多功能组合工兵铲.doc

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1、目录摘 要1Abstract2第一章 绪论31.1 组合工具的概念31.2 组合工具的典型代表31.2.1 瑞士军刀31.2.2 莱特曼多功能工具钳41.3 组合工具未来的发展趋势61.4 铁锹发展概述61.5 发明来源于战场61.6 创新来自于生活7第二章 多功能组合工兵铲的结构设计82.1 多功能组合工兵铲的整体结构设计82.2 多功能组合工兵铲的工作原理92.3 锹体的结构设计102.4 联接机构的设计112.5 锹柄部结构设计122.6 保护条的设计142.7 把手的设计与比较14第三章 多功能组合工兵铲材料的选择163.1 材料的介绍163.2 材料的选用原则173.3 锹体材料的选

2、择及热处理工艺183.4 联接机构材料的选择193.5 锹把材料的选择193.6 刃、锯保护条材料的选择19第四章 多功能组合工兵铲的优缺点分析204.1 多功能组合工兵铲的优点204.2 多功能组合工兵铲的缺点及不足之处20总 结21参考文献22致 谢23毕业设计（论文）多功能组合工兵铲Multifunctional combined shovel班级 徐工机械112 学生姓名 黄成永 学号 1132205309 指导教师 李荣兵 职称 副教授 导师单位 徐州工业职业技术学院 论文提交日期 徐州工业职业技术学院毕业设计（论文）任务书课题名称多功能组合工兵铲 课题性质 设计类 班 级 徐工机械

3、112 学生姓名 黄成永 学 号 1132205309 指导教师 李荣兵 导师职称 副教授 一选题意义及背景不论城市农村，都离不开生活工具，实用新型工具是一种多功能组合工具，属便携式多用途工具。该多功能工具由铲体、联接机构、铲柄、调节锁定的零件组件。它具有镐、铲、锤、锯、刀、剪、量等功能，锯、刀、铲、锤、等外观直接可见，多功能组合工具的每一功能的变换和实现，可以按临时需要自行直接选择，勿需特殊的工具和附件，为野外工作人员携带方便的小型多用途工具。是结合现代军用组合工具的样式所推出的实用型号，是旅游、家居、狩猎、探险、野外垂钓等不可缺少的物品！二毕业设计（论文）主要内容：1、 在普通工具铁锹的基

4、础上，加入一些其它功能，像锯、砍、锤等，使它成为一个像瑞士军刀一样功能强大，携带方便的多功能组合工具。2、 借助制图软件PRO/E绘制三维效果图。3、将绘制的零件图进行装配，检查是否符合要求。三计划进度：1、第8周，根据课题构思毕业设计，确立自己的创意；2、第9周，收集相关资料，完善自己的创意；3、第10-11周，用PRO/E软件绘制零件图、装配图并进一步改进；4、第12周，撰写毕业设计论文，并修改完善，准备答辩；5、第13周，参加毕业答辩。四毕业设计（论文）结束应提交的材料：1、毕业设计任务书一份；2、零件图一份；3、装配图一份；4、毕业设计说明书一份。指导教师 教研室主任 年 月 日年 月

5、 日论文真实性承诺及指导教师声明学生论文真实性承诺本人郑重声明：所提交的作品是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，内容真实可靠，不存在抄袭、造假等学术不端行为。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。如被发现论文中存在抄袭、造假等学术不端行为，本人愿承担本声明的法律责任和一切后果。毕业生签名： 日 期： 指导教师关于学生论文真实性审核的声明本人郑重声明：已经对学生论文所涉及的内容进行严格审核，确定其内容均由学生在本人指导下取得，对他人论文及成果的引用已经明确注明，不存在抄袭

6、等学术不端行为。指导教师签名： 日 期： 摘 要工具是人类为了生存和不断改善生存状况的产物，是人类利用和改造自然界的产物，是社会生产力不断发展的标志。随着时代的发展和社会的进步，各种各样的工具被发明了出来，一开始，大多数工具都是结构简单、性能单一，直到多功能组合工具的代表“瑞士军刀”被发明了之后，人们开始把工具向多功能化、便携化发展。本课题就是在普通铁锹的基础上，通过一些机械组合方式使它功能强大，便于携带。它同时具备了镐、铲、锤、锯、刀、剪、量等功能，它的每一个功能的变换和实现，只需通过不同工位之间的转换来实现。功能转换快捷、方便，不需其它附件，是出行不可或缺的工具。关键词：多功能 组合 工位

7、AbstractThe tool is for human survival and improve the living conditions of the product, is the human use and transform the nature of the product, is the symbol of the continuous development of social productive forces. With the development of the times and social progress, all kinds of tools were i

8、nvented, the start, most of the tools are simple structure, single performance, represent until the multifunctional combined tool, Swiss Army Knife was invented,people began to put the tools of multifunction, portable development. This paper is based on the common shovels,through some mechanical com

9、bination makes it powerful, easy to carry. It also has a pick, shovel, hammer, saw, cutter, scissors,and other functions, and realize the transform each function of it,only to realize the conversion between the different stations.Function conversion is fast, convenient, no other accessories,travel i

10、s an indispensable tool.Key word : multifunction combination station 第一章 绪论1.1 组合工具的概念所谓组合工具是由若干个标准零件、非标准零件或工具单元组合而成的，例如瑞士军刀、莱万特组合工具钳，此外还有其他很多的组合体。当前是世界走向多元化的重要时期，同时也是工具走向多功能化的时期，组合工具将再度成为研究的重点，其研究的内涵和外延更加丰富，赋予工具具更广泛的组合意义。1.2 组合工具的典型代表1.2.1 瑞士军刀瑞士军刀（德语：Schweizer Armeemesser或Schweizer Offiziersmesser

11、），又常称为瑞士刀（Schweizer Messer）或万用刀，是含有许多工具在一个刀身上的折叠小刀，由于瑞士军方为士兵配备这类工具刀而得名。在瑞士军刀中的基本工具常为：圆珠笔、牙签、剪刀、平口刀、开罐器、螺丝起子、镊子等。要使用这些工具时，只要将它从刀身的折叠处拉出来，就可以使用。1891年，瑞士人Karl Elsener是最早制作瑞士军刀的人。当时的瑞士军刀有木制的手柄（今日多为塑胶和金属制），并仅有两种工具，分别是螺丝起子，和开罐器。在1897年时，Karl Elsener发明了新的弹簧，瑞士军刀才开始能够装进比较多的工具。1890年代是瑞士军方开始使用瑞士自制刀子的年代，过去他们都采用

12、德国制的刀子。图1-1 瑞士军刀1909年，Karl Elsener开始在瑞士军刀的红色握把上刻白色十字盾牌来做商标，并以母亲之名Victoria来命名这个产品，创立了Victorinox（维氏）。1940年代，驻欧洲的美军相当喜爱这种多用途的小刀，但因不会发德语Offiziermesser的音（德文原意为“军官刀”），便称此刀为Swiss Army Knife（瑞士军刀）。至2013年Victorinox依然在供应瑞士军方这种小刀。另一家向瑞士军方供应瑞士军刀的公司是Wenger（威戈）。除了这两家公司以外，还有众多的厂商生产类似的多用途工具刀。但是一般只有Victorinox和Wenger

13、的产品才被认为是正宗的瑞士军刀。2005年维氏兼并了威戈。 图1-2 产品组合 这种方便的多功能袖珍刀很快就极受欢迎，而且开始收到越来越多的来自国外的订单。 刀的功能也不断在改进，很快刀上又加了木锯和剪刀等工具。不久，大螺丝刀上加了一个瓶盖起子，罐头起子 上加了个小螺丝刀。 而后，刀上又加了指甲锉，牙签，镊子，带金属锉的金属锯， 带吐钩器和标尺的除鳞器，十字螺丝刀，钥匙圈和放大镜。瑞士军刀可以有一百种以上的组合功能。 在各种各样的军刀中“旗舰”是有31种功能的“瑞士冠军”。这种刀的所有工具总重量仅有185克 （6.5盎司），因而它便于携带。纽约现代艺术博物馆和在慕尼黑的德国实用艺术博物馆都将V

14、ICTORINOX“冠军” 作为“工业设计精品”收藏。“瑞士冠军”由64个独立零件构成，在生产过程中需经历450多道工序。实用是瑞士军刀的基本使用价值，以往在军队里，它主要用于野战露营及其兵器的保养和维修。在日常生活中由于其多用途而应用到各个方面，如旅行、登山、垂钓、汽车及自行车修理、潜水及航模运动等1.2.2 莱特曼多功能工具钳如果说瑞士军刀是个“百岁老人”，美国莱特曼军刀则是个处在“豆蔻年华”的青年。但是说起组合工具，莱特曼可谓组合工具的鼻祖。1975年，蒂姆莱特曼（Tim Leatherman）在欧洲驾车旅行。当时他手头拮据，汽车也频出故障，而他仅有的一把折叠式小军刀根本派不上用场。蒂姆

15、真希望自己能有一把小巧的随身组合工具，上面带有正规尺寸的钳子等一系列实用工具。回家后，他运用自己的机械设计本领进行设计创造，经过7年的努力和数百次试验，第一把完美的Leatherman-PST便携求生万能工具问世了。这是一把拥有刀子、各种螺丝刀、锥子、刻度尺和标准尖嘴钳的组合工具。最初的原型完成时，蒂姆只想将这个创意专利卖给刀具工厂，并没有打算自己投资生产。当这些刀具摆在生产商面前时，他们讥讽说：“这是工具，并不是刀具”。就在四处碰壁的时候，蒂姆想到了和他同在一个美国小城市波特兰的世界著名运动鞋耐克（NIKE）集团总裁费尔耐特（Phil Knight）。当时的NIKE已是家喻户晓的品牌了，费尔

16、鼓励蒂姆“自己干！”并祝愿他成功。在家人和朋友的帮助下，蒂姆开始了他的美国创业神话。1983年，蒂姆创立了以他名字命名的莱特曼组合工具生产工厂（Leatherman Tool Group.Inc），它的第一个产品就是众所皆知的PST。工厂创始的那一年，蒂姆仅售出200把工具，每一把工具都是他亲手制作的。然而到2002年，莱特曼组合工具已销往全世界100多个国家，年销售额几乎与瑞士军刀持平。虽然莱特曼组合工具有如此大的生产量，但它的制作程序却一点也不马虎：每把工具都需300道工序才能完成。如今莱特曼组合工具已成为数百万人所信赖的随身工具。它一举打破传统袖珍折叠刀不实用的局限性，开创了现代高科技多

17、用途组合工具的先河，成为名副其实的结实、锋利、强韧、耐用持久的美国军刀。莱特曼组合工具没有瑞士军刀那样悠久的历史传统，要想在军刀市场占有一席之地，唯一可以做的就是不断创新、不断超越，并做到尽善尽美。图1-3 莱特曼组合工具钳莱特曼组合工具一直打的是“质量取胜”的旗号，它吸收了瑞士军刀的设计精华，并一直致力于创新。如独具特色的尖嘴钳极为结实耐用；剪线钳的新型钳齿设计使剪切面积比原有设计多出58%，能重复切断5mm粗的铁钉；刀具采用上等的420不锈钢和154CM钢；手柄采用航天材料钛；剪刀使用44000次以上性能仍然如新；首次在折叠组合工具上采用衬锁，使加衬锁的刀锋在开启时更方便快捷、更安全可靠等

18、等。上乘的质量、实用的设计，使得莱特曼的使用者中间流传着很多真实的故事。如意大利夫妻海上游艇脱险、南非兄弟绑架中逃生、美国户外野营者进行外科手术等等。不过，更现实的荣誉是，现在的莱特曼组合工具是进入太空的唯一组合工具，是宇航员们随身携带的专业帮手，同时也是美国海军陆战队的标准列装装备之一。追求质量的莱特曼组合工具保证了它在南极、北极、海陆空各种极限环境下的卓越性能，受到世界各地的刀具和工具爱好者的青睐。1.3 组合工具未来的发展趋势 随着近年来家科学技术的不断发展，工具也在发生明显的变化。现代工具已从过去单一的实用性转化为个性化与实用性相结合因此各种五花八门的新潮工具也相继出现。工具将不再是单

19、一的形态，而是可变化的。典型的代表是在国外已流行多年的大名鼎鼎的瑞士军刀，它其实就是组合工具的一种。它为什么会如此受人们的喜爱呢？原因主要有两点，一是它的军工品质，质量过硬，二是功能强大，总给人带来新奇的感觉。 未来的生活将更加丰富多彩，工具也日趋个性化、多样化、时尚化。人们更喜欢新鲜变化的东西，工具也应走一条新颖变化的路子，打破一成不变的功能单一模式，赋予工具以鲜活的变幻魅力。 1.4 铁锹发展概述 铁锹，一种挖掘工具，很早就被发明利用了，早期主要用于农业领域，后来，随着时代的发展，它被广泛地应用到了军事领域，说到这不得不说一下军用铁锹的发展过程。 军用铁锹的历史，可以追溯到第一次世界大战。

20、当时由于远征作战构筑工事与掩体，对土工作业提出了对便携式工具的需求。参战的各国纷纷将农民挖土的工具小型化充做军用，由此军用铁锹便应运而生。此阶段军用铁锹制造多采用铸锻工艺制造。到了第二次世界大战，各国军队普遍装备了制式军锹多采用冲压工艺。以小巧便携、耐磨为主要特点。二次大战后各国军队不断改进军用铁锹，其先进军用铁锹以美国1951型形把（又称形把军用铁锹）和1956直把折叠锹为典型代表。 新中国建立之初，为保障入朝作战需要，国家组织国内有关专家，紧急研制军锹镐所用钢材，委托国内厂家开始生产军用铁锹。上世纪60年代末至90年代初，中国军方组织军用铁锹升级，开始仿制美式三折叠M1951型、M1967

21、型军锹。除少量装备部队外，还作为军方外事活动礼品。但是由于其结构先天不足，难以适应作战与训练使用，一直未能得到大面积推广应用。 世界冷战结束后，西方国家积极开展单兵装备系统研究，研究力度比较大的有美国单兵装备平台、德、英、法、俄的单兵系统。俄罗斯“巴尔米查”单兵系统将军锹定位为工程器材，所定型的也就是折叠锹。美国军队推荐使用戈博公司制造的三折叠（同时被美国太空总署认可为探月锹）。目前戈博公司生产的三折叠形把折叠锹代表军锹世界先进水平。1.5 发明来源于战场 1979年2月17日凌晨，中国对越自卫反击战打响。时任41军368团一营一连一排长的张国华带领尖刀排跨过国境，投身到硝烟弥漫的战场，两次负

22、伤，八次立功，使他由一名排长升为营长，亲历战争使他对单兵装备、战术有着太多的亲身感受：部队在穿插和行进过程中因为携带过多工具（锹、镐、砍刀等）负重过大，体力消耗快，行进速度过慢，使整个排都暴露在敌人的炮火之下，许多士兵因此付出了年轻的生命。此时的张国华这位硬汉眼泪止不住地流了下来。在不得不舍去部分工具轻装前进后，张国华排长又遇到了一个问题：部队往往进入防御作战，却总是因为没有足够的工具，来不及构筑工事，往往仓促应战，又使许多战士流血甚至牺牲。这些经历都深深地刺痛了张国华的心。他做梦都在想，如果能有一种重量轻、功能多，携带方便的组合工具，那会提高多少战斗力，又有多少年轻的生命可以不白白牺牲。血与

23、火的洗礼、情与责的驱使，使他产生了一定要发明一种适合单兵使用的多功能组合工具。 对越作战结束后，部队又投入紧张训练之中，此时的张国华利用各种机会收集资料、构思产品。1995年转业地方后，他将阳台改为工作间，安置了相应设备，添置了必要的工具，开始了研制工作。为了能做出全新概念的军锹，他不断总结修改自己的产品，终于在1999年制做出了两把以锹为基本特征的多功能组合工具，推出了全球第一代真正意义上的多功能折叠锹。 1.6 创新来自于生活图1-4 生活中的工具看到这些组合工具我很感兴趣，这里面有钳子、锤子、铁锹等，乍一看上去，它们很普通的，都是一些常见常用的工具，但你只要留意一下多看一眼，你就会毫不犹

24、豫的喜欢上它们！因为它们都有着出众的功能。你仔细观察那把钳子，是的，它的把手里，在它的把手里隐藏有至少六七种功能，它就是一个名副其实的多功能组合工具。 第二章 多功能组合工兵铲的结构设计2.1 多功能组合工兵铲的整体结构设计 如图所示，本次所设计的多功能组合工兵铲由锹头、联接机构、锹杆两节、锹把一个、固定用螺栓螺母、转换功能件一个和两个保护条。在锹头上焊有一个圆盘形的机头，在它上面设置有六个转换功能孔，通过它和联接机构的配合，不仅可以实现四工位的互相转换，以达到不同的使用效果，同时，通过组合还能实现剪线钳、锤子等功能。图2-1 多功能组合工兵铲的三维造型多功能组合工兵铲以锹板为载体，两侧分别设

25、厚背薄刃砍刀与直齿锯，以机头做连接，并在其上设若干种功能孔、口、刃，再以设有各种功能刃、台、口柄头铰接而成，实现四工位，具有挖、锯、砍、切、剪、抠、钩、撬、锤、量、铛等十多种功能。其最大的优点在于其可以两处折叠，有效的节约了携带者的空间，功能强大，以一当十，人性化设计。适用范围：军队、野外作业、农牧、勘探、考古、园艺及旅游、休闲、体育等各个领域 。2.2 多功能组合工兵铲的工作原理图2-2 多功能组合工兵铲的装配图 如图所示 图2-2为多功能组合工兵铲装配图二维图，其中1为把手、2为后杆、3为保护条、4为中间连接件、5和7为沉头螺钉、6为前杆、8为联接机构、9为锹头、10和11为内六角螺栓及其

26、螺母、12为转换销、13为把手滚子、14和15为六角头螺栓及其螺母。各结构的作用分别为：锹头和联接机构通过内六角螺钉固定，并以转换销做支撑和完成四工位的转换，前杆和后杆通过中间连接件进行连接，这样做的优点在于可以减少螺纹部分的变形，有效增强锹杆的整体强度。前杆和联接机构通过锥度配合加之沉头螺钉固定，使其强度增加，达到工作要求。后杆和把手通过螺纹连接，把手的作用是减少杆对手部的摩擦，更加人性化。另外，把锹杆设计成空心的也是别有用心，这样不但可以减轻工兵铲的整体重量，减少材料的浪费，降低生产成本，而且它还可以作为储存空间，可以存放一些小型工具，像扳手，螺丝刀、刃和锯保护条都可以在不使用时放入其中，

27、使用时再拿出来。有效的利用了这一部分空间，同时还增强了此次设计的功能。 工作原理：根据不同的需要可以将锹头调整到四个位置，可实现挖、刨、锯、砍、切、抠、钩、撬、锤、铛等十多种功能，在携带时可以通过折叠，拆卸等简单方法使其在占地空间上大大缩小，以达到携带方便的需求。2.3 锹体的结构设计图2-3 锹体三维造型图2-4 锹体的二维图功能作用：如图所示，此锹头是在普通铁锹的基础上加上了一些其它功能，在其左侧是一个锯子，右侧是一把砍刀，有了这两种功能在野外旅游探险的过程中就可以应对很大一部分问题了，开条小路都行。后上部焊有一个机头，用于连接和转换功用，还能实现起钉的功能。当然有起钉功能肯定就要有锤子了

28、，在其后下部焊有一个锤头，实现锤子的功能。另外，机头上的切口处通过和联接机构配合从而实现剪线钳的作用。2.4 联接机构的设计 图2-5 联接机构的三维造型图2-6 联接机构的二维图功能作用：如图所示，此零件的主要作用是连接锹体和锹杆。另外，通过它和锹体机头的配合还能实现工位转换和剪线钳的作用。2.5 锹柄部结构设计图2-7 前杆的三维造型图2-8 前杆的三维图图2-9 后杆的三维造型图2-10 后杆的二维图图2-11 中间连接件的三维造型图2-12 中间连接件的二维图功能作用：如图所示，锹杆由三部分组成，分别是前杆、后杆和中间连接件。这样设计主要是为了携带方便。一开始的设计是只有前杆和后杆，通

29、过螺纹将它们连接，这样设计的缺点是在工兵铲使用的过程中，由于受力的作用，螺纹很容易变型，使锹杆的强度降低，并且无法拆卸。而现在的设计同样能实现拆卸方便，并且通过中间连接件增强了杆的强度，不会使连接处的螺纹变形。另外，锹杆设计成空心结构，这样既可以减轻工兵铲的重量，又可以作为储存空间，存放一些小型的工具。2.6 保护条的设计图2-13 保护条的三维造型功能作用：此保护条的作用是为了保护锹体的刃、锯齿部分，防止工兵铲在不使用时碰伤，刮伤人。在不使用时，还可以存放到锹杆中。2.7 把手的设计与比较 图2-14 把手的设计（1）图2-15 把手的改进三维造型（2）图2-16 把手的二维图功能作用：此把

30、手的设计与原把手的设计有所区别，主要在于添加了把手滚子，这样做的好处在于在工作时减小把手对人手的摩擦，设计更加人性化。第三章 多功能组合工兵铲材料的选择3.1 材料的介绍钢是含碳量在0.04%-2.3%之间的铁碳合金。为了保证其韧性和塑性，含碳量一般不超过1.7%。钢的主要元素除铁、碳外，还有硅、锰、硫、磷等。钢的分类方法多种多样，其主要方法有如下七种：1、 按品质分类(1) 普通钢（P0.045%，S0.050%）(2) 优质钢（P、S均0.035%）(3) 高级优质钢（P0.035%，S0.030%）2.、按化学成份分类(1) 碳素钢：a.低碳钢（C0.25%）；b.中碳钢（C0.250.

31、60%）；c.高碳钢（C0.60%）。(2) 合金钢：a.低合金钢（合金元素总含量5%）；b.中合金钢（合金元素总含量510%）；c.高合金钢（合金元素总含量10%）。3、按成形方法分类(1) 锻钢；(2) 铸钢；(3) 热轧钢；(4) 冷拉钢。4、按金相组织分类(1)退火状态的：a.亚共析钢（铁素体+珠光体）；b.共析钢（珠光体）；c.过共析钢（珠光体+渗碳体）；d.莱氏体钢（珠光体+渗碳体）。(2) 正火状态的：a.珠光体钢；b.贝氏体钢；c.马氏体钢；d.奥氏体钢。(3) 无相变或部分发生相变的5、按用途分类(1) 建筑及工程用钢：a.普通碳素结构钢；b.低合金结构钢；c.钢筋钢。(2)

32、 结构钢a.机械制造用钢：(a)调质结构钢；(b)表面硬化结构钢：包括渗碳钢、渗氨钢、表面淬火用钢；(c)易切结构钢；(d)冷塑性成形用钢：包括冷冲压用钢、冷镦用钢。b.弹簧钢c.轴承钢(3) 工具钢：a.碳素工具钢；b.合金工具钢；c.高速工具钢。(4) 特殊性能钢：a.不锈耐酸钢；b.耐热钢：包括抗氧化钢、热强钢、气阀钢；c.电热合金钢；d.耐磨钢；e.低温用钢；f.电工用钢。(5) 专业用钢如桥梁用钢、船舶用钢、锅炉用钢、压力容器用钢、农机用钢等。6、综合分类(1)普通钢a.碳素结构钢：(a) Q195；(b) Q215(A、B)；(c) Q235(A、B、C)；(d) Q255(A、B

33、)；(e) Q275。b.低合金结构钢c.特定用途的普通结构钢(2)优质钢（包括高级优质钢）a.结构钢：(a)优质碳素结构钢；(b)合金结构钢；(c)弹簧钢；(d)易切钢；(e)轴承钢；(f)特定用途优质结构钢。b.工具钢：(a)碳素工具钢；(b)合金工具钢；(c)高速工具钢。c.特殊性能钢：(a)不锈耐酸钢；(b)耐热钢；(c)电热合金钢；(d)电工用钢；(e)高锰耐磨钢。7、按冶炼方法分类(1) 按炉种分a.平炉钢：(a)酸性平炉钢；(b)碱性平炉钢。b.转炉钢：(a)酸性转炉钢；(b)碱性转炉钢。或 (a)底吹转炉钢；(b)侧吹转炉钢；(c)顶吹转炉钢。c. 电炉钢：(a)电弧炉钢；(b

34、)电渣炉钢；(c)感应炉钢；(d)真空自耗炉钢；(e)电子束炉钢。(2)按脱氧程度和浇注制度分a.沸腾钢（F）；b.半镇静钢(b)；c.镇静钢(Z)；d.特殊镇静钢(TZ)。3.2 材料的选用原则在传统工艺设计中，选择材料主要考虑经济问题，很少估计材料对生产环境的影响。而在绿色制造过程中，选择材料不仅要考虑各种材料及制造方法的经济性，还要考虑它们对环境的影响，对资源、能源的消耗状况以及对社会生产可持续的影响。在绿色制造思想指导下的材料选择应遵循一下原则：1、 经济合理性原则 选择毛坯材料时，毛坯的形状和尺寸越接近于成品零件，毛坯材料就越好，机械加工劳动量就越少，机械加工费用也就越低，但这样对毛

35、坯的制造要求就提高了，相应地毛坯制造设备的投资费用增加。反之，若毛坯制造精度低，毛坯制造设备的投资费用少，但以后的机械加工劳动量就大，材料利用率低，零件加工成本将增加，这两方面是相互矛盾的。但在工艺设计时应遵从“经济合理性”原则，综合考虑毛坯制造和以此为基础的机械加工费用来确定，以最终达到最佳的经济效益为目的。2、 功能适应性原则 所选毛坯种类及制造方法要能可靠地保证毛坯在性能、质量、生产率等方面的要求。众所周知，即使相同的材料，当采用不同的毛坯制造方法时，得到的力学性能也往往不同。通常毛坯强度要求高的，多采用锻件。但近年来，随着铸造技术水平的提高，铸铁的力学性能在不断改善，有些指标接近或超过

36、钢。选择毛坯时，还要考虑零件的形状、尺寸等因素，否则会产生铸造缺陷；又如，尺寸较大的毛坯，不能采用模锻、压铸和精铸等毛坯制造方法。3、资源最佳利用原则 资源最佳利用原则包含两层意思：一是节省原材料消耗；二是充分利用现有的设备资源。4、能量消耗最小原则 从使用的能源类型、能量有效利用率等方面采取措施，节省能源，尽量减少能量的消耗，使生产中的能源消耗达到最小。5、 环境保护原则 面向绿色制造的毛坯选择，注重毛坯制造过程中的环境保护。人们对环境问题的态度已从过去的生产过程的“末端治理”，发展到“全面预防污染”的源消减阶段。在毛坯生产过程中，无论在毛坯工艺设计、毛坯制造设备选择，还是在毛坯生产过程管理

37、上，都应尽力采用措施避免产生环境污染，“零污染”是绿色制造追求的最终目标。在生产中尽力采用非煤粉型砂，可有效地避免产生污染。又如，在铸造生产中，用射压、静压制造机取代噪声极大的振击式制造机；在模锻生产中，用电液传动的曲柄热模锻压力机、高能螺旋压力机等新原理的设备取代老式噪声、振动、能耗都很大的模锻锤，可大大减小车间的噪声污染和振动污染。6、安全宜人原则 绿色制造还对生产过程中操作者的劳动保护提出要求，避免对操作者身心健康造成伤害。综上所述，面向绿色制造的毛坯材料选择原则可以归纳为三类：一是经济性原则；二是功能适应性原则；三是环境协调性原则。这三类原则在毛坯选择过程中，互相作用，互相影响，共同影

38、响毛坯材料的选择。3.3 锹体材料的选择及热处理工艺1、材料的选择现市面上出售的铁锹根据它们的用途、使用环境的不同，所选用材料也各不相同，有采用玻璃钢的，有采用道轨钢的，有采用不锈钢的，有使用高碳钢的，而本次设计的锹板不采用高碳钢，因为高碳钢虽然硬度很好，但是很脆，易生锈，本次设计采用20CrMnTi为原材料，经过淬火加回火，使其硬度最高能够达到HRC45以上，这样它既有一定的硬度，又不易生锈。2、 热处理工艺（1）预备热处理 一般安排在机械加工之前，主要目的是改善切削性能，使组织均匀，细化晶粒，消除毛坯制造时的内应力。常用的预备人处理方法有退火和正火。调质可提高材料的综合力学性能，也能为后续

39、热处理工序作准备，可安排在粗加工后进行。（2）去除内应力处理 安排在粗加工之后，精加工之前进行。它包括人工时效、退火等。一般精度的铸件在粗加工之后安排一次人工时效，消除铸造和粗加工时产生的内应力，减少后续加工的变形；要求精度高的铸件，则应在半精加工后安排第二次时效处理，使加工精度稳定；要求精度很高的零件，如丝杆、主轴等应安排多次去应力处理；对于精密丝杆、精密轴承等为了消除残留奥氏体，稳定尺寸，还需采用冰冷处理，一般在回火后进行。（3）最终热处理 主要目的是提高材料的强度、表面硬度和耐磨性。变形较大的热处理如调质、淬火、渗碳淬火应安排在磨削钱进行，以便在磨削时纠正热处理变形。变形较小的热处理如氮

40、化等，应安排在精加工之后。表面的装饰性镀层和发蓝工序一般安排在工件精加工之后进行。电镀工序后应进行抛光，以增加耐蚀性和美观。耐磨性镀铬则放在粗磨和精磨之间进行。3.4 联接机构材料的选择 联接机构主要是用来和锹头配合，通过内六角螺钉和转换销相连，使锹可以完成四工位转换和其它功能的实现。采用特殊性能钢，与锹柄机头配合，以达到其功能。3.5 锹把材料的选择锹把的主要作用是为了在工作的时候提供足够的力，这主要是根据杠杆原理来实现，在选用锹把时有以下要求：1、不能太短，因为太短的锹把不可能提供足够的力；2、 强度一定要足够，如若强度不够，锹把很容易就会断掉；3、 重量要尽可能轻，减轻操作负担，提高工作

41、效率；4、 价格上不能太高，降低生产成本；根据这些要求，加上设计方案综合考虑决定选用无缝钢管。它不仅有很好的强度，经久耐用，而且价格上也不是特别贵。和木质材料的把手比起来，它虽然重了一些，但它的强度上远胜于木质把手，实用性能更好。图3-1 无缝钢管3.6 刃、锯保护条材料的选择 保护条的主要作用就是在铁锹不使用的时候，包裹锹的刃部和锯齿部分，防止它们裸露在外而伤到人或其它物品，使锹能够更加方便、安全携带。根据这些要求，有两种选择，要么选择硬塑料材质的，要么选择橡胶材质的，相比较之下还是橡胶材料更加适合。橡胶材料，加工后制成的具有弹性、绝缘性、不透水和空气的材料。高弹性的高分子化合物，具有可逆形

42、变的高弹性聚合物材料。第四章 多功能组合工兵铲的优缺点分析4.1 多功能组合工兵铲的优点1、结构创新 多功能组合工具锹，无论从创意、结构和用途上都有很大的突破。它将会发展成像瑞士军刀一样的特种组合工具。2、 设计新颖追求实用 多功能组合工具锹以锹板为载体，两侧分别设厚背薄刃砍刀与直齿锯，以机头做连接，并在其上设若干种功能孔、口、刃，再以设有各种功能刃、台、口柄头铰接而成，实现四工位，具有挖、锯、砍、切、钳、剪、抠、钩、撬、锤、量、铛等十多种功能。而且还可以根据携行长度的要求，伸缩自如。3、 操作快捷 通过功能孔定位，进行快速转换，从而实现四工位的灵活快速转换，提高效率。4、发挥组合优势，减轻负

43、荷，方便携带。 以功能组合方式入手巧妙设计，集十多种工具功能与一身，以一当十，它最大限度地发挥了组合优势也最大限度减轻负荷。5、注重人机工效 充分考虑人与产品之间的配合，大大提高了操作舒适度。整个锹重心前移，增加动能，各工位角度经过操作经验和计算得到，使各项操作省力、省时。6、用途广泛便于携带 多功能组合工具锹，在设计中注意用途的兼容性，以最少的品种，满足更多的需求。该多功能组合工具锹特别适用于野外。单独携带可配以携行包，可背、可挂。现行列装的战斗携行具也适应，也可作为出行旅游的必备品。4.2 多功能组合工兵铲的缺点及不足之处1、 规格尺寸没有标准化 要想把产品做好做大，就必须要有一个标准，有

44、了标准才有了规范，有了规范，才会生产出高质量的产品，才能将产业做大做精。2、 功能尚待开发更多 和瑞士军刀这样的组合工具比起来，它的功能相比之下还较少，它还有很大的开发潜力，尤其是锹把。总 结毕业设计作为我们大学生在校期间的最后一项内容，是检验我们运用所学的基础知识去发现问题、分析问题和解决问题，培养大学生实践能力和创新精神的重要手段，有利于我们综合素质的培养和调查研究能力、设计能力、初步科研能力和创新能力的提高，将为我们毕业后走上工作岗位适应教学、科研、生产的规范化管理打下良好的基础。经过八周多的奋战我的毕业设计终于完成了。在没有做毕业设计以前我觉得毕业设计应该很简单，只是对这几年来所学知识

45、的单纯总结，但是通过这次做毕业设计发现自己的看法有点太片面。毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次毕业设计使我明白了自己所欠缺的知识还太多，自己要学习的东西还太多。以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次毕业设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。在这次毕业设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法，对我们更好的理解知识，解决问题起到了至关重要的作用，所以在这里非常感谢帮助我的同学。总之，不管学过的还是没学过的，的确觉得困难比较多，真是万事开头难，不知道如何入手。最后终于做完了有种如释重负的感觉。此外，还得出一个结论：知识必须通过应用才能实现其价值!有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。参考文献1 陆英，