工艺5

第二十九章典型零件加工§1轴类零件加工§2盘类零件加工§3箱体加工§4圆柱齿轮加工§1轴类零件加工一、概述(一)轴类零件的功用与结构特点●轴的作用：支承传动件，传递运动和扭矩。轴类零件是具有单一或多轴心线的回转体零件,其长度大于直径.●轴的分类：按结构形状分:光轴、阶梯轴、空心轴、异形轴按长径比L/D分:刚性轴L/D≤12;柔性轴L/D＞12(二)轴类零件的技术要求l加工精度的要求1）尺寸精度：支承轴颈、配合轴颈一般取IT5~IT7，2）几何形状精度：支承轴颈、配合轴颈对圆度和圆柱度要求较高，其余取轴颈公差的1/2~1/4。3）位置精度：配合轴颈与支承轴颈的同轴度(径向圆跳动)及与端面的垂直度(端面圆跳动).l表面粗糙度的要求支承轴颈和重要工作表面的表面粗糙度Ra0.8~0.4µm配合轴颈和其它重要表面的表面粗糙度Ra1.6~0.8µm其他方面的要求：合理选择材料和热处理，合理选择表面处理(三)轴类零件的材料、毛坯和热处理●轴类零件的材料1）一般轴常用45钢，热处理可根据工作条件选正火、调质或淬火等.2）中等精度且转速较高的轴选中碳合金结构钢如40Cr等,淬火处理;精度较高的轴可选轴承钢如GCr15、弹簧钢如65Mn等，热处理为调质和轴颈高频淬火。3）在高速重载条件下工作的轴采用低碳合金钢如20CrMnTi、20Cr、20Mn2B等，热处理为正火后表面渗碳淬火；4)高精度高转速的主轴应选用38CrMoAlA等渗氮钢，调质后表面渗氮处理。●轴类零件的毛坯1）热轧/冷拔钢棒：适用于中、小型力学性能要求不高的光轴或直径相差不大的轴。2）锻件：力学性能要求高或直径差别较大的阶梯轴、异形轴。3）铸件：大型且结构复杂的轴如铸铁轧辊、球铁曲轴等。●轴类零件的热处理锻造毛坯-----正火或退火----机械加工调质处理-----粗加工后,半精加工之前局部淬火、表面淬火、渗碳淬火一般安排在半精加工之后精加工之前低温时效处理------局部淬火或粗磨后(精度较高的轴)渗氮处理-------精加工中间粗磨后精磨前二、主轴的加工工艺分析(一)主轴的加工工艺过程车床主轴零件材料为45钢,大批生产时的工艺过程见表29-1.序号工序名称工序内容(工序简图或说明)设备1备料2锻造自由锻,大端用胎模段(二)工艺过程分析●加工阶段的划分1）毛坯准备阶段工序1--42)粗加工阶段：工序5—15加工定位基准，切除大部分余量，发现毛坯缺陷.3）半精加工阶段：工序16—24完成一般精度表面及螺纹、键槽等表面加工，为轴颈等高精度表面精加工做准备。4）精加工阶段：完成高精度表面加工。调质处理安排在工序6后表面淬火提前安排●定位基准选择及转换粗基准通常为轴的外圆;精基准一般为两中心孔,符合基准统一原则在外圆表面粗加工时,常采用一端轴颈和另一端中心孔定位,即一夹一顶方式,以提高工件的装夹刚度.车削和磨削锥孔时选择外圆表面作为定位基准.空心主轴用高精度外圆轴颈定位加工内孔，用内孔定位加工外圆。当主轴孔的锥度较小时,采用锥堵;当主轴孔的锥度较大时,采用锥套心轴.定位基准的转换:铣端面钻中心孔,为粗车外圆准备好定位基准;粗车好的外圆又为钻深孔准备好定位基准;加工前后锥孔,以便安装锥堵,为半精加工外圆准备好定位基准;磨外圆;粗磨锥孔;磨各外圆;精磨锥孔;互为基准反复加工,确保主轴锥孔和外圆同轴.●加工顺序的安排主要表面:外圆和锥孔遵循”先粗后精”的原则具体安排应注意的问题:1)“基准先行”原则----最基本、最重要的原则2)先大端后小端-----保证工件刚度3)深孔加工的安排深孔加工属于粗加工,钻孔后中心孔消失,工序安排应注意的问题:钻孔要安排在调质之后进行,避免调质引起深孔产生弯曲变形而无法修正.深孔加工应安排在外圆粗车或半精车之后,以便有较精确的定位基准,保证孔与外圆的同轴度.4)次要表面加工安排主轴上的键槽、花键、螺纹和横向小孔均为次要表面,由于它们和主轴外圆有一定的位置公差要求,所以一般都安排在外圆的精车或粗磨之后加工.●主轴加工中的几个工艺问题1)主轴外圆的车削主轴外圆阶梯和槽较多,精度要求高,粗加工和半精加工都采用车削.大批量生产时,常采用多刀加工或液压仿形加工.数控机床和加工中心应用日益广泛.2)中心孔的作用与修研作为定位基准,中心孔的位置及圆度误差都直接影响工件的加工精度.磨削外圆时,砂轮和顶尖保持不变的距离,在磨削力作用下,工件始终被推向一侧,由于中心孔不圆,工件外圆产生相应的圆度误差.修研中心孔一般安排在中心孔质量受较大影响的工序之后及需要质量较高中心孔作定位基准的工序之前.中心孔的修研方法:用铸铁、油石或橡胶砂轮修研中心孔.此法修研中心孔质量好,效率高,应用较多,但研具要经常修正.用硬质合金顶尖修研中心孔,此法生产率高,但质量较差.3)主轴莫氏锥孔的磨削磨削主轴莫氏锥孔的夹具(三)外圆表面的精密加工工件表面具有很高的精度(IT5以上)或表面粗糙度(Ra0.2µm以下)要求时,需要采用精密加工或超精密加工方法来保证.●研磨在工件和研具之间加入研磨剂,施加一定的作用力,利用工件与研具之间的相对运动,通过磨粒和研磨液对工件表面的机械和化学作用,从工件表面切去一层极薄的金属从而完成光整加工.研磨剂由磨粒、煤油、化学活性物质(如硬脂酸或油酸)调制而成,加速工件表面氧化过程,使被研表面软化,提高研磨效果.研具材料:硬度低于工件,铸铁、青铜研磨方法:手工研磨简单方便,生产率低,劳动量大,适用于单件小批生产.机械研磨在研磨机上进行.生产率较高,适用于批量生产.加工质量:尺寸公差IT6~IT4,;形状精度高(圆度为0.003~0.001mm);表面粗糙度Ra0.1~0.8µm;不能提高位置精度.●超精加工即利用细粒度的油石,以较小的压力(约1.5MPa),较低的切削速度,按一定的频率对工件表面作相对运动.加工中的运动:工件的低速回转运动0.5~2.5m/s磨头的高速往复振动频率10~25HZ振幅1~5mm磨头的轴向进给运动由于这三种运动使磨粒在工件表面上形成复杂且不重复的近似正弦曲线轨迹.超精加工的过程:初期磨削时,工件表面粗糙,少数凸峰刺破油膜与油石接触,比压大,切削作用强烈;凸峰逐渐被磨平,接触面积增大,比压降低,切削作用逐渐减弱,随着油石逐渐钝化且表面趋于平滑,摩擦抛光作用增强;当切削液在工件与油石之间形成油膜,切削作用停止,完全是抛光作用.工艺特点:表面粗糙度Ra0.08~0.01µm;加工余量为0.005~0.025mm,不能纠正形状和位置误差;生产率高,所用设备简单,操作方便,适于加工高精度的轴径和滚动轴承的滚道等.●精密和超精密磨削加工精密磨削是指加工精度为1~0.1µm,表面粗糙度Ra0.16~0.06µm的磨削方法.超精密磨削是指加工精度在0.1µm以下,表面粗糙度Ra0.04~0.02µm以下的磨削方法.镜面磨削是表面粗糙度达到Ra0.01µm的磨削方法.精密磨削的关键是修整砂轮.砂轮经过精细修整后,磨粒形成更细的微刃,且具有等高性.在磨削过程中,微刃磨损处于半钝化状态,切削作用降低,在一定压力作用下,能产生摩擦抛光作用,使工件获得很细的表面粗糙度.超精密磨削采用人造金刚石、立方氮化硼等超硬磨料,用等高的微刃进行超微量切削.镜面磨削是用半钝化的微刃对工件表面进行摩擦挤压和抛光作用,最后进行多次反复的无火花清磨.注意的问题:砂轮的修整机床必须有很高的精度、灵敏度和防振能力砂轮结合剂§2套类零件加工一、概述(一)套类零件的功用与结构特点●作用支承旋转轴或导向(引导旋转刀具、引导活塞)如传动轮、轴承套、轴承端盖、汽缸套、液压缸、钻套等。●结构特点具有同轴度要求较高的内外旋转表面;壁厚较薄;长度一般大于直径.(二)套类零件的技术要求l孔的技术要求直径尺寸公差:配合孔一般为IT7~IT8，精密孔IT6,缸体IT9形状公差:一般控制在孔径公差范围之内,精密套筒在孔径公差的1/2~1/3表面粗糙度:一般Ra为3.2~0.2µml外圆表面的技术要求直径尺寸公差:一般IT6~IT7形状公差:一般控制在外径公差范围之内表面粗糙度:一般Ra为3.2~0.4µml位置精度孔与外圆的同轴度要求;孔轴线与端面的垂直度要求.一般为0.01~0.05mm(三)套筒零件的材料与毛坯材料:一般用钢、铸铁、青铜或黄铜;还可采用双金属结构(滑动轴承).毛坯:孔径小的套筒一般采用棒料,也可用实心铸件;孔径大的套筒常选择无缝钢管、带孔的铸件或锻件;大批量生产时,采用冷挤压和粉末冶金等工艺制造毛坯.二、套类零件加工工艺分析(一)套类零件加工工艺过程短衬套:材料铸造锡青铜液压缸:材料20钢(二)套类零件加工工艺过程分析●保证套类零件表面位置精度的方法1)“一刀落”即在一次装夹完成内外圆柱面和端面的终加工.由于没有装夹误差,零件表面位置精度主要取决于机床精度;因而可获得较高的位置精度.一般适合于尺寸较小的套类零件的车削加工.2)先外圆后孔即先加工外圆，再以外圆为精基准最后加工孔.保证位置精度必须采用定心精度高的夹具装夹工件,如弹性膜片卡盘、液性塑料定心夹具及经过就地修磨的三爪自定心卡盘或就地车削的软三爪等。3)先孔后外圆即先终加工孔，再以孔为精基准终加工外圆.此法所用的心轴具有一定的通用性,结构简单,定位精度高,应用较广泛.长套筒为保证位置精度:加工外圆时,采用双顶尖顶孔口棱边或与一夹一托;加工内孔时,采用一夹一托.●防止加工中套筒变形的措施套筒零件壁厚较薄,刚度差,加工中受到夹紧力、切削力、内应力和切削热的影响产生变形,因此加工中应采取措施防止变形.1)粗精分开以便使粗加工的变形在精加工中得到纠正.2)尽量减少夹紧力的影响3)减少热处理变形的影响将热处理安排在粗精加工之间●套筒孔加工的几种工艺方法1)深孔(L/D＞5)加工深孔加工工艺特点:刀具刚度差,加工中易引偏和振动,孔轴线易歪斜;刀具散热条件差,耐用度降低;排屑困难,易划伤已加工表面,引起刀具崩刃或折断.深孔钻削:单件小批生产采用接长的麻花钻加工,生产率低,劳动强度大;成批大量生产采用深孔钻在深孔钻床上进行.深孔镗削:在深孔钻床上,钻杆上装上深孔镗头进行加工.2)孔的珩磨即用珩磨头对孔进行光整加工.工作原理:珩磨头是用粒度很细的几块油石组成.珩磨头的旋转运动、往复直线运动使磨粒在孔表面上的切削轨迹形成交叉而又不重复的网纹;珩磨头径向加压运动:油石能在径向涨缩,并能以一定的压力与孔的表面接触,是径向进给运动,可控制孔的尺寸.工艺特点:切削速度比磨削低,不易烧伤孔表面,能获得很高的形状精度.尺寸公差IT6,表面粗糙度为Ra0.4~0.05µm,圆度和圆柱度为0.003~0.005mm.生产率高.适于加工各种发动机的汽缸内孔.3)孔的滚压滚压是在常温状态下,利用硬材料(淬火钢、硬质合金、红宝石等)制成的滚轮或滚球,相对工件表面施加压力,使表面层金属产生弹性变形和塑性变形以达到光整表面,校正工件几何形状和强化表面的作用.精度可控制在0.01mm内,表面粗糙度为Ra0.2µm,提高耐磨性、抗腐蚀性能和抗疲劳强度.生产率很高,一般加工钢和有色金属,不宜加工铸铁套筒.