1．冷硬铸铁和耐磨合金铸铁有哪些特点？
冷硬铸铁和耐磨合金铸铁是生产中常用的耐磨材料。冷硬铸铁也称激冷铸铁，它是在铸型中放置冷铁，以加快铸件的冷却速度而得到的。冷硬铸铁的典型化学成分为：C含量3％～3.5％，Si含量0.5％～0.7％，Mn含量0.5 ％～0.7％，P含量<0.4％，S含量<0.07％。冷硬铸铁的特点是表面部分发生白口化，硬度和耐磨性大大提高，内部仍保持灰口组织，以防整体脆化。激冷表层硬度达HRC60左右，压延机轧辊就是一例。
激冷镍铬铸铁也属此例。激冷镍铬铸铁Ni含量为4％，Cr含量为1.1％，Ni使珠光体与石墨细化，增加了铸铁的强度与耐磨性。加入Ni还能提高热强性。激冷镍铬铸铁的硬度可达HRC60，常用来制造轧辊。
高铬铸铁是高温耐磨铸铁，其典型成分为：Cr含量22％～25％，Si含量1.2％，Mn含量0.3％～0.75％。Cr的加入可提高铸铁的耐磨性，因为Cr能在铸件表面形成致密的保护膜Cr2O3。Cr的加入也生成碳化物，提高了铸铁的硬度与强度。高铬铸铁可用来制造在800℃以上高温下工作的耐磨件。
钻探中用的泥浆泵，是用耐磨合金铸铁Crl5Mo3制造的，其硬度达HRC62，是目前最难切削加工的金属材料之一。
2．冷硬铸铁和耐磨合金铸铁的切削加工特点有哪些？
(1)冷硬铸铁和耐磨合金铸铁是典型的硬脆材料，表面硬度很高。粗加工时，单位切削力达3 000 MPa，强烈的冲击极易引起振动，加剧刀具的磨损。
(2)冷硬铸铁常被用来制作各种轧辊，结构尺寸大，加工余量也大，车削时要采用较大的切削深度和进给量，对刀具的强度和工艺系统刚性要求较高。
(3)冷硬铸铁和耐磨合金铸铁具有高硬度和较高的热强度。特别是大件，切削时刀具连续工作时间长，刀具的温度很高，容易出现刀体变形或焊接刀片开焊的现象而使刀具损坏。
(4)冷硬铸铁表层组织为白口，性质硬而脆，当刀具切入或切出时，容易出现崩边现象，造成废品或损坏刀具。
(5)毛坯表面加工余量不匀和气孔、砂眼等铸造缺陷使切削时冲击较大，也容易损坏刀具。
(6)冷硬铸铁和耐磨合金铸铁的切屑呈碎状，且瞬时温度很高，应防止崩入眼内或内衣中，造成对操作者的身体伤害。
耐磨合金铸铁
3．切削冷硬铸铁和耐磨合金铸铁选择什么刀具材料？
根据冷硬铸铁和耐磨合金铸铁的切削加工特点，要求刀具材料红硬性高、耐冲击、耐磨性好、抗弯强度高、导热系数大。可选用含TaC或NbC的K类新牌号硬质合金，如600、610，643、643M、726，YS2，YM0511 YM052、YM053等，切削效率和刀具耐用度比使用YG3、YG6、YG6A等高得多(见表6-1)，也可选用陶瓷刀具材料。
4．切削加工冷硬铸铁和耐磨合金铸铁怎样选择刀具几何参数？
冷硬铸铁和耐磨合金铸铁的硬度、强度都很高，切削时多是粗加工的断续切削，要求刃口有足够的强度，应选择负前角和较小的后角。且不同刀具材料应选择不同的合理前角、后角值。例如，YW1取γ0=-5。～0。，α0=5。～10。；643取γ0=-5。，α0=10。～15。；PCBN取γ0=-10。～0。，α0=6。～8。；陶瓷刀片取γ0=-15。～-5。，α0=6。～10。。
切削冷硬铸铁和耐磨合金铸铁时，单位切削力大，切削温度高。为了减小单位切削刃上的负荷，改善散热条件，减少崩刃，提高刀具耐用度，宜选用较小的主偏角和负刃倾角。一般κr≤45。，硬质合金刀片λs≤-6。；陶瓷刀片λs=-10。～-5。。刀尖圆弧半径可大些，γε≥1.0 mm。机床刚性较差或精加工时，也可适当加大主偏角，减小刀尖圆弧半径。对于陶瓷刀片和PCBN刀片，刃口应有负倒棱，γ01=-30。～-20~，bγ=0.2～0.3 mm。
5．切削加工冷硬铸铁和耐磨合金铸铁怎样选择切削用量？
根据冷硬铸铁和耐磨合金铸铁的切削加工性能，在选择切削用量时，必须考虑切削用量对刀具耐用度的影响。根据不同的切削对象和刀具材料，切削速度、进给量和切削深度应进行合理组合。
采用硬质合金刀具时，应选用较低的切削速度，适当加大切削深度并尽可能减少走刀次数，以提高刀具耐用度。粗车时Vc=8～12 m/min，αp=5～10 mm，f=0.5～1.0 mm/r；半精车时，Vc=15～20 m/min，αp =0.5～2 mm，f=0.1～0.3 mm/r。
采用陶瓷刀片应取较小的进给量和尽可能高的切削速度，一般Vc=40～60 m/min，αp =0.5～2 mm，f=0.3～0.6 mm/r。
采用PCBN刀片时，切削速度可以提高到70～80 m/min，αp =0.5～2 mm，f=0.1～0.3 mm/r。
6．用氮化硅陶瓷刀具车削冷硬铸铁有哪些优点？
氮化硅陶瓷具有高硬度(HRA94)、高强度(抗弯强度为1050～1450 MPa)、良好的自润滑性能、低摩擦系数及抗粘接性能。使用氮化硅陶瓷刀具车削冷硬合金铸铁有以下优点：
(1)切削速度高：冷硬合金铸铁的硬度为HRC50～52(HS67～70)，用YG8硬质合金刀具车削，切削速度为5 m/min左右。而用氮化硅陶瓷刀具时切削速度则是25～35 m/min，为硬质合金刀具的5～7倍。又如，用硬质合金刀具车削冷硬铸铁轧辊(HS71～73)，切削速度为6.8 m/min，而用氮化硅陶瓷刀具时切削速度为23 m/min。
(2)耐用度高：用YG8硬质合金车削冷硬合金铸铁(Vc=5.3 m/min)，当后刀面磨损0.8 mm时，切削路程为360 m；而用氮化硅陶瓷刀具以28 m/min的切削速度，后刀面磨损0.8 mm时的切削路程为2560 m；再将切削速度提高到34 m/min时，在相同的后刀面磨损情况下，切削路程则是2340 m。可见，在相同的磨损情况下，从切削路程来看，氮化硅陶瓷刀具的耐用度为硬质合金的6～7倍。用氮化硅混合陶瓷F85车冷硬合金铸铁轧辊的刀具耐用度是YG3、YG6硬质合金的5～16倍。
7．用立方氮化硼刀具切削冷硬铸铁有哪些显著效果？
立方氮化硼(CBN)刀具，由于硬度、耐磨性和耐热性高于硬质合金和陶瓷等刀具材料，可以使用较高的切削速度切削硬度高(HS58～68)的冷硬铸铁，其切削效果明显高于使用其他刀具材料。
(1)切削速度高：用DLS—F立方氮化硼复合片切削球墨冷硬铸铁，可以使用较高的切削速度。刀具几何参数为γ0=-3。，α0=8。，κr=84。，λs=0。，γε=0.6 mm，γ01=6。，bγ=0.3 mm。当Vc=60 m/min，αp =0.3 mm，f=0.22 mm/r时，切削160 min后，后刀面只磨损了0.16 mm。而使用YG6X硬质合金刀具的切削速度只有6.6 m/min，仅为立方氮化硼刀具的1/9。
(2)耐用度高：用德国比尔斯公司生产的立方氮化硼圆刀片，以Vc=40 m/min、f=0.16 mm/r的切削用量加工HRC55的冷硬铸铁，刀具耐用度为500 min，而用陶瓷刀具加工时刀具耐用度只有5 min。立方氮化硼刀具的耐用度是陶瓷刀具的100倍。
(3)加工精度和表面质量好：用硬质合金刀具车削HRC50的表面喷涂冷硬铸铁轧辊，当Vc=20 m/min、αp =0.3 mm、f=0.22 mm/r时，圆度误差高达0.5 mm，表面粗糙度Ra为12.5μm；而使用立方氮化硼刀具车削，切削速度提高了，圆度误差很小，表面粗糙度Ra小于0.8μm。
(4)金属切除率高：用立方氮化硼刀具切削冷硬铸铁轧辊，可以获得极高的金属切除率。例如，当Vc=6l m/min、αp =/mm、f=0.94 mm/r时，金属切除率达400 cm3/min，刀具几乎没有磨损。
(5)可以代替磨削：ASH离心式泥浆泵是用极耐磨的镍铬白口铁制造的。这种材料极难切削，以前认为只能用磨削加工，但磨削时的高温会使工件产生热裂纹。现在可以采用立方氮化硼复合片以车代磨。这种刀具抗弯强度高，经得起冲击载荷。采用PCBN圆形刀片，粗车时，Vc=55 m/min，αp =3 mm，f=0.25 mm/r；精车时，f=0.2 mm，表面粗糙度Ra为0.8μm。
此外，还可以铣代磨加工镍铬白口铁，也采用圆形带倒棱的PCBN复合片做成铣刀，以Vc=175～225 m/min、αf =0.1～0.25 mm/z、αp =0.5～2.5 mm的用量进行铣削，表面粗糙度Ra可达2～2.5μm。
机床拨叉零件的工艺规程及夹具设计
1前言
机械制造工艺学课程设计使我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以及大部分专业课之后进行的.这是我们在进行毕业设计之前对所学各课程的一次深入的综合性的总复习,也是一次理论联系实际的训练,因此,它在我们四年的大学生活中占有重要的地位。
就我个人而言，我希望能通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后参加祖国的建设打下一个良好的基础。
由于能力所限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指导。
2零件的分析
2.1零件的作用
题目所给的零件是CA6140车床的拨叉。它位于车床变速机构中，主要起换档，使主轴回转运动按照工作者的要求工作，获得所需的速度和扭矩的作用。零件上方的φ22孔与操纵机构相连，二下方的φ55半孔则是用于与所控制齿轮所在的轴接触。通过上方的力拨动下方的齿轮变速。两件零件铸为一体，加工时分开。
2.2零件的工艺分析
零件的材料为HT200，灰铸铁生产工艺简单，铸造性能优良，但塑性较差、脆性高，不适合磨削，为此以下是拨叉需要加工的表面以及加工表面之间的位置要求：
2.2.1小头孔 以及与此孔相通的 的锥孔、 螺纹孔
2.2.2大头半圆孔 Ф
2.2.3拨叉底面、小头孔端面、大头半圆孔端面，大头半圆孔两端面与小头孔中心线的垂直度误差为0.07mm，小头孔上端面与其中心线的垂直度误差为0.05mm。
由上面分析可知，可以粗加工拨叉底面，然后以此作为粗基准采用专用夹具进行加工，并且保证位置精度要求。再根据各加工方法的经济精度及机床所能达到的位置精度，并且此拨叉零件没有复杂的加工曲面，所以根据上述技术要求采用常规的加工工艺均可保证。
3 确定生产类型
已知此拨叉零件的生产类型为中批量生产，所以初步确定工艺安排为：加工过程划分阶段；工序适当集中；加工设备以通用设备为主，大量采用专用工装。
4确定毛坯
4.1 确定毛坯种类：零件材料为HT200。考虑零件在机床运行过程中所受冲击不大，零件结构又比较简单，生产类型为中批生产，故选择铸件毛坯。查《机械制造工艺及设备设计指导手册》（后称《指导手册》）选用铸件尺寸公差等级CT9级。
4.2 确定铸件加工余量及形状：
《机械制造工艺及设备设计指导手册》325页表15-7，选用加工余量为MA-G级，并查表15-8确定各个加工面的铸件机械加工余量，铸件的分型面的选者及加工余量如下表所示：
简图
加工面代号 基本尺寸 加工余量等级 加工余量 说明
D1 22mm G 3.0 2
孔降一级双侧加工
D2
55mm G 3.0 2
孔降一级双侧加工
T2 73mm 3 单侧加工
T3 50mm G 2.5 单侧加工
T4 73mm 3 单侧加工
表 1
4.3绘制铸件零件图：
5工艺规程设计
5.1选择定位基准：
工序 工序内容 定位基准 工序 工序内容 定位基准
010 粗铣两端小头孔上端面 T1及小头孔外圆 090 扩中间孔 T1及小头孔外圆
020 粗铣中间孔上端面 T1及小头孔外圆 100 半精镗中间孔 T1及小头孔外圆
030 粗铣中间孔下端面 T3及小头孔外圆 110 钻2- 锥销孔、 螺纹孔、功 螺纹
T1及小头孔
040 精铣两端小头孔上端面 T1及小头孔外圆 120 铣断 T1、D1
050 精铣中间孔上端面 T1及小头孔外圆 130 去毛刺
060 精铣中间孔下端面 T3及小头孔外圆 140 检查
070 扩两端小头孔 T1及小头孔外圆 150 若某道工序有误返工
080 精铰两端小头孔 T1及小头孔外圆
表 2
5.1.1 粗基准的选择：以零件的底面为主要的定位粗基准，以两个小头孔外圆表面为辅助粗基准。
5.1.2 精基准的选择：考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便，依据“基准重合”原则和“基准统一”原则，以粗加工后的底面为主要的定位精基准，以两个小头孔外圆柱表面为辅助的定位精基准。
5.2制定工艺路线
根据零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求，以及加工方法所能达到的经济精度，在生产纲领已确定的情况下,可以考虑采用万能性机床配以专用工卡具,并尽量使工序集中来提高生产率。除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。查《指导手册》，选择零件的加工方法及工艺路线方案如下：
5.3选择加工设备和工艺设备
5.3.1 机床的选择：
工序010～060均为铣平面，可采用XA5032立式铣床。
工序070～080采用Z550钻床。
工序090～100采用镗床。
工序110采用钻床。多刀具组合机床。
工序120采用铣断机床。
5.3.2 选择夹具：该拨叉的生产纲领为中批生产，所以采用专用夹具。
5.3.3 选择刀具：在铣床上加工的各工序，采用硬质合金铣刀即可保证加工质量。在铰孔 ，由于精度不高，可采用硬质合金铰刀。
5.3.4选择量具：两小头孔、中间孔均采用极限量规。
5.3.5其他：对垂直度误差采用千分表进行检测，对角度尺寸利用专用夹具保证，其他尺寸采用通用量具即可。
5.4机械加工余量、工序尺寸及公差的确定
5.4.1圆柱表面工序尺寸：
前面根据资料已初步确定工件各面的总加工余量，现在确定各表面的各个加工工序的加工余量如下：
工序号 工序内容 加工余量 基本尺寸 经济精度 工序尺寸偏差 工序余量
最小 最大
铸件 2.5 CT9
010 粗铣两端小头孔上端面 2 50.5 12
1.60 3.60
020 粗铣中间孔上端面 2.5 27 12
1.65 6.5
030 粗铣中间孔下端面 2.5 21 12
1.75 6.5
040 精铣两端小头孔上端面 0.5 50 11
0. 35 1.16
050 精铣中间孔上端面 0.5 20.5 10
0.47 1.12
060 精铣中间孔下端面 0.5 20 10
0.47 1.12
表 3
5.4.2 平面工序尺寸：
加工表面 加工内容 加工余量 精度等级 工序尺寸 表面粗糙度
工序余量
最小 最大
（D2）
铸件 6 CT9
扩孔 5.8 IT12
6.3 2.0 6.25
半精镗 0.2 IT10
3.2 0.05 0.25
扩孔 5.84 IT12
6.3 2.0 6.25
精铰孔 0.06 IT7
1.6 0.05 0.25
表 4
5.4.3确定切削用量及时间定额：
工序010 以T1为粗基准，粗铣φ22孔上端面。
5.4.4. 加工条件
工件材料：HT200,σb =0.16GPa HB=190~241,铸造。
加工要求：粗铣φ22孔上端面。
机床：XA5032立式铣床。
刀具：W18Cr4V硬质合金钢端铣刀,牌号YG6。铣削宽度ae<=60,深度ap<=4,齿数z=10,故据《切削用量简明手册》（后简称《简明手册》）取刀具直径do=80mm。选择刀具前角γo＝＋5°后角αo＝8°，副后角αo’=8°，刀齿斜角λs=－10°,主刃Kr=60°,过渡刃Krε=30°,副刃Kr’=5°过渡刃宽bε=1mm。
5.4.5 切削用量
5.4.5.1铣削深度 因为切削量较小，故可以选择ap=1.5mm，一次走刀即可完成所需长度。
5.4.5.2计算切削速度 按《简明手册》，V c=
算得 Vc＝98mm/s，n=439r/min,Vf=490mm/s
据XA5032立式铣床参数，选择nc=475r/min,Vfc=475mm/s,则实际切削速度V c=3.14*80*475/1000=119.3m/min,实际进给量为f zc=V fc/ncz=475/(300*10)=0.16mm/z。
5.4.6)校验机床功率 查《简明手册》Pcc=1.1kw,而机床所能提供功率为Pcm>Pcc。故校验合格。
最终确定 ap=1.5mm，nc=475r/min,Vfc=475mm/s，V c=119.3m/min，f z=0.16mm/z。
5.4.7计算基本工时
tm＝L/ Vf=(32+80)/475=0.09min。
5.5.工序020和工序030 以T1及小头孔外圆为基准φ55孔上下端面。
5.5.1. 加工条件
工件材料：HT200,σb =0.16GPa HB=190~241,铸造。
加工要求：精铣φ55上端面。
机床：XA5032立式铣床。
刀具：W18Cr4V硬质合金钢端铣刀,牌号YG6。铣削宽度ae<=60,深度ap<=4,齿数z=10,故据《简明手册》取刀具直径do=80mm。选择刀具前角γo＝＋5°后角αo＝8°，副后角αo’=8°，
刀齿斜角λs=－10°,主刃Kr=60°,过渡刃Krε=30°,副刃Kr’=5°过渡刃宽bε=1mm。
5.5.2. 切削用量
5.5.2.1 铣削深度 因为切削量较小，故可以选择ap=1.0mm，一次走刀即可完成所需长度。
5.5.2.2 每齿进给量 机床功率为7.5kw。查《简明手册》f=0.14~0.24mm/z。由于是对称铣，选较小量f=0.14 mm/z。
5.5.2.3 查后刀面最大磨损及寿命
查《简明手册》表3.7，后刀面最大磨损为1.0~1.5mm。
查《简明手册》表3.8，寿命T=180min
5.5.2.4 计算切削速度 按《简明手册》，查得 Vc＝98mm/s，n=439r/min,Vf=490mm/s
据XA5032立式铣床参数，选择nc=475r/min,Vfc=475mm/s,则实际切削速度V c=3.14*80*475/1000=119.3m/min,实际进给量为f zc=V fc/ncz=475/(300*10)=0.16mm/z。
5.5.2.5校验机床功率 查《简明手册》Pcc=1.1kw,而机床所能提供功率为Pcm>Pcc。故校验合格。
最终确定 ap=1.0mm，nc=475r/min,Vfc=475mm/s，V c=119.3m/min，f z=0.16mm/z。
5.5.2.6计算基本工时
tm＝L/ Vf=(32+80)/475=0.09min。
工序070和080以T1及小头孔外圆为基准，扩、精铰φ22孔，保证垂直度误差不超过0.05mm,孔的精度达到IT7。
5.5.3. 选择钻头
选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时do=18mm，钻头采用双头刃磨法，后角αo＝12°，二重刃长度bε=2.5mm,横刀长b=1.5mm,宽l=3mm,棱带长度 ° ° °
5.5.4.选择切削用量
5.5.4.1）决定进给量
查《切》
所以，
按钻头强度选择 按机床强度选择
最终决定选择机床已有的进给量 经校验 校验成功。
5.5.4.2）钻头磨钝标准及寿命
后刀面最大磨损限度（查《简明手册》）为0.5～0.8mm，寿命 ．
5.5.4.3）切削速度
查《切》 修正系数
故 。
查《简明手册》机床实际转速为
故实际的切削速度
5.5.5.计算工时
由于所有工步所用工时很短，所以使得切削用量一致，以减少辅助时间。
扩铰和精铰的切削用量如下：
扩钻：
精铰：
5.6.工序090和100 T1及小头孔外圆为基准，扩、半精镗φ55孔。
5.6.1. 选择钻头 选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时do=48mm，钻头采用双头刃磨法，后角αo＝11°，二重刃长度bε=11mm,横刀长b=5mm,弧面长l=9mm,棱带长度 ° ° °
5.6.2.选择切削用量
5.6.2.1）决定进给量
查《简明手册》
按钻头强度选择 按机床强度选择
最终决定选择Z550机床已有的进给量 经校验 校验成功。
5.6.2.2钻头磨钝标准及寿命
后刀面最大磨损限度（查《简明手册》）为0.8～1.2mm，寿命
扩孔后刀面最大磨损限度（查《简明手册》）为0.9～1.4mm，寿命
铰和精铰孔后刀面最大磨损限度（查《简明手册》）为0.6～0.9mm，寿命
5.6.2.3切削速度
查《切》 修正系数
故 。
查《简明手册》机床实际转速为
故实际的切削速度
扩铰和半精铰的切削用量同理如下：
扩钻：
半精铰：
5.6.3.计算工时
所有工步工时相同。
6夹具设计
为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。并设计工序110——钻2- 锥销孔。本夹具将用于组合机床，刀具为两根麻花钻，对两个孔同时加工。
6.1问题的提出
本夹具是用来钻两个 22mm的小头孔,零件图中大小孔的中心距有公差要求,因此这两个小头孔的中心距也有一定的公差要求.另外,此中心线为三个侧平面的设计基准,有一定的垂直公差要求.但此工序只是粗加工,因此本工序加工时主要考虑如何提高劳动生产率,降低劳动强度,而精度则不是主要问题.
6.2夹具设计
6.2.1定位基准选择
底面对孔的中心线有一定的垂直度公差要求,因此应以地面为主要定位基准..由于铸件的公差要求较大,利用小头孔的外圆表面作为辅助定位基准时,只有采用自动对中夹具才能同时保证对称的两个零件的大小孔的中心距的公差要求.为了提高加工效率,现决定采用两把麻花钻同时加工出两个 8mm的通孔.
6.2.2切削力及夹紧力计算
由于实际加工的经验可知,钻削时的主要切削力为钻头的切削方向,即垂直于第一定位基准面,在两侧只需要采用两个V型块适当夹紧后本夹具即可安全工作.因此,无须再对切削力进行计算.
6.2.3定位误差分析
零件图规定大孔与小孔的中心距为65mm.采用自动对中夹具后,定位误差取决于对中块\螺杆以及滑块的制造误差.同时,对对中块利用调整螺钉进行调整并加装钻套后,钻孔后的误差只有0.08mm.在后续的铣断工序中,利用中间大孔定位,孔壁与定位销的配合间隙为0.05mm.因此加工完成后大孔与小孔的中心距的最大误差为
0.08+0.05=0.13 0.2mm
所以能满足精度要求.
6.2.4该夹具用于加工位置在同一中心线上的非回转零件上半径R=5~20㎜的孔，被加工孔中心距可达123㎜。
使用时，只需按被加工零件的要求，配置专门的钻模板，通过手柄，使丝杆带动V型块做自定心式移动，以便夹紧或松开零件