齿轮减速箱的铸造加工过程控制及其检测-说明书

齿轮减速箱的铸造加工过程控制及其检测摘要：对齿轮减速箱铸造过程及其铸造过程中出现的问题从工艺和材料学进行分析，从而对整个过程进行控制；对毛坯齿轮减速箱加工过程中可能出现的各种精度问题进行分析，寻找原因；对成品齿轮减速箱进行检测对其质量进行控制。关键字：热处理、变形、误差、缺陷。前言：作为一个合格的QC不仅要对产品的质量进行控制，更要懂得产品出现问题时，问题出现在哪！饲料机齿轮减速箱的铸造加工过程控制及检测，从材料和工艺方向入手对产品进行质量控制！一、 铸造及加工过程控制：1.1原材料，模具，要求及注意事项：齿轮减速箱用的材料是灰铸铁，铸铁具有良好的减摩性，较强的吸收震动的能力而且灰口铸铁的铸造性能好，生产成本低，价格便宜！模具可以选择金属模或者木模，金属模在表面粗糙度，制造精度等方面均较高，但成本较贵，生产周期长！木模的生产成本，周期较短但制造精度，粗糙度都不及金属模，且保存要求较高。1.2铸造过程中出现的问题及相应的解决方法：1.2.1最小壁厚：为了防止金属溶液在未充满砂型前就凝固，铸件的壁厚不应小于表所给出的数值：铸件的最小壁厚（不小于）铸造方法铸件尺寸灰铸铁铸钢球墨铸铁可锻铸铁铝合金铜合金 砂型200x2005-686533-5200x200-500x5007-1010-1212846-8大于500x50015-2015-2061.2.2壁厚均匀铸件的壁厚不均匀时，各部分的冷却速度不一致，薄的部分冷却快，先凝固，厚的部分冷却慢，收缩时没有足够的金属溶液来补充，容易产生缩孔或产生裂纹，所以在设计铸件时，铸件的壁厚应尽量均匀或逐渐变化，为了保证铸件的强度，不能单纯增加某一结构的壁厚，而应采用加肋的办法来保证壁厚均匀，以使整个铸件的冷却速度一致。内、外壁厚与肋的厚度设计原则通常是：内壁厚度应小于外壁厚度，肋的厚度为壁厚的0.7-0.9倍。1.2.3起模斜度铸造时为能使模样顺利从砂型中拔出，模样一般沿起模方向要有一定的斜度，称为起模斜度。因此，铸造零件中非加工的内外表面保留有起模斜度，通常取1：10-1：20。1.2.4铸造圆角为了防止起模时尖锐处砂型脱落和浇铸时金属溶液冲坏砂型，以及铸造成型后尖锐处产生应力集中，避免产生裂纹，夹沙，缩孔等缺陷，铸造时砂型在转弯处要做成圆角。1.2.5毛坯制造中的残余应力残余应力是指外部载荷去除后，仍残留在工件内部的应力。零件中的残余应力往往处于一种很不稳定的相对平衡状态，在常温下特别是在外界某种因素的影响下很容易失去原有状态，使残余应力重新分布，零件产生相应的变形，从而破坏原有的精度。因此，必须采取措施消除残余应力对零件加工精度的影响。在铸、锻、焊及热处理等热加工过程中，由于工件各部分热胀冷缩不均匀以及金相组织转变时的体积变化，使毛坯内部产生了相当大的残余应力。毛坯的结构越复杂，厚度越不均匀，散热的条件差别越大，毛坯内部产生的残余应力也就越大。具有残余应力的毛坯，残余应力暂时处于相对平衡状态，变形使缓慢的，但当切除一层金属后，就打破了这种平衡，残余应力重新分布，工件就明显的出现变形。1.2.6减少或消除残余应力的措施1.2.6.1合理设计零件结构在机器零件的结构设计中，应尽量简化结构，增大零件的刚度，使壁厚均匀可减少残余应力的产生。1.2.6.2对工件进行热处理和时效处理例如：对铸，锻，焊接件进行退火或者回火，零件淬火后进行回火，对精度要求高的零件在粗加工后进行时效处理。 1.2.6.3合理安排工艺过程例如，粗，精加工分开在不同的工序中进行，使粗加工后有一定的时间让残余应力重新分布，以减少对精加工的影响。在加工大型工件时，粗、精加工往往在一个工序中来完成，这时应在粗加工后松开零件，让工件有自由变形的可能，然后用较小的加紧力加紧工件后进行精加工。1.3铸造结束后所需要做的表面处理，热处理，硬度所要达到的要求生产中退火和正火经常做为预先热处理工序，安排在铸造和锻造生产之后，切削加工之前。这样做一方面可以消除毛坯加工中带来的晶粒粗大和残余应力等内部缺陷；此外还可以调整刚才硬度，使工件易于切削加工。如果工件最终还需进行淬火，等热处理工序来调整性能，那么通过预先退火或正火处理，使晶粒细化、应力消除、组织均匀，可减轻淬火时变形与开裂的倾向，并易于获得良好的淬火组织。退火和正火除作为预先热处理工序外，在一些普通的铸件上还可作为最终热处理。 齿轮减速箱在铸造完成后，应进行去应力退火，主要来消除铸件的残余应力，如果这些应力不不予消除。将可能引起铸件在一定时间后或随后的切削加工中产生变形，如果应力过大还可能造成开裂。 去应力退火一般使将铸件随炉温缓慢加热到500-600，低于Ac1线，经保温后，随炉缓慢冷却至300-200以下出炉。 铸造完成后的毛坯，硬度应该在170-240HBS之间，毛坯表面应进行喷丸处理。1.4加工机床的选择机床应该选择数控机床，它不仅能提高产品质量，提高生产率，降低成本，还能极大的改善生产者的劳动条件。多年来已经使用的各类仿形机床部分的解决了中小批量小型零件的加工，但在更换零件时必须制造靠模和调整机床，这不但耗费了大量的手工劳动，增加了生产准备周期，而且靠模误差的影响使加工零件的精度很难达到较高的要求。数控机床的工作过程是将加工零件的几何信息和工艺信息进行数字化处理，即对所有的操作步骤（如机床的启动或停止、主轴的变速、工件的夹紧或松夹，刀具的选择和交换、切削液的开或者关等）和刀具与工件的相对位移，以及进给速度等都用数字化的代码表示。在加工前由编程人员按规定的代码将零件的图纸编制成程序，然后通过程序载体（如穿孔带、磁存储器和半导体存储器等）或手工直接输入（MDI）方式将数字信息送入数控系统的计算机中进行寄存、运算和处理，最后通过驱动电路由伺服装置控制机床实现自动加工。数控机床最大的特点时当改变加工零件时，原则上，只需要向数控系统输入新的加工程序，而不需要对机床进行人工的调整和直接的参与操作，就可以自动完成整个加工过程。 再者数控机床的加工精度高，由于数控机床是以数字的形式给出相应的脉冲指令进行加工，数控机床的脉冲当量（即每输出一个脉冲，数控机床各运动部分的位移量或角位移量）就自然的与精度保持了某种关系。按不同精度等级的数控机床要求，脉冲当量通常为0.01-0.0005mm/脉冲。由于数控机床的进给传动链的反向间隙和丝杠螺距误差均可以进行自动补偿，因此数控机床一般都具有较高的加工精度。长期的实践表明，一般中，小型数控机床（非精密型）的加工精度值约为脉冲当量的10倍，因此数控机床的加工精度通常为0.1-0.005mm.在一般情况下定位精度通常是加工精度的1/2-1/3,因此数控机床的重复定位精度通常为0.05-0.0025mm。而重复定位精度通常是定位精度的1/2-1/3，因此数控机床的重复定位精度通常为0.025-0.001mm。对于较大尺寸的零件加工的数控机床一般很注重定位精度，而对中，小型零件在考核加工尺寸的一致性时，一般更注重重复定位精度。从总体上说，由于数控机床的传动系统和机床结构具有很高的静、动刚度和热稳定性，机床本身的零部件具有很高的加工精度，特别是数控机床的自动加工方式避免了操作者认为的误差，因此在同一批加工零件的尺寸一致性非常好，加工质量稳定、产品合格率高。 1.5加工中工艺系统的几种受力变形及热变形引起的误差。1.5.1由机床、夹具、刀具和工件组成的工艺系统，在切削力、传动力、惯性力、夹紧力以及重力等的作用下，将产生相应的变形。这种变形将破坏切削刃和工件之间已调好的正确的位置关系，从而产生加工误差。另外还有几种力引起加工误差1.夹紧力引起的加工误差，被加工工件在庄稼过程中，由于刚度较低或着力点不当，都会引起工件的变形，造成加工误差。2.重力引起的加工误差，在工艺系统中由于零件的自重也会产生变形。3.惯性力引起的加工误差，在告诉切削时，如果工艺系统中由不平衡的告诉旋转的结构件存在，就会产生离心力。离心力在工件的每一转中不断变更方向，当不平衡质量的离心力大于切削力时，车床主轴轴颈和轴套内孔表面的接触点就会不停的变化，轴套孔的圆度误差将传给工件的回转轴心。1.5.2减少工艺系统力变形的措施减少工艺系统受力变形，是机械加工中保证产品质量和提高生产率的主要途径之一。根据生产实际情况，可采取以下几方面措施。1. 提高接触刚度一般部件的刚度都是接触刚度低于实际零件的刚度，所以提高接触刚度时提高工艺系统的刚度的关键。常用的方法是改善工艺系统主要零件接触面的配合质量，以提高配合表面的形状精度，减小表面粗糙度值，使实际接触面增加，从而有效的提高接触刚度。2. 提高工件的刚度在加工中，由于工件本身的刚度较低，主要措施是缩小切削力的作用点到支承之间的距离，以增大工件在切削时的刚度。3. 提高机床部件的刚度 采用转动导向支撑套，用加强杆和导向支承套提高部件的刚度。4. 合理装夹工件以减少夹紧变形1.5.3工艺系统的热变形在机械加工中，工艺系统在各种热源的影响下产生复杂的变形，破坏了工件与切削刃相对正确的位置，从而产生加工误差。据统计，在精密加工中，由于热变形引起的加工误差约占总加工误差的10%-70%。引起加工热变形的主要有以下几种：1.机床热变形引起的加工误差：机床受热源影响，各部分温升将发生变化，由于热源分布的不均匀和机床结构的复杂性，机床各部件将发生不同程度的热变形，破坏了机床原有的集合精度，从而降低了机床的加工精度。2.工件热变形引起的加工误差使工件产生变形的热源主要时切削热，然而对于精密件，外部热源也不可忽视。同时，不同的加工方法，不同的工件材料，结构和尺寸，工件的受热变形也不相同。3.刀具的热变形引起的加工误差刀具的热变形主要时切削热引起的，传给刀具的热量虽然不多，但由于刀具体积小，热容量小且热量又集中在切削部分，因此切削部分仍产生很高的温升。1.5.4减少和控制工艺系统热变形的主要途径1.机床热变形引起的加工误差：机床受热源影响，各部分温升将发生变化，由于热源分布的不均匀和机床结构的复杂性，机床各部件将发生不同程度的热变形，破坏了机床原有的集合精度，从而降低了机床的加工精度。 2.工件热变形引起的加工误差使工件产生变形的热源主要时切削热，然而对于精密件，外部热源也不可忽视。同时，不同的加工方法，不同的工件材料，结构和尺寸，工件的受热变形也不相同。 3.刀具的热变形引起的加工误差刀具的热变形主要时切削热引起的，传给刀具的热量虽然不多，但由于刀具体积小，热容量小且热量又集中在切削部分，因此切削部分仍产生很高的温升。1.5.5减少和控制工艺系统热变形的主要途径1. 减少热源的发热为了减少机床的热变形，凡是可能分离出去的热源，均应移出；对于不能分离出去的热源则可以从结构、润滑等方面改善其摩擦特性，减少发热。对于发热量大的热源，如果即不能从机床内移出，又不便隔热，则可采用有效的冷却措施。2. 用热补偿方法减少热变形单纯的减少温升有时不能收到满意的效果，可采用热补偿的方法使机床的温度场比较均匀，从而使机床产生不影响加工精度的均匀热变形。3. 采用合理的机床部件结构减少热变形的影响采用热对称结构，在变速箱中，将轴，轴承，传动齿轮尽量对称布置，可使箱壁温升均匀，从而减少箱体变形。4. 加速达到工艺系统的热平衡状态对于精密机床，特别是大型机床，达到热平衡的时间较长，为了缩短这个时间，可预先高速空运转机床，或设置控制热源，人为的给机床加热，使之较快的达到热平衡的状态，然后进行加工。5. 控制环境温度精密车床一般安装在恒温车间，其恒温精度一般控制在1以内，精密级为0.5.二、检测及问题的解决2.1 齿轮减速箱毛坯的检测方法，内容，所要达到的技术要求。硬度检测：在检测齿轮减速箱时，为了得到准确的数值须采用电子式和锤击式两种硬度记，特别注意若两种硬度计测得的偏差相差30HBS，必须重新测量，毛坯所需要达到的硬度要求为170-240HBS，若不在这个范围内即为不合格。在PDPVIEW图中标明的1，2，3，4的加工面位置测量硬度，首先将图中标明的4个位置用打磨片打磨平整，然后用抛光片进行抛光，这样做式因为电子式硬度计对测量面光洁要求较高，如果表面不平整，则容易影响硬度计测试头的回弹速度，导致测量硬度的不准确；然后用锤击式的在4个位置敲4个点，根据测试面的钢珠压痕直径和试条上的直径对照表格查出硬度即可。探伤：齿轮减速箱的探伤主要式渗透探伤，是为了检查齿轮减速箱表面有无明显的裂痕。在需要探伤的部位首先用清洗剂清洗干净，然后用白色的着色剂对测试面进行喷涂，再次用清洗剂清洗干净，约15分钟后用红色的显像剂喷涂，若在齿轮减速箱表面出现明显的红色裂纹，则说明存在质量问题。2.2成品齿轮减速箱的检测成品检测需要对上面铸造过程中出现的问题重点进行检测，特别要检查加工面上是否存在缺口，凹坑等问题。容易出现问题的地方在图上都已