文献翻译-轴加工工艺

轴加工工艺 摘要 ：轴类零件是机器中的主要零件之一，它通常被用于支撑传动件的传递扭矩。轴是旋转体零件，其长度大于直径。加工表面通常由内外圆柱面、圆锥面、螺纹、花键、横孔、沟槽等。 关键字 ：轴，精度，基准 轴类零件的技术要求： 以图所示的轴为例 (1)尺寸精度和形状精度 轴属于精度较高的零件，其轴颈的尺寸精度达 承轴颈的形状精度会直接影响轴的旋转精度，所以要求圆度 余表面的尺寸精度一般为 状精度低于支 承轴颈，或限制在尺寸公差范 围内。 (2)位置精度 保证配合轴颈相对支承轴颈的同轴度，是轴类零件位置精度的普遍要求。为便于检验，常采用圆跳动公差，它既包含被测要素与基准要素的位置误差，也包含被测要素本身的形状误差。 (3)表面粗糙度 支承轴颈和重要工作表面的粗糙度要求最高，达 m，配合轴颈和其他重要表面一般为 m。 轴类零件的材料、毛坯及热处理 (1)轴类零件的材料 一般轴类零件常用 45 钢，并根据不同的工作条件采用不同的热处理，以获得一定的强度、韧性、和耐磨性。 45 钢的缺点是淬透性较差，淬火后易形成较大的内应力。对于中等精度且转速较高的轴，可选用 40合金结构钢。这类钢淬火时拥有冷却，热处理后的内应力小，并且有良好的韧性。精度较高的轴，可选用轴承钢 弹簧钢 65，这类材料经调制和表面处理后，具有较高的耐磨性和疲劳强度；缺点是韧性较差。 (2)轴类零件的毛坯 轴类零件最常用的毛坯是圆棒料和锻件。采用圆棒料时，毛坯的准备工作简单，但只适用于截面差异不大及力学性能要求不高的轴。坯料在经过锻压后，金属的组织致密、均匀，并且形成沿表面呈流线型的内部纤维组 织，能有效提高零件的多向力学性能。对于中、小批量生产或结构不太复杂的轴，一般都采用自由锻造。大批量生产时，采用模型锻造机和提高生产率，又可大大减少加工余量，以节省材料和减少后续加工。但当工件尺寸和质量较大时，由于模锻设备的局限性而无法采用模锻，所以大型且结构复杂的轴，其毛坯制造存在一些难题。若采用锻造，则强度和韧性不足。 (3)轴类零件的热处理 轴类零件的热处理取决于轴的材料、毛坯形式、性能和精度要求等。轴的锻造毛坯在机械加工之前，均需进行正火或退火（高碳钢和高碳合金钢）处理，以使钢的晶粒细化（球化）， 消除锻造后的内应力。降低毛坯的硬度，改善切削加工性能。 调制是轴类零件最常用的热处理工艺，调质即可获得良好的综合力学性能，又作为后续将近行的各种表面热处理的预备热处理。调质处理一般安排在粗加工后、精加工之前。一方面为消除粗加工所产生的残余内应力，产生的变形可由后续的半精加工、精加工切除；另一方面经调质后的工件硬度比较适合于半精加工。对于加工余量很小的轴，调质也可安排在粗加工之前。 局部淬火、表面淬火、及渗碳淬火的热处理一般安排在半精加工之后、精加工之前。淬硬后的工作便面不宜用刀具进行切削，而要由磨削来达 到最终要求的尺寸精度和表面粗糙度，并可纠正经淬火后产生的少量变形。对于精度较高的轴，在局部淬火或粗磨后，为了保持加工后尺寸的稳定，需进行低温时效处理，以消除磨削所产生的内应力、淬火内应力和继续产生内应力的残余奥氏体。 轴的加工工艺分析 1)主轴的加工工艺过程 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 3 热处理 退火 4 锯头 保持总长 386 5 铣钻 同时铣两端面、钻两端中 心孔（外圆柱定位 ） 专用机床 6 粗车 车各外圆（中心孔定位） 卧式车床 7 热处理 调质 8 精车 车各外圆（中心孔定位） 数控车床 9 铣 铣键槽 外圆定位 立式铣床 10 磨外圆 磨各外圆柱面至尺寸（中 心孔定位） 外圆磨床 11 检验 2)工艺过程分析 (1)加工阶段的划分 从上表观察轴的整个加工工艺过程，可分为四个阶段：工序 1 4 为毛坯准备阶段； 5 7 为粗加工阶段； 8 9 为半精加工阶段；最后是精加工阶段。 (2)定位基准的选择与转换 轴类零件的定位基准，最常用的是两中心孔。因为轴类零件各外圆表面、锥孔、螺纹表面的同轴度，以及端面对 回转轴线的垂直度，均与主轴的轴线有关，若以两中心孔定位，就能符合基准统一的原则，能够最大限度地在一次装夹中加工多出表面。因此，只要有可能，总是尽量采用中心孔作为定位基准。 (3)加工顺序的安排 在安排轴的加工工序时，总体上，已外圆和锥孔作为主要表面，按各加工价段“先粗后精”，逐步达到零件所要求的精度。 “基准先行”原则。首道机械加工工序是加工中心孔，为粗车工序准备好基准；在以后的工序中，一个工序的加工内容与下一工序的基准一环扣一环，协调安排。 先大端后小端。安排外圆各表面的加工工序时，一般先加工大端 外圆，再加工小端外圆，则会在加工一开始就降低工件的刚度。 次要表面加工安排。轴上的键槽、花键、螺纹、横向小孔等虽然都属于次要表面，但这些表面往往与轴外圆有一定的位置公差要求，需要较精确的精基准，所以一般都安排在外圆的精车或粗磨之后加工。这是因为如果在精车前就铣出键槽和钻出横孔，精车时因断续切削而产生振动，既影响加工质量，又容易损坏刀具。另一方面，键槽的深度也难以控制。但是这些加工也不宜放在主要表面精磨之后，以免破坏主要表面已获得的深度。 附录 2 快速原型技术及在模具制造中的应用 摘要 ： 论述了快速原型 技术的工艺原理、加工特点、形成与发展概况以及在模具制造中的应用，指出该项技术可构成一种应用范围十分广泛、新颖的加工体系，市场前景广阔。 关键词 ： 快速原型技术 模具制造 产品开发 快速原型技术是一种涉及多学科的新型综合制造技术。 80 年代后，随着计算机辅助设计的应用，产品造型和设计能力得到极大提高，然而在产品设计完成后，批量生产前，必须制出样品以表达设计构想，快速获取产品设计的反馈信息，并对产品设计的可行性作出评估、论证。在市场竞争日趋激烈的今天，时间就是效益。为了提高产品市场竞争力，从产品开发到批量投产的整个 过程都迫切要求降低成本和提高速度。快速原型技术的出现，为这一问题的解决提供了有效途径，倍受国内外重视。 1 快速原型技术的基本原理 快速原型技术是用离散分层的原理制作产品原型的总称，其原理为：产品三维 型 分层离散 按离散后的平面几何信息逐层加工堆积原材料 生成实体模型 。 该技术集计算机技术、激光加工技术、新型材料技术于一体，依靠 件，在计算机中建立三维实体模型，并将其切分成一系列平面几何信息，以此控制激光束的扫描方向和速度，采用粘结、熔结、聚合或化学反应等手段逐层有选择地加工原材料，从而快 速堆积制作出产品实体模型。 2 快速原型技术的加工特点 快速原型技术突破了 “ 毛坯 切削加工 成品 ” 的传统的零件加工模式，开创了不用刀具制作零件的先河，是一种前所未有的薄层迭加的加工方法。与传统的切削加工方法相比，快速原型加工具有以下优点： (1)可迅速制造出自由曲面和更为复杂形态的零件，如零件中的凹槽、凸肩和空心部分等，大大降低了新产品的开发成本和开发周期。 (2)属非接触加工，不需要机床切削加工所必需的刀具和夹具，无刀具磨损和切削力影响。 (3)无振动、噪声和切削废料。 (4)可实现夜间完全自 动化生产。 (5)加工效率高，能快速制作出产品实体模型及模具。 下表为快速原型技术与传统切削方法的比较。 快速原型技术与传统切削方法比较表 3 快速原型技术的发展 快速原型技术概念即 念的提出可追朔到 1979 年，日本东京大学生产技术研究所的中川威雄教授发明了叠层模型造型法， 1980 年小玉秀男又提出了光造型法，该设想提出后，由丸谷洋二于 1984年继续研究，并于 1987 年进行产品试 制。 1988 年，美国 3D 司率先推出快速原型实用装置 激光立体造型即 并以年销售增长率为 30% 40%的增幅在世界市场出售。近年来，随着扫描振镜性能的提高，以及材料科学和计算机技术的发展，快速原型技术已日趋成熟，并于 1994 年正式进入推广普及阶段。 按照所用材料的形态与种类不同，快速原型技术目前有以下四种类型。 用激光固化树脂材料的光造型法 光造型装置一直以美国 3D 司的 产品独占鳌头，并 形成垄断市场。其工作原理如图 1 所示。由激光器发出的紫外光，经光学系统汇集成一支细光束，该光束在计算机控制下，有选择的扫描液激光器扫描镜升降装置容器光敏树脂体光敏树脂表面，利用光敏树脂遇紫外光凝固的机理，一层一层固化光敏树脂，每固化一层后，工作台下降一精确距离，并按新一层表面几何信息使激光扫描器对液面进行扫描，使新一层树脂固化并紧紧粘在前一层已固化的树脂上，如此反复，直至制作生成一零件实体模型。激光立体造型制造精度目前可达主要用作为产品提供样品和实验模型。此外，日本帝人制机开发的直接制作注射成型模具和真空注塑模具 图 1 立体光造型技术原理图 张叠层造型法 纸张叠层造型法目前以 司开发的 置应用最广。该装置采用专用滚筒纸，由加热辊筒使纸张加热联接，然后用激光将纸切断，待加热辊筒自动离开后，再由激光将纸张裁切成层面要求形状，如图 2 所示。 图 2 纸张叠层造型原理图 制作一些光造型法难以制作的大型零件和厚壁样件，且 制作成本低廉（约为光造型法的 1/2）、速度高（约为木模制作时间的 1/5 以下），并可简便地分析设计构思和功能。 融造型法 熔融造型法以美国 司开发的产品 用最为广泛。工作时，直接由计算机控制喷头挤出热塑材料并按照层面几何信息逐层由下而上制作出实体模型。 术的最大特点是速度快（一般模型仅需几小时即可成型）、无污染，在原型开发和精铸蜡模等方面得到广泛应用。 可塑造型法 热可塑造型法以 司开发的选 择性激光烧结即 用较多。该方法是用 光熔融烧结树脂粉末的方式制作样件。工作时，由 光器发出的光束在计算机控制下，根据几何形体各层横截面的几何信息对材料粉末进行扫描，激光扫描处粉末熔化并凝固在一起。然后，铺上一层新粉末，再用激光扫描烧结，如此反复，直至制成所需样件。如图 3 所示。 图 3 选择性激光烧结原理图 术造型速度快（一般制品，仅需 1 天 2 天即可完成）、造型精度高（每层粉末最小厚度约 光动态精度可达 m,并具有自动激光补偿功能）、原型强度高（聚碳酸脂其弯曲强度可达 龙可达 55因此，可用原型进行功能试验和装配模拟，以获取最佳曲面和观察配合状况。 在快速原型技术的开发应用方面，美国和日本走在前列。近年来，我国快速原型技术的发展已十分迅速。华中理工大学在 1994 年开发研制成功两种快速成型系统样机 前已进入商品市场，广泛应用于汽车、玩具、航空航天、造船、军工等行业。 4 快速原型技术在模具制造中的应用 速制模铸造 将需铸零件的 型转换为快速模壳制造 ，按模壳每层截面的几何形状生成陶瓷模壳然后按快速熔模铸造方法即可快速制造金属零件。此外，可将快速原型技术制作生成的样件作为铸造模具的原模，实现零件的快速铸造，其过程为：零件 维设计 计算流体动力学分析（ 型制造 熔模铸造金属零件。 速模具制造 传统的模具制造方法周期长、成本高，一套简单的塑料注塑模具其价值也在10 万元以上。设计上的任何失误反映到模具上都会造成不可挽回的损失。快速原型技术可精确制作模具的型心和型腔，也可直接用于注射过程制作塑料样件，以便发现和纠正出现的错误。 美国爱达荷国家工程与环境试验中心采用快速凝固工艺即 术实现了注塑模具的快速经济制造。该方法采用快速原型技术制作的样件作为母体样板，通过喷涂到母体样板的金属或合金熔滴的沉积制造模具。其工艺过程为：熔融的工具钢或其它合金被压入喷嘴，雾状熔滴，喷向并沉积到母体样板上，复制出母样的表面结构形状，借助脱模剂使沉积形成的钢制模具与母样分离，即可制出所需模具。 母样使用的材料取决于喷涂其上的合金材料。对于喷涂工具钢来说，可选用陶瓷材料，类似材料还有铝氧粉和氧化 锆可供选择。该方法制作精度高（喷涂工具钢时最小表面涂层可达 造精度可达 、时间短（普通模具一周之内即可成型）、造价低（一般为传统模具制造费用的 1/2 1/10）。 速铸造模具 以聚碳酸脂为材料，用 在母体表面制出陶瓷壳型，焙烧后用铝或工具钢在壳内进行铸造，即得到模具的型心和型腔。该方法制作周期不超过 4周，制造的模具可生产 250000个塑料制品。 5 结论 综上所述， 以预见，随着 场竞争日趋激烈、快速造型技术本身和快速模具制造成套技术的完善，快速成形技术将发展为一种能被企业普遍采用的技术手段，并将给企业带来巨大的经济效益，这应引起各方面的高度重视。 英文： in By of of of in a of a of is of is a of 980s, of a be to of to in is To of to of to an to at 1. P is of AD to is to up of AD in D is a of to or of 2. to to to , of is an to (1)of as of of (2)Is a is (3)to (4)(5)of he to to P(he of o he of he of to s is 00 ms of he of he of P to . P P (be 979. in of u 980, it to 984 u on to on a 987. 1988, D to 0%40% in In of 994 to to In in of he is a of D of of