论薄片零件的加工特点及其质量控制措施

学校 logo本科毕业论文（设计）题 目 论薄片零件的加工特点及其质量控制措施 学 院 理工学院 专 业 机械设计制造及其自动化 年 级 xxxx 级 学 号 xxxx 姓 名 xxx 指 导 教 师 xxx 成 绩 20xx 年 xx 月 xx 日目 录摘要 .1关键词 .1ABSTRACT .1KEY WORDS .10 引言 .21 薄片零件概述 .21.1 薄片零件的含义及结构特点 .21.2 典型的薄片零件 .21.3 薄片零件分类 .32 影响薄片零件加工精度的因素 .32.1 装夹变形的影响 .32.2 加工热变形的影响 .32.3 热变形的影响 .53 保证和提高薄片零件加工精度的措施 .53.1 正确装夹薄片零件 .53.2 减小加工热变形的措施 .63.3 减小热处理变形的措施 .74 钳板零件加工实例 .74.1 钳板零件图 .74.2 加工钳板零件时存在的问题 .84.3 钳板零件的加工过程及工艺流程图 .84.4 磨削钳板时采取的工艺措施 .95 结束语 .11参考文献 .12致 谢 .13机械设计制造及其自动化专业本科毕业论文第 1 页 共 13 页论薄片零件的加工特点及质量控制措施摘要：本文首先提出了薄片零件的含义及结构特点。然后文章介绍了生活中的几种典型的薄片零件。其次介绍了影响薄片零件加工精度的因素，然后通过这些影响原因，具体说明了如何来保证和提高薄片零件的加工精度的一些方法、措施，具体介绍了钳板薄片零件的加工实例，对其加工方法做了论述。然后针对钳板薄片零件的加工特点，分析了加工过程中容易出现的一些零件质量问题，提出了如何提高薄片零件的加工质量方法和质量控制措施。关键词：薄片零件 工艺分析 磨削方法 热变形机理 加工精度Abstract: Firstly, the meaning of the thin section parts and structural characteristics. The article describes several typical thin section parts life. Second, it describes the factors affecting the machining accuracy of the thin section parts, and then reason through these effects, specify how to ensure and improve the accuracy of the flakes parts processing methods, measures the specific introduction of a the nipper thin parts of the process instance, its processing the methods discussed. Then for nipper thin parts of the process characteristics, the analysis of some parts of the process prone to quality problems, how to improve the processing quality of the thin section parts and quality control measures.Key Words: Thin section parts, Process Analysis, Grinding method, Thermal deformation mechanism； Machining accuracy； 机械设计制造及其自动化专业本科毕业论文第 2 页 共 13 页0 引言 随着现代科学技术的不断发展，在机械加工行业中，对工件的加工要求越来越严格，技术手段也在不停的向着高精度、高质量要求发展。尤其是对薄片这种刚性较差、易变形，装夹比较困难的零件的加工是有很高的技术要求的。在机械装置中我们常常会遇见许多薄片零件，如常见的垫圈、摩擦片、薄板、飞片等，它们的刚性差、散热困难、装夹时容易引起装夹变形，加工时会出现翘曲，严重影响了零件的加工精度。在生产中，对大部分薄片零件在位检测时，发现其加工精度完全能满足设计要求，但取下来后发现其尺寸及形位误差发生了很大的变化，其原因是：易变形的薄片零件的刚度较弱，再加上工件基准面精度不高，平面度较差，工件因被吸住受大气压力或被压住受压紧力等装夹力的作用而导致工件发生变形。在变形状态下加工，尽管在位检测发现工件尺寸和形位误差均满足设计要求，但取下后工件变形恢复，其尺寸及形位误差发生了很大变化，以至于超出了设计范围要求。在本文里，我主要是针对这些薄片零件的加工，分析了其加工特点，通过对这类零件的热处理及其加工时的装夹技术的讨论，总结减少工件的热处理变形及装夹变形，减少变形工件对零件最终精度的影响，减小切削力，从而保证薄片零件质量的规律和若干工艺措施。1 薄片零件概述 1.1 薄片零件的含义及结构特点薄片零件是各种机械装置中常见的一种结构零件，薄片零件的面积比较大，而厚度尺寸比较小的片状零件。这类零件的加工难点主要是加工过程中易变形且装夹比较困难。这类零件主要是用 于 电 子 仪 器 ,模 具 制 造 ,精 密 机 械 中 的 五 金 零 件 、 机 械 零 件 、冲 压 件 等 。1.2 典型的薄片零件在 各 种 机 械 装 置 中 我 们 常 见 的 薄 片 零 件 有 ： 垫 圈 、 摩 擦 片 、 曲 线 样 板 、 叶 片 泵的 叶 片 、 钳 板 等 。 模 具 维 修 ， 模 具 测 量 间 隙 和 因 机 器 老 化 时 出 现 晃 动 ， 摇 摆 及 不 稳 定机械设计制造及其自动化专业本科毕业论文第 3 页 共 13 页现 象 时 ， 也 可 采 用 薄 片 零 件 作 为 工 具 检 查 ， 调 整 机 器 存 在 的 质 量 问 题 进 而 正 确 的 维 修 ，恢 复 机 器 的 精 度 。1.3 薄片零件分类薄片零件大致可以分为两种类型：一种是一般的弹性薄片零件，它是我们生活中最常能用到的零件，例如常见的垫圈、摩擦片、碟形弹簧、薄板、飞片等, 它们的刚性较差、散热困难、装夹时易引起装夹变形,加工时会出现翘曲,严重影响零件的加工精度。对于高精度的薄片零件主要是用磨削的方法进行最终加工。还有一种是异形类薄片零件，它是在模具制造中经常会遇到的一种零件，对于这类薄片零件主要是用线切割的方法进行加工的。2 影响薄片零件加工精度的因素2.1 装夹变形的影响 薄片零件在装夹时容易引起装夹变形，加工时会出现翘曲，严重影响了零件的加工精度。在生产中，对大部分薄片零件在位检测时，发现其加工精度完全能满足设计要求，但取下来后发现其尺寸及形位误差发生了很大的变化。2.2 加工热变形的影响工件在加工中所受的热源，主要是切削热，对于大型或精密工件，外部热源也不容忽视。对于不同的加工方式，切削热传入工件的比例是不同的，对于车削、铣削、刨削、立式镗削、外拉削等切削流畅、切屑和刀具的摩擦较小的情况，大部分切削热被切屑带走，传入工件的热量为约l0%左右，对于钻孔，由于钻头横刃的挤压作用，切屑与排屑沟的摩擦以及散热条件不好等原因，钻孔产生的热量约50%进入工件，磨削时，约有84%的磨削热传入工件。即使是同一加工方式,同样的热量，由于工件受热体积不同，热变形也不一样。工件的装夹方式对工件热变形也有影响。如内圆磨床磨短薄壁套内孔时，虽可看作均匀受热，但由于在夹压点处的散热条件好，该处的温升较其他部分低，故加工完毕冷却后工件出现棱圆形的圆度误差，又如在两死顶尖间加工轴件，因顶尖不能轴向移动，则工件的热伸长受阻导致两顶尖间产生轴向力,使工件弯曲变形，中间部分被多磨了一些材料，加工后呈鞍形误差。工件的热变形对粗加工的精度影响不大，但在工序集中的场合，粗、精工步连续进行时，粗加工的热变形会影响加工精度。如钻孔完毕后机械设计制造及其自动化专业本科毕业论文第 4 页 共 13 页接着铰孔，工件冷却后孔径收缩，尺寸超差，所以安排工艺路线时尽可能粗、精分开，精加工应在工件冷却后进行。(1) 金属在热变形时，在变形体中同时存在着各种不同的区域组织，即是当前的材料组织状态，这些组织具有不同的硬化程度和晶粒尺寸，体积各占整个变形体的一些份额。因此，金属热变形时的组织变化是这些区域组织变化累积所表现出来的平均结果，变形体的变形抗力是这些区域组织的变形抗力和它们所占体积份额之积的总和。机械零件在从高温冷却下来的过程中，由于零件相连部分体积变化不均匀，互相牵制，会产生内应力。当内应力超过零件材料的强度极限时，零件将发生断裂；当内应力超过零件材料的屈服极限而没达到强度极限时，零件将发生变形。当应力小于弹性极限时，将以残余内应力的形式存在于零件之中。虽然在零件外表看不见有什么异样，但在切削加工时，当零件部分被切去后，会破坏原来内应力的平衡状态，零件也会发生变形。当零件送去热处理或被投入使用时， 由于热处理应力或外载荷与内应力的叠加，零件可能产生变形，甚至断裂，将严重影响机械设备的正常运转。(2) 在磨削或铣削薄片状零件时，变形主要是由于工件不均匀热变形而导致的。铣、刨、磨平面时，除在沿进给方向有温度差外，由于工件只在单面受到切削热作用，上下表面间的温度差会导致工件拱起。中间被多切除材料，加工完毕冷却后，加工表面就产生中凹的误差如图1所示。板类零件一般分薄板零件如摩擦离合器和大型平板零件如机床导轨等。两类零件受热后产生热变形大致相同。磨削长度为L，厚度为H的薄板上下两面温差t= ，由于中心角1t2很小，故中性层的弦长可近似为原长L。近似计算热变形挠度:f=mo-ko=mo-mocos(/2) =mo(1-cos(/2) 又因为 L=mo 所以 f=L/1-cos( /2) 推出 f=LL( )/(8H) 1t2图 机械设计制造及其自动化专业本科毕业论文第 5 页 共 13 页1 中凹误差 由此可知工件越长，热变形越大。上面所推出的薄片状零件的热变形公式也可推广到矩形零件切削时的热变形。2.3 热变形的影响对于力学性能要求较高的工件，一般都需要进行热处理，以提高工件的综合力学性能。但由于淬火时奥氏体转变为马氏体时体积要膨胀，产生很大的组织应力，再加上快冷引起的热应力形成很大的内应力，致使工件淬火时产生变形，甚至开裂。对于易变形弹性薄片零件来说，由于刚度较弱，其变形更大。而要提高零件加工精度，则必须减少热处理变形。3 保证和提高薄片零件加工精度的措施3.1 正确装夹薄片零件(1) 垫弹性垫片装夹方式在平面磨床上磨削上述薄片工件时，采用弹性夹紧机构，使薄片工件在自由状态下实现定位与夹紧。在工件与磁性工作台之间垫一层 0.5mm 厚的橡胶，当工件受磁性吸引力作用时，橡胶被压缩，弹性变形小，从而可磨削出工件的平直平面。反复磨削几次，可满足加工精度要求。(2) 用临时性加强薄片工件刚性装夹方式采用环氧树脂脂结合剂，将薄片工件在自由状态下粘到一块平板上。平板连同薄片一起放到磁力吸盘上。磨平薄片工件的一个平面后，再将薄片工件从平板上取下来，以磨平的一面放到磁力吸盘上，再磨削薄片工件的另一个平面。由于环氧树脂在未硬化之前具有一定的流动性，它可以填平薄片工件与平板之间的间隙。当环氧树脂硬化后，工件与平板粘结在一起，成为一个整体，从而大大增加了工件的刚性。在磁力吸引下，薄片工件不会产生夹紧变形，为磨削出平直平面创造了条件。也可用厚油脂代替环氧树脂填充薄片工件与磁力吸盘之间的间隙，增强工件的刚性，同样可以收到良好的效果。(3) 机械装夹方式利用平面磨床附件中的平口钳将薄片工件借助磁性工作台把小型平口钳吸住。由于平口钳有一定的高度，因此，钳口受到的磁力较小。采用吃刀量逐渐减少的办法磨平薄机械设计制造及其自动化专业本科毕业论文第 6 页 共 13 页片工件的一个平面后取下，这时把已磨好的平面放到磁性工作台上，在进行磨削薄片工件的另一个平面，反复磨削几次，两平面的平面度能达到要求。(4) 真空装夹方式利用大气的压力装夹薄片工件来进行磨削加工。其工作原理为：夹具体上设有橡胶密封圈，把薄片工件放在橡胶密封圈上，从而使工件与夹具体之间形成密封腔。用真空泵将密封腔内的空气从抽气孔那里抽出，这时工件被夹紧。由于夹紧力较小，可采用圆周磨削方法进行磨削加工。当磨削好薄片工件一端平面后，磨削薄片工件的另一端平面时，可采用上述方法进行，同样可以得到满意的结果。3.2 减小加工热变形的措施(1) 使机床的热变形方向尽量不要位于误差敏感方向，如车床主轴的热变形方向最好不要在水平面方向。(2) 进行热变形补偿。对于数控机床的热变形,补偿方法主要有两种：在精度要求不高的情况下，可利用预置补偿的方法来进行，通过直接测量出的热变形数值或通过其他方法(如离线建模等)，找出热变形与工艺参数、时间参数的关系模型, 得到其变形的变化规律，然后编程并按此规律进行误差补偿；精度要求较高时, 可采用实时测量补偿系统进行补偿，该方法通过一定的实时测量系统和误差模型快速实时地得到补偿值，实现实时误差补偿。(3) 隔离热源和强制冷却。隔离热源可以从根本上减小机床的热变形，凡是可能从机床分离出去的热源如电动机、变速箱、液压系统、冷却系统等均应移出，使之成为独立单元。对于不能分离的热源可从结构和润滑方面改善其性能、减少发热。同时可用防热材料将发热部件和机床大件隔离开来。(4) 合理安排工艺路线 ，粗、精加工分开。(5) 正确选择刀具。减少直接作用于工件上的外力，是减少工件变形，提高加工精度的有效措施。增加刀具的主偏角和副偏角，可以减少切削力对工件表面法向方向的作用， 从而可以有效地减少工件的变形。实验表明，刀刃锋锐度不同，切削力有明显差别。切削深度较小时，差别更明显。当切削深度小到一定值时，单位切削力急剧增加。这是因为超精密切削时，切削深度和进给量都很小，刃口半径r的不同将明显影响变形。r值增大将使切削变形明显加大。在切削深度很小时，刃口半径造成的切削变形占总变机械设计制造及其自动化专业本科毕业论文第 7 页 共 13 页形的很大比例，r值微小变化将使切削变形产生很大的变化。所以在切削深度很小的精切时，更应采用r值较小的切削刀具。(6) 正确选择砂轮。砂轮的选择好坏直接会影响到零件的加工精度，所以在选择砂轮时要综合考虑各个方面的因素。(7) 合理选择切削液。在磨削过程中，由于切削热会引起零件的热变形，所以要充分利用切削液, 降低切削区的温度减少传入工件的热量, 从而减小工件加工后产生的热变形。同时切削液有润滑作用，也能降低零件的表面粗糙度Ra 值，提高零件的表面质量。根据实践经验，选择适用于不锈钢、合金钢等难加工材料的极压切削油，它具有良好的极压润滑效果，可有效地降低零件表面粗糙度值和延长刀具寿命。(8) 控制环境温度。精密机床应安装在恒温室内 , 恒温精度一般控制在1以内，精密级为0.5 。恒温基数按季节调节，春秋季取 20，冬季取17。3.3 减小热处理变形的措施(1) 合理设计零件结构。设计零件时应与工艺密切结合，注意工艺条件的限制，尽可能从零件结构上减少热处理变形。设计零件时选择材料应尽可能选用含碳量高或含合金元素高的钢，因为一般含碳量越高、合金元素含量越高的钢，奥氏体转变为马氏体的终了温度越低，淬火后残余奥氏体越多，淬火时组织应力越小，因而变形也越小。且合金钢的淬透性好，一般采用油淬，工件在油中冷却，冷却速度较慢，热应力相对较小，故变形开裂倾向小。设计工件时，如果没有其它影响，应尽可能增加端面凸缘，以增加零件的刚度。(2) 回火时使用校型工装。工件淬火后必须立即回火，即将淬火后的零件再加热到低于奥氏体转变的临界温度，经保温一段时间后，冷却到室温。设计校型工装，将刚淬火的工件放入校型工装内固定校型，再放入炉中与工件一起回火并定型，这样可以很好地纠正工件淬火后的变形。经实验证实，外径为350mm ，厚度为3mm的弹性型面零件在热处理时采用校型工装，其变形量