 偏心轴的径向定位基准）。加工轴类零件时最常用的定位基准是中 心孔，其次是外圆表面。轴类零件加工时，精基准的选择通常有两种：1、首选方案是采用顶尖孔作为定位基准。这样，可以 实现基准统一，能在一次安装中加工出各段外圆表面及其端 面，可以很好的保证各外圆表面的同轴度以及外圆与端面的 垂直度，加工效率高并且所用夹具结构简单。所以对于实心 轴（锻件或棒料毛坯），粗加工之前，应先打顶尖孔，以后 的工序都用顶尖孔定位。2、精基准选择的另一方案是采用支承轴径定位，因为支 承轴径既是装配基准，也是各个表面相互位置的设计基准， 这样定位符合基准重合的原则，不会产生基准不重合误差， 容易保证关键表面间的位置精度。1.在机械加工过程中，用V形块装夹，那么V形块在 定位中有什么特点呢？ V型块是一种比较特殊的定位元件。它虽然是 一个单独定位元件，但它的定位基面的结构要素却 不是单一的，有两个定位平面，从某种意义上来讲 这种形式的定位可看作是两个平面的组合定位。因 此，它的定位基准的确定就不能象分析单一定位基 面那样简单。由于V型块是两个平面的组合定位， 不能用分析单一表面的定位元件的定位基准方法来 分析其定位基准。2.特点？1.方便简单，成本低廉，是机械加工设备常用的附 件。不需要专用夹具。2.一般与压板和螺栓结合起 来使用。3.再辅以挡铁等夹具就可以很快地对零件 进行定位和固定。特别是对于回转体零件效果最好 。定位机床定位夹具B.加工顺序安排 按照先粗后精的原则，将粗、精加工分开进行。 先完成各表面的粗加工，再完成半精加工和精加工， 而主要表面的精加工则放在最后进行。轴是回转体， 各外圆表面的粗、半精加工一般采用车削，精加工采 用磨削，有些精密轴类零件的轴颈表面还需要进行光 整加工。 粗加工外圆表面时，应先加工大直径外圆，再加 工小直径外圆，以免因直径差距增大而使小直径处的 刚度下降，成为极易引起弯曲变形和振动的薄弱环节 。 轴上的花键、键槽、螺纹等表面的加工，一般都 安排在外圆半精加工以后、精加工以前进行。粗车加工车床半精加工车床精车加工车床精细车加工车床C.热处理工序的安排 结构尺寸不大的中碳钢普通轴类锻件，一般在 切削加工前进行调质热处理。而重要的轴类零件， 必需根据需要，正确、合理地安排好各种热处理， 以保证轴的力学性能及加工精度要求，并改善工件 的切削性能。 一般在毛坯锻造后安排正火处理，达到消除锻 造应力、改善切削性能的目的；粗加工后安排调质 处理，以提高零件的综合力学性能，并作为需要表 面淬火或氮化处理的零件的预备热处理；轴上有相 对运动的轴颈和经常拆卸的表面时，需要进行表面 淬火处理，安排在精加工前。与热处理有关的问题1.经过淬火的工件没有冷却到室温，能不能进行回火？ 淬火出来后，还没有冷却到室温时，不能进入回 火工序。实际上很多钢种，尤其低、中碳钢，其马氏体 转变终了点大都高于室温，冷到室温时，反而容易开裂 ，淬火出来后就可以尽快转入回火工序。2.若热处理硬度合格，那么产品的早期失效与热处理有 没有关系？热处理不仅要保证合格的硬度值，更要注重工艺选择和 工艺过程的控制。过热的淬火回火可以达到要求的硬度 ；同样，淬火欠热，通过调整回火温度，也可以凑合到 要求的硬度范围。有的为了节省用电量，欠热淬火；有 的是由于加热炉的极限温度限制，欠热淬火。3.若锻造尺寸合格，热处理质量问题与锻造有没 有关系？ 锻造工序是为了消除材料缺陷，改善组织形态， 提高材料性能。节约机械切削加工量，提高材料利用率 。由于材料锻造的加热温度大多远远高于热处理淬火的 加热温度，那种“严重的网状碳化物组织”发生组织遗传 ，给产品质量带来严重后果。4. 淬火出来的工件必须带温回火？ 这种做法是不可取的，要根据钢种的马氏体转变 点来决定淬火之后的回火前的入炉温度！为了防止淬火 开裂，不能妄加推测，一概而论的采用带温回火的办法 ！渗氮热处理的优缺点：渗氮热处理主要是基于什 么目的而去热处理的？进行渗氮热处理后能达到 什么样的特性？那是不是也有其他一些工艺可以 达到某种要求？另外请问渗氮热处理有什么不足 吗？ 氮化主要目的是增强零件的表面耐磨性， 氮化后的零件表面硬度能达到至少HV400以上！ 好的材料甚至能达到HV800以上！渗碳淬火也可 以起到氮化所能达到的目的！ 氮化的缺点就是 ，氮化的零件其氮化层一般比较浅，也就是表面 浅浅的一层，一般0.40mm左右，再深就比较困 难，故一般氮化零件不能承受重载荷！相对来讲 ，渗碳淬火后的零件就可以！渗碳淬火零件的渗 碳层深或者有效硬化层深就比较灵活，D.轴类零件的典型工艺过程 毛坯准备正火加工端面和中心孔 粗车调质半精车花键、键槽、螺 纹等加工表面淬火粗磨精磨。 总结：定位可以使轴零件有更 好的精确度，正确的加工步骤也可 以使零件综合力学性能得到最好的 发挥。注解： 磨削加工是工件外圆表面精加工的主要方法，某 些精制坯料（如精密铸件、精密锻件和精密冷轧件）可 不经车削加工直接进行磨削。根据不同的精度和表面粗 糙度要求，分为粗磨、精磨、精细磨和镜面膜等。根据 磨削时工件定位方式的不同，扽为中心磨削和无心磨削 。 粗磨：粗磨采用较粗磨粒的砂轮和较大的吃背刀 量及进给量，以提高生存率。 精磨：采用较细磨粒的砂轮和较小的背吃刀量及 进给量，以获得较高的精度及较小的表面粗糙度。谢谢！