金属冷加工工艺.doc

第二节 金属冷加工工艺金属冷加工就是在常温下用刀具或模具把金属材料上多余的部分切去或使之改变形状，获得符合要求的几何形状、尺寸及表面粗糙度的加工过程。金属冷加工可分为：金属切削加工（车、铣、磨、刨、钻）、冷冲压（冷挤压）和冷旋压等。一、金属切削加工的工艺特点金属切削加工虽有多种不同的形式，但是，它们在很多方面如切削时的运动、切削工具以及切削过程等，都有着共同的现象和规律。（一）车削加工车削时，工件做旋转的主运动，刀具作直行的进给运动，见图10-1。大部分回转体表面可以在车床上加工。1易于保证轴、套、盘等类零件各表面的位置精度。 2适合于有色金属零件的精加工。当有色金属的轴类零件要求较高的精度和小的粗糙度时，若用磨削，则砂轮容易堵塞，加工困难。这时，可用细车。即在车床上以很小的切深和进给量及很高的切削速度进行加工。3切削过程比较平稳。车削时切削过程是连续的，而且切削面积是不变的。 图10-1 车削加工所以切削力变化小，切削过程比其他过程，如刨削、铣削等平稳。4刀具简单。车刀是刀具中最简单的一种，制造、刃磨和装夹均较方便，这就便于根据具体加工要求，选用合理的角度，有利于提高加工质量和生产效率。（二）铣削加工铣削时，铣刀作旋转的主运动，工件一般作直线的进给运动，铣削是平面加工的主要方法之一，见图10-2。 （a）卧铣 （b）立铣图10-2 铣削加工1铣削加工时每个刀齿不均匀、不连续切削，切入和切离时均会引起冲击和震动。2铣刀每一切削刃在进入切削前，均要在工件已加工表面滑行一段距离，从而加剧了切削刃与工件之间的摩擦，引起切削温度升高，表面冷硬程度增加，刀具磨损加剧。3. 铣削时由于切削层参数及切削力是变化的，容易引起震动，使铣削加工的零件难以获得高的精度和小的表面粗糙度。4. 铣削时由于参加切削的刀齿较多，生产率较高。（三）磨削加工磨削实质上是用砂轮上的磨料自工件表面层切除细微切屑的过程，见图10-3。磨削是零件精加工的主要方法之一，磨削不仅能加工一般材料（如碳钢、铸铁和有色金属等），还可以加工用一般金属刀具难以加工的硬材料（如淬火钢、硬质合金等）。 1可以加工出高精度和表面粗糙度小的表面。2磨削温度高。在磨削过程中，一方图10-3 磨削加工面由于砂轮的高速旋转，砂轮与工件间产生剧烈的外摩擦，另一方面由于磨粒挤压工件表 层，使其发生弹性和塑性变形，在工件材料内部发生剧烈的内摩擦。内、外摩擦的结果产生了大量的磨削热。由于砂轮本身传热性很差，磨削区瞬时所产生的大量热量，短时间来不及传出。因此，工件表面容易产生烧伤现象，淬硬钢在磨削时更易发生退火，使表面硬度降低。对于导热性差的材料在磨削高温的作用下，容易在工件内部与表面之间产生很大的温度差，致使工件表层产生磨削应力和应变。有时能使工件表面产生很细的磨削裂纹，降低表面质量。为了减少磨削时的高温对加工质量的影响，在磨削过程中，应采用大量的切削液，以降低磨削温度。（四）刨削加工刨削是最普遍的平面加工方法之一，见图10-4。它的主要特点是主运动为直线往复运动，并断续地加工零件表面。由于空程、冲击和惯性力等，限制了刨削生产率和精度的提高。1. 机床刀具简单、通用性好。2. 生产率较低。因为刨刀回程时不切削，加工不是连续的，一般又是用单刃刨刀进行加工。3. 加工精度较低。 图10-4 刨削加工（五）钻削加工 用钻头在实体材料上加工出孔的工艺过程，称为钻孔，见图10-5。1. 刀具的刚性差。这是因为一方面钻头的直径受到所加工孔的限制，并且钻头一般较长，因而刚度较差；另一方面，钻削本身又要求在钻头上有尽可能大的容屑槽以利排屑，这样就使钻芯变细，又大大地削弱了钻头的刚性。2. 排削困难。钻孔时，由于切屑较宽，容屑槽尺寸又受到限制，因而，在排屑过程中，往往与孔壁发生较大的摩擦，挤压、拉毛和刮伤已加工表面，降低表面质量。 3. 切削热不易传散。由于钻削是一种半封闭式的切削，造成钻削时所产生的热量不易传散。二、冷冲压加工的工艺特点冷冲压加工是指在常温下，借助于冲压设备（压力机）所提供的压力，通过安装在其设备上的冲压模具，使各种不同规格的板料发生塑性变形或分离，制成所需尺寸及形状的零件的一种加工方法。 图10-5 钻削加工1. 能冲压出其它加工工艺难以加工或无法加工的形状复杂的制件。2. 冲压件质量稳定，尺寸精度高。3. 冲压件具有重量轻、强度高、刚性好和表面粗糙度小等特点。4. 生产率高，材料利用率高。5 .易于实现机械化与自动化生产。6. 冷冲压的缺点是模具制造周期长、制造成本高，不适于单件小批量生产。三、冷旋压加工的工艺特点冷旋压加工就是在常温下，利用工具连续地依次对工件的极小部分施加压力而使其逐渐成形的一种工艺方法，见图10-6 。 （a）正旋 （b）反旋图10-6 冷旋压加工1. 产品精度高、表面粗糙度小。2. 产品性能好。冷旋压成形后的产品晶粒被拉长，见图10-7。并具有明显的纤维组织，强度和硬度都有不同程度的提高，但延伸率相应下降。3. 材料利用率高、产品成本低。由于冷旋压件的尺寸非常接近于成品，机械加工余量很小，因而材料利用率相当高，并相应的降低了生产成本。4. 工艺和装备简单、所需设备吨位小。由于冷旋压允许的变形量大，而且旋压变形工序之间一般不需要进行热处理等中间工序，所以冷旋压工序与冷冲压工艺相比，工序数少，工艺过程简单，工艺装备也大为简化。由于冷旋压是逐点渐进变形，因而旋轮对工件的加压面积非常小，尽管单位压力很高，但总压力并不大。 （a）旋压前 100X （