机械制造工艺学第五章

第五章典型零件工艺分析2．掌握轴的加工工艺过程1．掌握轴类零件的加工工艺分析方法第一节轴类零件加工工艺3．掌握轴类零件加工典型案例第五章典型零件工艺分析一、轴类零件的功用、结构及技术要求1．功用轴类零件是机械加工中经常遇到的典型零件之一。在机械设备中，它主要用于支承传动件和传递扭矩，并保证安装在其上的零件的回转精度。2．结构轴类零件是旋转体零件，其长度大于直径，加工表面通常有内外圆柱面、圆锥面，以及螺纹、花键、键槽、横向孔、沟槽等。一般的轴类零件根据结构形式的不同，可分为光轴、阶梯轴、空心轴、异形轴、花键轴、曲轴、凸轮轴等。第五章典型零件工艺分析3．技术要求（1）加工精度轴的加工精度主要包括结构要素的尺寸精度、形状精度和位置精度。1）尺寸精度。主要指结构要素的直径和长度的精度。2）形状精度。主要指轴颈的圆度、圆柱度等。3）位置精度。包括装配传动件的配合轴颈对于装配轴承的支承轴颈的同轴度、径向圆跳动及端面对轴线的垂直度等。第五章典型零件工艺分析轴类零件主要表面的表面粗糙度是根据其运转速度和尺寸精度决定的。支承轴颈的表面粗糙度Ra值一般为0.8～0.2μm；配合轴颈的表面粗糙度Ra值一般为3.8～0.8μm。（2）表面粗糙度（3）其他要求为改善轴类零件的切削加工性能或提高综合力学性能及使用寿命，还必须根据轴的材料和使用条件，规定相应的热处理要求。常用的热处理工艺有正火、调质和表面淬火等。第五章典型零件工艺分析二、轴类零件的材料及毛坯1．材料不重要的轴：Q235A、Q255A。一般的轴：优质碳素结构钢如35、45、50钢等。重要的轴：合金结构钢20CrMnTi、40Cr，轴承钢GCr15，弹簧钢65Mn等。2．毛坯光轴和直径相差不大的阶梯轴：圆棒型材。直径相差较大的阶梯轴和比较重要的轴：锻件（大批量生产采用模锻；单件小批量生产采用自由锻。结构复杂的轴：球墨铸铁件或锻件。第五章典型零件工艺分析三、轴类零件的加工工艺分析1．划分加工阶段2．选择定位基准3．热处理工序的安排（1）预备热处理为改善金属组织和切削性能而进行的热处理称为预备热处理，包括正火、退火、调质和时效处理。（2）最终热处理为了提高零件的硬度、强度等力学性能而进行的热处理称为最终热处理，包括淬火、渗碳淬火和渗氮。第五章典型零件工艺分析轴类零件除了应遵循加工顺序的一般原则外，还要考虑以下几个方面的因素：（1）在加工顺序上，先加工大直径外圆，然后加工小直径外圆，以免一开始就降低了工件的刚度。（2）轴上键槽等表面的加工应在外圆精车之后、磨削之前进行。（3）轴上的螺纹一般有较高的精度要求，通常应安排在半精加工之后、淬火之前进行加工。如安排在淬火之后，则无法进行车削加工。四、轴的加工工艺过程第五章典型零件工艺分析传动轴是轴类零件中使用最多、结构最为典型的一种阶梯轴，所示。该轴为小批量生产，材料选择45钢，淬火硬度40～45HRC。试分析其加工工艺过程。第五章典型零件工艺分析1．结构分析主要结构要素有内外圆柱面、螺纹、键槽等，该轴为典型的阶梯轴结构，有两个支承轴颈。两端轴颈的尺寸精度为IT7，表面粗糙度Ra值为0.8μm；用于安装齿轮的轴颈的尺寸精度主IT7，表面粗糙度Ra值为1.6μm；右端轴颈外圆上规定了圆柱度为0.02mm；左端轴颈外圆上规定了圆柱度为0.02mm；轴上各配合面对两端轴颈的公共轴线的径向跳动为0.02mm，可保证齿轮平稳传动。2．技术要求第五章典型零件工艺分析3．材料选取传动轴材料为45钢，锻件毛坯。（1）粗加工阶段——钻中心孔、粗车各处外圆；（2）半精加工阶段——半精车各处外圆、车螺纹、铣键槽等；（3）精加工阶段——修研中心孔，粗、精磨各处外圆。4．划分加工阶段第五章典型零件工艺分析5．定位基准选择图示传动轴，粗加工时是以外圆表面为定位基准；在半精车加工时，采用外圆表面和中心孔作为定位基准（即一夹一顶）；a）采用限位支撑b）利用工件台阶限位第五章典型零件工艺分析1—拨盘2、5—前顶尖3、7—鸡心夹头4—后顶尖6—卡爪8—工件精加工时，采用两个中心孔作为定位基准（即双顶尖。第五章典型零件工艺分析6．热处理工序由于该轴采用的是锻件毛坯，加工前应安排退火热处理，以消除毛坯的内应力和改善材料的切削性能。传动轴最终热处理是淬火后高温回火，该工序应放在半精加工之后、粗精磨之前进行，即在车削螺纹和铣键槽之后进行。为了保证磨削精度，在淬火后高温回火的热处理之后应安排修研中心孔工序。7．传动轴加工工艺锻造毛坯——热处理（退火）——粗车——半精车——车螺纹——铣键槽——热处理（淬火加高温回火）——粗磨——精磨。第五章典型零件工艺分析8．传动轴的加工工艺过程工序号工序名称工序内容工件装夹加工设备1锻锻造毛坯2热处理退火3车车端面，钻中心孔；车另一端面并取总长140mm，钻中心孔三爪自定心卡盘卧式车床4车（1）粗车一端外圆至φ40mm×77mm、φ22mm×22mm（2）半精车该端外圆至φ38.4mm×76mm、φ20.4mm×23mm（3）切槽3×1.5mm（4）倒角C1一夹一顶装夹卧式车床传动轴的加工工艺过程第五章典型零件工艺分析工序号工序名称工序内容工件装夹加工设备5车掉头（1）粗车外圆至φ22mm×64mm、φ17mm×23mm（2）半精车该端外圆至φ20.4mm×65mm、φ16mm×24mm（3）切槽分别至3×1.5mm（4）倒角C1（5）车螺纹M16一夹一顶安装卧式车床6铣粗、精铣键槽分别至6mm×33mm×29mm一夹一顶安装立式铣床7热处理淬火、回火,达到40～45HRC传动轴的加工工艺过程（续表）第五章典型零件工艺分析工序号工序名称工序内容工件装夹加工设备8钳修研中心孔钻床9粗磨（1）粗磨一端外圆分别至mm和mm（2）粗磨另一端外圆至mm双顶尖装夹外圆磨床10精磨（1）精磨一端外圆至尺寸（2）精磨另一端外圆至尺寸双顶尖装夹外圆磨床11检验检验传动轴的加工工艺过程（续表）004.006.38004.006.20001.006.20第五章典型零件工艺分析2．掌握套类零件加工典型案例1．掌握套类零件的加工工艺分析方法第二节套类零件加工工艺第五章典型零件工艺分析一、套类零件的功用、结构及技术要求1．功用套类零件是机械中常见的一种零件，大多起支承或导向作用，其内、外表面的形状精度和位置精度要求较高。2．结构套类零件一般由孔、外圆、端面和沟槽组成。套类零件主要承受径向载荷和轴向载荷。特点是：主要工作表面为内圆表面、外圆表面，形状精度和位置精度要求较高，表面粗糙度值较小，孔壁较薄且易变形，零件的长度一般大于孔的直径。第五章典型零件工艺分析1）尺寸精度3．技术要求（1）加工精度2）形状精度3）位置精度（2）表面粗糙度一般套类零件内孔的表面粗糙度Ra值为1.6～0.1μm；液压缸内孔的表面粗糙度Ra值一般为0.4～0.2μm；外圆表面的粗糙度值较小，Ra值通常取6.3～0.8μm。常用的热处理工艺有退火、表面淬火和渗碳淬火等。（3）其他要求第五章典型零件工艺分析二、套类零件的材料及毛坯套类零件一般用钢、铸铁、青铜、黄铜等材料制成，材料的选择主要取决于工作条件。套类零件的毛坯类型与所用材料、结构形状和尺寸大小有关，常采用型材、锻件或铸件。毛坯内孔直径小于φ20mm时大多选用棒料，孔径较大、长度较长的零件常用无缝钢管或带孔的铸、锻件。第五章典型零件工艺分析三、套类零件的加工工艺分析轴承套毛坯采用“4件合一”的方式加工：指棒料按四个轴承套零件尺寸下料，四件同时加工1．保证相互位置精度的工艺措施第五章典型零件工艺分析套类零件一般都存在壁较薄、径向刚度较差、容易变形等缺点。2．防止套类零件变形的工艺措施第五章典型零件工艺分析套类零件变形的原因及工艺措施导致变形的因素工艺措施外力夹紧力（1）使夹紧力均匀分布，如图a所示（2）变径向夹紧为轴向夹紧，如图b所示（3）增加套筒毛坯的刚度，如图c所示切削力（1）增大刀具的主偏角（2）内、外表面同时加工，如图c所示（3）粗、精加工分开进行重力增加辅助支承离心力配重第五章典型零件工艺分析套类零件变形的原因及工艺措施（续表）导致变形的因素工艺措施内力内应力重新分布（1）退火、时效（2）划分加工阶段热效应切削热（1）选择合理的刀具角度和切削用量（2）浇注充分的切削液（3）留有充分的冷却时间热处理（1）改变热处理方法（2）将热处理工序安排在精加工之前第五章典型零件工艺分析图a图b图c第五章典型零件工艺分析3．套类零件在加工时应注意的问题保证主要表面的相互位置精度和防止变形，是加工套类零件的关键。第五章典型零件工艺分析图示的轴承套是结构较为典型的一种套类零件，该轴承套材料为HT200，批量生产。现分析其零件的加工工艺过程。第五章典型零件工艺分析1．功用支承或导向。外圆Φ（40±0.015）mm：尺寸精度为IT7，表面粗糙度Ra值为1.6μm；内孔φ30H7mm:尺寸精度为IT7，表面粗糙度Ra值为1.6μm；两端端面:表面粗糙度Ra值均为1.6μm；外圆φ（44±0.015）mm对φ30H7内孔的同轴度：0.02mm；轴承套的左端面对φ30H7内孔轴线的垂直度：0.02mm。2．结构内外圆柱面、端面、外沟槽等，属短套筒类零件。3．技术要求第五章典型零件工艺分析4．材料及毛坯材料为铸铁。毛坯选用外径为φ70mm铸铁棒料，4件合一。可用“一刀下”方法保证。5．保证相互位置精度的工艺措施第五章典型零件工艺分析6．加工工艺过程分析外圆：精车。内孔：钻孔—车孔—铰孔。第五章典型零件工艺分析7．轴承套的加工工艺过程轴承套的加工工艺过程序号工序名称工序内容定位与夹紧1备料铸铁棒料，按四件合一加工下料2钻中心孔（1）车端面，钻中心孔（2）掉头，车另一端面，钻中心孔三爪夹外圆3粗车车φ60mm外圆，长度为12.5mm，车φ44mm外圆至φ45mm，车退刀槽3×2.5mm，取总长50.5mm，车分割槽φ29×3mm，两端面倒角C1.5。四件同加工，尺寸均相等一夹一顶4钻孔钻φ30H7孔至φ29mm，切断三爪夹φ60mm外圆第五章典型零件工艺分析轴承套加工工艺过程（续表）序号工序名称工序内容定位与夹紧5车、铰（1）车端面，取总长50mm至尺寸（2）镗φ30H7mm内孔至mm（3）铰φ30H7mm孔至尺寸（4）孔两端倒角开缝套夹φ44mm外圆6精车车φ44mm外圆至尺寸用小锥度心轴装夹7检验检验0.05－10.0.30－第五章典型零件工艺分析2．掌握箱体零件的加工工艺过程1．掌握箱体类零件的加工工艺分析方法第三节箱体类零件加工工艺3．掌握箱体零件加工典型案例第五章典型零件工艺分析一、箱体零件的功用、结构及技术要求1．功用、结构功用：将机器中有关部件的轴、套、齿轮等相关零件连接成一个整体，使这些零件保持正确的相对位置，并按一定的传动关系协调地工作。结构：形状复杂，壁薄且不均匀，内部呈腔形，既有精度要求较高的孔系和平面，也有许多精度要求较低的紧固孔。第五章典型零件工艺分析a)齿轮油泵箱体b)齿轮减速箱箱体a）b）第五章典型零件工艺分析2．技术要求（1）主要平面的形状精度和表面粗糙度一般箱体主要平面的平面度为0.03～0.1mm，表面粗糙度Ra值为2.5～0.63μm，各主要平面对装配基准面的垂直度为0.1mm/300mm。（2）孔的尺寸精度、几何形状精度和表面粗糙度一般机床主轴箱的主轴支承孔的尺寸精度为IT6，圆度、圆柱度公差不超过孔径公差的一半，表面粗糙度Ra值为0.63～0.32μm。其余支承孔尺寸精度为IT7～IT6，表面粗糙度Ra值为2.5～0.63μm。（3）主要孔和平面的相互位置精度支承孔之间的孔距公差为0.05～0.12mm，平行度公差应小于孔距公差，一般全长上取0.04～0.1mm。第五章典型零件工艺分析二、箱体零件的材料和毛坯1．材料箱体组合件：普通灰铸铁HT150～HT350，可根据实际需要选用，用得较多的是HT200。精度要求较高的坐标镗床主轴箱则选用耐磨铸铁，轿车发动机箱体常用铝合金等有色轻金属制造。方箱体组合件的毛坯选择铸件，铸造后应进