机械加工工艺.doc

冲压加工是指材料在模具和压力机的共同作用下于其内部产生相应的变形从而获得所需的形状、尺寸和性能的零件.多品种多批次冲压加工的特点可概括为如下几点：1冲压件的尺寸和精度是靠模具的尺寸和精度来保证磨削的定义是采用不规则几何形状的切削刃磨料进行切削,称为磨削.它们的切削刃是由钻石或CBN磨料粒子形成的。用砂轮或其他磨具加工工件表面的工艺过程称为磨削.磨削加工可以获得高精度和较高等级的表面粗糙度在大多数情况下它是机械加工最后一道精加工或光整加工工序拉抻是指把棒材、管材干线材拉细、拉长的加工过程.金属热处理工艺中温度降低金属从高温极无序状态向低温有序状态转变当温降速度很快时最后得到的重组金属晶粒较粗全局均匀性差称为淬火在金属压力加工中,在外力作用下使金属强行通过模具,金属横截面积被压缩,并获得所要求的横截面形状和尺寸的金属加工方法称为拉丝.而使其改变形状、尺寸的工具称为拉丝模 车削借助于车削作业可生产圆形零件。外圆表面和圆锥体外表面用圆柱形粗坯制成。在车削时，圆柱形粗坯围绕其纵轴线和朝向切削刀具旋转。大多数车削作业使用单刃刀具。夹具一般有一个具有多刃的分度卡盘。工件转速、进刀速度和切削深度是对车削作业的主要技术要求。粗切削易最高速度切削掉金属，随后以较高切削速度、较低进刀速率和较小切削深度进行精切削加工。机械加工条件取决于工件和刀具材质、表面光洁度、尺寸精度和机床（工具机）能力。工件与刀具材料的每个组合都有一最佳的刀尖角形状。刀具几何形状将影响切削的流动方向。目标是避免长的连续切屑，因为这种切屑可妨碍工具机操作或损伤零件表面。当切屑碰撞工件或刀杆时即断裂。在机床上进行的主要车削作业是直线车削或外圆车削、锥体车削、端面车削和镗孔。镗孔是内车削过程，可用于扩大用上述方法钻削的孔，扩大空心管内径或加工内槽。对车削作业而言，只有在操作自动机床时才能使用混水型金属加工液；往往优先选用纯切削油。钻削在成品件上最常见的形状是圆孔，许多这样的孔是用钻削制造的。由于在零件内形成钻屑，排屑槽或沟槽一般有两种用途。除为移除钻屑起导管作用以外，排屑槽还使切削液到达刀具工件界面。多数钻头用HSS材质制成，需要使用切削液。为钻削作业推荐的冷却剂压力取决于几个因素。最重要因素包括工件硬度、进刀速度、孔径、孔深度、公差和粗糙度。随冷却剂压力的增加，冷却剂循环可能成为问题。使用带刀片的内冷式钻头可缩短钻削时间。碳化钨刀片和带PVD或CVD涂层的刀片一般用于这类用途。高效冷却剂系统将以适宜压力和流速供送冷却剂。低效冷却剂系统可导致钻削孔内部表面光洁度不良。钻头直径对决定冷却剂压力和流速而言是最重要的因素。如果冷却剂系统低效，钻屑可堵塞将冷却剂送至刀片的排屑槽，这种情况可造成刀具损坏。要求高的冷却能力时使用混水型金属加工液。最新的发展表明，这一作业亦可用MQL（最低量润滑）或借助于干切削工艺进行。这种技术依赖于加工的材质和为此用途而设计的工具机。铣削在包括端铣削、阔面铣削和端面铣削的场合，可用各种各样的铣削过程。由于刀具有多个齿和每个齿都产生铣屑，高速铣削掉金属时可能的。在大多数应用中，工件被送入旋转着的铣刀中。进给运动一般垂直于刀具轴线，切削在刀具的圆周上进行。在端铣削中，铣刀旋转中心线垂直于被铣削的工件表面。端铣刀通常有二个、三个或四个排屑槽。平面表面，制造模具时的切削凹槽、沟槽和薄零件廓形是端铣刀的普通作业。空心端铣刀用在自动螺纹机床上。内铣齿将圆棒料的外圆表面加工至精确直径。端面铣削类似于端铣削。但是，端面铣削铣刀的直径比其长度长。端面铣刀设计成能加工平面表面。铣刀的几何形状和主要用途适于可分度的硬度合金卡盘。由于切削刀具和工件之间的相对运动，和车削作业一样，在端面铣削的表面上亦留有刀痕。铣削中铣刀的旋转方向可产生不同作用。在传统方法即所谓逆铣或对向铣中，铣刀朝工件进给方向旋转。在顺铣或同向铣中，铣刀旋转方向与进料方向一致。逆铣削产生的铣屑较厚，而顺铣削时铣屑则较薄。逆铣削的主要优点是刀具的磨耗不受工件表面状况的影响。如刀刃锐利，可得较光滑的表面。在顺铣削具有硬表面的材料，如铸件或热加工金属件时，铣刀齿将磨耗较快并可损坏。顺铣削的优点是零件上刀痕趋于减少，如果刀刃上产生切屑瘤的话，表面光洁度不受其影响。加工铸铁时，多年来干铣削是最现代化方法。高强度钢和铝合金用混水型金属加工液润滑，但最新的发展表明，从成本观点看，在某些情况下MQL可展现更多的优点。深孔钻削深孔钻削，从前多半仅用在武器装备工业（因此，经常碰到术语“枪管钻削”），目前已发生变化，在很大程度上集中在民用用途。这类技术目前用在汽车、造船、航空器、机器和工具工业、工业装置建造、液压和气动设备。使用HSS麻花钻头的常规钻削和使用各种专用钻头（例如装备优可分度碳化钨刀片的深孔钻削工具或浅孔钻头）的常规钻削，这两者之间的分界线最好划定如下。如果孔的直径（d）比深度大23倍，并假定为此目的有大功率多工序自动数控机床可资使用，则用可分度的碳化钨刀片进行钻削大概会成为未来最流行的方法。与麻花钻头相比，此法进刀速度较慢，切削力较小。然而，由于切削速度快（比麻花钻头快510倍），相应地需要更大功率的传动装置。对孔深大于直径（d）10倍的孔而言，在要求优级表面光洁度、表面缺陷少和尺寸公差精细的场合下，使用深孔钻削刀具。在这两个用途之间使用特殊设计的常规HSS麻花钻头。拉削拉削是机械加工作业的一种类型，这一作业的焦点显然集中在纯切削油上。与许多其他切削作业不同，主要考虑的问题是刀具的磨损或刀具使用寿命。其原因是拉削刀具是非常复杂的组件，由一个单件制造而成。材料主要是高速钢，硬质合金作为刀具材料仅用于灰铸铁的机械加工。在拉削情况下，数个齿同时啮合，而且切屑宽度经常很大。移除切屑可能是非常成问题的，因而通常也需要低黏度油。从切削液的供送来看，内拉削比外拉削更成问题，卧式拉削比立式拉削更困难。拉削刀具的温度敏感性与从整体工件切削有关联，而整体工件上对每个齿无任何轮廓不清的预切口，因而要求相对低的切削速度。其结果导致增大切削刃区，而这就需要拉削油中含有专用添加剂，甚至其含量特别高。为减少切削刃上的切屑瘤，活性硫是必需的。活性硫添加剂经常与含氯物质并用14.74。在加工工艺容许的范围内提高切削速度可避免临界切屑瘤区。在这种情况下，拉削油的润滑条件通常是困难的。如果削减切屑瘤成功，这能改善工件表面，特别对成批生产有意义。在大规模生产中，拉削往往不是精密的机械加工作业，但可将其定级为高切削率的粗加工作业。工件表面质量问题具有次要意义，在这种情况下用金属加工液保护刀具处于优先地位。以很高的拉削速度和高切削率加工易切削钢时，使用水溶性冷却剂，特别时EP乳液和不含矿物油而浓度较高（1035）的合成产品可取得优良结果。在这种情况下，与纯油相比，冷却作用和切削移除的改善就成为重要因素。同样重要的是，就实际润滑操作而论，当拉削时，和使用规定几何形状的切削刃进行的几乎所有其他切削作业不同，这一作业使用极小的后角。其结果是副后角处于相当大的应力之下，侧面磨损和前刀面磨损可能较大，这对供送冷却剂也是应该注意的。在简单切削作业的联动拉削过程中，至少应设法在输送低浓度水溶性冷却剂的管线中使用EP乳液。拉削(卷名：机械工程)broaching用拉刀作为刀具的切削加工。当拉刀相对工件作直线移动时，工件的加工余量由拉刀上逐齿递增尺寸的刀齿依次切除（图1）。通常，一次工作行程即能加工成形，是一种高效率的精加工方法。但因拉刀结构复杂，制造成本高，且有一定的专用性，因此拉削主要用于成批大量生产。按加工表面特征不同，拉削分为内拉削和外拉削。 内拉削：用来加工各种截面形状的通孔和孔内通槽（图2），如圆孔、方孔、多边形孔、花键孔、键槽孔、内齿轮等。拉削前要有已加工孔，让拉刀能从中插入。拉削的孔径范围为8125毫米，孔深不超过孔径的5倍。特殊情况下，孔径范围可小到3毫米，大到400毫米，孔深可达10米。外拉削:用来加工非封闭形表面（图3），如平面、成形面、沟槽、榫槽、叶片榫头和外齿轮等，特别适合于在大量生产中加工比较大的平面和复合型面，如汽车和拖拉机的气缸体、轴承座和连杆等。拉削型面的尺寸精度可达IT85，表面粗糙度为 Ra2.50.04微米，拉削齿轮精度可达68级（JB179-83）。拉削时，从工件上切除加工余量的顺序和方式有成形式、渐成式、轮切式和综合轮切式等。成形式。加工精度高，表面粗糙度较小，但效率较低；拉刀长度较长，主要用于加工中小尺寸的圆孔和精度要求高的成形面。渐成式适用于粗拉削复杂的加工表面，如方孔、多边形孔和花键孔等，这种方式采用的拉刀制造较易，但加工表面质量较差。轮切式切削效率高，可减小拉刀长度，但加工表面质量差，主要用于加工尺寸较大、加工余量较多、精度要求较低的圆孔。综合轮切式是用轮切法进行粗拉削，用成形法进行精拉削，兼有两者的优点，广泛用于圆孔拉削。拉削普通结构钢和铸铁时，一般粗拉速度为 3 7米/分，精拉速度小于3米/分。对于高温合金或钛合金等难加工金属材料， 只有采用硬质合金或新型高速钢拉刀，在刚度好的高速拉床上，用1630米/分或更高的速度拉削， 才能得到比较满意的结果。采用螺旋拉削装置，使螺旋齿拉刀与工件作相对直线运动和回转运动，还可拉削内螺纹、螺旋花键孔和螺旋内齿轮等。拉削一般采用润滑性能较好的切削液，例如切削油和极压乳化液等。在高速拉削时，切削温度高，常选用冷却性能好的化学切削液和乳化液。如果采用内冷却拉刀将切削液高压喷注到拉刀的每个容屑槽中，则对提高表面质量、降低刀具磨损和提高生产效率都具有较好的效果。 滚齿(卷名：机械工程)gear hobbing machine用滚刀按展成法加工直齿、斜齿和人字齿圆柱齿轮以及蜗轮的齿轮加工机床。这种机床使用特制的滚刀时也能加工花键和链轮等各种特殊齿形的工件。普通滚齿机的加工精度为76级(JB179-83)，高精度滚齿机为43级。最大加工直径达15米。滚齿机按布局分为立式和卧式两类。大中型滚齿机多为立式（图1、图2），小型滚齿机和专用于加工长的轴齿轮的滚齿机皆为卧式（图3）。立式滚齿机又分为工作台移动和立柱移动两种。立式滚齿机工作时，滚刀装在滚刀主轴上，由主电动机驱动作旋转运动，刀架可沿立柱导轧垂直移动，还可绕水平轴线调整一个角度。工件装在工作台上，由分度蜗轮副带动旋转，与滚刀的运动一起构成展成运动(见齿轮加工)。滚切斜齿时，差动机构使工件作相应的附加转动。工作台(或立柱)可沿床身导轧移动，以适应不同工件直径和作径向进给。有的滚齿机的刀架还可沿滚刀轴线方向移动，以便用切向进给法加工蜗轮。大型滚齿机还设有单齿分度机构、指形铣刀刀架和加工人字齿轮的差动换向机构等。 20世纪60年代以后出现的高效滚齿机，主要采用硬质合金滚刀作高速和大进给量滚齿，滚刀主轴常采用液体静压轴承，能自动处理油雾和排屑。这种滚齿机适用于齿轮的大量生产。大型高精度滚齿机主要用来加工对运动平稳性和使用寿命要求很高的齿轮，如汽轮机和船舶推进装置等的大型高精度高速齿轮副。一般是立式和卧式配套发展。这种滚齿机除要求严格制造和精细装配调整外，有些还在滚刀主轴和工作台上设置运动误差检测装置，并自动反馈补偿误差，以提高精度。为避免这种滚齿机受内、外热源的影响，应严格控制液压和冷却系统的温度，还必须安装在恒温厂房内的坚固地基上，并设置防振隔离沟。小型滚齿机用于加工仪表齿轮。手表齿轮滚齿机普遍使用硬质合金滚刀加工钟表摆线齿轮，循环节拍快，对机床可靠性要求高，每台机床都配备自动上下料装置进行单机自动加工。此外，尚有多种特殊用途的滚齿机，如加工高精度蜗轮（见蜗杆传动）的分度蜗轮滚齿机等。（见彩图）铰削(卷名：机械工程)reaming利用铰刀从已加工的孔壁切除薄层金属，以获得精确的孔径和几何形状以及较低的表面粗糙度的切削加工。铰削一般在钻孔、扩孔或镗孔以后进行，用于加工精密的圆柱孔和锥孔，加工孔径范围一般为3100毫米。由于铰刀的切削刃长，铰削时各刀齿同时参加切削，生产效率高，在孔的精加工中应用较广。铰削的工作方式一般是工件不动，由铰刀旋转并向孔中作轴向进给。在车床上铰削时，工件旋转，铰刀作轴向进给。铰削过程中，铰刀前端的切削部分进行切削，后面的校准部分起引导、防振、修光和校准作用。铰孔的尺寸和几何形状精度直接由铰刀决定。铰削可分粗铰和精铰，一般在车床、镗床或钻床上进行，称为机铰，也可手工铰削。粗铰的切削深度（单边加工余量）为0.30.8毫米，加工精度可达IT109，表面粗糙度为Ra101.25微米。精铰的切削深度为0.060.3毫米，加工精度可达IT86，表面粗糙度为Ra1.250.08微米。铰孔的切削速度较低，例如用硬质合金圆柱形多刃铰刀对钢件铰孔时，当孔径为40100毫米时，切削速度为612米分，进给量为0.32毫米转。正确选用煤油、机械油或乳化液等切削液可提高铰孔质量和刀具寿命，并有利于减小振动。 淬火工艺是将钢加热到AC3或AC1点以上某一温度，保持一定时间，然后以适当速度冷却获得马氏体和（或）贝氏体组织的热处理工艺。淬火的目的是提高硬度、强度、耐磨性以满足零件的使用性能。淬火工艺应用最为广泛，如工具、量具、模具、轴承、弹簧和汽车、拖拉机、柴油机、切削加工机床、气动工具、钻探机械、农机具、石油机械、化工机械、纺织机械、飞机等零件都在使用淬火工艺。（1） 淬火加热温度淬火加热温度根据钢的成分、组织和不同的性能要求来确定。亚共析钢是AC3+（3050）；共析钢和过共析钢是AC1+（3050）。亚共析钢淬火加热温度若选用低于AC3的温度，则此时钢尚未完全奥氏体化，存在有部分未转变的铁素体，淬火后铁素体仍保留在淬火组织中。铁素体的硬度较低，从而使淬火后的硬度达不到要求，同时也会影响其他力学性能。若将亚共析钢加热到远高于AC3温度淬火，则奥氏体晶粒回显著粗大，而破坏淬火后的性能。所以亚共析钢淬火加热温度选用AC3+（3050），这样既保证充分奥氏体化，又保持奥氏体晶粒的细小。过共析钢的淬火加热温度一般推荐为AC1+（3050）。在实际生产中还根据情况适当提高20左右。在此温度范围内加热，其组织为细小晶粒的奥氏体和部分细小均匀分布的未溶碳化物。淬火后除极少数残余奥氏体外，其组织为片状马氏体基体上均匀分布的细小的碳化物质点。这样的组织硬度高、耐磨性号，并且脆性相对较少。过共析钢的淬火加热温度不能低于AC1，因为此时钢材尚未奥氏体化。若加热到略高于AC1温度时，珠光体完全转变承奥氏体，并又少量的渗碳体溶入奥氏体。此时奥氏体晶粒细小，且其碳的质量分数已稍高与共析成分。如果继续升高温度，则二次渗碳体不断溶入奥氏体，致使奥氏体晶粒不断长大，其碳浓度不断升高，会导致淬火变形倾向增大、淬火组织显微裂纹增多及脆性增大。同时由于奥氏体含碳量过高，使淬火后残余奥氏体数量增多，降低工件的硬度和耐磨性。因此过共析钢的淬火加热温度高于AC1太多是不合适的，加热到完全奥氏体化的ACm或以上温度就更不合适。在生产实践中选择工件的淬火加热温度时，除了遵守上述一般原则外，还要考虑工件的化学成分、技术要求、尺寸形状、原始组织以及加热设备、冷却介质等诸多因素的影响，对加热温度予以适当调整。如合金钢零件，通常取上限，对于形状复杂零件取下限。强韧化新工艺选用的淬火加热温度与常用淬火温度有所区别。如亚温淬火是亚共析钢在略低于AC3的温度奥氏体化后淬火，这样可提高韧性，降低脆性转折温度，并可消除回火脆性。如45、40Cr、60Si2等材料制成的工件亚温淬火加热温度为AC3（510）。采用高温淬火可获得较多的板条状马氏体或使全部板条马氏体提高强度和韧性。如16Mn钢在940淬火，5CrMnMo钢在890淬火，20CrMnMo钢在920淬火，效果较好。高碳钢低温、快速、短时加热淬火，适当降低高碳钢的淬火加热温度，或采用快速加热及缩短保温时间的办法，可减少奥氏体的碳含量，提高钢的韧性。（2） 保温时间为了使工件内外各部分均完成组织转变、碳化物溶解及奥氏体的成分均匀化，就必须在淬火加热温度保温一定时间，既保温时间。（3） 淬火介质工件进行淬火冷却所使用的介质称为淬火冷却介质（或淬火介质）。理想的淬火介质应具备的条件是使工件既能淬成马氏体，又不致引起太大的淬火应力。这就要求在C曲线的“鼻子”以上温度缓冷，以减小急冷所产生的热应力；在“鼻子”处冷却速度要大于临界冷却速度，以保证过冷奥氏体不发生非马氏体转变；在“鼻子”下方，特别使Ms点一下温度时，冷却速度应尽量小，以减小组织转变的应力。常用的淬火介质有水、水溶液、矿物油、熔盐、熔碱等。水水是冷却能力较强的淬火介质。来源广、价格低、成分稳定不易变质。缺点是在C曲线的“鼻子”区（500600左右），水处于蒸汽膜阶段，冷却不够快，会形成“软点”；而在马氏体转变温度区（300100），水处于沸腾阶段，冷却太快，易使马氏体转变速度过快而产生很大的内应力，致使工件变形甚至开裂。当水温升高，水中含有较多气体或水中混入不溶杂质（如油、肥皂、泥浆等），均会显著降低其冷却能力。因此水适用于截面尺寸不大、形状简单的碳素钢工件的淬火冷却。盐水和碱水在水中加入适量的食盐和碱，使高温工件浸入该冷却介质后，在蒸汽膜阶段析出盐和碱的晶体并立即爆裂，将蒸汽膜破坏，工件表面的氧化皮也被炸碎，这样可以提高介质在高温区的冷却能力。其缺点是介质的腐蚀性大。一般情况下，盐水的浓度为10，苛性钠水溶液的浓度为1015。可用作碳钢及低合金结构钢工件的淬火介质，使用温度不应超过60，淬火后应及时清洗并进行防锈处理。油冷却介质一般采用矿物质油（矿物油）。如机油、变压器油和柴油等。机油一般采用10号、20号、30号机油，油的号越大，黏度越大，闪点越高，冷却能力越低，使用温度相应提高。目前使用的新型淬火油主要有高速淬火油、光亮淬火油和真空淬火油三种。高速淬火油是在高温区冷却速度得到提高的淬火油。获得高速淬火油的基本途径有两种，一种是选取不同类型和不同黏度的矿物油，以适当的配比相互混合，通过提高特性温度来提高高温区冷却能力；另一种是在普通淬火油中加入添加剂，在油中形成粉灰状浮游物。添加剂游磺酸的钡盐、钠盐、钙盐以及磷酸盐、硬脂酸盐等。生产实践表明，高速淬火油在过冷奥氏体不稳定区冷却速度明显高于普通淬火油，而在低温马氏体转变区冷速与普通淬火油相接近。这样既可得到较高的淬透性和淬硬性，又大大减少了变形，适用于形状复杂的合金钢工件的淬火。光亮淬火油能使工件在淬火后保持光亮表面。在矿物油中加入不同性质的高分子添加物，可获得不同冷却速度的光亮淬火油。这些添加物的主要成分是光亮剂，其作用是将不溶解于油的老化产物悬浮起来，防止在工件上积聚和沉淀。另外，光亮淬火油添加剂中还含有抗氧化剂、表面活性剂和催冷剂等。真空淬火油是用于真空热处理淬火的冷却介质。真空淬火油必须具备低的饱和蒸汽压，较高而稳定的冷却能力以及良好的光亮性和热稳定性，否则会影响真空热处理的效果。盐浴和碱浴淬火介质一般用在分级淬火和等温淬火中。新型淬火剂有聚乙烯醇水溶液和三硝水溶液等。聚乙烯醇常用质量分数为0.10.3之间的水溶液，共冷却能力介于水和油之间。当工件淬入该溶液时，工件表面形成一层蒸汽膜和一层凝胶薄膜，两层膜使加热工件冷却。进入沸腾阶段后，薄膜破裂，工件冷却加快，当达到低温时，聚乙烯醇凝胶膜复又形成，工件冷却速度又下降，所以这种溶液在高、低温区冷却能力低，在中温区冷却