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文档简介
第四章轴类零件加工工艺及常用工艺装备 4 1概述 4 2外圆表面的加工方法和加工方案 4 3外圆表面加工常用工艺装备 4 4典型轴类零件加工工艺分析 第一节概述 一 轴类零件的功用与结构特点功用 支承传动件 传递扭矩或运动 承受载荷 保证装在轴上零件的回转精度结构 回转体零件 长度大于直径组成 圆柱面 圆锥面 端面 沟槽 圆弧 螺纹 键槽 花键 其他表面 如横向孔等 分类 光轴 阶梯轴 空心轴 异形轴 曲轴 凸轮轴 偏心轴和花键轴等 图4 1所示 刚性轴 L d 12 挠性轴 L d 12 图4 1轴的种类 二 轴类零件的技术要求 材料和毛坯轴类零件的重要表面是装轴承的轴颈和装传动零件的轴头 根据零件的使用性能要求 其主要技术要求有 尺寸精度和几何形状精度直径精度通常为IT6 IT9 有时可达IT5 几何形状精度 圆度 圆柱度 应限制在直径公差范围之内 要求较高时 则应在零件图上专门标注形状公差 取公差的1 2 1 4 位置精度普通精度的轴 配合轴颈相对支承轴颈的径向圆跳动一般为0 01 0 03mm 高精度的轴为0 001 0 005mm 端面圆跳动为0 005 0 01mm 表面粗糙度 一般说来 轴类零件的各加工表面均有表面粗糙度的要求 支承轴颈的表面粗糙度要求为Ra0 16 0 8 m 配合轴颈的表面粗糙度Ra为0 63 3 2 m 其他技术要求热处理 表面淬火 渗碳淬火等 动平衡 探伤 过渡圆角等 轴类零件的材料不重要的轴 普通碳素钢Q235 Q255 Q275 等 不经热处理 一般轴类零件 35 40 45 50钢等 正火 调质 淬火中等精度而转速较高的轴 40Cr等合金结构钢 调质和表面淬火精度较高的轴 可选用轴承钢GCr15和弹簧钢65Mn等 也可选用球墨铸铁 调质和表面淬火对于高转速 重载荷条件下工作的轴 选用20CrMnTi 20Mn2B 20Cr等低碳合金钢或38CrMoAl氮化钢 渗碳淬火或氮化 结构复杂 曲轴 HT400 QT600 QT450 QT400 轴类零件的毛坯轴类零件最常用的毛坯是圆棒料和锻件 光轴 直径相差不大的阶梯轴 采用圆钢作为毛坯 直径相差较大的阶梯轴 比较重要的轴 应采用锻件 只有某些大型 结构复杂的异形轴 可采用球墨铸铁铸件 毛坯经过加热锻造后 可使金属内部纤维组织沿表面均匀分布 从而获得较高的抗拉 抗弯及抗扭强度 故一般比较重要的轴 多采用锻件 自由锻造多用于中小批生产 模锻适用于大批大量生产 轴类零件的热处理锻造毛坯在加工前 均需安排正火或退火处理 以使钢材内部晶粒细化 消除锻造应力 降低材料硬度 改善切削加工性能 为了获得较好的综合力学性能 常要求调质处理 一般分两种情况 1 毛坯余量大时 调质安排在粗车之后 半精车之前 以便消除粗车时产生的残余应力 2 毛坯余量小时 调质可安排在粗车之前进行 表面淬火一般安排在精加工之前 这样可纠正因淬火引起的局部变形 对精度要求高的轴 在局部淬火后或粗磨之后 还需进行低温时效处理 在160 油中进行长时间的低温时效 以保证尺寸的稳定 对于氮化钢 如38GrMoAl 需在渗氮之前进行调质和低温时效处理 对调质的质量要求也很严格 不仅要求调质后索氏体组织要均匀细化 而且要求离表面0 8 0 10mm层内铁素体含量不超过 C 5 否则会造成氮化脆性而影响其质量 车削 是外圆表面最经济有效的加工方法 但就其经济精度来说 一般适于作为外圆表面粗加工和半精加工方法 磨削 是外圆表面主要精加工方法 特别适用于各种高硬度和淬火后零件的精加工 光整加工 是精加工之后进行的超精密加工方法 如滚压 抛光 研磨等 适用于某些精度和表面质量要求很高的零件 第二节外圆表面的加工方法和加工方案 由于各种加工方法所能达到的经济加工精度 表面粗糙度 生产率和生产成本各不相同 因此必须根据具体情况 选用合理的加工方法 从而加工出满足零件图纸上要求的合格零件 下表为外圆表面各种加工方案和经济加工精度 一 外圆表面的车削加工 车削是外圆面加工的主要工序 工件旋转为主运动 刀具直线移动为进给运动 二 外圆表面的磨削加工 磨削是外圆面精加工的主要方法 多作为半精车外圆后的精加工工序 一 中心磨削 1 纵向进给磨削法 纵向磨法 纵磨法加工精度和表面质量较高 适应性强 用同一砂轮可磨削直径和长度不同的工件 但生产率低 在单件 小批量生产及精磨中 应用广泛 特别适用于磨削细长轴等刚性差的工件 横磨法生产效率高 适用于成批或大量生产 磨削长度短 刚性好 精度低的外圆表面及两侧都有台肩的轴颈 若将砂轮修整成形 也可直接磨削成形面 加工精度低于纵向磨法 2 横向进给磨削法 切入磨法 二 无心磨削 无心外圆磨削是一种生产率很高的精加工方法 磨削时 工件置于磨轮和导轮 用橡胶结合剂作的粒度较粗的砂轮 之间 靠托板支撑 由于不用顶尖支撑 所以称无心磨削 无心外圆磨床有两种磨削方式 贯穿磨削法 纵磨法 切入磨削法 横磨法 二 无心磨削 切入磨削法磨削的原理 导轮3带动工件2旋转并压向磨轮1加工时 工件和导轮及支承板一起向砂轮作横向进给 磨削结束后 导轮后退 取下工件 导轮的轴线与砂轮的轴线平行或相交成很小的角度 0 5 1 此角度大小能使工件与挡铁4 限制工件轴向位置 很好地贴住即可 无心磨削必须满足下列条件 1 由于导轮倾斜了一个 角度 为了保证切削平稳 导轮与工件必须保持线接触 为此导轮表面应修整成双曲线回转体形状 2 导轮材料的摩擦系数应大于砂轮材料的磨擦系数 砂轮与导轮同向旋转 且砂轮的速度应大于导轮的速度 支承板的倾斜方向应有助于工件紧贴在导轮上 3 工件中心应高出砂轮和导轮中心连线 高出数值H与工件直径有关 当工件直径d工 8 30mm时 H d工 3 当d工 30 70mm时 H d工 4 4 导轮倾斜一个 角度 当导轮以速度v导旋转时 可分解为 v工 v导 cos v纵 v导 sin 粗磨时 取3 6 精磨时 取1 3 无心磨削时 工件尺寸精度可达IT6 IT7 表面粗糙度Ra0 8 0 2um 三 外圆磨削的质量分析 1 多角形在零件表面沿母线方向存在一条条等距的直线痕迹 其深度小于0 5 m 如图4 6所示 原因 砂轮与工件沿径向产生周期性振动所致 措施 1 平衡砂轮与电动机 2 改善中心孔与顶尖的接触情况 3 及时修整砂轮 4 调整轴承间隙等 2 螺旋形磨削后的工件表面呈现一条很深的螺旋痕迹 痕迹的间距等于工件每转的纵向进给量 如图4 7所示 原因 砂轮微刃的等高性破坏或砂轮与工件局部接触 措施 1 修正砂轮 保持微刃等高性 2 调整轴承间隙 3 保持主轴的位置精度 4 砂轮两边修磨成台阶形或倒圆角 使砂轮两边不参加切削 5 工作台润滑油要合适 有卸载装置 6 使导轨润滑为低压供油 3 拉毛 划伤或划痕 常见的工件表面拉毛现象 原因 磨粒自锐性过强 切削液不清洁 砂轮罩上磨屑落在砂轮与工件之间等 措施 1 选择硬度高的砂轮 2 砂轮修整后用切削液和毛刷清洗 3 对切削液进行过滤 4 清理砂轮罩上的磨屑等 4 烧伤可分为螺旋形烧伤和点烧伤 原因 磨削高温的作用使工件表层金相组织发生变化 措施 1 降低砂轮硬度 2 减小磨削深度 3 适当提高工件转速 4 减少砂轮与工件接触面积 5 及时修正砂轮 6 进行充分冷却等 三 外圆表面的精密加工 一 高精度磨削 表面粗糙度值在Ra0 16 m以下的磨削工艺 精密磨削 Ra0 16 0 06 m 超精密磨削 Ra0 04 0 02 m 镜面磨削 Ra 0 01 m 高精度磨削的实质 砂轮微粒的作用 微刃等高程度好 从工件上切下细微的切屑 微粒钝化 又起到抛光作用 二 超精加工 在良好的润滑 冷却和较低的压力条件下 用细粒度油石以快而短促的往复振动频率 对低速旋转的工件进行光整加工 四个阶段 1 强烈切削阶段破坏油膜 切削作用强烈 2 正常切削阶段切削作用减弱 正常切削 3 微弱切削阶段切削作用微弱 摩擦抛光 4 自动停止切削阶段工件磨平形成油膜 切削作用停止 三 研磨 在研具与工件之间置以研磨剂 对工件表面进行精整加工 研具上加一定压力 通过研磨剂的机械及化学作用从工件表面切除很薄材料 手工研磨外圆 1 加工简单 设备不复杂2 可达高的尺寸精度IT6 IT5 形状精度和小的表面粗糙度 Ra0 025以下3 生产率较低 加工余量0 01 0 034 污染环境5 能部分纠正上道工序留下来的形状误差 不能纠正位置误差 应用 适用于轴类 套类 平面类零件的光整加工 四 滚压 用滚压工具对金属材质的工件施加压力 使其产生塑性变形 从而降低工件表面粗糙度 强化表面性能的加工方法 它是一种无切屑加工 特点 1 滚压前工件表面粗糙度值不大于Ra5 m 直径余量为0 02 0 03mm 2 滚压后的形状和位置精度取决于
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