机械制造技术基础第5章

本章要点轴类零件的加工套筒类零件的加工箱体类零件的加工齿轮类零件的加工第5章典型零件的加工工艺机械制造技术基础第5章典型零件的加工工艺Theprocessingtechnologyofthetypicalparts5.1轴类零件的加工工艺Theprocessingtechnologyofshaftparts功用——支承传动件、传递扭矩或运动、承受载荷，一定的回转精度结构——回转体零件，长度大于直径组成：圆柱面、圆锥面、端面、沟槽、圆弧、螺纹、键槽、花键、其他表面（如横向孔等)分类：光轴、阶梯轴、空心轴、异形轴（曲轴、凸轮轴、偏心轴和花键轴等）图4-1所示。刚性轴（L/d≤12）挠性轴（L/d＞12）5.1.1轴类零件的结构特点轴的种类5.1.1轴类零件的结构特点轴类零件的材料、轴类零件的材料不重要的轴：普通碳素钢Q235Ａ、Q255Ａ、Q275Ａ等，不经热处理；一般轴类零件：35、40、45、50钢等，正火、调质、淬火中等精度而转速较高的轴：40Cr等合金结构钢，调质和表面淬火精度较高的轴：可选用轴承钢GCr15和弹簧钢65Mn等，也可选用球墨铸铁，调质和表面淬火对于高转速、重载荷条件下工作的轴,选用20CrMnTi、20Mn2B、20Cr等低碳合金钢或38CrMoAl氮化钢，渗碳淬火或氮化。结构复杂（曲轴）——HT400、QT600、QT450、QT4005.1.2轴类零件的工艺分析轴类零件的毛坯轴类零件最常用的毛坯是圆棒料和锻件光轴、直径相差不大的阶梯轴，采用圆钢作为毛坯；直径相差较大的阶梯轴．比较重要的轴，应采用锻件;只有某些大型、结构复杂的异形轴，可采用球墨铸铁铸件；毛坯经过加热锻造后,可使金属内部纤维组织沿表面均匀分布,从而获得较高的抗拉、抗弯及抗扭强度,故一般比较重要的轴,多采用锻件。自由锻造多用于中小批生产,模锻适用于大批大量生产。5.1.2轴类零件的工艺分析轴类零件的热处理锻造毛坯在加工前,均需安排正火或退火处理(含碳量大于ω(C)=0.5％的碳钢和合金钢),以使钢材内部晶粒细化,消除锻造应力,降低材料硬度,改善切削加工性能。为了获得较好的综合力学性能，常要求调质处理，一般(1)毛坯余量大时，调质安排在粗车之后、半精车之前,以便消除粗车时产生的残余应力。(2)毛坯余量小时，调质可安排在粗车之前进行。5.1.2轴类零件的工艺分析表面淬火一般安排在精加工之前，这样可纠正因淬火引起的局部变形。对精度要求高的轴，在局部淬火后或粗磨之后,还需进行低温时效处理(在160℃油中进行长时间的低温时效)，以保证尺寸的稳定。对于氮化钢(如38GrMoAl)，需在渗氮之前进行调质和低温时效处理。对调质的质量要求也很严格，不仅要求调质后索氏体组织要均匀细化，而且要求离表面0.8～0.10mm层内铁素体含量不超过ω(C)＝5％，否则会造成氮化脆性而影响其质量。5.1.2轴类零件的工艺分析如图为减速箱传动轴工作图样。左图的技术要求：公差都是以轴颈M和N的公共轴线为基准。外圆Q和P径向圆跳动公差为0.02，轴肩H、G和I端面圆跳动公差为0.02。5.1.3典型轴类零件加工工艺实例5.1.3典型轴类零件加工工艺实例1．传动轴工艺分析1)传动轴的主要表面及其技术要求①轴颈M、N、P、Q：IT6;Ra0.8m；P,Q对M,N轴线径向圆跳动公差为0.02mm。②轴肩G、H、I：Ra0.8m；均对M,N轴线端面圆跳动公差为0.02mm。③螺纹M24×1-6g：6级精度。④键槽8和12：IT9；侧面Ra3.2m；⑤材料40Cr，调质220～240HBS。5.1.3典型轴类零件加工工艺实例2)工艺方案分析传动轴大多是回转表面，主要是采用车削和外圆磨削。由于该轴主要表面M,N,P,Q的公差等级较高（IT6），表面粗糙度值较小（Ra0.8µm），最终加工应采用磨削。其加工方案：①轴颈M、N、P、Q和轴肩G、H、I等主要表面应先车后磨，主要工艺路线为：粗车—调质—半精车—磨削。②车、磨均以两端中心孔为定位精基准。两端中心孔可在粗车之前加工出。③两段螺纹在半精车阶段车出。④两个键槽在磨削之前铣出。⑤毛坯选用Ø60热轧圆钢料。下料—粗车—调质—修研中心孔—铣键槽—修研中心孔—磨削—检验3)工艺过程5.1.3典型轴类零件加工工艺实例5.1.3典型轴类零件加工工艺实例5.1.3典型轴类零件加工工艺实例5.1.3典型轴类零件加工工艺实例机械制造技术基础第5章典型零件的加工工艺Theprocessingtechnologyofthetypicalparts5.2盘类零件的加工工艺Theprocesstechnologyofplateparts1.套筒类零件是一种应用范围很广,在机器中主要起支承、定位或导向作用的零件。例如:支承回转轴的各种形式的轴承和定位套、液压系统中的液压缸、电液伺服阀的阀套、夹具上的钻套和导向套、内燃机上的气缸套等都属套筒类零件,其结构形式如图4-16所示。套筒类零件的结构形式4.2.1套筒类零件的结构特点和技术要求各种套筒类零件虽然结构和尺寸有很大差异,但却具有以下共同特点:(1)外圆直径D一般小于其长度L,通常长径比(L/D)小于5。(2)内孔与外圆直径之差较小,即零件壁厚较小,易变形。(3)内外圆回转表面的同轴度公差很小。(4)结构比较简单。2.套筒类零件的毛坯制造方式毛坯制造方式主要取决于其结构尺寸、材料和生产批量的大小。孔径较大(如d＞20mm)时,常采用无缝钢管或带孔的铸件和锻件。孔径较小时,多选用热轧或冷拉棒料,也可采用实心铸件。大批量生产时,可采用冷挤压棒料、粉末冶金棒料等。套筒类零件的材料以钢、铸铁、青铜或黄铜为主,也有采用双金属结构(即在钢或铸铁套的内壁上浇注一层轴承合金材料)的。套筒类零件常用的热处理方法有渗碳、淬火、表面淬火、调质、高温时效及渗氮等。3.套筒类零件的技术要求套筒类零件的外圆表面多以过盈或过渡配合与机架或箱体孔配合,起支承作用。内孔主要起导向作用或支承作用,常与传动轴、主轴、活塞、滑阀相配合。有些套的端面或凸缘端面有定位或承受载荷作用。(1)内孔与外圆的尺寸精度一般为IT7～IT6。为保证内孔的耐磨性和功能要求,其表面粗糙度要求Ra2.5～0.16μm,外圆的表面粗糙度为Ra5～0.63μm。(2)通常将外圆与内孔的几何形状精度控制在直径公差以内即可,较精密的可控制在直径公差的1／2～1／3,甚至更小。较长的套筒零件除有外圆的圆柱度要求外,还有孔的圆柱度要求。(3)内、外圆表面之间的同轴度公差按零件的装配要求而定。当内孔的最终加工是将套装入机座或箱体之后进行(如连杆小端衬套)时,内、外圆表面的同轴度公差可以较大;若内孔的最终加工是在装配之前完成,则同轴度公差较小,通常为0.06～0.01mm。套的端面(包括凸缘端面)如在工作中承受载荷或加工中作为定位面时,端面与外圆或内孔轴线的垂直度要求较高,一般为0.05～0.02mm。4.2.2套筒类零件由于功用、结构形状及尺寸、材料、热处理方法的不同,其工艺过程差别较大。其中,保证内孔与外圆的同轴度公差,以及端面与内圆(外圆)轴线的垂直度公差,是拟定工艺规程时需要关注的主要问题。一、法兰盘零件工艺过程5.2.3盘类零件的加工工艺实例5.2.3盘类零件的加工工艺实例5.2.3盘类零件的加工工艺实例5.2.3盘类零件的加工工艺实例5.2.3盘类零件的加工工艺实例二、接盘零件工艺过程1.接盘零件的主要表面及其技术要求①孔A(Ø):IT7,Ra1.6m；②小外圆(Ø):IT6,Ra1.6m对孔A的轴线有同轴度要求，其公差值为Ø0.03mm；③材料45钢，调质220～240HBS。025.00350019.0555.2.3盘类零件的加工工艺实例5.2.3盘类零件的加工工艺实例①该零件的主要表面均为回转表面，应选用车削方法，主要工艺路线为：粗车—调质—精车。在精车过程中，应使孔(Ø)，小外圆(Ø)和台阶端面在一次装夹加工出来，即“一刀活”；再以孔定位，心轴装夹精车大端面，即可保证该零件的位置精度要求。②在精车之后钻Ø16孔，铣削宽16的圆弧槽。③毛坯选用锻件。2．工艺分析锻造毛坯—粗车—调质—精车—划线—钻孔—铣槽—检验025.00350019.0553．工艺过程5.2.3盘类零件的加工工艺实例5.2.3盘类零件的加工工艺实例4．工艺卡片4．工艺卡片5.2.3盘类零件的加工工艺实例机械制造技术基础第5章典型零件的加工工艺Theprocessingtechnologyofthetypicalparts5.3箱体类零件的加工工艺Theprocesstechnologyofbodyparts1.箱体零件的功用与结构特点箱体是机器的基础零件,它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,并使之保持正确的相互位置,以传递转矩或改变转速来完成规定的运动。故箱体的加工质量,直接影响到机器的性能、精度和寿命。箱体类零件的结构复杂,壁薄且不均匀,加工部位多,加工难度大。据统计资料表明,一般中型机床制造厂花在箱体类零件的机械加工工时约占整个产品加工工时的l5％～20％。5.3.1箱体类零件的结构特点某车床主轴箱简图5.3.1箱体类零件的结构特点箱箱体零件材料常选用各种牌号的灰铸铁,因为灰铸铁具有较好的耐磨性、铸造性和可切削性,而且吸振性好,成本又低。某些负荷较大的箱体采用铸钢件,某些简易箱体为了缩短毛坯制造的周期而采用钢板焊接结构。毛坯铸造时,应防止砂眼和气孔的产生。为了减少毛坯制造时产生残余应力,应使箱体壁厚尽量均匀,箱体浇铸后应安排退火工序。毛坯的加工余量与生产批量、毛坯尺寸、结构、精度和铸造方法等因素有关。具体数值可从有关手册中查到。5.3.2箱体类零件的工艺性在拟定箱体零件机械加工工艺规程时,有一些基本原则应该遵循。(1)先面后孔。先加工平面,后加工孔是箱体加工的一般规律。平面面积大,用其定位稳定可靠;支承孔大多分布在箱体外壁平面上,先加工外壁平面可切去铸件表面的凹凸不平及夹砂等缺陷,这样可减少钻头引偏,防止刀具崩刃等,对孔加工有利。(2)粗精分开、先粗后精。箱体的结构形状复杂,主要平面及孔系加工精度高,一般应将粗、精加工工序分阶段进行,先进行粗加工,后进行精加工。5.3.2箱体类零件的工艺性(3)基准的选择。箱体零件的粗基准一般都用它上面的重要孔和另一个相距较远的孔作粗基准,以保证孔加工时余量均匀。精基准选择一般采用基准统一的方案,常以箱体零件的装配基准或专门加工的一面两孔为定位基准,使整个加工工艺过程基准统一,夹具结构简单,基准不重合误差降至最小甚至为零(当基准重合时)。(4)工序集中,先主后次。箱体零件上相互位置要求较高的孔系和平面,一般尽量集中在同一工序中加工,以保证其相互位置要求和减少装夹次数。紧固螺纹孔、油孔等次要工序的安排,一般在平面和支承孔等主要加工表面精加工之后再进行加工。5.3.2箱体类零件的工艺性（5）工序间合理按排热处理箱体零件的结构复杂，壁厚也不均匀，因此，在铸造时会产生较大的残余应力。为了消除残余应力，减少加工后的变形和保证精度的稳定，所以，在铸造之后必须安排人工时效处理。人工时效的工艺规范为：加热到500℃～550℃，保温4h～6h，冷却速度小于或等于30℃/h，出炉温度小于或等于200℃。普通精度的箱体零件，一般在铸造之后安排1次人工时效出理。对一些高精度或形状特别复杂的箱体零件，在粗加工之后还要安排1次人工时效处理，以消除粗加工所造成的残余应力。有些精度要求不高的箱体零件毛坯，有时不安排时效处理，而是利用粗、精加工工序间的停放和运输时间，使之得到自然时效。箱体零件人工时效的方法，除了加热保温法外，也可采用振动时效来达到消除残余应力的目的。5.3.2箱体类零件的工艺性序号工序内容定位基准l铸造2时效3漆底漆4划线(主轴孔应留有加工余量，并应尽量均匀)，划面C、G及面E、D加工线5粗、精加工顶面G按线找正6粗、精加工面B、C及侧面D顶