典型零件加工

第4章典型零件加工与加工方法学习要求1.掌握轴类零件、箱体零件的加工工艺过程安排及各种加工方法的选择；2.能合理进行一般轴类零件、箱体零件加工工序的安排；3.能合理选择定位基准和工艺装备。第4章学习要求轴类零件的加工一、轴类零件加工1．轴类零件的功用、特点及分类轴类零件的功用支撑传动零件；承受载荷；传递扭矩。轴类零件的特点长度大于直径；加工表面为内外圆柱面、圆锥面、螺纹、花键、沟槽等；有一定的回转精度。第4章第1节－轴类零件的加工轴类零件的分类光滑轴a；阶梯轴d；空心轴b；异形轴（曲轴、齿轮轴、偏心轴、十字轴、凸轮轴、花键轴）。第4章第1节－轴类零件的加工轴类零件的技术要求尺寸精度轴类零件的支承轴颈一般与轴承相互配合，是轴类零件的主要表面,它影响轴的旋转精度与工作状态。通常对其尺寸精度要求较高，为IT5-IT7；装配传动件的轴颈尺寸精度要求可低一些,为IT6—IT9。形状精度轴类零件的形状精度主要是指支承轴颈的圆度、圆柱度,一般应将其限制在尺寸公差范围内,对精度要求高的轴,应在图样上标注其公差位置精度要求：保证配合轴颈(装配传动件的轴颈)相对支承轴颈(装配轴承的轴颈)的同轴度或跳动量。作用：它会影响传动件(齿轮等)的传动精度。普通精度轴的配合轴颈对支承轴颈的径向圆跳动,一般规定为0.01-0.03mm,高精度轴为0.001-0.005mm。表面粗糙度一般与传动件相配合的轴颈的表面粗糙度Ra值为2.5-0.63μm，与轴承相配合的支承轴颈的表面粗糙度Ra值为0.63-0.16μm。第4章第1节－轴类零件的加工轴类零件的材料、毛坯及热处理轴类零件的材料轴类零件应根据不同工作条件和使用要求选用不同的材料和不同的热处理,以获得一定的强度、韧性和耐磨性。常用45,较高40Cr,GCr15,65Mn分析•45号是一般轴类零件常用的材料,经过调质可得到较好的切削性能,而且能获得较高的强度和韧性等综合力学性能重要表面经局部淬火后再回火,表面硬度可达45-52HRC。•40Cr等合金结构钢适用于中等精度而转速较高的轴，这类钢经调质和表面淬火处理后,具有较高的综合力学性能。•轴承钢GCr15和弹簧钢65Mn可制造较高精度的轴,这类钢经调质和表面高频感应加热淬火后再回火,表面硬度可达50-58HRC,并具有较高的耐疲劳性能和耐磨性。•对高转速、重载荷等条件下下工作的轴，要选用20CrMoTi、20Mn2B等低碳合金钢或38CrMoAL中碳合金渗氮钢，低碳合金经正火和渗碳淬火处理后可获得很高的表面硬度、较软的芯部,耐冲击韧性好，缺点是热处理变形较大;而对于渗氮钢，由于渗氮温度比淬火低,经调质和表面渗氮后,变形很小而硬度却很高具有很好的耐磨性和耐疲劳强度。第4章第1节－轴类零件的加工轴类零件的毛坯轴类零件最常用的毛坯是圆棒料和锻件，只有某些大型或结构复杂的轴（如曲轴），在质量允许时才采用铸件。分析：由于毛坯经过加热锻造后，能使金属内部纤维组织沿表面均匀分布，可获得较高的抗拉、抗弯及抗扭强度，所以除光轴、直径相差不大的阶梯轴可使用热轧棒料或冷拉棒料外，一般比较重要的轴大都采用锻件,这样既可改变力性能,又能节约材料、减少机械加工量。根据生产规模的大小,毛坯的锻造方式自由锻和模锻两种。自由锻设备简单、容易投产,但所锻毛坯精度较差、加工余量小、生产率高，可以锻造形状复杂的毛坯，但模锻需昂贵的设备和专用锻模，所以只适用于大批量生产。另外，对于一些大型轴类零件，如低速船用柴油机曲轴，还可采用组合毛坯，即将轴预先分成几毛坯，经各自锻造后再采用红套等过盈连接方法拼成整体毛坯。第4章第1节－轴类零件的加工一、轴类零件加工轴类零件的热处理常用热处理：•正火、退火(高碳钢):粗加工前,细化晶粒,消除应力,降低硬度,改善加工•调质：粗加工前(余量小)后(余量大),综合性能；•淬火：精加工前。分析：轴质量除与所选钢材种类有关外，还与热处理有关。•轴的锻造毛坯在机械加工之前,均需进行正火或退火处理(碳的质量分数大于0.7﹪的碳钢和合金钢),使钢材的晶粒细化(或球化),以消除锻造后的残余应力,降低毛坯硬度,改善切削加工性能。•凡要求局部表面淬火发提高耐磨性的轴,须在淬火前安排调质处理(有的采用正火)。当毛坯加工余量较大时，调质放在粗车之后，半精车之前，使粗加工产生的残余应力能在调质时消除；当毛坯余量较小时，调质可安排在粗车之前进行。第4章第1节－轴类零件的加工一、轴类零件加工•表面淬火一般放在精加工之前,可保证淬火引起的局部变形在精加工中得到纠正。•对于精度要求较高的轴，在局部淬火和粗磨之后，还需安排低温时效处理，以消除淬火及磨削中产生的残余应力和残余奥氏体，控制尺寸稳定；对于整体淬火的精密主轴,在淬火粗磨后,要经过较长时间的低温时效处理；对于精度更高的主轴，在淬火之后,还要进行定性处理,定性处理一般采用冰冷处理方法，以进一步消除加工应力，保持主轴精度。第4章第1节－轴类零件的加工定位基准的选择最常用两中心孔：设计基准—基准重合一次安装中能多加工—基准统一；（锥堵或锥堵心轴）：尽量减少更换次数；支承轴颈定位：基准重合—磨锥孔—保证相互位置精度；中心孔和支承轴颈：互为基准、反复加工的原则；工艺过程实质：定位基准的准备和转换的过程第4章第1节－轴类零件的加工2．轴类零件的加工工艺过程与工艺分析－主轴的加工分析车床主轴的结构特点既是阶梯轴，又是空心轴；是长径比小于12的刚性轴不但传递旋转运动和扭矩，而且是工件或刀具回转精度的基础主要加工表面有内外圆柱面、圆锥面，次要表面有螺纹、花键、沟槽、端面结合孔等机械加工工艺主要是车削、磨削，其次是铣削和钻削特别值得注意的工艺问题有：定位基准的选择；加工顺序的安排；深孔加工；热处理变形。车床主轴的功用承受扭转力矩；承受弯曲力矩；保证回转运动精度。第4章第1节－轴类零件的加工第4章第1节－轴类零件的加工车床主轴的设计要求总体性要求扭转和弯曲刚度高；回转精度高（径向圆跳动、端面圆跳动、回转轴线稳定）；制造精度高：结构尺寸及动态特性要好；主轴本身及其轴承精度高；轴承的结构和润滑；齿轮的布置；固定件的平衡等。主轴结构的设计要求：合理的结构设计；足够的刚度；有具有一定的尺寸、形状、位置精度和表面质量；足够的耐磨性、抗振性及尺寸稳定性足够的抗疲劳强度第4章第1节－轴类零件的加工车床主轴技术条件的分析主轴支承轴颈的技术要求支承轴颈是主轴的装配基准，其精度直接影响主轴的回转精度；主轴上各重要表面又以支承轴颈为设计基准，有严格的位置要求；支承轴颈为三支承结构，并且跨度大；支承轴颈采用锥面(1：12)结构,接触率≥70%,可用来调整轴承间隙；中间支承为IT5-IT6，粗糙度Ra≤0.63μm；支承轴颈圆度误差为0.005mm，径向跳动为0.005mm；其他外圆的圆度要求，误差小于50%尺寸公差，高精度者为5-10%；轴颈与有关表面的同轴度误差应很小。主轴工作表面（锥孔）的技术要求用来安装顶尖或刀具锥柄的；是定心表面；对锥面的尺寸精度、形状精度、粗糙度、接触精度都要求高；轴心线应与支承轴颈同轴；锥孔对轴颈的径向圆跳动近轴端为0.005，离轴端300处为0.01，锥面接触率≥70%，粗糙度Ra≤0.63μm，硬度为HRC48~50。第4章第1节－轴类零件的加工主轴轴端外锥（短锥）的技术要求用来安装卡盘或花盘的；也是定心表面；对锥面的尺寸精度、形状精度、粗糙度、接触精度都要求高；轴心线应与支承轴颈同轴；对支承轴颈的径向圆跳动为0.008；端面圆跳动为0.008；粗糙度Ra≤1.25μm，硬度为HRC45-50。空套齿轮轴颈的技术要求影响传动的平稳性；可能导致噪声；有同轴度要求，对支承轴颈的径向圆跳动为0.01~0.015；尺寸精度要求为IT5-IT6；第4章第1节－轴类零件的加工螺纹的技术要求用来固定零件或调整轴承间隙；螺母的端面圆跳动（应≤0.05）会影响轴承的内环轴线倾斜；螺母与轴颈的同轴度误差≤0.025；螺纹精度为6h。主轴各表面的表面层要求要有较高的耐磨性；要有适当的硬度（HRC45以上），以改善其装配工艺性和装配精度；表面粗糙度Ra＝0.8－0.2μm第4章第1节－轴类零件的加工主轴的机械加工工艺过程第4章第1节－轴类零件的加工第4章第1节－轴类零件的加工第4章第1节－轴类零件的加工第4章第1节－轴类零件的加工第4章第1节－轴类零件的加工第4章第1节－轴类零件的加工第4章第1节－轴类零件的加工第4章第1节－轴类零件的加工第4章第1节－轴类零件的加工序号工序名称工序简图加工设备1备料2锻造立式精锻机3热处理正火4锯头5铣端面、钻顶尖孔专用机床6荒车车各外圆面卧工车床7热处理调质220～240HBS8车大端名部卧式车床9仿形车小端名部仿形车床10钻深孔深孔钻床11车小端内锥孔卧式车床12车大端锥面、车外短锥及端面卧式车床13钻大端端面各孔Z55钻床14热处理15精车各外圆并车槽数控车床16粗磨外圆二段外圆磨床17粗磨莫氏锥孔内圆磨床18粗精铣花键花键铣床19铣键槽铣床X5220车大端内侧面及三段螺纹卧式车床21粗精磨各外圆及E、F两端面万能外圆磨床22粗精磨圆锥面专用组合磨床23精磨莫氏6号内锥孔主轴锥孔磨床24检验第4章第1节－轴类零件的加工主轴加工工艺过程制订的依据主轴的结构；技术要求；生产批量；设备条件。主轴加工工艺过程批量：大批；材料：45钢；毛坯：模锻件工艺过程：分为三个阶段：粗加工：工序1－6；半精加工：工序7－13(7为预备)精加工：工序14-26(14为预备)。主轴加工阶段的划分大体如下：荒加工阶段为准备毛坯；正火后，粗加工阶段为车端面和钻中心孔、粗车外圆；调质处理后，半精加工阶段是半精车外圆、精磨支承轴颈、锥孔。各阶段的划分大致以热处理为界。整个主轴加工的工艺过程，就是以主要表面（特别是支承轴颈）粗加工、半精加工和精加工为主线，穿插其他表面的加工工序而组成。第4章第1节－轴类零件的加工主轴加工工艺过程分析主轴毛坯的制造方法自由锻件：小批量或单件生产；模锻件：大批量生产。主轴的材料和热处理热处理工序的安排毛坯热处理（正火）：去锻造应力，细化晶粒；切削前正火（预备热处理）：改善切削加工性能和机械-物理性能；去锻造应力；半精加工前调质：去应力,改善切削加工性能,提高综合机械性能；精加工前局部高频淬火：提高运动表面耐磨性；精加工后的定性处理：低温时效和水冷处理。第4章第1节－轴类零件的加工加工阶段的划分分为三个阶段。鉴于主轴的技术要求高，毛坯为模锻件，加工余量大，精度高，故应分阶段加工；分粗、精加工阶段有利于去应力并可加入热处理；多次切削有利于消除复映误差；粗、精加工二阶段应间隔一定时间；粗、精加工二阶段应分粗、精加工机床进行，合理利用设备，保护机床。定位基准的选择应使定位基准与装配基准重合；一次安装应多加工几个面；注意零件的主要精度指标：同轴度、圆度、径向跳动；主轴的定位过程较复杂：有顶尖、锥堵、支承表面等作为定位基准。第4章第1节－轴类零件的加工加工顺序的安排和工序的确定三种方案的分析•粗加工外圆→钻深孔→精加工外圆→粗加工锥孔→精加工锥孔；•粗加工外圆→钻深孔→粗加工锥孔→精加工锥孔→精加工外圆；•粗加工外圆→钻深孔→精加工外圆→精加工外圆→精加工锥孔。加工顺序的安排•先基准后其它、先粗后精、先主后次、穿插进行的原则。•锻造→正火→车端面钻中心孔→粗车→调质→半精车→精车→表面淬火→粗、精磨外圆表面→磨锥孔工序确定的两个原则•工序中所用的基准应在该工序前加工；•各表面要粗、精基准分开，先粗后精，多次加工，逐步提高精度。•淬硬表面的键槽、螺纹等应在淬火前加工；•非淬硬表面的键槽、螺纹等应在精车后、精磨前加工；•检验工序应安排在适当工序之后，必要还应探伤。第4章第1节－轴类零件的加工外圆表面