典型机械零件加工工艺PPT课件.ppt

1,第五章典型汽车零件的机械加工工艺,5-1齿轮制造工艺5-2连杆制造工艺5-3曲轴制造工艺,.,2,汽车齿轮按照其结构特点分为五类：类单联齿轮，孔的长径比L/D1。类多联齿轮，孔的长径比L/D1。这两种齿轮亦称为筒形齿轮，内孔为光孔、键槽孔或花键孔。,5-1齿轮制造工艺,一、齿轮的结构特点,3,类盘形齿轮，具有轮毂，孔的长径比L/D1。类齿圈，没有轮毂，孔的长径比L/D1齿轮的定位,15,应先以端面为主要定位基面加工内孔和端面，并在一次装中完成，以保证其垂直度。再以加工后的内孔和端面作为组合定位基面加工外圆和另一端面。加工齿面时应采用内孔及端面定位。,五、齿轮机械加工的定位基准,5-1齿轮制造工艺,齿轮孔长径比L/D1的盘形齿轮的定位,16,当加工轴的外圆表面、外螺纹、圆柱齿轮齿面和花键时，常选择轴两端的中心孔作为定位基准，把工件安装在机床的前、后（或上、下）两顶尖之间进行加工。如以工件两端中心孔定位不方便或安装刚度不足时，常用磨削过的两轴颈定位，装夹在精密的弹性夹头中进行加工。,五、齿轮机械加工的定位基准,5-1齿轮制造工艺,17,三阶段：齿坯加工轮齿齿面加工热处理后的精加工。齿坯加工主要是为轮齿齿面加工准备好定位基准（基面）。轮齿齿面的加工方案主要取决于齿轮的精度等级，同时考虑到齿轮的结构特点、生产类型及热处理方法等。钢制齿轮的淬火工序，主要是使齿面具有较高的硬度。而心部要保持一定的韧性。,六、齿轮主要加工表面的工序安排,5-1齿轮制造工艺,18,汽车齿轮机械加工的工艺过程1.定位基面（齿轮内孔及端面或齿轮轴端面及中心孔）的加工；2.外表面及其他表面的加工；3.轮齿齿面的粗、精加工；4.热处理；5.修复定位基面及精加工装配基准（内孔及端面、轴颈、花键等）；6.轮齿齿面进行热处理后的精加工。主要工序后，对工件进行清洗、中间检验及最终检验。,六、齿轮主要加工表面的工序安排,5-1齿轮制造工艺,19,六、齿轮主要加工表面的工序安排,5-1齿轮制造工艺,1.齿坯加工带孔圆柱齿轮的齿坯加工，可在单轴、双轴或多轴数控机床上进行。齿轮轴的定位基准是两端中心孔。钻中心孔前一般先加工轴的两端面，以防因锻件端面不平整使中心孔钻偏或折断中心钻头。,齿坯加工方案的选择取决于齿轮的轮体结构和生产类型：,大批量生产的齿坯加工：钻拉多车刀以毛坯外圆及端面定位进行钻孔或者扩孔；拉孔；以孔定位在多刀半自动车床上粗、精外圆、端面及倒角；成批生产齿坯加工：车拉车以毛坯外圆或轮毂定位，粗车外圆、端面和内孔；以端面支承拉孔；以孔定位精车外圆及端面等；,20,六、齿轮主要加工表面的工序安排,5-1齿轮制造工艺,1.齿坯加工,双面铣端面、钻中心孔,采用双工位专用机床夹具在专用机床上先加工好，如图所示。,21,六、齿轮主要加工表面的工序安排,5-1齿轮制造工艺,2.齿形加工加工方法：成形法和展成法；加工方案：取决于齿轮的精度等级、结构形状、生产类型和齿轮的热处理方法及生产工厂的现有条件；,（1）8级精度以下齿轮调质处理的齿轮用滚齿或插齿就能满足要求；对于已经淬硬齿轮采用：滚齿剃齿齿端加工淬火校正孔；（2)67级精度齿轮淬硬齿轮采用：滚齿齿端加工淬火校正基准磨齿；（3）5级精度以上一般采用滚齿精滚齿淬火校正基准粗磨齿精磨齿,22,六、齿轮主要加工表面的工序安排,5-1齿轮制造工艺,2.齿形加工对于齿圈或盘形圆柱齿轮的齿形加工，采用展成法在滚齿机或插齿机上利用齿轮滚刀或齿轮插刀的相对运动进行切削加工，如图所示。,23,六、齿轮主要加工表面的工序安排,5-1齿轮制造工艺,2.齿形加工对于多联齿轮，当两齿轮间距足够大时，采用在滚齿机上滚切加工；当两齿轮间距较小或为内齿时，在插齿机上进行插削加工，如图所示。,24,六、齿轮主要加工表面的工序安排,5-1齿轮制造工艺,2.齿形加工齿端加工，其内容有倒圆、倒棱和去毛刺等，其目的是使齿轮沿轴向移动时容易进入啮合状态。一般在齿轮倒角机进行加工，如图所示。,25,六、齿轮主要加工表面的工序安排,5-1齿轮制造工艺,3.齿端倒角加工（1）去掉齿端锐角齿轮，特别是斜齿轮的齿端锐角部分g的强度很低，齿面经过淬火很脆，工作中锐角容易折断，断片会破坏齿轮箱内的零件，故必须预先把锐角去除。（2）滑动变速齿轮齿端倒圆角变速器齿轮换挡时，为了容易啮合，其齿端要有圆角。（3）修磨基准孔和端面作为齿轮定位基面的内孔和端面，淬火后其形状和尺寸都有定变化，轮齿的相对位置也有新的误差。,26,六、齿轮主要加工表面的工序安排,5-1齿轮制造工艺,3.齿端倒角加工,斜齿轮倒锐角简图,27,换挡齿轮齿端铣圆角,六、齿轮主要加工表面的工序安排,5-1齿轮制造工艺,3.齿端倒角加工,28,大量生产汽车第一速及倒车齿轮的工艺过程,六、齿轮主要加工表面的工序安排,5-1齿轮制造工艺,29,成批生产汽车第一速及倒车齿轮的工艺过程,六、齿轮主要加工表面的工序安排,5-1齿轮制造工艺,数控机床加工齿轮,30,连杆是连接活塞与曲轴的动力功能件。连杆小头通过活塞销与活塞相连，连杆大头与曲轴的连杆轴颈相连，并把活塞承受的气体压力传送给曲轴，是活塞的往复运动转变成曲轴的旋转运动。,5-2连杆制造工艺,一、连杆的结构特点,31,通常按对口面（又称结合面）的结构形式分为两类：平切口对口面与连杆杆身轴线垂直，通常用于汽油机；斜切口对口面与连杆杆身轴线成一定的夹角，通常用于柴油机；,5-2连杆制造工艺,一、连杆的结构特点,32,东风商用车发动机厂生产连杆,5-2连杆制造工艺,一、连杆的结构特点,33,5-2连杆制造工艺,二、连杆的工艺性分析,1.连杆盖和连杆体的连接方式,a）螺栓定位连接b）套筒定位连接c）齿形定位连接d）凸肩定位连接,34,5-2连杆制造工艺,2.连杆大、小头的厚度,二、连杆的工艺性分析,35,5-2连杆制造工艺,3.连杆杆身的润滑油孔,一般为48mm的深孔，润滑油从连杆大头内沿杆身油孔通向小头衬套孔。由于深孔加工困难，有些连杆以阶梯孔代替小直径通孔，从而改善了工艺性。小头及衬套上钻小孔或开槽，因而避免了深孔加工。,两种润滑连杆小头孔的结构,二、连杆的工艺性分析,36,5-2连杆制造工艺,三、连杆的主要技术要求,37,（1）连杆小头孔的尺寸公差不低于IT7，表面粗糙度Ra值不大于0.80m，圆柱度公差等级不低于7级。（2）连杆大头孔的尺寸公差与所用轴瓦的种类有关。（3）连杆小头孔及小头衬套孔轴线对连杆大头孔轴线的平行度：在大、小头孔轴线所决定的平面的平行方向上，平行度公差值应不大于100：0.03；垂直于上述平面的方向上，平行度公差值应不大于100：0.06。（4）为了保证发动机运转平稳对于连杆的重量及装在同一台发动机中的连杆重量差都有要求。,5-2连杆制造工艺,三、连杆的主要技术要求,38,发动机连杆材料，一般采用45钢或45Cr、35CrMo，并经调质处理，以提高其强度及抗冲击能力。也有采用非调质钢如35MnVS，或采用55钢或球墨铸铁制造连杆的。使用非调质钢制造连杆可免去调质工艺，节约了工时和能源。钢制连杆一般采用锻造方法制造毛坯。大批大量生产中采用模锻。一般分为初锻和终锻。有的连杆采用辊锻-模锻工艺，其工艺过程为：辊段制坯热模锻（预锻、终锻）切边、冲孔。20世纪80年代以后，大批量生产的连杆采用粉末冶金锻造法在汽车发动机上相继使用。粉末冶金锻造连杆的特点是力学性能优良，尺寸精度高，质量较轻及质量偏差很小等。,5-2连杆制造工艺,四、连杆的材料与毛坯,39,连杆毛坯主要有两种类型：连杆体与连杆盖合在一起的整体式锻件连杆体、连杆盖分开的分开式锻件。分开锻造的连杆，金属纤维是连续的，因此具有较高的强度。整体锻造的连杆要增加切断连杆的工序，切断后连杆盖的纤维是断裂的，因而削弱了强度。但整体式连杆因为具有节材节能、锻造工艺简单且节省锻造模具以及接合面机械加工量小等特点而被广泛采用。,5-2连杆制造工艺,四、连杆的材料与毛坯,40,5-2连杆制造工艺,五、连杆机械加工的定位基准,连杆结构工艺特点：外形复杂，不易定位；大、小头由细长的杆身连接，刚度差，容易变形；尺寸、形状和位置公差要求很严格，表面粗糙度值小，给加工带来许多困难。为区分非定位端面的杆身和连杆盖上各锻造出一个凸点，作为标记。,不同工艺凸台的连杆结构,41,有些连杆在大、小头侧面有三个或者四个中心孔作为辅助基准，该定位方法，不仅可以是加工过程基准不变，而且还可以实现大、小头同时加工。,5-2连杆制造工艺,五、连杆机械加工的定位基准,42,连杆为刚性较差工件，选择夹紧过程中要注意夹紧力的大小、方向及着力点位置的选择，以免受夹紧力作用而产生变形，降低加工精度。,5-2连杆制造工艺,五、连杆机械加工的定位基准,43,连杆的主要加工表面为大头孔、小头孔、端面、连杆盖与连杆体的接合面以及连杆螺栓孔；次要加工表面为油孔、锁口槽等；辅助基准为工艺凸台或中心孔。非机械加工技术要求有探伤和称重、去重。还有检验、清洗、去毛刺等工序。,5-2连杆制造工艺,六、连杆主要加工表面的工序安排,连杆大、小头两端面加工：采用粗铣粗磨精磨或粗磨半精磨精磨等加工工艺方案。连杆小头底孔的加工：一般采用钻孔拉孔镗孔或钻孔扩孔铰孔等加工工艺方案；压入青铜衬套后，多以金刚镗（细镗）衬套内孔作为最后加工。,44,连杆大头的加工，一般采用粗镗半精镗精镗珩磨工艺方案。连杆螺栓孔一般采用钻孔扩孔铰孔加工。根据连杆的结构特点及机械加工要求，各表面的加工顺序大致如下：加工大、小头端面加工定位基准孔（大、小头孔）和工艺凸台粗、半精加工主要表面（包括大头孔、结合面及螺栓孔等）把连杆盖和连杆体装配在一起，精加工连杆总成，校正连杆质量对大、小头孔进行精加工和精整、光整加工。,5-2连杆制造工艺,六、连杆主要加工表面的工序安排,45,5-2连杆制造工艺,六、连杆主要加工表面的工序安排,46,1.连杆大、小头端面的加工连杆大、小头端面的加工是连杆机械加工中的主要定位基准，应首先加工出该平面。成批生产时多采用铣削加工。可在立式组合铣床或立式圆工作台平面铣床上用硬质合金可转位面铣刀进行铣削加工。在立式圆工作台平面铣床上加工时，因为连续转动的圆形工作台上可安装多套铣床夹具，铣削是连续的，装夹工件和铣削加工又是同时进行的，故生产率较高。但铣削时铣刀切削是间断的，易发生振动，对加工质量有一定影响。,5-2连杆制造工艺,七、连杆主要表面的机械加工,47,大批量生产时因连杆毛坯精度高，加工余量较小，故多采用端面磨削方法直接磨削连杆大、小头端面。连杆大、小头端面的磨削加工方式有两种：在立轴多砂轮圆形工作台平面磨床上磨削。,立式五轴圆形工作台平面磨床磨削连杆大、小头端面示意图,5-2连杆制造工艺,七、连杆主要表面的机械加工,1.连杆大、小头端面的加工,48,磨削过程分两个工步进行：第一工步是以无凸点标记的一侧端面（非定位基准面）作为定位基准，加工有凸点标记一侧的端面；第二工步将连杆翻转180，以有凸点标记一侧端面定位，加工无凸点标记的一侧端面。磨削时圆形工作台连续回转，被加工连杆随工作台回转两周，经一次翻转，完成大、小头两端面的磨削。因圆形工作台上装有多套磨床夹具，并且磨削加工与装卸工件时间重合，所以生产率很高。,5-2连杆制造工艺,七、连杆主要表面的机械加工,1.连杆大、小头端面的加工,49,卧式对置双砂轮同时磨削连杆大、小头两端面的示意图,大批量生产时因连杆毛坯精度高，加工余量较小，故多采用端面磨削方法直接磨削连杆大、小头端面。连杆大、小头端面的磨削加工方式有两种：在卧式对置双砂轮平面磨床上同时磨削,5-2连杆制造工艺,七、连杆主要表面的机械加工,1.连杆大、小头端面的加工,50,辅助基准主要指连杆上的工艺凸台和连杆侧面。其它平面指连杆盖与连杆体的接合面以及连杆盖、连杆体与螺栓头、螺母的支承面等。这些表面常用铣削或拉削加工，接合面精加工常用磨削。拉削方式有两种：双滑枕立式外拉床拉削；卧式连续式拉床拉削。在立式外拉床上拉削时，为提高生产率和保证各加工表面的位置精度，常将几个表面组合起来同时进行拉削。,5-2连杆制造工艺,七、连杆主要表面的机械加工,2.连杆辅助基准及其它平面的加工,51,同时拉削连杆体各表面的组合方式,根据连杆结构不同，有不同的组合加工方式。每种方式都由两个工步完成。加工上述表面时，是以小头孔、连杆体大小头端面和大头外形表面定位。,5-2连杆制造工艺,七、连杆主要表面的机械加工,2.连杆辅助基准及其它平面的加工,52,卧式连续拉床示意图,5-2连杆制造工艺,七、连杆主要表面的机械加工,2.连杆辅助基准及其它平面的加工,53,连杆端面加工后，接着进行小头孔的粗加工和精加工，使孔的精度达到H7级，以满足作为定位基准的需要。如毛坯孔已冲出，则以扩孔作为粗加工。尺寸小的连杆毛坯没有预制孔，则需先钻孔、扩孔，再铰孔或拉孔。小批生产时，用立式钻床在一个工序中完成钻、扩、铰孔。加工时，用小头非加工外圆定位以保证孔的壁厚均匀。成批生产时，用转台式多工位组合机床完成小头孔的钻或扩孔、铰孔或镗孔及孔口倒角。大量生产时，用钻(或扩)、拉完成小头孔的粗加工和半精加工。生产率高，且精度易保证。,（1）连杆大、小头孔的粗加工和半精加工,5-2连杆制造工艺,七、连杆主要表面的机械加工,3.连杆大、小头孔的加工,54,对整体式连杆毛坯，大头孔的粗加工，可在切开连杆盖前或在切断连杆盖后进行。若在切断前进行加工，要通过偏心扩孔或偏心镗孔加工出椭圆孔。故多数情况下，大头孔是在切断连杆盖后，并和连杆体合并在一起进行加工。生产量较大时，用多轴镗头和多工位夹具或多工位机床进行加工。大量生产时，可在连杆盖切断后，在连续式拉床上拉削大头侧面、半圆孔和结合面等一起组合拉削；或在几台连续式拉床上分别拉削大头侧面、螺栓头及螺母的支承面，切断连杆盖和拉削连杆盖，连杆体的结合面、半圆孔。,（1）连杆大、小头孔的粗加工和半精加工,5-2连杆制造工艺,七、连杆主要表面的机械加工,3.连杆大、小头孔的加工,55,连杆大头孔精加工和精整、光整加工是在连杆体和连杆盖组装后进行的；而小头孔因为在组装前已加工到一定的尺寸精度，故组装后直接进行精加工。一般小头底孔和衬套孔采用金钢镗（细镗），大头孔多采用金钢镗（细镗）及珩磨加工。也有的连杆小头底孔拉削后，不再进行金刚孔，仅金刚镗大头孔；有的连杆小头底孔、大头孔均经珩磨；有的连杆直接利用双轴精密镗床对大、小头孔进行精加工。,（2）连杆大、小头孔的精加工和精整、光整加工,5-2连杆制造工艺,七、连杆主要表面的机械加工,3.连杆大、小头孔的加工,56,连杆大、小头孔的精加工一般有两种方案：（1）大、小头孔同时加工大、小头孔同时在专用的卧式双轴金钢镗床或精度镗床上进行加工。加工时连杆以大小头端面、小头孔和大头侧面定位，小头孔内的定位销在工件夹紧后抽出，即可同时对大、小头孔进行加工。近年来，在加工中心上同时半精镗、精镗连杆大、小头孔的方法应用越来越广泛。（2）大、小头孔分别加工其加工质量在很大程度上取决于镗床夹具的制造精度和定位的准确性。与大、小头孔同时加工相比，该方法机床和夹具的调整较容易；由于是单孔加工，产生的切削力小，引起的工艺系统的振动较小。但易引起较大误差。,（2）连杆大、小头孔的精加工和精整、光整加工,5-2连杆制造工艺,七、连杆主要表面的机械加工,3.连杆大、小头孔的加工,57,连杆体、连杆盖整体精锻和撑断工艺，是在半精加工后将连杆盖与连杆体撑断，使撑断面产生凸凹不平，连杆盖与连杆体再组装时只有唯一的位置。,5-2连杆制造工艺,七、连杆主要表面的机械加工,4.连杆接合面裂解加工工艺,58,连杆裂解工艺特点：连杆盖与连杆体之间只需用螺栓连接，即可保证相互位置精度；能保证连杆盖与连杆体的装配精度；以整体加工代替了接合面的分体加工，减少了加工工序；简化了连杆螺栓孔结构设计，降低了对螺栓孔的加工要求，省去了螺栓孔的精加工和加工设备；节材省能、产品质量高、生产成本低等优点。已在汽车发动机连杆生产中被广泛采用。,5-2连杆制造工艺,七、连杆主要表面的机械加工,4.连杆接合面裂解加工工艺,59,（1）裂解连杆材料连杆裂解加工对连杆材料要求较高，要求其塑性变形小、强度较好、脆性适中。（2）裂解加工连杆的主要工艺过程粗磨连杆两端面粗镗及半精镗大、小头孔钻、攻螺纹孔加工裂解槽撑断装配螺栓压衬套并精整、光整加工衬套精磨连杆两端面半精镗及精镗大、小头孔铰珩小头孔清洗检验。,5-2连杆制造工艺,七、连杆主要表面的机械加工,4.连杆接合面裂解加工工艺,60,曲轴结构特点曲轴在发动机内是一个高速旋转的长轴，它将活塞的直线往复运动变为旋转运动，进而通过飞轮把扭矩输送给底盘的传动系，同时还骆动配气机构及其它辅助装置，所以其受力条件相当复杂，除了旋转质量的离心力外，还承受周期性变化的气体压力和往复惯性力的共同作用，使曲轴承受弯曲与扭转载荷。为保证工作可靠，曲轴必须要有足够的强度和刚度，各工作表面要耐磨。而且润滑良好；,5-3曲轴制造工艺,61,CA6102发动机曲轴毛坯材料及制造方法采用45“钢模锻方式制造，它具有较高的刚度、强度和良好的耐磨性。下图为其毛坯图。,5-3曲轴制造工艺,62,曲轴的主要加工表面及技术要求,1.主轴颈:曲轴共有7个主轴颈，它们是曲轴的支点。为了最大限度地增加曲轴的刚度，通常将主轴颈设计得粗一些，尽管这会增加重量，但是它可以大大提高曲轴的刚度，增加重叠度，减轻扭振的危害。,5-3曲轴制造工艺,63,4.曲柄臂:曲柄臂用于连接主轴颈和连杆轴颈，共有十二个。它呈长圆形，是曲轴的薄弱环节。容易产生扭断和疲劳破坏。曲柄半径为R(57.15士0.07)mm。5.各连杆轴颈轴心线的相位差在,2.连杆轴颈：曲轴共有六个连杆轴颈，它与连杆总成大头相连接。轴颈为,圆柱度公差为0.005mm。轴颈宽38H10mm，其与主轴颈的重叠度为11.35mm。3.油封轴颈：油封轴颈为,6.主轴颈、连杆轴颈要进行表面淬火，淬硬深度2mm-4mm,55