模具制造工艺学培训课件 （全套精品170页）

第二章模具机械加工基本理论 第一节模具制造工艺规程编制第二节模具制造精度分析第三节机械加工表面质量第四节模具技术经济分析 1 生产过程与工艺过程 第一节模具制造工艺规程编制 1 产品投产前的生产技术准备工作2 毛坯制造如毛坯的锻造 铸造和冲压等 3 零件的加工过程如机械加工 特种加工 焊接 热处理和表面处理等 4 产品的装配过程5 各种生产服务活动 一 基本概念 1 生产过程 将原材料转变为成品的全过程称为生产过程 它主要包括 2 工艺过程 生产过程中为改变生产对象的形状 尺寸 相对位置和性质等 使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程 若采用机械加工方法来完成上述过程 则称其为机械加工工艺过程 2 机械加工工艺过程及其组成 1 工序 机械加工工艺过程是由一个或若干个按顺序排列的工序组成 工序 是一个或一组工人 在一个工作地点对同一个或同时对几个工件进行加工所连续完成的那一部分工艺过程 它是组成工艺过程的基本单元 又是生产计划和经济核算的基本单元 例1 每一个工件在同一台机床上钻孔后就接着铰孔 若在该机床上将这批工件都钻完孔后再逐个铰孔 对一个工件的钻铰加工过程就不连续了 钻 铰加工应该划分成两道工序 则该孔的钻 铰加工过程是连续的 应算作一道工序 表1 1模柄的工艺过程 走刀 一个工步内每进行一次切削即为一次走刀 工序 工步 走刀 2 工步及走刀 工步 是在加工表面和加工工具 切削用量中的转速与进给量 不变的情况下 所连续完成的那一部分工序 安装 定位后并将其夹紧 工件定位及夹紧的过程称为装夹 工件经一次装夹后所完成的那一部分工序 3 安装及工位 定位 工件在加工之前 应使其在机床上 或夹具中 处于一个正确的位置 工位 为了完成一定的工序部分 一次装夹工件后 工件与夹具或设备的可动部分一起 相对于刀具或设备的固定部分所占据的每一个位置 企业在计划期内应生产的产品量 年产量 称为生产纲领 某种零件的年产量可用以下公式计算N Qn 1 a b 2 生产类型根据产品的生产纲领大小 品种多少 结构大小为划分依据 3 生产纲领和生产类型 1 生产纲领 年产量与生产类型的关系 模具生产极少有大量生产 各种生产类型的工艺特征 作用 1 工艺规程是指导生产的重要技术文件 2 工艺规程是生产组织和生产管理工作的基本依据 3 工艺规程是新建或扩建工厂或车间的基本资料 二 工艺规程制定的原则和步骤 1 工艺规程的作用 工艺规程规定产品或零部件制造工艺过程和操作方法等的工艺文件 机械加工工艺规程一般应规定工件加工的工艺路线 工序的加工内容 检验方法 切削用量 时间定额以及所采用的设备和工艺装备等 2 机械加工工艺规程的基本原则 三个方面的要求 1 技术上的先进性 2 经济上的合理性 3 有良好的劳动条件 保证以最低的生产成本和最高的生产效率 可靠地加工出符合设计图样要求的产品 7 确定切削用量及时间定额 3 制订工艺规程的步骤 1 研究产品的装配图和零件图进行工艺分析 2 确定生产类型 3 确定毛坯 4 拟定工艺路线 5 确定各工序的加工余量 计算工序尺寸及其公差 6 选择各工序使用的机床设备及刀具 夹具 量具和辅助工具 8 填写工艺文件 4 工艺文件及其作用 1 工艺过程综合卡片小批量 2 机械加工工艺过程卡片成批 3 机械加工工序卡片大批量 三 产品图样 零件 的工艺分析 零件的工艺分析 零件结构的工艺分析 零件的技术要求分析 1 零件结构的工艺分析 零件结构的工艺分析 表面组成表面尺寸大小表面的不同组合 零件结构的工艺性比较 零件结构的工艺分析重点 1 零件尽量由简单且有规律的表面构成 2 零件表面有关尺寸应标准化 规格化 3 零件有关表面形状应与加工刀具形状相适应 4 尽量减少加工面积 5 尺寸标注要保证加工的方便性 6 合理地标注加工精度和表面粗糙度 7 合理地选择零件的材料 8 零件的结构应保证加工时刀具的引进和退出 9 零件的结构应能尽量减少加工时的装夹或工位数及换刀的次数 例 一般原则及实例分析 设计零件结构时 在满足零件使用要求的条件下 应考虑以下一些原则 1 便于安装 1 增加工艺凸台 2 增设装夹凸缘或装夹孔 3 改变结构或增加辅助安装面 1 刀具的引进和退出要方便 2 便于加工和测量 2 尽量避免箱体内的加工面 3 凸缘上的孔要留出足够的加工空间 4 尽可能避免弯曲的孔 5 必要时 留出足够的退刀槽 空刀槽或越程槽等 1 有相互位置精度要求的表面 最好能在一次安装中加工 3 利于保证加工质量和提高生产效率 2 尽量减少安装次数 3 要有足够的刚度 减少工件在加夹紧力或切削力作用下的变形 4 孔的轴线应与其端面垂直 5 同类结构要素应尽量统一 2 简化零件结构 6 尽量减少加工量 1 采用标准型材 3 减少加工面积 7 尽量减少走刀次数 8 便于多件一起加工 2 应能使用标准刀具加工 铣凹槽 提高标准化程度 钻盲孔 1 尽量采用标准件 铣型腔 7 合理采用零件的组合 5 合理地规定表面的精度等级和粗糙度的数值 6 既要结合本单位的具体加工条件 如设备和人工的技术水平 又要考虑与先进的工艺方法相适应 练习题 铣平面 齿轮轴滚齿 三联齿轮插齿 车内螺纹 车外螺纹 插键槽 钻孔 箱体镗孔 2 零件的技术要求分析 加工顺序 最终加工方法 加工方法 加工余量 工艺路线 四 毛坯的设计 1 零件材料的工艺性及组织和力学性能要求 2 零件的结构形状和尺寸 3 生产类型 4 工厂生产条件 毛坯是根据零件 或产品 所要求的形状 工艺尺寸等而制成的供进一步加工用的生产对象 毛坯的选择依据 2 毛坯的种类 四种 原型材 锻件 锻件的特点 碳化物分布均匀 晶粒细化 组织致密 力学性能得到提高 加工工艺性能好 寿命高 精密冲裁模 重载冲压模 高碳高合金钢 锻件毛坯的设计 A 加工余量 各种缺陷 氧化脱碳层 坯 D理 L 1 25 2 5 D实 镦粗比锻造比 C 下料尺寸 坯料体积 坯 锻K 锻 冲孔连皮 飞边 K烧 D 下料方式 锯切 蓝脆剪切 热剪切 铸件 模座 大框架 半成品件 模座 模板 垫板 模架 标准化 A 材料铸铁 铸钢 铸铝B 质量无严重缺陷C 热处理铸钢 229HBS铸铁 269HBS时效处理 基准是用来确定生产对象上几何要素 点 线 面 间的几何关系 位置和尺寸 所依据的那些点 线 面 基准 设计基准 工艺基准 定位基准 装配基准 测量基准 按作用 工序基准 五 定位基准的选择 1 基准及其分类 设计基准 在设计图样上用来确定其他点 线 面的基准 称为设计基准 工艺基准 零件在加工和装配过程中所使用的基准称为工艺基准 工序基准 在工序图上用来确定本工序被加工表面加工后的尺寸 形状 位置的基准称为工序基准 测量基准 检验时 用以测量已加工表面尺寸及位置的基准所采用的基准 装配基准通常就是零件的主要设计基准 孔D的轴线 2 工件的安装方式 定位 夹紧 装夹 安装 3 用夹具装夹工件 1 粗基准的选择六原则 1 为了保证加工表面与不加工表面的位置尺寸要求 应选不加工表面作粗基准 2 若要保证某加工表面切除的余量均匀 应选该表面作粗基准 有多个不加工表面情况 若对孔同轴度 B A 4 为保证各加工表面都有足够的加工余量 应选择毛坯余量小的表面作粗基准 3 尽量使工件上各加工表面的金属切除余量最小 选加工面积大表面作粗基准 若 ZA ZB ZC选C表面作粗基准 5 选作粗基准的表面 应尽可能平整 不能有飞边 浇注系统 冒口或其它缺陷 6 一般情况下同一方向上粗基准不重复使用 2 精基准的选择 1 基准重合原则 避免基准不重合误差 选择精基准 主要应考虑如何减少定位误差 保证加工精度 使工件装夹方便 可靠 夹具结构简单 选取原则 4 互为基准原则当两个被加工表面之间位置精度较高 要求加工余量小而均匀时 多以两表面互为基准进行加工 3 自为基准原则精加工或光整加工工序要求加工余量小而均匀 这时应尽可能用加工表面自身为精基准 2 基准统一原则 避免因基准变换而引起的定位误差 a 工件简图 c 在心轴上磨外圆 采用互为基准磨内孔和外圆 4 工件的定位 定位 夹紧 装夹 安装 1 应使工件相对于机床处于一个正确的位置 试切法 一种通过试切测量调整再试切 反复进行到被加工尺寸达到要求为止的加工方法 单件生产 调整法 先调整好刀具和工件在机床上的相对位置 并在一批零件的加工过程中保持这个位置不变 以保证工件被加工尺寸的方法 成批加工 工件的六个自由度 即L越大 工件的转角误差就越小 定位精度就越高 六 工艺路线的分析与拟定 表面加工方法的选择 补充 一 外圆面的加工 外圆表面的技术要求包括 本身精度 直径与长度的尺寸精度 圆度 圆柱度等形状精度 位置精度 与其他外圆面或孔的同轴度 与端面的垂直度等 表面质量 表面粗糙度 表面硬度 残余应力等 1 外圆表面的技术要求 2 外圆表面加工方案的分析 各种加工要求的外圆表面的加工方案见表 外圆面加工方案框图 经济精度 经济粗糙度 粗车IT12 IT11 12 5 50 半精车IT10 IT9 3 2 6 3 超精加工IT5 0 012 0 1 精细车IT7 IT6 0 025 0 4 精车IT8 IT7 0 8 1 6 研磨或超级光磨 IT5 0 006 0 1 粗磨IT8 IT7 0 8 1 6 半精磨IT7 IT6 0 4 0 8 精磨IT6 IT5 0 1 0 4 镜面磨 IT5 0 025 0 006 滚压 抛光 IT7 IT6 0 025 0 2 镜面车IT6 IT5 0 012 0 006 1 一般最终工序采用车加工方案的 适用于各种金属 淬火钢除外 2 最终工序采用磨加工方案的 适用于淬火钢 未淬火钢和铸铁 但不宜加工强度低 韧性大的有色金属 磨削前的车削精度无需很高 否则对车削不经济 对磨削也无意义 3 最终工序采用精细车或研磨方案 适用于有色金属的精加工 4 研磨 超级光磨和高精度小粗糙度值磨削前的外圆精度和粗糙度对生产率和加工质量影响极大 所以在研磨或高精度磨削前一般都要进行精磨 5 对尺寸精度要求不高 而粗糙度值要求小而光亮的外圆 可通过抛光达到要求 目前研究最多 最成熟的是超精车削 图3所示的微型车床尺寸仅为普通车床的五十分之一 其主轴转速可达10000rpm 进给速度可以达到1 35um s 用它加工的黄铜零件表面粗糙度可以达到Ramax1 5um 二 孔的加工 1 孔的技术要求 1 本身精度孔径和长度的尺寸精度 孔的形状精度 如圆度 圆柱度及轴线的直线度等 2 位置精度孔与孔 或孔与外圆面的同轴度 孔与孔 或孔与其他表面之间的尺寸精度 平行度 垂直度及角度等 3 表面质量表面租糙度和麦层物理机械性能要求等 孔加工 在实体材料上 方案框图 2 孔加工方案的分析 1 加工公差等级IT9的孔 小于 10mm的孔 可采用钻 铰方案 小于 30mm的孔 可采用钻模钻孔或采用钻 扩方案 大于 30mm的孔 可采用钻 镗方案 3 加工公差等级IT7的孔 小于 12mm的孔 可采用钻后两次铰孔的方案 大于 12mm的孔 可采用钻 扩 或镗 粗铰 精铰的方案 或采用最终工序为精拉或精磨的方案 精拉适于大批量生产 精磨不适于加工有色金属 2 加工公差等级IT8的孔 小于 20mm的孔 可采用钻 铰方案 大于 20mm并小于 30mm的孔 可采用钻 扩 铰方案 淬火钢除外 淬火钢采用磨削加工 4 加工公差等级IT6的孔 视具体情况而决定 有色金属不宜采用珩磨 可用研磨或细精镗 研磨对大孔 小孔均可加工 珩磨适于加工较大的孔 5 对已铸出或锻出的孔可直接进行扩孔或镗孔 大于 100mm的孔 用镗孔比较方便 6 加工盘套类零件中间的孔 一般在车床上将孔与外圆 端面一次装夹加工出来 成批生产或深经比较大时 应采用钻 扩铰方案 若零件需要淬火 应在半精加工后安排淬火再进行磨削 三 平面的加工 平面的技术要求平面加工的技术要求主要包括 形状精度 如平面度和直线度等 位置精度 如平面之间的尺寸精度以及平面度 垂直度等 表面质量 如粗糙度 表层硬度 残余应力等 平面加工方案的分析 平面加工方案框图 半精车IT8 IT10 3 2 6 3 1 最终工序采用刮研时 用于要求直线度高 粗糙度值小且不淬硬的平面 当批量较大时 可采用宽刃细刨代替刮研 3 最终工序采用磨削时 适于加工要求直线度高 粗糙度值小的淬硬工件和薄片工件 也用于不淬硬的钢件或铸件上较大平面的精加工 不宜精加工塑性较大的有色金属 2 最终工序采用高速精铣时 最适于高精度有色金属工件的加工 4 精车主要用于加工轴 套 盘等回转体零件的端面 一般在立式车床上加工 5 拉削平面加工精度高 生产率高 拉刀寿命长 是一种先进的加工方法 适于大批大量生产 6 研磨适于加工高精度 小粗糙度值表面 对于精度要求不高 仅要求光亮和美观的零件 可采用抛光加工 2 零件材料的性质及热处理要求 1 被加工表面的精度和零件的结构形状 3 生产率和经济性要求 4 现有生产条件 选择零件表面的加工方法应着重考虑问题 2 加工阶段的划分从保证加工质量 合理使用设备及人力等因素考虑 工艺路线按工序性质一般分为粗加工阶段 半精加工阶段和精加工阶段 光整加工阶段 1 粗加工阶段其主要任务是切除加工表面上的大部分余量 使毛坯的形状和尺寸尽量接近成品 2 半精加工阶段为主要表面的精加工作好必要的精度和余量准备 并完成一些次要表面的加工 如钻孔 攻螺纹 切槽等 3 精加工阶段使精度要求高的表面达到规定的质量要求 4 光整加工阶段其主要任务是提高被加工表面的尺寸精度和减小表面粗糙度 一般不能纠正形状和位置误差 将工艺过程划分阶段主要依据 加工表面尺寸公差等级 表面粗糙度 热处理要求 将工艺过程划分阶段有以下作用 1 保证产品质量 2 合理使用设备 3 便于热处理工序的安排 使热处理与切削加工工序配合更合理 4 便于及时发现毛坯缺陷和保护已加工表面 不划分加工阶段 A 当加工质量要求不高 工件的刚性足够 毛坯质量高 加工余量小 B 自动机床上加工重型零件 工艺路线划分加工阶段是对零件加工的整个工艺过程而言 不是以某一表面的加工或某一工序的加工而论 例如 有些定位基面 在半精加工阶段 甚至粗加工阶段就需要精确加工 3 工序的划分工序集中工序分散 4 加工顺序的安排 1 切削加工工序的安排安排加工顺序遵循原则 1 先粗后精 分阶段加工 2 先主后次3 基面先行4 先面后孔 工序分散具有以下特点 1 机床设备及工装比较简单 调整方便 生产工人易于掌握 2 可以采用最合理的切削用量 减少机动时间 3 设备数量多 操作工人多 生产面积大 热处理工序的安排 3 时效处理工序 时效处理的目的在于减小或消除工件的内应力 一般在粗加工之后 精加工之前进行 对于高精度的零件 在加工过程中常进行多次时效处理 2 为提高零件硬度和耐磨性的热处理工序 如淬火 渗碳淬火等 一般安排在半精加工之后 精加工 光整加工之前 1 为改善金属组织和加工性能的热处理工序 如退火 正火和调质等 一般安排在粗加工前后 取决于零件热处理的目的 辅助工序安排包括检验 去毛刺 清洗 涂防锈油等检验工序应安排在 零件粗加工或半精加工结束之后 重要工序加工前后 零件送外车间 如热处理 加工之前 零件全部加工结束之后 钳工去毛刺常安排在易产生毛刺的工序之后 检验及热处理工序之前 作业题1 何谓设计基准 何谓工艺基准 工艺基准有哪几种 2 如何正确安排零件热处理工序在机械加工中的位置 3 工艺路线按工序性质一般分为几个阶段 各阶段的主要任务是什么 七 加工余量的确定 加工余量的概念 1 工序余量和加工总余量 单边余量 双边余量 工序余量是相邻两工序的工序尺寸之差 若以Zi表示工序余量 双边余量 对于对称表面或回转体表面 其加工余量是对称分布的 是双边余量 Z0 Zl Z2 十Zn 工序尺寸的公差标注 入体原则 工序尺寸的公差一般规定在零件的入体方向 使工序尺寸的公差带处在被加工表面的实体材料方向 毛坯尺寸的公差一般采用双向标注 Zi Ai 1 Ai 标称余量 最大余量 最小余量 Zimax A i 1 max Aimin Zi十Ti Zimin A i 1 min Aimax Zi T i 1 余量公差 Ti Zimax Zimin Ti T i 1 影响加工余量的因素包含 1 上工序的尺寸公差Ta愈大 则本道工序的标称余量愈大 2 被加工表面上由前道工序产生的微观不平度只Ry和表面缺陷层深度Ha 3 前道工序引起的被加工表面的空间误差ea 4 本道工序的装夹误差 b 这项误差会影响切削刀具与被加工表面的相对位置 所以也应计入加工余量 2 影响加工余量的因素 单边余量Z2 Ta Ry Ha ea b 双边余量2Z2 Ta 2 Ry Ha 2 ea b 1 分析计算法 精确 大批 2 查表修正法 应用广泛 3 经验估计法 粗略 小批 3 确定加工余量的方法 1 工艺基准与设计基准重合时工序尺寸及其公差的确定 某工序加工应达到的尺寸称为工序尺寸 工序尺寸 公差 加工余量 工序基准的选择 精加工工序余量进行验算修正粗加工 第一道工序 的工序余量 确定工序尺寸步骤 确定零件各工序的基本余量 确定零件各工序工序尺寸公差 推算工序基本尺寸 入体原则标注 倒推法 P23例题 基准重合时工序尺寸及其公差的确定 某轴 50 尺寸精度IT5 表面粗糙度Ra为0 04 m 要求高频淬火 毛坯为锻件 工艺路线为 粗车 半精车 高频淬火 粗磨 精磨 研磨 求各工序尺寸及其公差 1 工艺尺寸链及其极值解法 1 工艺尺寸链的概念在机械制造中称这种相互联系且按一定顺序排列的封闭尺寸组合为尺寸链 由工艺尺寸所组成的尺寸链称为工艺尺寸链 2 工艺尺寸链的组成组成工艺尺寸链的每一个尺寸称为工艺尺寸链的环 在加工过程中直接保证的尺寸称为组成环 在加工过程中间接得到的尺寸称为封闭环 用A 表示当某组成环增大 其它组成环保持不变 封闭环也随之增大时 则该组成环称为增环 当某组成环增大 其它组成环保持不变 封闭环反而减小 则该组成环称为减环 3 工艺尺寸链的计算计算工艺尺寸链的目的是要求出工艺尺寸链中某些环的基本尺寸 4 孔系坐标 工序 尺寸及其公差的计算 机床的主要尺寸规格与加工零件的尺寸大小相适应 即使机床的精度与加工零件的技术要求相适应 机床的生产率与零件的生产类型相适应 此外还应考虑生产现场的实际情况 即现有设备的实际精度 负荷情况以及操作者的技术水平等 应充分利用现有的机床设备 八 机床与工艺装备的选择 正确选择机床与工艺装备是保证零件加工质量要求 提高生产率及经济性起重要作用 1 机床的选择 在大批大量生产的情况下 应广泛使用专用夹具 单件小批生产应尽量选择通用夹具 2 刀具的选择刀具的选择主要取决于所确定的加工方法 工件材料 所要求的加工精度 生产率和经济性 机床类型等 3 量具的选择量具的选择主要根据检验要求的准确度和生产类型来决定 单件小批生产广泛采用通用量具 大批量生产则采用极限量规及高生产率的检验仪器 1 夹具的选择 2 工艺装备的选择 1 切削用量的选择 九切削用量与时间定额的确定 大批大量生产中 特别是在流水线或自动线上必须合理地确定每一工序的切削用量 5 准备与终结时间te 4 休息与生理需要时间tr 2 时间定额的确定 2 辅助时间ta 时间定额包括 3 布置工作地时间ts 模具的制造精度主要体现在模具工作零件的精度和相关部件的配合 机械加工精度是指零件加工后的实际几何参数与理想 设计 几何参数符合程度 符合程度越高 加工精度就越高 零件的机械加工质量 机械加工精度 表面质量 第二节模具制造精度分析 一 概述 加工精度包含 尺寸精度 形状精度 位置精度 形状公差 位置公差 尺寸公差 在机械加工时 机床 夹具 刀具和工件就构成了一个完整的系统 称之为工艺系统 工艺系统中的种种误差 在不同的具体条件下 以不同的程度和方式反映为加工误差 因此 把工艺系统的误差称之为原始误差 影响模具精度的主要因素有 1 制件的精度 2 模具加工技术手段的水平 3 模具装配钳工的技术水平 4 模具制造的生产方式和管理水平 1 工艺系统的几何误差对加工精度的影响 1 加工原理误差例如 数控机床 二 影响零件制造精度的因素 2 调整误差由于调整不可能绝对地准确 因而会产生调整误差 通常工艺系统的调整有两种基本方法 试切法和调整法 3 机床误差引起机床误差的原因是机床的制造误差 安装误差和磨损 工件加工精度影响较大的主要有 机床导轨导向误差 机床主轴的回转误差 4 夹具的制造误差与磨损夹具的误差主要有 定位元件 刀具导向元件 分度机构 夹具体等的制造误差 夹具装配后 以上各种元件工作面间的相对尺寸误差 夹具在使用过程中工作表面的磨损 精加工用夹具的尺寸公差一般可取工件上相应尺寸或位置公差的1 2 1 3 粗加工用夹具则可取为1 5 1 10 5 刀具的制造误差与磨损刀具制造误差对加工精度的影响 根据刀具的种类 材料等的不同而异 1 采用定尺寸刀具加工时 刀具的尺寸精度直接影响工件的尺寸精度 2 采用成形刀具加工时 刀具的形状精度将直接影响工件的形状精度 3 展成刀具 如齿轮滚刀 花键滚刀 插齿刀等 的刀刃形状必须是加工表面的共扼曲线 因此 刀刃的形状误差会影响加工表面的形状精度 4 对于一般刀具 如车刀 铣刀 镗刀 其制造精度对加工精度无直接影响 但这类刀具的耐用度较低 刀具容易磨损 切削加工时 工艺系统在切削力 夹紧力以及重力等的作用下 将产生相应的变形 使刀具和工件在静态下调调整好的相互位置 以及切削成形运动所需要的正确几何关系发生变化 从而造成加工误差 2 工艺系统受力变形引起的加工误差 工艺系统受力变形通常是弹性变形用刚度来描述 1 工艺系统刚度对加工精度的影响1 切削力作用点位置变化引起的工件形状误差 2 切削力大小变化引起的加工误差 3 夹紧力和重力引起的加工误差 4 传动力和惯性力对加工精度的影响 2 减小工艺系统受力变形对加工精度影响的措施 一是提高系统刚度 二是减小载荷及其变化 1 提高工艺系统的刚度主要考虑 合理的结构设计 提高连接表面的接触刚度 采用合理的装夹和加工方式 2 减小载荷及其变化 采取适当的工艺措施 如合理选择刀具几何参数和切削用量以减小切削力 就可以减少受力变形 3 减小工件残余应力引起的变形 3 工艺系统的热变形对加工精度的影响 当工件 刀具和机床的温度达到某一数值时 单位时间内散出的热量与热源传入的热量趋于相等 这时工艺系统就达到了热平衡状态 2 刀具热变形对加工精度的影响 3 机床热变形对加工精度的影响 1 工件热变形对加工精度的影响 机床达到热平衡状态时的几何精度称为热态几何精度 精密加工应在机床处于热平衡之后进行 4 提高加工精度的途径机械加工误差是由工艺系统中的原始误差引起的 在对某一特定条件下的加工误差进行分析时 首先要列举出其原始误差 即要了解所有原始误差因素及对每一原始误差的数值和方向定量化 其次要研究原始误差与零件加工误差之间的数据转换关系 最后 用各种测量手段实测出零件的误差值 进而采取一定的工艺措施消除或减少加工误差 减少误差的技术 分成两大类 即 2 误差补偿技术 1 误差预防技术指减小原始误差或减少原始误差的影响 亦即减少误差源或改变误差源与加工误差之间的数量转换关系 第三节模具机械加工表面质量 1 加工表面质量含义机械加工表面质量也称表面完整性 主要包含两个方面的内容 表面的几何特征表面层力学物理性能 1 表面的几何特征主要由以下几部分组成 1 表面粗糙度 即加工表面上具有的较小间距和峰谷所组成的微观几何形状特征 其波高与波长的比值一般大于1 50 一 模具零件表面质量 3 表面加工纹理 即表面微观结构的主要方向 它取决于形成表面所采用的机械加工方法 即主运动和进给运动的关系 4 伤痕 在加工表面上一些个别位置上出现的缺陷 它们大多是随机分布的 如砂眼 气孔 裂痕和划痕等 2 表面波度 即介于宏观几何形状误差与表面粗糙度之间的中间几何形状误差 它主要是由切削刀具的偏移和振动造成的 其波高与波长的比值一般为1 50一l 1000 2 表面层力学物理性能表面层力学物理性能的变化 主要有三个方面的内容 表面层加工硬化 表面层金相组织的变化 表面层残余应力 2 零件表面质量对零件使用性能的影响 1 零件表面质量对零件耐磨性的影响表面粗糙度 表面层加工硬化等因素与零件耐磨性有关 最优表面粗糙度值 适当的表面层加工硬化 2 零件表面质量对零件疲劳强度的影响零件在交变载荷的作用下 其表面的缺陷处容易引起应力集中而产生疲劳裂纹 1 表面粗糙度值对零件的疲劳强度影响 减小表面粗糙度值提高疲劳强度 重要零件表面 如连杆 曲轴等 应进行光整加工 2 加工硬化对零件的疲劳强度影响 适当的表面层的加工硬化阻碍表面层疲劳裂纹的出现 3 表面层的残余应力对零件疲劳强度影响 残余压应力提高零件的疲劳强度残余拉应力降低其疲劳强度 零件表面残余压应力使零件的表面紧密 腐蚀性物质不易进入 可增强零件耐腐蚀性 而表面残余拉应力则降低零件耐腐蚀性 3 零件表面质量对零件耐腐蚀性能的影响零件的耐腐蚀性在很大程度上取决于零件的表面粗糙度 零件表面越粗糙 越容易积聚腐蚀性物质 凹谷越深 渗透与腐蚀作用越强烈 因此 减小零件表面粗糙度值 可以提高零件的耐腐蚀性 4 零件的表面质量对配合性质及其他方面的影响相配零件间的配合关系是用过盈量或间隙值来表示的 对有配合要求的表面 必须规定较小的表面粗糙度值 1 影响加工表面几何特征的因素及其改进措施表面粗糙度是构成加工表面几何特征的基本单元 1 切削加工后的表面粗糙度表面粗糙度等级用轮廓算术平均偏差Ra 微观平面度十点高度Rz或轮廓最大高度Ry的数值大小表示 并要求优先采用Ra 1 削加工表面粗糙度值主要取决于切削残留面积的高度 二 影响表面质量的因素及改善途径 影响切削残留面积高度的因素主要包括 刀尖圆弧半径r 主偏角Kr 副偏角Kr及进给量 等 2 切削加工中有塑性变形发生的缘故 在实际切削时 选择低速宽刀精切和高速精切 往往可以得到较小的表面粗糙度值 3 加工脆性材料时 切削速度对表面粗糙度的影响不大 切削脆性材料比切削塑性材料容易达到表面粗糙度的要求 对于同样的材料 金相组织越是粗大 切削加工后的表面粗糙度值也越大 为减小切削加工后的表面粗糙度值 常在精加工前进行调质等处理 4 合理选择切削液 适当增大刀具的前角 提高刀具的刃磨质量等 能有效地减小表面粗糙度值 5 其他因素影响加工表面粗糙度 如在已加工表面的残留面积上叠加着一些不规则金属生成物 粘附物或刻痕等 其形成主要原因有积削瘤 鳞刺 振动 摩擦 切削刃不平整 切削划伤等 2 磨削加工后的表面粗糙度磨削加工表面粗糙度的形成也是由几何因素和表面层金属的塑性变形 物理因素 决定的 但磨削过程要比切削过程复杂得多 1 几何因素的影响 单位面积的磨粒数越多 刻痕的等高性越好 则磨削表面的粗糙度值越小 2 表面层金属的塑性变形 物理因素 的影响 磨削过程的塑性变形要比一般切削过程大得多 影响塑性变形的因素是影响表面粗糙度的决定性因素 影响工件产生塑性变形的因素主要有 磨削用量 砂轮的粒度 硬度 组织和材料以及磨削液的选择 2 影响表层金属力学物理性能的工艺因素及其改进措施由于受到切削力和切削热的作用 表面金属层的力学物理性能会产生很大的变化 最主要的变化是表层金属显微硬度的变化 金相组织的变化和在表层金属中产生残余应力 1 表面层的冷作硬化1 冷作硬化的产生 机械加工过程中产生的塑性变形 使晶格扭曲 畸变 晶粒间产生滑移 晶粒被拉长 这些都会使表面层金属的硬度增加 这种现象统称为冷作硬化 或称为强化 表层金属冷作硬化的结果 会增大金属变形的阻力 减小金属的塑性 金属的物理性质 如密度 导电性 导热性等 也有所变化 由于金属在机械加工过程中同时受到力因素和热因素的作用 机械加工后表面层金属的最后性质取决于强化和弱化两个过程的综合 评定冷作硬化的指标有下列三项 表层金属的显微硬度HV 硬化层深度 m 硬化程度N 2 影响表面冷作硬化的因素 金属切削加工时 影响表面层加工冷作硬化的因素 切削力愈大 塑性变形愈大 硬化程度愈大 硬化层深度也愈大 当变形速度很快 即切削速度很高 时 冷作硬化层深度和硬化程度都会减小 切削温度高 硬化程度减小 工件材料的塑性越大 冷作硬化程度也越严重 磨削用量的影响 A 加大磨削深度 磨削力随之增大 磨削过程的塑性变形加剧 表面冷硬倾向增大 B 提高纵向进给速度 每颗磨粒的切屑厚度随之增大 磨削力加大 冷作硬化程度增大 C 提高工件转速会缩短砂轮对工件热作用的时间 使软化倾向减弱 因而表面层的冷硬增大 D 提高磨削速度 每颗磨粒切除的切削厚度变小 减弱了塑性变形程度 而磨削区的温度增高 弱化倾向增大 砂轮粒度的影响 砂轮的粒度越大 每颗磨粒的载荷越小 冷硬程度也越小 金属磨削时 影响表面冷作硬化的因素主要有 3 冷作硬化的测量方法 冷作硬化的测量主要是指表面层的显微硬度HV和硬化层深度的测量 硬化程度N可由表面层的显微硬度HV和工件内部金属原来的显微硬度HV0计算求得 表面层显微硬度HM的常用测定方法是用显微硬度计来测量 它的测量原理与维氏硬度计相同 h lsina Rz 2 表层金属的金相组织变化1 磨削加工表面金相组织的变化 机械加工过程中 当温度升高到超过工件材料金相组织变化的临界点时 就会发生金相组织变化 磨削烧伤 已淬火的钢件 很高的磨削温度往往会使表层金属的金相组织产生变化 使表层金属硬度下降 使工件表面呈现氧化膜颜色 这种现象称为磨削烧伤 2 影响磨削烧伤的因素及改善途径 从切削时的温度入手 从以下三方面考虑 合理选用磨削用量 从减轻烧伤而同时又尽可能地保持较高的生产率考虑 在选择磨削用量时 应选用较大的工件速度和较小的磨削深度 正确选择砂轮 A 硬度太高的砂轮 由于砂轮钝化之后不易脱落 容易产生烧伤 所以应选择较软的砂轮 B 选择具有一定弹性的结合剂 如橡胶结合剂 树脂结合剂 C 在砂轮的孔隙内浸入石蜡之类的润滑物质 改善冷却条件 外冷却内冷却 3 表层金属的残余应力 冷态塑性变形引起的残余应力表层残余切削过程中在切削力作用下 金属切削层产生剧烈的塑性变形 使金属表层的比容积增大 体积增大 但其变化受到与之相连的里层金属的阻碍而在表面层产生残余压应力 里层产生残余拉应力 在已加工表面形成过程中 由于后刀面的挤压 摩擦作用 使表层金属晶格进一步变形伸长而使塑性变形加剧 表层残余压应力增大 热态塑性变形引起的残余应力切削结束后 表面层温度降低 其收缩又受到基体的阻碍而产生拉应力 金相组织变化引起的残余应力切削时 当工件表面温度高于金属相变温度 会引起金属表层金相组织变化 不同深度处温度不同 其相变也不相同 4 表面强化工艺这里所说的表面强化工艺是指通过冷压加工方法使表面层金属发生冷态塑性变形 以降低表面粗糙度值 提高表面硬度 并在表面层产生压缩残余应力的表面强化方法 1 喷丸强化 喷丸强化是利用大量高速运动 35 50m s 的珠丸打击被加工工件表面 使工件表面产生冷硬层和压缩残余应力 可显