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1、编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第1页 共47页第 1 页 共 47 页1.3 月 12 日到 4 月 10 日，熟悉零件图，下厂集中调研、对零件进行工艺分析、绘制出零件图。设计毛坯、并拟定零件机械加工工艺方案，进行方案比较，筛选；2.4 月 14 日到 5 月 9 日，设计零件机加工工艺规程；3.5 月 l2 日到 5 月 21 日，设计指定工艺装备；4.5 月 24 日到 6 月 4 日，编写设计说明书，内容包括；1)标题：要简洁、确切；2)摘要：扼要叙述本设计的主要内容、特点；3)目录；4)正文：按零件机械加工工艺
2、规程设计和工装设计分成两大部分；5)参考文献5.6 月 7 日到 6 月 16 日，翻译外文资料，要求译文和原文单独装订。6.6 月 17 日到 6 月 22 日，收尾工作，答辩。（四）主要参考资料1赵如福 机械加工工艺手册，上海科学技术出版社2张耀晨 机械加工工艺手册，北京航空工业出版社3航空工业装备设计手册 通用部分，国防出版社4航空工业装备设计手册 夹具部分，国防工业出版社5第三机械工业部标准 机床夹具零件册，国防工业出版社6杨黎明机床夹具设计乎册，国防工业出版社指导教师年月日负责教师签字年月日摘要本说明书主要阐述了安装在发动机上的钛合金零件花键筒进行机械加工工艺规程的编制与工装设计，其
3、中包括两部分。第一部分：基于零件的工作条件、技术要求、零件材料及切削性等，设计完成工艺规程。其中包括对零件的工作状态、零件结构、技术分析、零件材料及切削性、热处理说明等逐一阐述，并依次对零件的工艺性，材料的选择，毛坯的设计，加工方法的选择，薄壁的加工，深孔的加工以及焊接的工艺过程等等一系列方面的内容进行分析。第二部分：基于零件的材料及特点设计车床专用夹具、铣床专用夹具、钻床专用夹具。其中包括对定位元件的选择、夹紧机构的设计、定位误差的分析等等。关键词：花键筒钛合金薄壁AbstractThis instruction booklet mainly explanation the titanium
4、 alloy componentsinstalling on the engine which are called spline tube are used to machine-finishingtechnological processand Project assemblydesign,including two parts.First part:the technical process have design based on the componentsworking condition,the specification,the components material and编
5、号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第2页 共47页第 2 页 共 47 页machinability and so on.This instruction booklet have elaborated the components active status,thecomponents structure,the technical analysis,the components materialand the machinability,and the heat treatment explained one by on
6、e,also haveanalysed the components technology capability,the semifinished materialschoice,the material choice,the processing method choice,the thin wall processing,the deep hole processing as well as the welding technologicalprocess and a series of aspect problems in turn.Second part:Lathe jig,milli
7、ng jig,drilling machine jig unit clamp are designedby components material and characteristic.It consist of locates part the choice,clamp organization design,position erroranalysis and so on.Keywords:spline tube;titanium alloy;thin wall目录1花键筒工艺过程设计说明.11.1 零件图工艺分析.11.1.1 零件的工作状态及工作条件.11.1.2 零件的结构分析.11
8、.1.3 零件的技术条件分析.11.1.4 零件的材料及切削性加工.31.1.5 零件图尺寸标注分析.81.1.6 零件热处理的说明.91.1.7 零件的工艺性分析.101.2 毛坯的设计.121.2.1 毛坯的种类的确定.121.2.2 毛坯的工艺要求.131.2.3 毛坯的余量和公差.151.3 工艺规程设计.161.3.1 工艺路线的制定.161.3.2 工序尺寸的确定.311.3.3 有关机床、夹具、刀具、量具的选择说明.331.3.4 机床、夹具、刀具和量具的选择.352夹具设计.362.1 车床夹具设计.362.1.1 设计方案.362.1.2 定位方案的确定.372.1.3 夹紧
9、机构的设计.382.1.4 夹具构造特点和原理.382.1.5 误差分析.39编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第3页 共47页第 3 页 共 47 页2.2 钻床夹具设计.402.2.1 设计方案.402.2.3 钻床夹具钻具的选用.412.2.4 夹紧机构的设计.432.2.5 误差分析.442.3 铣床夹具设.452.3.1 设计方案.452.3.2 定位方案确定.462.3.3 铣床夹具定位键的选用.462.3.4 对刀装置.462.3.5 误差分析.462.4 技术经济分析.473总结.49参考文献.50致谢.5
10、1附录.521花键筒工艺过程设计说明1.1 零件图工艺分析1.1.1 零件的工作状态及工作条件花键筒零件（编号：99.01.85.030FA）属于发动机中的易损零件，主要用在低压压气机的转子上，起锁紧拉紧的作用。因而经常受到发动机运行中周期性振动所产生的冲击载荷，进而造成花键磨损，在苏27 发动机的维修中经常需要更换，为此必须对该零件进行国产化。由于该零件形状复杂、薄壁(2mm)、深孔、加工易变形、位置精度要求较高（同轴度 0.02），零件材料为 BT20（俄材料），在设计中用国产材料 TC11 代替。1.1.2 零件的结构分析花键筒零件总长 552mm，管壁最薄 2mm(如果算入公差，实际上
11、小于 2mm)，加工过程中容易产生变形。深孔内有锥面，不能直接加工，所以先把此零件分解为管子(编号：99.01.85.016FA)和花键衬套（编号：99.01.85.017FA）两部分，对此两部分进行粗加工、半精加工完成后焊接在一起在进行精加工。这样对焊接方法的选择和焊接缝的要求比较严格，即焊接后焊接缝的材质应和其他部分的材质完全相同，并满足位置精度的要求。管子的壁比较薄，在加工外圆柱面的时候容易产生变形，这样对所设计的夹具就有了新的要求，如何夹紧与定位是关键问题，并满足尺寸要求和位置精度的要求。在加工管子上的孔时，应注意如何选择加工方法并满足加工要求。花键衬套上的锥度加工是一个难点，合理选择
12、加工方法和加工顺序是很重要的。从零件的总体构形来看，零件表面形状是比较复杂的，位置精度要求较高，除此之外焊接时对焊接方法的选择，焊接接头的选择，焊接缝的要求等等都应注意。这与零件工作时受锁紧拉紧的作用紧密联系。还有就是对零件进行加工时对所选的刀具材料及加工方法都是很重要，直接影响着零件的尺寸及精度要求。1.13 零件的技术条件分析编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第4页 共47页第 4 页 共 47 页1.零件表面本身精度花键筒的外圆柱面)(77303.006.0f为零件的设计基准，并且与外圆柱面)(77503.006.0
13、f，在低压压气机运转时将受到摩擦，为了减小磨损提高使用寿命，外圆柱面要有较高的精度，其精度为IT7 级，粗糙度为Ra1.6，花键 E、F)105.40(h和花键 G)102.71(h，在工作时将受到发动机运行中周期性振动产生的冲击载荷，进而造成花键磨损，因此要求其有较高的精度和光洁度，其精度均为 IT10，粗糙度为 Ral.6。2零件表面间的位置精度a)由零件图尺寸的确定要求关系，零件的主要设计基准为外圆柱面 C：)(77303.006.0f。零件在加工过程中，为了测量方便，工序之间互为基准。在车外圆面时为保证尺寸要求选端面和内孔为基准；在加工内孔时为了保证尺寸要求选端面和外圆柱面为基准。b)
14、为保证这个零件的同轴度，有许多表面对表面 C 都有跳动。跳动分圆跳动和全跳动，此零件中全为圆跳动；圆跳动又分径向圆跳动和端面圆跳动，此零件中全为径向圆跳动。外圆柱面)(77503.006.0f对面 C 的跳动为 0.02；零件内孔对面C 的跳动为 0.1；槽、I 底部006.03.71、槽 II 底部006.03.69对面 C 的跳动为 0.05；花键 E、F(Q40.5h10)和花键 G(102.71 h)齿槽对面 C 的跳动为 0.063.零件的其他技术要求a)机械加工后，锐边倒角 R1.6，并用刀具保证；b)花键 E 相对花键 F 的偏差不大于 0.05，用刀具保证；c)连接筋不允许有任
15、何缺陷，零件去毛刺并用倒圆尖边，应无划伤、碰伤、压伤；d)热处理：退火。表面吹砂、镀银，套齿 F 镀银 0.003-0.005，两端 3m 内允许有银层；粗糙度：主要表面管子为 Ral.6，花键衬套 Ra3.2，其余 Ra6.3e)花键衬套的毛坯为模锻件，允许膨体模锻，允许自由模锻；f)焊接后做 x 光检验，焊接表面光洁并圆滑过渡到母材上，检查应有焊接检验印及 X 光检验印，焊接正面不允许塌陷，局面凸坑深不大于 0.5mm，焊缝宽应均匀一致，其不均匀度不大于1；g)花键衬套毛坯有如下要求：1)未注明圆角 r3;2)零件残留毛边不大于 0.7;3)表面缺陷须符合技术条件 Q/3B1162-200
16、0;4)锻件沿分模面错移量不大于 0.66;编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第5页 共47页第 5 页 共 47 页5)锻件腐蚀清除表面污染层。h)荧光检验花键管的外表面;i)I 类焊缝;j)管子壁厚差值不大于 0.1。1.1.4 零件的材料及切削性加工花键筒主要用在苏一 27 发动机低压压气机转子上，属于易损件，所以在选择材料时要保证具有较高的强度，耐高温度；较轻的质量。因此，选用国产材料TC11。钛在地球上的蕴藏量仅次于铝、铁和镁，居于第四位，是一种极有发展前景的新型结构材料，主要优点是：a)密度小，故重量轻但有较高
17、的比强度，室温下钛合金的比拉伸强度为高强度结构钢的 1.26 倍，为高强度铝合金的 1.38 倍。b)耐高温与中温性良好，在 400-550时，钛合金的比持久强度、比蠕变强度和比疲劳强度均高于耐热不锈钢，当前最高工作温度已达到 550，预期可大700。c)耐腐蚀性能良好。由于上述各特点，当前，钛及钛合金已被航空、航天、船舶、化工与机械工业所采用，特别在航空工业中尤为突出。在目前校先进的航空发动机中钛合金的用量已占结构重量的 20%30%当前钛合金的主要缺点是加工性较差，因其导热性差、摩擦系数大，故在切削时易升温而粘刀，其次是钛的化学性能活泼，在冶炼与热加工中都带来一些困难，因此在使用上还受有一
18、定限制。TC11 是型钛合金，在室温下有两相组织，可热处理强化。其化学成分含量(%)如下；Ti（余量）；Fe(0.25)；Al（5.87.0）；Si(0.200.35);C(0.10);Mo(2.83.6);Zr(0.8.2.0);N(0.15);O(0.15);H(0.012);杂质不大于 0.3(技术标准 HB528684）表 1.1 常用材料的强度比较材料强度 Mpa重度 KN/m3强度/重度铝合金490-58027.46018-21合金钢1275-156977.47516-20（）钛合金1010-117743.15023-27钛合金1275-137247.07427-29由于钛合金的熔
19、点高，再结晶的温度也高，因而钛合金具有较高的热强度。目前，最高工作温度已达到 550，并向 700的温度发展，它的耐热性能形成一层致密牢固的氧化物和氮化物组成的保护膜，所以具有很好的抗腐蚀性能。另外，钛合金在加工过程中不宜磨削加工。并在常温状态下很容易氧化，应用油封。1钛合金的加工特点：编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第6页 共47页第 6 页 共 47 页a)加工钛合金时，剪切角很大，变形系数人接近于 1，说明切屑变形不大，切削力比加工中碳钢约小 20%，但是钛的化学性能活泼，在高温下易与大气中的氧、氮的元素化合从而生
20、成硬脆的物质，加剧了刀具磨损。刀-屑接触长度很短(只为钢的 1/31/4)。b)导热系数极小，只为 45#钢的 1/51/7，切削热又集中在切削刃附近，故切削温度很高，约比加工 45 钢时高出一倍。c)化学活性高，与金属形成合金的倾向大，钛及钛合金高温时化学活性很高，能与空气中的氢（水气）氧和氮起化合作用，开始强烈吸收氢、氧、氮的温度分别是 300、500和 600，这些元素和钛合金化合，在已加工表面经常出现硬而脆的外表皮，给以后工序带来困难。d)弹性模量小，钛合金的弹性模量约为钢的一半，这就意味着在切剖加工时钛合金零件容易产生较大的变形。弹性模量小和屈强比大又会使已加工表面产生较大的回弹量，
21、使切削时刀具的实际后角减小，则加剧了对后刀面的摩擦。在攻丝、铰孔和拉削时影响很大。e)摩擦系数大，摩擦速度高，钛合金与刀具材料间的摩擦系数大于碳钢与刀具材料间的摩擦系数切屑沿前刀面流出的速度为 VC=V，而钛合金的切屑变形系数远比其它金属材料小，因而钛合金切削沿前刀面的摩擦速度高。结果是摩擦功大，摩擦界面温度高，刀具易于磨损。为避免工件、刀具中的钛元素发生亲和，加工钛合金时不宜采用 YT 类硬质合金而建议用 YG 类、YH 类合金。所以在加工钛合金所选的刀具材料优先采用硬质合金，以提高生产效率。常用的硬质合金，低速精车时宜采用 YGRM、YG8W等；高速精车时可采用：YGRM、YG3X、YW1
22、、YA6 等；粗车时采用：YG6、YG8、YG8W 等。为了提高切削刃强度和散热条件，应采用较小的前角（0=510 度)；因回弹量大，宜用较大的后角（0=1416 度）；切削速度不宜过高，一般为 Vc=4050m/min；切削深度与进给量宜适当加大。由于加工方法的不同，所表现的困难程度也大不相同。不同切削加工时，钛合金的困难程度程序如下：车削一刨削一铰削一钻削一铣削一车螺纹一拉削一攻丝。困难程度逐渐增加2.切削时的塑性变形区切削区可大致分为三个变形区域，如图所示。第一变形区是切屑开始形成的区域，塑性变形（剪切滑移）从 A 线开始，到 M 线塑性变形基本完成。钛合金（TB型除外）切削时一般是剪切
23、变形大而压缩变形小（钢与高温合金正相反），此外切削变形程度也并不均匀，产生周期性的集中剪切变形。第一变形区的宽度较窄，而一般材料第一变形区宽度约为 0.020.2mm编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第7页 共47页第 7 页 共 47 页图 1.1 切削时的三个变形区切屑沿前刀面排出时，切屑底面受到摩擦和挤压进一步产生变形的区域就是第二变形区。这里金属晶粒纤维化方向同前刀面几乎平行。第三变形区是指已加工表面层受到刀具刃口圆弧半径以及回弹造成的挤压、摩擦，从而引起塑性变形加工硬化的部分。3切屑的形成特点钛合金切削时的第一、
24、二变形区域均不如一般钢的明显，切屑呈节状，背面为锯齿状。切屑单元之间的集中剪切滑移区的剪切角较大，一般=380440。钛合金切屑形成过程大致分为三个阶段，如图所示：编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第8页 共47页第 8 页 共 47 页图 1.2 钛合金切屑形成的阶段模型a)因受到前刀面的挤压，被切材料会产生弹性变形，在切屑的前上方有时也可能出现微小的破裂面。b)进一步受到前刀面的挤压，于是在材料的前（上）方隆起块材料。c)这块隆起的材料在与切削速度呈角度的很窄区域内产生集中剪切变形、局部或全部断裂，形成节状切屑流出。4
25、切屑变形系数变形程度，通常切削变形系数能在一定程度上反映切削过 程的塑性越大表示塑性变形越大。但钛合金的变形系数接近于 1 或甚至少于 1，其原因是由于钛合金切削过程中变形不均匀，集中剪切变成节状切屑，切屑成锯齿形所造成。加工材料变形系数工业纯铁b=294492MPa45中硬钢b=588686MPa23硬钢b=8831079MPa1.31.5编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第9页 共47页第 9 页 共 47 页镍基高温合金b=680980MPa1.52.5钛合金b=8801080MPa0.81.05表 1.2 为几种金
26、属的变形系数切屑变形系数就是切削层长度Lc与切屑长度Lch曲的比值，用表示。几种金属的变形系数见表。1.1.5 零件图尺寸标注分析1从花键简的零件图分析表面位置尺寸标注根据设计图纸要求外圆柱面 C73f7（03.006.0）是零件的设计基准，外圆柱面75f7（03.006.0）内孔、槽 I 底部71.3006.0、槽 II 底部69.3006.0、花键E.F(40.5h10)和花键 G(71.2h10)对 C 均有跳动要求，最小为 0.02，最大为0.1，因此此面 C 应为此零件的重要设计基准。由于 C 不能用于定位基准来加工外圆柱面75f7（03.006.0）、内孔、槽 I 底部71.300
27、6.0、槽 II 底部69.3006.0、花键 E.F(40.5h10)和花键 G(71.2h10)，为保证零件的加工精度要求，C 面、外圆柱面75f7（03.006.0）、内孔、槽 I 底部71.3006.0、槽 II 底部69.3006.0、花键 E、F(40.5h10)和花键 G(71.2h10)的外径必须以内孔作为定位基准，一编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第10页 共47页第 10 页 共 47 页次性装夹来加工。3105.00、36、63、71、652.00、7303.0均由中心轴线确定位置。2从花键筒表面间
28、位置关系精度的标注分析外圆柱面75f7（03.006.0）对面 C 的跳动为 0.02；零槽 I 底部71.3006.0、槽底部69.3006.0对面C的跳动为0.05；花键E、F(40.5h10)和花键G(71.2h10)齿槽对面 C 的跳动为 0.06。因为这些加工表面存在于不同的部件上，因此这些表面的加工，必须在焊接工序之后即在组件中加工，以内孔作为定位基准，才能保证他们之间的位置精度。一般表面位置尺寸的标注有三种方式：坐标式、链接式和混合式。位置尺寸的标注方式，在一定程度上决定了加工顺序。坐标式标注的特点是尺寸都从一个表面注起，因此，先加工一个表面，而其他表面的加工顺序可视情况任意选定
29、；链接式标注法的特点是尺寸都是衔接的，因此，各表面加工顺序应按尺寸标注的次序进行；混合式标注法是采用坐标式和链接式混合而成，绝大多数零件是采用此种标注法的。考虑到花键管结构设计的要求和加工的方便，多采用混合式的标注方法，内孔的加工采用坐标式的标注方法。1.1.6 零件热处理的说明由于发动机要求重量轻、强度高，而且花键管为低压压气机转子上的易损件，所以采用钛合金 TC11 为加工材料。针对零件材料 TC11，由于铸造、焊接、机械加工时产生残余应力、因此要选择适当的温度 500-600，消除应力退火，维持 l-6h 空冷以提高塑性、韧性、洧除应力、稳定组织。a)再结晶退火退火目的：消除加工硬化、恢
30、复塑性、获得比较稳定的组织。退火工艺：加热温度高于再结晶温度，但应低于“相变点”（型钛合金除外），以免晶粒粗大。保温适当时间，慢冷到一定温度，然后空冷。b)去应力退火退火目的：清除机械加工焊接过程中所形成的内应力。退火工艺：加热温度一般都低于再结晶温度，保温适当时间，然后进行空冷。C)稳定化退火退火目的：对于一些含有 Pe、Mn、Cr 等成分并在高温长期工作的钛合金，为使合金组织尽可能接近平衡状态，以免在使用过程中发生分解，使合金的热稳定性降低，需要进行稳定化退火。退火工艺：多采用双重退火法（或名称分级退火法）。例如：TC9 合金退火时先在 930加热，再 1 小时空冷，这是为了结晶，然后先在
31、 530加热，再1 小时空冷，这是为了稳定组织。钛的半成品、零件、钛及钛合金结构件的热处理有一系列的特点，原因是钛具有以下特性：a)同素异构转变b)力学性能对组织有较高的敏感性编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第11页 共47页第 11 页 共 47 页c)导热系数低d)高温下易于气体发生作用e)易渗氢性钛的导热系数和导温系数比铝合金及钢低得多，致使其构件在加热及冷却时截面上温差过大，因此在热处理时（特别是外形尺寸较大）必须规定加热冷却速度以避免形成过高得残余应力。其导热系数地也是其淬透性低得原因之一。热处理时，钛及钛合金
32、极易与氧、水蒸气产生反应，而在钛表面形成氧化层，导致使用性能下降及切削性能较差。钛合金的热处理工艺包括：a)准备工序；b)将零件（分装配件）装入炉中；c)热处理（加热、保温、冷却）；d)从炉中取出零件（分装配件）；e)检验；零件在装入炉中之前，用蘸丙酮的干净布擦拭除油，并在空气中晾干。热处理后需进行机加的毛坯可不进行清洗。1.1.7 零件的工艺性分析从花键筒的构形，技术要求和材料等几个方面分析，主要的工艺加工是要求精度的保证问题。因此在设计工艺过程中，首先考虑该零件怎么加工，基准在哪里，在那里定位，怎么安排工艺加工顺序，才能保证其高精度的要求，还有对加工的刀具也有要求。另外，此零件深孔内有锥面
33、，不能直接加工，所以将其分解成两个部分进行粗加工与半精加工，之后在焊接起来对其进行精加工来达到尺寸及位置精度的要求。关于花键管的位置尺寸和位置关系。由于尺寸和位置关系较复杂，必须对设计基准进行细致得分析。该零件的设计基准是外圆柱面 C：、73f7（03.006.0）、内孔、槽 I 底部71.3006.0、槽底部69.3006.0、花键 E、F(40.5h10)和花键 G（71.2h10)对 C 均有跳动要求，由于 C 不能直接用来作定位基准加工各表面，为保证零件的加工要求，这些部件在必须用内孔作为定位基准，一次装夹加工，这些部件要求在焊接后的组件中加工以满足尺寸和位置精度要求。但该零件较长（5
34、52mm)，壁薄（2mm)，特别是钛合金的弹性模量是钢的一半左右，因此该零件在加工过程中很容易变形，特别是加工表面 C 时，必须控制夹紧力的大小（通过测量 C 面的跳动来控制)，切削用量，特别是切削力的大小，精加工时分多次走刀来完成。零件的夹紧变形：一般应增大工件的支撑面积和加压面积或增加夹压点，并减小夹压应力和接触应力，必要时可增设辅助支撑，以增强工件的刚度，对一般薄套工件应尽可能避免径向夹紧，而采用轴向夹压，对薄片工件一般用顶压外圆和端面的装夹方法。另外，花键衬套的曲孔加工也比较复杂，因此要选择合适的加工方法和在工艺过程中的位置，以保证精度（特别是空间位置精度）的要求。关于焊接的问题：通过
35、加热、加压或两者并用，使两工件产生原子间结合的加工工艺和联接方编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第12页 共47页第 12 页 共 47 页式。焊接时可以填充或不填充焊接材料，可以连接同种金属、异种金属、某些烧结陶瓷合金和非金属材料。焊接接头能达到与母材同等强度。焊接方法通常分为 3 类：熔化焊（熔焊）。将工件接口加热至熔化状态，不加压力完成焊接。又可分为气焊、电弧焊、气体保护电弧焊（简称气电焊，包括氧化性气体保护电弧焊，还原性气体保护电弧焊和惰性气体保护电弧焊）、铝热焊、电渣焊、电子束焊、等离子弧焊和激光焊等。加压焊（压
36、焊)。在加压条件下使两工件在固态下实现原子间结合。又叫固态焊接。可分为电阻焊、高频焊、冷压焊、超声波焊、爆炸焊、锻焊、气压焊和旋转电弧焊等。钎焊。使用比工件熔点低的金属材料作钎料，将工件和钎料加热到高于钎料熔点，低于工件熔点的温度，利用液态钎料润湿工件，填充接口间隙并与工件实现原子间的相互扩散而实现焊接。又可分为烙铁钎焊、火焰钎焊、碳弧钎焊、电阻钎焊、高频感应钎焊、炉中钎焊、浸沾钎焊和真空钎焊等。焊接时在两个被连接体之间形成的接缝称为焊缝。被焊接体在空间的相互位置称为焊接接头。接头处的强度除受焊缝质量影响外，还与其形状、尺寸、受力情况和工作条件等有关常见的接头形式有对接、搭接、正交接（丁字接）
37、和角接等。焊接时消耗的材料称为焊接材料，如焊条、焊丝、焊剂、气体、钎料和钎剂等，其作用为保护熔池、稳定电弧、填充金属、形成焊缝和改善焊缝性能等。在此设计中选用搭接接头其特点是焊前准备工作简单，装配方便，焊接变形和残余应力较小由于花键筒为管子和花键衬套的焊接组合件，这样归焊接缝的要求比较严格。钛合金的焊接性主要取决于有还气体杂质（氧气、氢气、氮气）、合金元素含量、焊接热循环状态的影响。焊接后的主要问题是焊接后的变形问题，根据上述在此设计中采用真空电子束焊，真空电子束焊是利用定向高速运动的电子束流撞击工件使动能转化为热能而使工件熔化，形成焊缝。其特点：a)电子束焊接能量密度很高(106W/cm2)
38、，对于任何材料，包括高熔点钨、钼等材料，其焊缝都能快速熔化。一般不用焊条，靠零件自身材料熔接而成。b)电子束焊接在真空中进行，可防止材料氧化及其它有害气体侵入。利用熔池与真空气氛的压差。有利于焊缝熔化金属中所含气体排出，减少焊缝气孔，增加气密性，提高焊缝强度都有好处。c)电子束焊接不仅能量密度高，而且因其特殊焊接机理可以获得很大的焊缝深宽比，焊缝又深又窄，因而焊接零件变形小。对于较厚零件，采用 1OOkW 电子束焊机一次可焊透钢 200mm，采用普通焊接方法就需多次填充，会造成零件较大变形。d)焊接两种物理性质差异大（如热传导或热容量）的材料所构成的零件时，两种材料可同时瞬间熔化再快速凝固，如
39、铜与钢，极薄的零件与厚零件的焊接都可实现。e)电子束可以聚得很细，偏转方便，所以可焊很精细零件。可焊难以达到的焊接点，因此对特殊结构，和特别精细的零件用电子束焊接是非常适宜的。f)能量密度高，焊接速度快，热影响区范围很小，不会对临近半导体器件或其它热敏器件产生不良影响。这种方法的最大优点是焊缝与近焊缝区不受空气、水分和粉尘等的粘污，晶粒长大倾向小，接头性能好，缺点是成形不如等离子弧焊接，焊接结构尺寸受真空限制。控制焊接变形的办法有很多种：预变形法、预编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第13页 共47页第 13 页 共 47
40、 页拉伸法（多用于薄板平面结构)、低应力无变形焊接法（适用于任何航空材料）、窄轮滚压法（不仅用于消除薄壁构件上焊接残余应力，而且是一种焊后矫正板壳构件的有效手段)，等等。1.2 毛坯的设计1.2.1 毛坯的种类的确定花键筒的管子部分是棒料加工（以后将可能使用管料加工)，花键衬套部分的毛坯为等温模锻件，允许膨体模锻，允许自由模锻件。模锻是将加热后的坯料放在锻模模腔内，在锻压力的作用下，迫使坯料变形而获得锻件的一种方法。坯料变形时，金属的流动受到模镗的限制和引导，从而获得与模腔形状一致的锻件，其轮廓尺寸更接近于零件的尺寸，加工余量及材料消耗大大减少。模锻件与自由锻件相比有许多优点，模锻的优点：a)
41、由于有模膛引导金属的流动，锻件的形状可以复杂。b)锻件内部的锻造流动件比较究整，从而提高零件的机械性能和使用寿命。c)锻件表而光洁，尺寸精度离，节约材料和切削加工时间。d)生产率高。e)操作简单，易于实现机械化。f)生产批量越大，成本越低。因为零件的结构很复杂，可采用模锻方法依据零件结构设计模具，造出近似于零件的毛坯。这样即为机械加工减少了加工余量，又节省了贵重的零件材料。此外模锻方法对工人技术要求不高，大批量生产提高劳动生产率。另外，模锻方法可提高零件的机械性能和使用寿命，表面光洁度、尺寸精度高，而自由模锻对复杂零件要多次加热，成形困难，而且自由模锻时多次打击，毛坯内的金属流线易被切断，降低
42、了零件的机械加工性能，对花键衬套这样的重要的受力部件不合适。另外，自由锻的尺寸精度低，加工余量大，金属材料消耗多，劳动强度大，通过比较选择模锻件是比较适合的。1.2.2 毛坯的工艺要求1.分模面的确定锻件分模面位置确定是否合适，关系到锻件的成形，锻件出模，材料利用率等一系列问题，确定分模面位置最基本原则是保证锻件形状尽可能与零件的形状相同，同时，锻件应易从锻模型中取出，此外应争取获得墩粗充填成形的良好效果。在满足上述原则的基础外，确定开始模锻的分模面位置时，为了提高锻件质量和生产中的稳定性，还应考虑下列要求：a)为了便于发现上、下模在模锻过程中的错移，分模位置应选在锻件侧面的中部。b)锻模结构
43、简单，并防止上、下错移现象，分模面应尽可能采用直线状。c)两端头部比较大的锻件，不宜直线分模，应用折线式分模，从而使上、下型槽的深度大致相等，以利于整个锻件充满成形。d)为了便于锻模和切边模的加工制造以及减少金属损耗，当圆饼类锻件是尺寸 HD 时，应取轴向分模，不宜径向分模。e)锻件内部的金属流向方向，应适应锻件在工作中的承力情况。所以锻件的分模面位置应选在具有最大水平投影的位置上。编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第14页 共47页第 14 页 共 47 页图 1.3 毛坯图2圆角半径锻件的凸圆角半径称为外圆角半径(r)
44、，其作用是避免锻模在热处理和模锻过程中因应力集中导致开裂。若锻件外圆角半径太小，金属填充型槽相应圆角比较困难，可能引起锻模崩裂；若锻件外圆角半径太大，此部分的加工余量将减少。锻件的凹圆角半径称为内圆角半径(R)，其作用是使金属易于充填型模，防止产生折叠和型槽过早被压塌。如果锻件的内圆角半径太小，在模锻时金属不易流成型，而且锻件中的流线会被割断，导致机械性能下降；还可以因此产成折叠，使锻件报废。如果型模被压塌变形，则会影响锻件出模，所以适当的选择圆角半径对锻件质量，锻件出模和提高锻模寿命都是有利的。但是，外圆角半径也不能太大，否则加工余量少，内圆角半径太大，将增加机械加工余量和金属损耗。圆角半径
45、大小与锻件形状有关，锻件高度尺寸，圆角半径也应加大，根据以上原则。查参考文献11表 2.24，毛坯分别取圆角半径 r20，R3，其他圆角半径为 r3。3.拔模斜度在锻件上与分模面相垂直的平面所附加的斜度称为拔模斜度。锻件上的拔模斜度会增加金属损耗和机械加工余量，因此应尽量选用最小的模锻斜度。表 1.3 几种金属锻件的拨模斜度()锻件材料外模锻斜度内膜锻斜度铝、镁合金3557钢、钛耐热合金577、10、12最常用的外拔模斜度为 7。同一件锻件上的拔模斜度不宜采用多种斜度，一编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第15页 共47页
46、第 15 页 共 47 页般地，内拔模斜度可取相同值。此模锻件的外拔模斜度取 7。注：当拔模斜度小于 3时，模锻件需要借助顶杆出模。4技术要求及说明a)未注明圆角 r3；b)零件残留毛边不大于 0.7；c)表面缺陷符合技术条件 Q/3B1162-2000；d)锻件沿分模面错移动量大于 0.6；e)锻件应腐蚀消除表面污染层。1.2.3 毛坯的余量和公差1.余量的确定锻件的最大外轮廓尺寸 196mm，由参考文献11表 2-9 锻件最大边长尺寸中得锻件余量 4.0mm，并且考虑到切削加工的需要及尺寸圆整化而对查得的加工余量做适当的修整。2.公差的确定垂直尺寸公差：由参考文献112-15 取 4 级精
47、度：478.18.0，798.18.0水平尺寸公差由参考文献11表 2-12 取 4 级精度1986.10.11.3 工艺规程设计1.3.1 工艺路线的制定制定机械加工工艺规程，一般可分为二个步骤进行。第一步是设计零件从毛坯到成品零件所经过的整个工艺过程，成为工艺路线。第二步是设计各工序的具体内容，也就是机床工序设计。这两步内容是紧密联系的，在设计工艺路线时考虑有关工序设计问题：在进行工序设计时，有时要修改工艺路线。工艺路线的拟定是制定工艺规程中的关键一步，它是工艺过程的总体布局。工艺路线合理与否不但影响到零件加工质量、生产效率和经济性，而且也影响到工人的劳动强度、设备投资、车间面积、生产成本
48、等问题，必须谨慎从事。工艺路线拟定，目前还没有一套精确的计算方法，通常采用生产时间中总结的一些原则，结合工厂的具体情况，灵活运用，设计时一般提出几种方案，通过分析比较，从中选择最佳的工艺路线。由于花键筒选用 TC11 位优质难加工材料，考虑到工件本身要求及切削加工性，要求进行热处理，并且花键管在构行上复杂，精度、表面质量及其他技术要求比较高，同时还要考虑到任务的批量及生产条件，工装设计等方面，以保证花键管的质量、生产率和经济效益。工序安排时，应先将主次表面区分开来，着重考虑主要表面和精度高的表面。首先要对主要基准迸行加工，再通过基准来逐步保证其他尺寸。在工艺过程中划分几个阶段：a)粗加工阶段：
49、主要为了提高劳动生产率，去除大部分余量；b)半精加工阶段：次要表面达到加工要求，大部分加工表面已经达到要求；编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第16页 共47页第 16 页 共 47 页c)精加工阶段：花键管的花键 E、F、G 和槽 I、满足跳动要求。选择适当的加工方法保证经济的获得精度要求比较高的表面，如次要表面的加工可穿插于主要表面的加工工序之间。在机械加工中将根据集中与分散的原则，合理的把各个表面的加工组合成若干工序来提高精度和生产率。对于花键管的主要表面及次要表面首先进行粗加工，中间对次要表面直接加工达到要求，最后
50、安排主要的精加工。零件的一般加工多从粗基准加工开始，然后由精基准定位后开始加工其他各主、次要表面。依据以上有关因素综合花键管本身的加工特点，制定工艺规程如下：表 1.4 花键衬套工艺规程工序号工序名称0毛坯图5粗车外圆、端面10粗车小端、钻孔15粗车大端内腔20车大端外圆、内孔25镗孔30车定氢试棒35精车外圆40去毛刺45标批次号及零件号50铣连接筋55抛光60荧光检查65清洗70最终检验75油封表 1.5 管子工艺规程工序号工序名称5下料10热处理15钻中心孔20粗车外圆25从小端面钻孔30从大端面钻孔35车外圆40精镗孔45精车外圆编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，