2 齿轮轴零件的机械制造工艺规程设计

2.1 零件的工艺性分析及生产类型确定

2.1.1 零件的加工工艺性分析

零件材料为40Cr，是我国我国GB的标准钢号，40Cr钢是机械制造业使用最广泛的钢之一。调质处理后具有良好的综合力学性能，良好的低温冲击韧性和低的缺口敏感性。钢的淬透性良好，水淬时可淬透到Ф28～60mm,油淬时可淬透到Ф15～40mm。这种钢除调质处理外还适于氰化和高频淬火处理。切削性能较好，当硬度为HB174～229时，相对切削加工性为60%。该钢适于制作中型塑料模具。本图属于阶梯轴类零件，由圆柱面、轴肩、键槽不同形式的几何表面及几何实体组成，根据对零件图的分析，该零件需要加工的表面以及加工表面之间的位置要求如下：

齿轮轴两端面和联接斜齿轮部位的φ75和φ80圆柱面表面粗糙度精度要求较低，为12.5um属于已加工表面。φ75和φ80圆柱面和斜齿轮部分联接的地方R5圆角，φ80侧面粗糙度为6.3um，φ75侧面粗糙度为3.2um。

齿轮轴左右两个φ60圆柱面表面粗糙度为1.6um，尺寸精度为6级，对基准轴线的圆跳动为0.015mm，圆柱度为0.005。和mmφ77圆柱面联接mm,圆柱面外侧两端倒角C2.左侧φ60圆柱面与φ75之间倒圆角R2，右侧φ60与φ65配合面之间为锥面链接，粗糙度为6.3um，与锥面之间有圆角R2.

右边斜齿轮和φ60圆柱面之间的含键槽台阶面和轴承的内圈相配合，表面粗糙度值为3.2um, 配合质量的好坏将直接影响齿轮轴工作情况的好坏。在加工时应特别注意满足图纸所示的加工精度要求。

齿轮轴中间部位为斜齿轮部分，齿轮两端沿齿廓倒C2圆角，顶部沿轮齿周向倒斜角。分度圆表面粗糙值为6.3um，齿轮侧面粗糙度为6.3um齿轮部分是该轴的主要工作部分，对轮齿的硬度和强度要求较高。轮齿部分要进行渗碳淬火和磨削，还要进行磨削齿面探伤检查，防止裂纹产生。齿轮的精度等级为7级。

通过以上的分析可知，齿轮轴零件图样的视图正确、完整，尺寸、公差及技术要求齐全。各主要表面的尺寸精度、形状精度和位置精度通过选择合适的加工方法均可以满足。主要是斜齿轮的加工是一个难点，精度要求较高。齿轮齿形的切削加工方法

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可选的有：①采用滚齿机利用展成运动加工齿轮；②采用铣床利用成形法加工齿轮。但后一种方法加工精度和生产率都较低，而该齿轮的精度等级为7级，齿轮轴是大批量生产，故该方法不是最佳方案。齿轮齿形的无切屑加工方法有：热轧、冷轧、模锻、精密铸造和粉末冶金等。在各种实际生产条件允许的情况下，可以考虑上述的无切屑加工方法。在加工各主要圆柱面时，以轴的中心线为定位基准，满足设计基准和定位基准重合，减少定位误差。 2.1.2确定零件的生产类型

零件的生产类型是指企业（或车间、工段、班组、工作地等）生产专业化程度的分类，它对工艺规程的制订具有决定性的影响。生产类型一般可分为大量生产、成批生产和单件生产三种类型，不同的生产类型由着完全不同的工艺特征。零件的生产类型是按零件的年生产纲领和产品特征来”生产纲领是指企业在计划期内应当生产的产品产量和进度计划。年生产纲领是包括备品和废品在内的某产品年产量。根据其年产量5000，备品率10%和报废率2%，计算出年生产纲领为5162件。本设计齿轮轴零件的的生产类型为大批量生产。

2.2 选择毛坯，绘制毛坯图

2.2.1 选择毛坯种类及制造形式。

毛坯的选用主要包括毛坯的材料、类型和生产方法的选用。选用正确与否直接关系到毛坯的制造质量、工艺和成本，并影响到机械加工质量、工艺和成本等。毛坯质量主要是指合格毛坯本身能满足用户要求的程度。它主要包括外观质量、内在质量和使用质量。其中，外观质量包括毛坯表面粗糙度、尺寸精度、质量偏差、形状偏差和表面缺陷等；内在质量包括毛坯的物理性能、力学性能、金相组织、化学成分、偏析、内应力、致密度、内部缺陷等；使用质量包括毛坯的抗疲劳性能、高温及低温力学性能、耐磨性、耐蚀性和精度保持性等。毛坯材料的选用是保证产品内在质量的一个主要因素。

该零件的材料为40Gr，属于合金结构钢。由于齿轮轴机械强度要求高，在使用过程中要承受重载荷、冲击载荷或交变载荷，齿轮轴的毛坯宜选用锻件。因为锻件的强度与冲击韧度较高。锻件的材料主要是各种碳钢与合金钢。锻造方法有自由锻、模

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锻与胎膜锻和精密锻造等几种。其中，自由锻造生产率低、锻造精度低、表面质量差、加工余量大，但成本低，适于单件小批生产及大型锻件的生产；模锻生产率高、锻件精度高、表面质量好、加工余量小、可锻制较复杂的锻件，但成本较高，适用于成批大量生产中小型锻件；胎膜锻介于自由锻和模锻之间，适用于中小批生产小型锻件。尺寸大的齿轮轴通常选择自由锻造，中小型齿轮轴可选择模锻件，一些小齿轮轴也可制作成整体毛坯。若锻件毛坯为锤上钢质自由锻件，其机械加工余量与公差应遵循GB/T15826系列标准；若毛坯为钢质模锻件，其机械加工余量与公差应遵循GB/T12362系列标准。

通过以上分析，选择锻件作为毛坯，采用模锻成型的方法制造毛坯。另外，应注意锻件毛坯要防止晶粒不均匀、裂纹、龟裂等由于锻造工艺不当所产生的锻造缺陷。锻件金相组织评级及评定方法应遵循相应的国家标准，成批加工可采用抽检的方法。 2.2.2确定毛坯尺寸和机械加工余量

（1）国标中规定钢质模锻件的公差分为两级，即普通级和精密级。精密级公差适用于有较高技术要求，但需要采取附加制造工艺才能达到的锻件，一般不宜采用。精密级公差可用于某一锻件的全部尺寸，也可用于局部尺寸。平锻件只采用普通级。由齿轮 轴零件的功用和技术要求，可确定该零件的公差等级为普通级。锻件精度等级为F级。

（2）根据零件图的基本尺寸可初步得粗车、半精车、粗磨和精磨外圆的加工余量分别为6、1.1、0.4和0.1，又粗精加工分开时，对于粗车外圆的余量允许小于原表中余量的20﹪，故可取粗车余量为4.8。总的余量为6.4。根据上述数据可基本上确定锻件图的尺寸。锻件图如下图2.1所示（图中粗实线代表锻件的外形，零件的轮廓线用点画线表示）

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15414272603535165165330310图2.1 锻件图

（3）经计算锻件重量为28.3kg，包容体重量为46.7kg

（4）锻件的分模线形状 根据该零件的行为特点，本文选择零件的水平面为分模面，属平直分模线，如图齿轮轴零件锻造毛坯图所示。

（5）零件表面粗糙度零件表面粗糙度是确定锻件加工余量的重要参数。按aR数值大小分为两类：由零件图可知，该齿轮轴各加工表面的粗糙度基本都大于等于1.6mμ。

（6）确定毛坯热处理方式钢质齿轮轴毛坯经锻造后应安排正火，以消除残留的锻造应力，并使不均匀的金相组织通过重新结晶而得到细化、均匀的组织，从而改善了加工性。

2.3 选择加工方法，拟定工艺路线

2.3.1 定位基准的选择

A.粗基准的选择

（1）如果必须首先保证工件上加工表面与不加工表面之间的位置要求，应以不

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