任务33加工液压缸

任务3.3：加工液压缸,项目3盘套类零件机械加工工艺编制与实施,一,二,三,六,布置工作任务,相关知识学习,制定实施计划,加工零件检测,四,工作任务实施,五,工作结果评估,任务3.3加工液压缸,一、布置任务,加工如图所示的液压缸。零件材料为无缝钢管，生产类型为成批生产。,任务3.3加工液压缸,图3.65液压缸简图,液压缸的长度与直径之比为L/D5，属长套筒类，与前述短套类零件在加工方法及工件安装方式上都有较大差别。该液压缸内孔与活塞相配，因此表面粗糙度、形状精度及位置精度要求都较高。保证活塞在液压缸内移动顺利，对该液压缸内孔有圆柱度要求，对内孔轴线有直线度要求，内孔轴线与两端面间有垂直度要求，内孔轴线对两端支承外圆(82h6)的轴线有同轴度要求。除此之外还特别要求：内孔必须光洁，无纵向刻痕.,分析液压缸零件的结构和技术要求,一、布置任务,（1）内孔与外圆的精度要求外圆直径精度为IT6，表面粗糙度Ra为1.25m。孔作为套筒类零件支承或导向的主要表面，尺寸精度为IT11，表面粗糙度Ra为0.32m。内孔必须光洁，无纵向刻痕。左、右两端面表面粗糙度Ra为2.5m。（2）形状精度要求外圆与内孔的形状精度要求如下：内孔的圆柱度公差为0.04mm。内孔轴线的直线度公差为0.15mm。（3）位置精度要求位置精度主要应根据套筒类零件在机器中功用和要求而定。70H11内孔轴线对两端支承外圆(82h6)的轴线的同轴度公差为0.04mm。左、右两端面对70H11内孔轴线的垂直度公差为0.03mm。,分析液压缸零件的结构和技术要求,一、布置任务,机械加工中，有很多孔的精密加工方法，目前应用较为广泛的有金刚镗、珩磨、研磨、滚压等。,1、高速精细镗（金刚镗）,2、研磨,3、珩磨,4、滚压,二、相关知识学习,高速精细镗又称金刚镗，广泛应用于不适宜采用内圆磨削加工的各种结构零件的精密孔，例如发动机的气缸孔、连杆孔，活塞销孔以及变速箱的主轴孔等。由于高速精细镗切削速度高和切屑截面很小，因而切削力非常小，这就保证了加工过程中工艺系统弹性变形小，故可获得较高的加工精度和表面质量，孔径精度可达IT6IT7级，表面粗糙度Ra可达0.80.1m。孔径在15100mm范围内，尺寸误差可保持在58m以内，还能获得较高的孔轴心线的位置精度。为保证加工质量，高速精细镗常分预、终两次进给。高速精细镗要求机床精度高、刚性好、传动平稳、能实现微量进给。一般采用硬质合金刀具，其主要特点是主偏角较大(4590)，刀尖圆弧半径较小，故径向切削力小，有利于减小变形和振动。当要求表面粗糙度Ra小于0.08m时，须使用金刚石刀具。金刚石刀具主要适用于铜、铝等有色金属及其合金的精密加工。,1、高速精细镗（金刚镗）,研磨孔是一种常用的光整加工方法，需要在精镗、精铰或精磨之后进行。在研具与工件加工表面之间加入研磨剂，在一定压力下两表面做复杂的相对运动，使磨粒在工件表面上滚动或滑动，起切削、刮擦和挤压作用，从加工表面上切下极薄的一层材料，得到极高的尺寸精度和表面粗糙度值极小的表面。按研磨方式可分为手工研磨和机械研磨两种。,(a)带槽研磨棒(b)光滑研磨棒图3.67固定式研磨棒,2、研磨,研磨前，将套上工件的研磨棒安装在车床上，涂上研磨剂，调整研磨棒直径使其对工件有适当的压力，即可进行研磨。研磨时，研磨棒旋转，手握工件往复移动。固定式研磨棒多用于单件生产。带槽研磨棒见图3.67(a)便于存储研磨剂，用于粗研；光滑研磨棒见图3.67(b)，一般用于精研。,(a)带槽研磨棒(b)光滑研磨棒图3.67固定式研磨棒,2、研磨,研磨具有如下特点：(1)所有研具采用比工件软的材料制成，这些材料为铸铁、铜、青铜、巴氏合金及硬木等。有时也可用钢做研具。研磨时，部分磨粒悬浮于工件与研具之间，部分磨粒则嵌入研具的表面层，工件与研具作相对运动，磨料就在工件表面上切除很薄的一层金属(主要是上工序在工件表面上留下的凸峰)。(2)研磨不仅是用磨粒加工金属的机械加工过程，同时还有化学作用。磨料混合液(或研磨膏)使工件表面形成氧化层，使之易于被磨料所切除，因而大大加速了研磨过程的进行。(3)研磨时研具和工件的相对运动是较复杂的，因此，每一磨粒不会在工件表面上重复自己的运动轨迹，这样就有可能均匀地切除工件表面的凸峰。,2、研磨,研磨具有如下特点：(4)因为研磨是在低速、低压下进行的，所以工件表面的形状精度和尺寸精度高(IT6级以上)，表面粗糙度Ra小于0.16m，且具有残余压应力及轻微的加工硬化，但不能提高工件表面间的位置精度。(5)手工研磨工作量大，生产率低；对机床设备的精度条件要求不高；金属材料和非金属材料都可加工，如钢、铸铁、铜、铝、硬质合金等金属材料以及半导体、陶瓷、光学玻璃等非金属材料。(6)壳体或缸筒类零件的大孔，需要研磨时可在钻床或改装的简易设备上进行，由研磨棒同时作旋转运动和轴向移动。但研磨棒与机床主轴需成浮动连接。否则，研磨棒轴线与孔轴线发生偏斜时，将造成孔的形状误差。,2、研磨,珩磨是磨削加工的一种特殊形式，属于光整加工。需要在磨削或精镗的基础上进行。珩磨加工范围比较广，特别是大批大量生产中采用专用珩磨机珩磨更为经济合理，对于某些零件，珩磨已成为典型的光整加工方法，如发动机的气缸套、连杆孔和液压缸筒等。（1）珩磨原理在一定压力下，珩磨头上的砂条(油石)与工件加工表面之间产生复杂的的相对运动，珩磨头上的磨粒起切削、刮擦和挤压作用，从加工表面上切下极薄的金属层。,（2）珩磨方法珩磨所用的工具是由若干砂条(油石)组成的珩磨头，四周砂条能作径向张缩，并以一定的压力与孔表面接触，珩磨头上的砂条有三种运动，如图3.66(a)所示，即旋转运动、往复运动和加压力的径向运动。,(a)成形运动(b)一根砂条在双行程时的切削轨迹展开图3.66珩磨的成形运动及其切削轨迹,3、珩磨,（3）珩磨的特点珩磨时砂条与工件孔壁的接触面积很大，磨粒的垂直负荷仅为磨削的1/501/100。此外，珩磨的切削速度较低，一般在100m/min以下，仅为普通磨削的1/301/100。在珩磨时，注入的大量切削液，可使脱落的磨粒及时冲走，还可使加工表面得到充分冷却，所以工件发热少，不易烧伤，而且变形层很薄，从而可获得较高的表面质量。珩磨可达较高的尺寸精度、形状精度和较小值的表面粗糙度。珩磨能获得的孔的精度为IT6IT7级，表面粗糙度Ra为0.20.025m。由于在珩磨时，表面的突出部分总是先与砂条接触而先被磨去，直至砂条与工件表面完全接触，因而珩磨能对前道工序遗留的几何形状误差进行一定程度的修正，孔的形状误差一般小于0.005mm。,3、珩磨,（3）珩磨的特点珩磨头与机床主轴采用浮动连接，珩磨头工作时，由工件孔壁作导向，沿预加工孔的中心线作往复运动，故珩磨加工不能修正孔的相对位置误差，因此，珩磨前在孔精加工工序中必须安排预加工以保证其位置精度。一般镗孔后的珩磨余量为0.050.08mm，铰孔后的珩磨余量为0.020.04mm，磨孔后珩磨余量为0.010.02mm。余量较大时可分粗、精两次珩磨。珩磨孔的生产率高，机动时间短，珩磨一个孔仅需23min，加工质量高，加工范围大，可加工铸铁件、淬火和不淬火的钢件以及青铜件等，但不宜加工韧性大的有色金属，加工的孔径为15500mm，孔的深径比可达10以上。,利用涂敷或压嵌在研具上的磨料颗粒，通过研具与工件在一定压力下的相对运动对加工表面进行的精整加工。加工精度可达IT4IT6，表面粗糙度可达Ra0.010.16微米。,用镶嵌在珩磨头上的油石（也称珩磨条）对精加工表面进行的精整加工。珩磨主要用于加工孔径为15500毫米或更大的各种圆柱孔。表面粗糙度一般可达Ra0.320.08微米，精珩时可达Ra0.04微米以下,并能少量提高几何精度,加工精度可达IT74。,七、拓展光整加工,用细粒度的油石在一定的压力下对工件对表面进行的光整加工方法。表面粗糙度一般可达Ra0.010.08微米，精珩时可达Ra0.04微米以下,并能少量提高几何精度,加工精度可达IT74。,利用柔性抛光工具和磨料颗粒或其他抛光介质对工件表面进行的修饰加工。表面粗糙度一般可达Ra0.630.01微米,七、拓展光整加工,利用经过淬硬和精细抛光过的、可自由旋转的滚柱或滚珠，对工件表面进行挤压，以提高加工表面质量的一种机械强化加工方法。滚压加工可减小表面粗糙度值23级，提高硬度10%40%，表面层耐疲劳强度一般提高30%50%。滚柱或滚珠材质通常用高速钢或硬质合金。,滚压,(1)滚柱滚压：滚柱滚压是最简单最常用的冷压强化方法，如图3.68(a)所示。单滚柱滚压压力大且不平衡，这就要求工艺系统有足够的刚度；多滚柱滚压可对称布置滚柱以滚压内孔或外圆，减小了工艺系统的变形。这种方法也可滚压成形表面或锥面。(2)滚珠滚压：如图3.68(b)所示，这种方法接触面积小，压强大，滚压力均匀用于对刚度差的工件进行滚压，亦可做成多滚珠滚压。(3)离心转子滚压：离心转子滚压是利用离心力进行滚压的方法。滚珠和滚柱的重量、转子直径及转速决定了滚压力的大小，一般成正比关系。,(a)滚柱滚压(b)滚珠滚压图3.68滚压加工示意图,滚压,液压缸的材料一般有铸铁和无缝钢管两种。图3.65所示为选用无缝钢管材料的液压缸。,2、明确液压缸毛坯状况,三、制定实施计划,确定加工方案,该零件内孔的粗加工采用镗削，精加工多采用铰削(浮动铰孔)。该液压缸内孔的表面质量要求很高，内孔精加工后需滚压。也有不少套筒类零件以精细镗、珩磨、研磨等精密加工作为最终工序。内孔经滚压后，尺寸误差在0.01mm以内，表面粗糙度Ra为0.16m或更小，且表面经硬化后更为耐磨。但是目前对铸造液压缸尚未采用滚压工艺，原因是铸件表面的缺陷(疏松、气孔、砂眼、硬度不均匀等)，哪怕是很微小，都对滚压有很大影响，会导致滚压加工产生适得其反的效果。,3、拟定液压缸加工工艺路线,三、制定实施计划,划分加工阶段,该液压缸加工划分为三个加工阶段，即粗车(外圆、端面)；镗孔、滚压孔；精车(外圆、端面)，镗内锥孔。,3、拟定液压缸加工工艺路线,选择定位基准,该零件长而壁薄，为保证内外圆的同轴度，加工外圆时参照空心主轴的装夹方法，即采用双顶尖顶孔口的锥面。加工内孔与一般深孔加工时的装夹方法相同，多采用夹一端，另一端用中心架支承外圆。采用法兰凸台端面，内孔与外圆互为基准可保证内孔轴线的同轴度以及端面与内孔轴线的垂直度要求，并符合基准重合和基准统一的原则。,3、拟定液压缸加工工艺路线,加工顺序安排,应遵循加工顺序安排的一般原则，如先粗后精、先主后次等。从上述工艺过程中可见，套筒零件主要表面的加工多采用车或镗削加工；为提高生产率和加工精度也可采用磨削加工。孔加工方法的选择比较复杂，需要考虑生产批量、零件结构及尺寸、精度和表面质量的要求、长径比等因素。对于精度要求较高的孔往往需要采用多种方法顺次进行加工。如根据该液压缸的精度需要，内孔的加工方法及加工顺序为半精车(半精镗孔)精车(精镗孔)精铰(浮动铰孔)滚压孔。该液压缸的加工工艺路线为毛坯粗加工外圆和端面半精加工孔精加工孔精加工外圆、端面和内锥孔。,3、拟定液压缸加工工艺路线,工序加工余量、工序尺寸及其公差的确定(1)粗车时，各端面、外圆、内孔各按图样加工尺寸分别留余量0.5mm、2mm、1.85mm；(2)精镗内孔后留0.15mm铰削(浮动铰削)余量；(3)精加工：外圆、长度、内锥孔车到图样规定尺寸。,4、设计工序内容,选择设备工装(1)外圆、端面内孔加工设备、工装：普通车床CA6140、大头顶尖、中心架等。(2)内孔加工设备：卧式镗床、滚压机,4、设计工序内容,设计工序内容,确定切削用量及时间定额镗削用量。镗床切削用量选择分别见表3-12、表3-13。时间定额。(略),4、设计工序内容,表3-12卧式镗床的镗削用量参考表见P216,4、设计工序内容,表3-14液压缸加工工艺路线,5、液压缸加工工艺过程,三、制定实施计划,四、工作任务实施,学生按确定的工作计划，各自独立完成自己工作任务。,采用演示性实训普通机床零件加工综合项目实训,五、加工零件检测,六、工作结果评估,套筒类零件加工的一般方法：1、保证套筒表面位置精度的方法（1）一次装夹中完成内、外表面及端面全部加工。（2）需分次装夹时：2、防止加工中套筒变形的措施（1）粗、精加工分开（2）减少夹紧力的影响：措施（3）减少热处理的影响：粗热精3、长套筒零件的加工方法,先终加工孔，,先终加工外圆，,特别提醒,1.深孔加工工艺基础,拓展知识,1)深孔加工的工艺特点通常把深度与直径之比L/D5的孔称为深孔。深孔按长径比又可分为以下三类：L/D=520属一般深孔。如各类液压缸体的孔。这类孔在卧式车床、钻床上用深孔刀具或接长的麻花钻就可以加工。L/D=2030属中等深孔。如各类机床主轴孔。这类孔在卧式车床上须用深孔刀具加工。L/D=30100属特殊深孔。如枪管、炮管、电机转子等。这类孔必须使用深孔机床或专用设备，并使用深孔刀具加工。,1.深孔加工工艺基础,拓展知识,深孔加工比一般的孔加工要复杂和困难得多。深孔加工工艺主要有以下特点：(1)深孔加工的刀杆细长，强度和刚度比较差，在加工时容易引偏和振动，因此，在刀头上设置支承导向极为重要。(2)切屑排除困难。如果切屑堵塞则会引起刀具崩刃，甚至折断。因此需要采取强制排屑措施。(3)刀具冷却散热条件差，切削液不易注入切削区，使刀具温度升高，刀具的耐用度降低，因此必须采用有效的冷却方式。在深孔加工时，必须采取各种工艺措施解决以上三个主要方面的问题。,1.深孔加工工艺基础,拓展知识,2)深孔钻削方式在单件小批生产中，深孔钻削常在普通车床或转塔车床上用接长的麻花钻加工。有时工件作两次安装，从两端钻成。钻削时钻头须多次退出，以排除切屑和冷却刀具。采用这种钻削方法劳动强度大且生产效率低。在成批、大量生产中，普遍采用深孔钻床和使用深孔钻头进行加工。,1.深孔加工工艺基础,拓展知识,深孔加工时、由于工件较长，工件安装常采用“一夹一托”的方式，工件与刀具的运动形式有以下三种：(1)工件旋转、刀具不旋转只作进给。这种加工方式多在卧式车床上用深孔刀具或用接长的麻花钻加工中小型套筒类与轴类零件的深孔时应用。(2)工件旋转、刀具旋转并作进给。这种加工方式大多用深孔钻镗床和深孔刀具加工大型套筒类零件及轴类零件的深孔。这种加工方式由于钻削速度高，因此钻孔精度及生产率较高。上述两种加工方法都不易使深孔的轴线偏斜，尤其后者更为有利，但设备比较复杂。(3)工件不旋转、刀具旋转并作进给。这种钻孔方式主要应用在工件特别大且笨重，工件不宜转动或孔的中心线不在旋转中心上。这种加工方式易产生孔轴线的歪斜，钻孔精度较差。,1.深孔加工工艺基础,拓展知识,3)冷却和排屑方式深孔加工难度大，技术要求高，这是深孔加工的特点所决定的。因此，设计和使用深孔钻时应注意钻头的导向，防止偏斜；保证可靠的断屑和排屑；采取有效的冷却和润滑措施。在深孔加工中，冷却(特别是刀具切削部分的冷却)和排屑是要解决的首要问题，由于在切削过程中，切削热的绝大部分传入切屑，如果切屑能顺利通畅地排出，在排屑的同时也就达到了冷却的目的。目前，排屑方式有外排屑、内排屑和喷吸三种方式。,1.深孔加工工艺基础,拓展知识,3)冷却和排屑方式几种常见深孔钻的工作原理与结构特点：(1)单刃外排屑深孔钻。,图3.71单刃外排屑深孔钻工作原理1-工件；2-切削部分；3-钻杆,特点：刀具结构简单，不需用专用设备和专用辅具，排屑空间大，但切屑排出时易划伤孔壁，孔表面粗糙度值较大。适合于小直径深孔钻及深孔套料钻。,1.深孔加工工艺基础,拓展知识,3)冷却和排屑方式几种常见深孔钻的工作原理与结构特点：(2)错齿内排屑深孔钻