機械制造工藝與裝備.ppt

第四章軸類零件加工工藝及常用工藝裝備 4 1概述 4 2外圓表面的加工方法和加工方案 4 3外圓表面加工常用工藝裝備 4 4典型軸類零件加工工藝分析 第一節(jié)概述 一 軸類零件的功用與結(jié)構(gòu)特點功用 支承傳動件 傳遞扭矩或運動 承受載荷 保證裝在軸上零件的回轉(zhuǎn)精度結(jié)構(gòu) 回轉(zhuǎn)體零件 長度大于直徑組成 圓柱面 圓錐面 端面 溝槽 圓弧 螺紋 鍵槽 花鍵 其他表面 如橫向孔等 分類 光軸 階梯軸 空心軸 異形軸 曲軸 凸輪軸 偏心軸和花鍵軸等 圖4 1所示 剛性軸 L d 12 撓性軸 L d 12 圖4 1軸的種類 二 軸類零件的技術(shù)要求 材料和毛坯軸類零件的重要表面是裝軸承的軸頸和裝傳動零件的軸頭 根據(jù)零件的使用性能要求 其主要技術(shù)要求有 尺寸精度和幾何形狀精度直徑精度通常為IT6 IT9 有時可達IT5 幾何形狀精度 圓度 圓柱度 應(yīng)限制在直徑公差范圍之內(nèi) 要求較高時 則應(yīng)在零件圖上專門標注形狀公差 取公差的1 2 1 4 位置精度普通精度的軸 配合軸頸相對支承軸頸的徑向圓跳動一般為0 01 0 03mm 高精度的軸為0 001 0 005mm 端面圓跳動為0 005 0 01mm 表面粗糙度 一般說來 軸類零件的各加工表面均有表面粗糙度的要求 支承軸頸的表面粗糙度要求為Ra0 16 0 8 m 配合軸頸的表面粗糙度Ra為0 63 3 2 m 其他技術(shù)要求熱處理 表面淬火 滲碳淬火等 動平衡 探傷 過渡圓角等 軸類零件的材料不重要的軸 普通碳素鋼Q235 Q255 Q275 等 不經(jīng)熱處理 一般軸類零件 35 40 45 50鋼等 正火 調(diào)質(zhì) 淬火中等精度而轉(zhuǎn)速較高的軸 40Cr等合金結(jié)構(gòu)鋼 調(diào)質(zhì)和表面淬火精度較高的軸 可選用軸承鋼GCr15和彈簧鋼65Mn等 也可選用球墨鑄鐵 調(diào)質(zhì)和表面淬火對于高轉(zhuǎn)速 重載荷條件下工作的軸 選用20CrMnTi 20Mn2B 20Cr等低碳合金鋼或38CrMoAl氮化鋼 滲碳淬火或氮化 結(jié)構(gòu)復(fù)雜 曲軸 HT400 QT600 QT450 QT400 軸類零件的毛坯軸類零件最常用的毛坯是圓棒料和鍛件 光軸 直徑相差不大的階梯軸 采用圓鋼作為毛坯 直徑相差較大的階梯軸 比較重要的軸 應(yīng)采用鍛件 只有某些大型 結(jié)構(gòu)復(fù)雜的異形軸 可采用球墨鑄鐵鑄件 毛坯經(jīng)過加熱鍛造后 可使金屬內(nèi)部纖維組織沿表面均勻分布 從而獲得較高的抗拉 抗彎及抗扭強度 故一般比較重要的軸 多采用鍛件 自由鍛造多用于中小批生產(chǎn) 模鍛適用于大批大量生產(chǎn) 軸類零件的熱處理鍛造毛坯在加工前 均需安排正火或退火處理 以使鋼材內(nèi)部晶粒細化 消除鍛造應(yīng)力 降低材料硬度 改善切削加工性能 為了獲得較好的綜合力學(xué)性能 常要求調(diào)質(zhì)處理 一般分兩種情況 1 毛坯余量大時 調(diào)質(zhì)安排在粗車之后 半精車之前 以便消除粗車時產(chǎn)生的殘余應(yīng)力 2 毛坯余量小時 調(diào)質(zhì)可安排在粗車之前進行 表面淬火一般安排在精加工之前 這樣可糾正因淬火引起的局部變形 對精度要求高的軸 在局部淬火后或粗磨之后 還需進行低溫時效處理 在160 油中進行長時間的低溫時效 以保證尺寸的穩(wěn)定 對于氮化鋼 如38GrMoAl 需在滲氮之前進行調(diào)質(zhì)和低溫時效處理 對調(diào)質(zhì)的質(zhì)量要求也很嚴格 不僅要求調(diào)質(zhì)后索氏體組織要均勻細化 而且要求離表面0 8 0 10mm層內(nèi)鐵素體含量不超過 C 5 否則會造成氮化脆性而影響其質(zhì)量 車削 是外圓表面最經(jīng)濟有效的加工方法 但就其經(jīng)濟精度來說 一般適于作為外圓表面粗加工和半精加工方法 磨削 是外圓表面主要精加工方法 特別適用于各種高硬度和淬火后零件的精加工 光整加工 是精加工之后進行的超精密加工方法 如滾壓 拋光 研磨等 適用于某些精度和表面質(zhì)量要求很高的零件 第二節(jié)外圓表面的加工方法和加工方案 由于各種加工方法所能達到的經(jīng)濟加工精度 表面粗糙度 生產(chǎn)率和生產(chǎn)成本各不相同 因此必須根據(jù)具體情況 選用合理的加工方法 從而加工出滿足零件圖紙上要求的合格零件 下表為外圓表面各種加工方案和經(jīng)濟加工精度 一 外圓表面的車削加工 車削是外圓面加工的主要工序 工件旋轉(zhuǎn)為主運動 刀具直線移動為進給運動 二 外圓表面的磨削加工 磨削是外圓面精加工的主要方法 多作為半精車外圓后的精加工工序 一 中心磨削 1 縱向進給磨削法 縱向磨法 縱磨法加工精度和表面質(zhì)量較高 適應(yīng)性強 用同一砂輪可磨削直徑和長度不同的工件 但生產(chǎn)率低 在單件 小批量生產(chǎn)及精磨中 應(yīng)用廣泛 特別適用于磨削細長軸等剛性差的工件 橫磨法生產(chǎn)效率高 適用于成批或大量生產(chǎn) 磨削長度短 剛性好 精度低的外圓表面及兩側(cè)都有臺肩的軸頸 若將砂輪修整成形 也可直接磨削成形面 加工精度低于縱向磨法 2 橫向進給磨削法 切入磨法 二 無心磨削 無心外圓磨削是一種生產(chǎn)率很高的精加工方法 磨削時 工件置于磨輪和導(dǎo)輪 用橡膠結(jié)合劑作的粒度較粗的砂輪 之間 靠托板支撐 由于不用頂尖支撐 所以稱無心磨削 無心外圓磨床有兩種磨削方式 貫穿磨削法 縱磨法 切入磨削法 橫磨法 二 無心磨削 切入磨削法磨削的原理 導(dǎo)輪3帶動工件2旋轉(zhuǎn)并壓向磨輪1加工時 工件和導(dǎo)輪及支承板一起向砂輪作橫向進給 磨削結(jié)束后 導(dǎo)輪后退 取下工件 導(dǎo)輪的軸線與砂輪的軸線平行或相交成很小的角度 0 5 1 此角度大小能使工件與擋鐵4 限制工件軸向位置 很好地貼住即可 無心磨削必須滿足下列條件 1 由于導(dǎo)輪傾斜了一個 角度 為了保證切削平穩(wěn) 導(dǎo)輪與工件必須保持線接觸 為此導(dǎo)輪表面應(yīng)修整成雙曲線回轉(zhuǎn)體形狀 2 導(dǎo)輪材料的摩擦系數(shù)應(yīng)大于砂輪材料的磨擦系數(shù) 砂輪與導(dǎo)輪同向旋轉(zhuǎn) 且砂輪的速度應(yīng)大于導(dǎo)輪的速度 支承板的傾斜方向應(yīng)有助于工件緊貼在導(dǎo)輪上 3 工件中心應(yīng)高出砂輪和導(dǎo)輪中心連線 高出數(shù)值H與工件直徑有關(guān) 當(dāng)工件直徑d工 8 30mm時 H d工 3 當(dāng)d工 30 70mm時 H d工 4 4 導(dǎo)輪傾斜一個 角度 當(dāng)導(dǎo)輪以速度v導(dǎo)旋轉(zhuǎn)時 可分解為 v工 v導(dǎo) cos v縱 v導(dǎo) sin 粗磨時 取3 6 精磨時 取1 3 無心磨削時 工件尺寸精度可達IT6 IT7 表面粗糙度Ra0 8 0 2um 三 外圓磨削的質(zhì)量分析 1 多角形在零件表面沿母線方向存在一條條等距的直線痕跡 其深度小于0 5 m 如圖4 6所示 原因 砂輪與工件沿徑向產(chǎn)生周期性振動所致 措施 1 平衡砂輪與電動機 2 改善中心孔與頂尖的接觸情況 3 及時修整砂輪 4 調(diào)整軸承間隙等 2 螺旋形磨削后的工件表面呈現(xiàn)一條很深的螺旋痕跡 痕跡的間距等于工件每轉(zhuǎn)的縱向進給量 如圖4 7所示 原因 砂輪微刃的等高性破壞或砂輪與工件局部接觸 措施 1 修正砂輪 保持微刃等高性 2 調(diào)整軸承間隙 3 保持主軸的位置精度 4 砂輪兩邊修磨成臺階形或倒圓角 使砂輪兩邊不參加切削 5 工作臺潤滑油要合適 有卸載裝置 6 使導(dǎo)軌潤滑為低壓供油 3 拉毛 劃傷或劃痕 常見的工件表面拉毛現(xiàn)象 原因 磨粒自銳性過強 切削液不清潔 砂輪罩上磨屑落在砂輪與工件之間等 措施 1 選擇硬度高的砂輪 2 砂輪修整后用切削液和毛刷清洗 3 對切削液進行過濾 4 清理砂輪罩上的磨屑等 4 燒傷可分為螺旋形燒傷和點燒傷 原因 磨削高溫的作用使工件表層金相組織發(fā)生變化 措施 1 降低砂輪硬度 2 減小磨削深度 3 適當(dāng)提高工件轉(zhuǎn)速 4 減少砂輪與工件接觸面積 5 及時修正砂輪 6 進行充分冷卻等 三 外圓表面的精密加工 一 高精度磨削 表面粗糙度值在Ra0 16 m以下的磨削工藝 精密磨削 Ra0 16 0 06 m 超精密磨削 Ra0 04 0 02 m 鏡面磨削 Ra 0 01 m 高精度磨削的實質(zhì) 砂輪微粒的作用 微刃等高程度好 從工件上切下細微的切屑 微粒鈍化 又起到拋光作用 二 超精加工 在良好的潤滑 冷卻和較低的壓力條件下 用細粒度油石以快而短促的往復(fù)振動頻率 對低速旋轉(zhuǎn)的工件進行光整加工 四個階段 1 強烈切削階段破壞油膜 切削作用強烈 2 正常切削階段切削作用減弱 正常切削 3 微弱切削階段切削作用微弱 摩擦拋光 4 自動停止切削階段工件磨平形成油膜 切削作用停止 三 研磨 在研具與工件之間置以研磨劑 對工件表面進行精整加工 研具上加一定壓力 通過研磨劑的機械及化學(xué)作用從工件表面切除很薄材料 手工研磨外圓 1 加工簡單 設(shè)備不復(fù)雜2 可達高的尺寸精度IT6 IT5 形狀精度和小的表面粗糙度 Ra0 025以下3 生產(chǎn)率較低 加工余量0 01 0 034 污染環(huán)境5 能部分糾正上道工序留下來的形狀誤差 不能糾正位置誤差 應(yīng)用 適用于軸類 套類 平面類零件的光整加工 四 滾壓 用滾壓工具對金屬材質(zhì)的工件施加壓力 使其產(chǎn)生塑性變形 從而降低工件表面粗糙度 強化表面性能的加工方法 它是一種無切屑加工 特點 1 滾壓前工件表面粗糙度值不大于Ra5 m 直徑余量為0 02 0 03mm 2 滾壓后的形狀和位置精度取決于