工艺技术_机械制造工艺过程概述

7 2 1根据零件形状选择毛坯成形方法7 2 2毛坯成形方法选择实例7 2 3单级齿轮减速器组件的成形方法选择7 2 4零件结构的切削加工工艺性7 2 5工件的安装7 2 6夹具 目录 第7章机械制造工艺过程 7 2 1根据零件的形状选择毛坯成形方法 1 常用零件的成形方法可根据零件形状进行分类选择 1 轴杆类零件轴杆类零件的轴向尺寸远大于径向尺寸 主要有各种实心轴 空心轴 曲轴 杆件等 轴杆类零件主要作为传动元件或受力元件 除光轴外 一般大多为锻件毛坯 断面直径相差越大的阶梯轴或有部分异型断面的轴 采用锻件毛坯越有利 如发动机曲轴 连杆 汽车前梁等都采用锻件毛坯 7 2 1根据零件的形状选择毛坯成形方法 23 对光轴 直径变化较小的轴和力学性能要求不高的轴 一般采用轧制圆钢作为毛坯进行机械加工制造 对于锻造轴 受力较小时采用中碳钢 如30 50钢 制造 承载较大时采用中碳合金钢 如40Cr 40CrNi等 制造并调质处理 受较大冲击且承受摩擦时采用渗氮钢 38CrMoAl等 制造且渗氮处理 或采用渗碳钢 如20Cr 20CrMnTi等 制造并渗碳 淬火处理 2 24 某些具有异形截面或弯曲轴线的轴 如凸轮轴 曲轴等 采用铸钢 如ZG270 500等 在满足使用要求的前提下 也可采用球墨铸铁毛坯 如QT450 10等 以铁代钢 降低制造成本 对于一些大型构件 特殊性能要求的轴 杆类零件的毛坯等 还可采用锻造 焊接或铸造 焊接的工艺完成 如动画1所示的汽车排气阀 将锻造的耐热合金钢阀帽与轧制的碳素结构钢阀杆焊成一体 节约了合金钢材料 轴杆类零件 3 24 动画1汽车排气阀锻焊结合工艺 4 25 动画2水压机立柱铸焊结合工艺 动画2所示的12 104kN水压机立柱 长18m 净重80t 采用ZG270 500分6段铸造成形 粗加工后采用电渣焊焊成整体毛坯 5 盘套类零件的轴向尺寸远小于径向尺寸 或者两个方向的尺寸相差不大 如动画3所示 如各种齿轮 带轮 飞轮 套环 轴承环以及螺母 垫圈等 盘套类零件的用途和工作条件差异很大 故材料和成形方法也有很大的差别 26 动画3盘套类零件 2 盘套类零件 6 1 齿轮 27 1 齿轮 齿轮作为重要的机械传动零件 工作时齿面承受接触压应力和摩擦力 齿根承受弯曲应力 有时还要承受冲击力 故轮齿须有较高的强度和韧性 齿面须有较高的硬度和耐磨性 受力小的仪表齿轮在大批生产时 可采用板料冲压和非铁合金 如ZL202 压铸成形 也可用塑料 如尼龙 注射成形 在低速且受力不大或在多粉尘工作环境下的齿轮 可用灰铸铁 如HT200 铸造成形 7 1 齿轮 27 低速 轻载齿轮常用45 50Mn2 40Cr等中碳结构钢 经正火或调质提高综合力学性能 高速 重载齿轮常采用20CrMnTi 20CrMo等合金结构钢制造且齿部经渗碳 淬火处理 也可采用38CrMoAl等渗氮钢制造且齿部经渗氮处理 从而获得良好的内韧外硬的性能 大批量生产齿轮时可采用热轧或精密模锻的方法生产齿轮毛坯 以提高齿轮的力学性能 8 加工程序编制 28 如动画4所示 单件或小批量 直径在100mm以下 且形状简单的小齿轮可用圆钢为毛坯 如图 a 直径在400 500mm的大型齿轮 且锻造比较困难的可用铸钢或球墨铸铁件为毛坯 铸造齿轮一般以辐条结构如图 c 代替模锻齿轮的辐板结构如图 b 单件生产时可采用焊接方式制造大型齿轮的毛坯如图 d 9 加工程序编制 28 动画4不同类型的齿轮 10 带轮 飞轮 法兰 垫圈 模具零件 29 2 带轮 飞轮 手轮等 这类零件受力不大或仅承受压力 通常可采用灰口铸铁 球墨铸铁等材料铸造成形 单件生产时 也可采用Q215 Q235等低碳钢型材焊接成形 3 法兰 垫圈等 可根据其受力情况及零件形状 分别采用铸铁件 锻件或冲压件为毛坯 4 模具 热锻模要求高强度 高韧性 常用5CrMnMo 5CrNiMo等合金工具钢制造并经淬火和高温回火处理 冲模要求高硬度 高耐磨性 常用Cr12 Cr12MoV等合金工具钢制造并经淬火和低温回火处理 模具的成形方法通常采用锻造 11 3 机架和箱体类零件 29 该类零件包括各种机械的床身 底座 支架 横梁 工作台 齿轮箱 轴承座 阀体等 该类零件的特点是形状不规则 结构较复杂 质量从几千克到数十吨 工作条件相差很大 而其工作台和导轨要求有一定的耐磨性 因此 其毛坯往往以铸铁件为主 12 典型零件加工程序编制 30 1 一般基础件 如床身 底座 支架 工作台和箱体等 受力状况以承压为主 抗拉强度和塑性 韧性要求不高 但要求较好的刚度和减振性 有时还要求较好的耐磨性 故通常采用灰铸铁 如HT150 HT200等 铸造成形 2 受力复杂件 有些机械的机架 箱体等受力较大或较复杂 如轧钢机机架 模锻锤锤身等往往同时承受较大的拉 压和弯曲应力 有时还受冲击 要求有较高的综合力学性能 13 典型零件加工程序编制 30 故常选用铸钢 如ZG200 400等 铸造成形 有些零件较大 为简化工艺 常采用铸 焊 铸 螺纹联结结构 单件 小批生产时 也可采用型钢焊接 以降低制造成本 3 比强度 比模量要求件 有些箱体结构如航空发动机的缸体 缸盖和曲轴等 轿车发动机机壳等 要求比强度 比模量较高且有良好的导热性和耐蚀性 常采用铝合金或铝镁合金 如ZL105 ZL105A等 铸造成形 14 7 2 2毛坯成形方法选择实例 1 V带轮零件成形方法选择V带轮应满足以下要求 重量轻 质量分布均匀 安装对中性好 消除制造中的内应力 在v 5m s时 应进行动平衡试验 外径 孔径 宽度和传动功率是V带轮的重要使用参数 成形方案及相应的结构选择就是建立在满足这些使用参数的要求上的 31 15 7 2 2毛坯成形方法选择实例 1 基准直径dd 100mm的小带轮成形方案dd 100mm的带轮属于小带轮 这类带轮一般传递功率不大 加工的工时量也不大 金属切除量相对较小 成形方法选择相对比较灵活 可以采用以下四种方法成形 并进行可靠性和经济性比较 择优选取 1 金属切削直接成形 用45钢圆棒料直接车出 若无减轻重量要求时 可设计成实心圆柱形 其外圆 V带槽和轴孔均可车出 31 16 塑料连接方法 32 2 铸造成形 当V带轮最大圆周速度小于25m s时可采用灰口铸铁 HT150 HT200 成形 当带轮最大圆周速度在25 45m s时应采用孕育铸铁 HT300 或铸钢 ZG340 640 成形 若要求带轮质量较小时可采用铸铝件 ZL102 ZL202 铸造成形的V带轮毛坯 两端面设计成环形凹腔 主要是为了减少热节 避免铸造时产生晶粒粗大和缩孔缺陷 带轮中心孔和两端面环形凹腔均可用型芯铸出 为不影响起模 V带槽一般不铸出 17 塑料连接方法 32 而是留待车削加工成形 3 冲压 焊接成形 当V带轮最大圆周速度大于25m s时 还可采用碳素钢板 Q235 冲压后焊接成形 采用这种成形方法的前提是带轮的批量较大 以降低冲模的制造成本费用 4 注塑成形 对于大批量生产的小型轻载带轮也可采用塑料 MC尼龙 注塑成形 其前提是批量较大 足以摊薄塑料模具的制造成本 塑料带轮结构可设计得更为轻巧 如动画5所示 18 V带槽也可在注塑中一次成形 但因其摩擦系数较大 常用于机床或矿山机械中 33 动画5各种V带轮 19 33 2 基准直径dd约300mm的中型或大型带轮成形方案 当外径增大时 就不宜采用上述结构 直径增大 很难选择大尺寸的棒料 同时由于切削余量增加使材料的浪费也加大 再有 通用车床的加工直径会受到限制 而选择重型车床加工会大大增加加工成本 故大直径的V带轮一般采用铸造或焊接方法制造 20 2采用铸造结构 大直径V带轮若仍按动画6形状制造则太笨重 可设计成动画7辐板式带轮 当辐板长度大于100mm时 可在辐板上开孔 称为孔板式V带轮 若当V带轮直径dd大于300mm时 可将V带轮设计成图4轮辐式带轮 动画6辐板式带轮 动画7轮辐式带轮 34 21 7 2 3单级齿轮减速器组件的成形方法选择 动画8所示为单级齿轮减速器 传递功率5kW 传动比3 95 对该减速器的主要零件毛坯成形方法分析如下 35 动画8单级齿轮减速器结构 22 1 箱体和箱盖 传动零件的支撑件和包容件 结构复杂 箱体以承压为主 要求有良好的刚度 减振性和密封性 通常采用灰铸铁 HT150 HT200 铸造成形 单件小批量生产可采用手工造型 或用碳素结构钢 如Q235A 型材和板料焊接成形 大批量生产采用机器砂型铸造成形 35 动画9箱体和箱盖 23 齿轮 齿轮轴和轴是重要的传动零件 因其工作时承受弯矩和扭矩 因此要求有较好的综合力学性能 轮齿部分承受较大的弯曲应力 接触应力和摩擦 要求较高的强度 韧性和耐磨性 根据齿轮直径的不同 成形方案有所不同 36 2 齿轮 齿轮轴和轴 24 动画10齿轮和齿轮轴 1 直径小于100mm的小齿轮 其成形方案分别为 用钢棒料直接在铣床或车床上制出 用棒料加工的齿轮 在受力时容易沿纤维方向断裂 强度较差 故只适用于形状简单 精度低和小负荷的小齿轮 用钢棒料锻造毛坯 可改变原纤维组织的方向 有利于提高齿轮的强度 增加承载能力 适用于精度要求高或负荷重的齿轮 36 1 直径小于100mm的小齿轮 25 用铜 铝棒料或塑料在机械压力机上直接挤压成形 这种方法适用于尺寸精度高 表面粗糙度值小 成形后可达到少切削或无切削加工的低噪声 小负荷和高转速的齿轮 2 直径约200mm的小型齿轮 这类齿轮在机械传动中 往往将其与轴制成一体 即齿轮轴 用钢棒料作毛坯 并制成实心结构 在空气锤上锻成毛坯后 再在车床和铣床上依次加工而成 36 1 直径小于100mm的小齿轮 26 3 直径为400 1000mm的齿轮 齿顶圆直径da 500mm且形状简单的中型齿轮 适用于锻造毛坯 用半成品钢坯料自由锻或模锻成形 再进行机械加工 齿顶圆直径等于500 1000mm且形状复杂的大型齿轮坯 用锻造方法制造比较困难 多采用铸造方法 常用的材料为铸钢 ZG200 400 或铸铁 HT200 在生产中 常将灰铸铁齿轮用于开式低速传动 用球墨铸铁齿轮代替高速传动的铸钢齿轮 37 齿轮 27 4 对于单件或小批量生产的大齿轮 为缩短生产周期和减轻齿轮重量 有时也采用焊接齿轮结构 焊后再机械加工轮齿和轴孔等 37 齿轮 3 窥视孔盖 用于观察箱内情况及加油 力学性能要求不高 单件小批量生产时 采用Q235A钢板下料 或灰铸铁 HT150 手工造型生产 大批量生产时 采用优质碳素结构钢冲压而成 或采用机器造型的铸铁件毛坯 28 动画11窥视孔盖 38 用于联结和紧固箱盖和箱体 工作时 栓杆承受轴向拉应力 螺纹牙承受弯曲应力和剪切应力 螺栓和螺母均为标准件 通常采用碳素结构钢 如Q235 经冷镦加搓丝成形 5 挡油盘用途是防止箱内机油进入轴承 单件生产时用Q235圆棒下料切削而成 大批量生产时 采用08钢冲压件 4 螺栓和螺母 29 重要的支撑件 承受较大的交变应力和压应力 并承受摩擦 要求有较高的强度 硬度和耐磨性 滚动轴承有内 外套圈 滚珠和保持架组成 系标准件 通常采用滚动轴承钢 如GCr15钢 经扩孔或碾环轧制而成 滚珠也采用滚动轴承钢 经螺旋斜轧而成 保持架一般采用08钢薄板经冲压成形 39 6 滚动轴承 30 动画12滚动轴承 用于轴承定位 单件 小批量生产时 采用手工造型铸铁件 如HT150 或Q235圆钢下料车削而成 大批生产时 采用机器造型铸铁件 39 7 端盖 31 7 2 4零件的结构工艺性 1 零件便于在机床或夹具上装夹 表4零件便于在机床或夹具上装夹 动画13 24 52 32 续表 53 33 2 减少装夹次数的结构设计 54 表5减少装夹次数的结构设计 动画25 32 34 3 减少刀具的调整和走刀次数 表6减少刀具的调整和走刀次数 动画33 40 55 35 4 采用标准刀具以减少刀具种类 56 表7采用标准刀具减少刀具种类 动画41 48 36 5 采用合理结构以减小切削加工难度 57 表8采用合理结构以减小切削加工难度 动画49 56 37 6 采用合理结构以减小切削加工量 58 表9采用合理结构以减小切削加工量 动画57 64 38 7 2 5工件的安装 41 在不同的生产条件下 工件的安装方式是不同的 主要有两种安装方式 见视频5 1 找正安装分为直接找正法安装和划线找正法安装 在四爪卡盘上安装工件时 利用夹具某一表面作为找正的依据 用划针或百分表直接找正 称为直接找正法安装法 39 7 3 7工件的安装 续 41 按图纸的要求 在工件表面上划出加工表面的位置线 然后把工件轻轻地预紧在机床工作台或通用夹具上 用划针等工具在机床上对工件找正后安装 称为划线找正法安装 找正安装方法简单 通用性好 但生产率低 精度不高 操作技术要求较高 适用于单件小批或大型工件的生产 40 42 夹具是在加工工件时 用来正确迅速地安装工件的装置