10.力效应、热变形的影响及表面质量

1、模具加工精度模具加工精度 工艺系统的力效应对加工艺系统的力效应对加 工精度的影响工精度的影响 在加工过程中，工艺系统的组成环节在切在加工过程中，工艺系统的组成环节在切 削力、传动力、惯性力、重力等的作用下，可削力、传动力、惯性力、重力等的作用下，可 能产生弹性变形，某些接触面上还可能产生塑能产生弹性变形，某些接触面上还可能产生塑 性变形。由于系统中某些配合零件间存在着间性变形。由于系统中某些配合零件间存在着间 隙，在力的作用下配合零件也可能产生消除间隙，在力的作用下配合零件也可能产生消除间 隙的位移。由于变形和位移的影响，已经调整隙的位移。由于变形和位移的影响，已经调整 好的刀具和工件的相对位

2、置将发生改变，从而好的刀具和工件的相对位置将发生改变，从而 导致加工误差。导致加工误差。 模具加工精度模具加工精度 工艺系统的力效应对加工艺系统的力效应对加 工精度的影响工精度的影响 工艺系统的弹性变形、塑性变形和配合间隙消除所引起的 位移量的总和称为工艺系统的总位移。它的大小决定于外力 的大小，也决定于工艺系统抵抗变形的能力，这种能力称为 系统的刚度。 刚度用系统上的作用力与在力作用方向上所引起的位移之 比来表示。 工艺系统的刚度工艺系统的刚度 模具加工精度模具加工精度 工艺系统的力效应对加工艺系统的力效应对加 工精度的影响工精度的影响 1工件受力变形对加工精度的影响 (1)如图对于一端悬伸

3、，一端夹持在卡盘中的光滑圆轴，工件 相当于一端固定的悬臂梁。车后产生锥形误差的圆度误差。 (2)如图用两顶尖支承车削细长轴时，工件产生腰鼓形的圆度 误差。 （3）将薄壁圆环夹持在三爪自定心卡盘内进行镗孔加工，孔产 生形状误差。 2刀具受力变形对加工精度的影响 在镗床上由镗杆沿轴向进给进行镗孔时，使工件产生“喇叭口” 3机床受力变形对加工精度的影响 机床的刚度是机床性能的一项重要指标，是影响机械加工精度 的重要因素。目前多数情况都是用实验来测定机床各部件的刚度。 工艺系统刚度对加工艺系统刚度对加 工精度的影响工精度的影响 模具加工精度模具加工精度 工艺系统的力效应对加工艺系统的力效应对加 工精度

4、的影响工精度的影响 工件的内应力是指无外载荷作用的情况下，工件内部存在的应力。 1内应力的产生 （1）毛坯制造过程中产生的内应力 （2） 冷校直产生的内应力 （3）切削加工引起的内应力 2减小或消除内应力的措施 （1）合理设计工件的结构 （2）采用时效处理 1）自然时效 2）人工时效 工件内应力对加工工件内应力对加工 精度的影响精度的影响 模具加工精度模具加工精度 工艺系统受热变形对加工艺系统受热变形对加 工精度的影响工精度的影响 1.引起热变形的根源是工艺系统在加工过程中出现的各种热源： 切削热 、摩擦热 、由动力热源和周围环境传来的热量。 2.机床工作时，轴承、齿轮、丝杠和螺母、离合器、导

5、轨、电 动机及其它机床电器、液压部件等产生的热量。使之产生热变形 ， 导致加工误差产生。 3.减小机床热变形引起的加工误差，可采取以下措施。 （1）减小热量的产生 （2）充分冷却 （3）在机床达到热平衡后再进行加工 （4）恒温控制 （5）改善机床的结构 机床的热变形机床的热变形 模具加工精度模具加工精度 工艺系统受热变形对加工艺系统受热变形对加 工精度的影响工精度的影响 由于刀具体积小、热容小，热量都集中于刀具的切削部分，故刀 具仍有相当程度的温升，其热变形也比较显著。 在车削长度较大的工件时，进给路程长，在开始阶段切屑与刀具 的温差较大，所以传入刀具的热量较多，刀具温度变化较大，产 生的热伸

6、长也大，这样就会使车出的外圆直径愈来愈小，造成形 状误差。但是由于刀具的热容小，很快就能达到热平衡，使刀具 的热变形量保持不变。在某些情况下刀具的热变形还能与刀具的 磨损相互补偿，故在一般情况下对加工精度的影响并不严重。 为减小刀具热变形对加工精度的影响，其主要措施是加切削液。 刀具的热变形刀具的热变形 模具加工精度模具加工精度 工艺系统受热变形对加工艺系统受热变形对加 工精度的影响工精度的影响 由于加工的精度要求不同，工件热变形对加工精度的影响有时可 以忽略，有时则不能忽略。 车削外圆柱面时，随着切削时间的增加，工件的温度逐渐升高， 工件直径也逐渐增大，在达到热平衡状态时直径的增大量为最大。

7、 因其增大量均在加工过程中被切除，因此工件冷却后将出现靠尾 座一端直径大，主轴箱一端直径小的锥度。 工件受热后还会产生轴向伸长，若在顶尖间进行车削加工，由于轴 向伸长受两顶尖的阻碍，造成轴向压力，对长径比较大的细长工 件，当温升足够大时，工件将产生纵向弯曲，使被加工表面产生 鼓形误差。 在螺纹加工中工件的热伸长使螺纹产生螺距累积误差。 在平面磨床上磨削较薄的平板状工件 工件的热变形工件的热变形 模具加工精度模具加工精度 工其它误差对加工精度工其它误差对加工精度 的影响的影响 1.由于采用了近似的成形运动或近似的刀具刃口轮廓而引起的加工 误差，称为原理误差。 2.例如车螺纹 ，如果联系车床主轴和

8、丝杠的传动挂轮是采用具有近 似传动比的挂轮。 3.例如齿轮铣刀的设计。 原理误差原理误差 模具加工精度模具加工精度 工其它误差对加工精度工其它误差对加工精度 的影响的影响 定位误差与夹紧误差之和称为装夹误差。定位误差包含定位基准 与设计基准不重合引起的基准不重合误差和基准位移误差。 装夹误差装夹误差 模具加工精度模具加工精度 工其它误差对加工精度工其它误差对加工精度 的影响的影响 调整误差是指工艺系统在加工时未调整到理想位置而产生的误差。 例如采用调整法加工时，刀具相对于工件未调整到正确位置，必 然会产生加工误差，降低工件的加工精度。 调整误差调整误差 模具加工精度模具加工精度 工其它误差对加

9、工精度工其它误差对加工精度 的影响的影响 机械加工时，需要以测量结果作为依据来控制加工过程或对工艺 系统进行调整。由于测量工具自身不可避免地存在误差，此外， 测量过程中由于测量方法、环境条件、测量操作人员的经验等原 因也会使测量结果产生误差。所以，测量误差是测量工具自身误 差和测量过程中产生的误差之和。 测量误差测量误差 模具加工精度模具加工精度 机械加工的表面质量机械加工的表面质量 1表面的微观几何形状误差即表面粗糙度 2表面波度 3表面层的物理力学性能 表面质量的含义表面质量的含义 模具加工精度模具加工精度 机械加工的表面质量机械加工的表面质量 1表面粗糙度的影响 (1)表面粗糙度影响零件

10、的耐磨性，当Ra0.630.32m时，零 件的初期磨损量最小。 (2)表面粗糙度影响零件的配合性质 (3)表面粗糙度影响零件的疲劳强度 (4)表面粗糙度影响零件的抗腐蚀性能 2表面冷作硬化的影响 机械加工过程中都会产生不同程度的冷作硬化现象，使零件表面 层硬度增加，脆性增大，抗冲击的能力下降。 3表面残余应力的影响 加工过程中所产生的表面残余应力，有拉应力和压应力之分。拉 应力容易使已加工表面产生裂纹，降低零件的疲劳强度。 表面质量对零件表面质量对零件 使用性能的影响使用性能的影响 模具加工精度模具加工精度 机械加工的表面质量机械加工的表面质量 1.影响表面粗糙度的因素及改善措施 切削加工产生

11、表面粗糙度的原因：残留面积 、塑性变形及积屑瘤 和鳞刺生成 、刀刃与工件相对位置微幅振动 。 （1）工件材料的影响 （2）切削用量的影响 切削速、进给量和背吃刀量 。 （3）刀具几何参数的影响 1）刀具圆弧半径 2）主偏角和副偏角 3）前角 （4）切削液的影响 影响表面质量的影响表面质量的 因素及改善途径因素及改善途径 模具加工精度模具加工精度 机械加工的表面质量机械加工的表面质量 2影响表层金属力学物理性能的因素及其改进措施 （1）加工表面层的冷作硬化 1）冷作硬化的产生 2）影响表面冷作硬化的因素 工件材料 刀具 切削用量 （2）表层金属的金相组织变化 ：硬度下降，出现细微裂纹，甚 至出现

12、彩色氧化膜，这种现象称之为烧伤。 防止磨削烧伤的办法 1)合理选用磨削用量 2)正确选择砂轮。 3)改善冷却条件 影响表面质量的影响表面质量的 因素及改善途径因素及改善途径 模具加工精度模具加工精度 机械加工的表面质量机械加工的表面质量 （3）表层金属的残余应力 （4）表面强化工艺 1）喷丸强化 2）滚压加工 3）挤压加工 影响表面质量的影响表面质量的 因素及改善途径因素及改善途径 模具加工精度模具加工精度 机任务实施机任务实施 一、鼓形误差分析 1）车细长轴时由于工件的刚性差，在切削力的作用下容易向远 离刀尖的方向弯曲，当车刀走到轴的中间时，工件弯曲最大，工 件轴心线离刀尖的距离最远，车出的

13、半径也最大，形成如图2-1b 所示的鼓形误差。预防措施是增加工件装夹刚度，由前后顶尖装 夹改为卡盘、顶尖装夹，或加用跟刀架等。 2）由于工件热变形伸长，前后顶尖又顶得过紧阻碍工件伸长， 在切削力的作用下工件必然向远离刀尖的方向弯曲，也形成如图 2-1b所示的鼓形误差。预防措施是在加工长轴时尽量减少热变形， 并在加工过程中适当地放松后顶尖的支顶，或用弹性后顶尖。 二、锥度误差分析 1）刀具在一次行程中磨损过快，越靠近车床床头一端，由于切削 时间越长，刀具磨损越多，刀尖离主轴轴线的距离越远，车出的 工件半径越大。预防措施是选取较耐磨的刀具材料或降低切削速 度。 2）车床导轨在水平方向与主轴中心不平

14、行，靠近床头一端车床导 轨与主轴中心的距离比床尾近。预防措施是维修调整机床精度。 模具加工精度模具加工精度 工艺系统的力效应对加工艺系统的力效应对加 工精度的影响工精度的影响 工艺系统的刚度工艺系统的刚度 模具加工精度模具加工精度 工艺系统的力效应对加工艺系统的力效应对加 工精度的影响工精度的影响 工艺系统刚度对加工艺系统刚度对加 工精度的影响工精度的影响 车细长轴工件受力变形引起的加工误差 a）加工时工件弯曲 b）加工后工件成鼓形 模具加工精度模具加工精度 工艺系统的力效应对加工艺系统的力效应对加 工精度的影响工精度的影响 工艺系统刚度对加工艺系统刚度对加 工精度的影响工精度的影响 夹紧力引

15、起的加工误差 a）工件装夹后弹性变形 b）镗孔后 c）加工误差 d）加开口环装夹 模具加工精度模具加工精度 工艺系统的力效应对加工艺系统的力效应对加 工精度的影响工精度的影响 工艺系统刚度对加工艺系统刚度对加 工精度的影响工精度的影响 镗杆悬伸过长引起的误差 L 模具加工精度模具加工精度 工艺系统的力效应对加工艺系统的力效应对加 工精度的影响工精度的影响 工艺系统刚度对加工艺系统刚度对加 工精度的影响工精度的影响 车床主轴箱、尾座和刀架的位移 设工件为绝对刚体，在径向切削力 F径作用下，前后顶尖处和刀架的水 平位移分别为Y主、Y尾、Y刀架。由于 前后顶尖的位移，使工件轴线由AB移 到AB。刀尖

16、由C移至C处。机床的 总位移为： Y机=YX+Y刀架 模具加工精度模具加工精度 工艺系统的力效应对加工艺系统的力效应对加 工精度的影响工精度的影响 工件内应力对加工工件内应力对加工 精度的影响精度的影响 铸造因内应力而引起变形 a)零件毛坯 b)内应力引起的变形 内应力引起模坯变形 a)不正确的切割方式 b)、c)正确的切割方式 1-电极丝 2-模坯 模具加工精度模具加工精度 工艺系统的力效应对加工艺系统的力效应对加 工精度的影响工精度的影响 工件内应力对加工工件内应力对加工 精度的影响精度的影响 冷校直引起的内应力 模具加工精度模具加工精度 工艺系统受热变形对加工艺系统受热变形对加 工精度的影响工精度的影响 机床的热变形机床的热变形 车床的热变形 机床主轴热变形规律 模具加工精度模具加工精度 工艺系统受热变形对加工艺系统受热变形对加 工精度的影响工精度的影响 机床的热变形机床的热变形 几种机床热变形的一般趋势 a)铣床 b) 龙门刨床 c)立轴平面磨床 模具加工精度模具加工精度 工艺系统受热变形对加工艺系统受热变形对加 工精度的影响工精度的影响 机床的热变形机床的热变形 用热空气加热立柱后壁 模具加工精度模具加工精度 工艺