典型机械零件的加工工艺 第4版 课题二参考答案

课题二主动轴的加工工艺任务一1、(1)轴类零件是机器中经常遇到的典型零件之一。它主要用来支承传动零部件,传递转矩和承受载荷。(2)轴类零件的结构特点轴类零件是旋转体零件,其长度大于直径,一般由同轴的外圆柱面、圆锥面、内孔和螺纹、花键、横向孔、沟槽及相应的端面组成。轴类零件的主要技术要求有尺寸精度、形状精度、位置精度和表面粗糙度。轴类零件应根据不同的工作条件和使用要求选用不同的材料并采用不同的热处理规范(如调质、正火、淬火等),以获得一定的强度、韧性和耐磨性。45钢是轴类零件的常用材料,经过调质(或正火)后可得到较好的可加工性,而且能获得较高的强度和韧性等综合力学性能,淬火后表面硬度可达45~52HRC。40Cr等合金结构钢适合制造中等精度而转速较高的轴类零件,这类钢经调质和淬火后,具有较好的综合力学性能。轴承钢GCr15和弹簧钢65Mn经调质和高频感应淬火后,表面硬度可达50~58HRC,并具有较高的耐疲劳性和较好的耐磨性,可制造精度较高的轴。20CrMnTi、20MnVB、20Cr等低碳合金钢经渗碳淬火后,具有很高的表面硬度、耐冲击韧性和心部强度,但热处理变形较大。38CrMoAlA渗氮钢经调质和表面渗氮后,不仅能获得很高的表面硬度,而且能保持较软的心部,因此耐冲击韧性好,与渗碳淬火钢比较,它有热处理变形小、硬度更高的特性。低碳合金钢和渗氮钢可制造较高速重载的轴,如精密机床的主轴(如磨床砂轮轴、坐标镗床主轴)可选用38CrMoAlA渗氮钢制造。轴类零件的定位基面最常用的是两中心孔。因为轴类零件的设计基准一般都是轴的中心线,采用两中心孔定位就能符合基准重合原则;同时,由于多数工序都采用中心孔作为定位基面,能最大限度地加工出多个外圆和端面,这也符合基准统一原则。以中心孔为定位基面,中心孔的圆度和多角形会复映到加工表面上,中心孔的同轴度误差会导致中心孔和顶尖接触不良,而中心孔与顶尖的接触精度将直接影响零件的加工精度。同时,中心孔经过多次使用会拉毛和磨损,或因热处理和内应力而发生变形或表面产生氧化皮。中心孔的精度是保证轴类零件质量的一个关键,因此在加工的各个阶段,特别是热处理后和磨削加工前,必须注意修整中心孔,以消除中心孔的误差。任务二1、车刀的种类很多,按其结构可分为焊接式、整体式和机夹可转位式等。按形式可分为直头刀、弯头刀、尖头刀、圆弧刀、右偏刀和左偏刀等;按用途可分为外圆车刀、端面车刀、内孔车刀、切断刀、螺纹车刀和成形车刀等。2、常用车刀材料有高速工具钢和硬质合金两大类。高速工具钢韧性好，强度高，刃口容易磨锋利；耐热性较差（约600℃），切削速度低，易磨损。主要用于制造小型车刀、螺纹车刀及形状复杂的成形车刀。硬质合金允许较高切削速度；脆性大，抗冲击差。其中k类适合加工铸铁、非铁金属等脆性材料，p类适合加工塑性金属及韧性较好的材料，M类适合加工高温合金、奥氏体锰钢、不锈钢、铸铁和合金铸铁等。焊接式车刀是由硬质合金刀片和普通结构钢刀柄焊接而成的,其优点是结构简单、制造方便、刀具刚性好、使用灵活,故应用较为广泛。可转位车刀是用机械夹固的方式将可转位刀片固定在刀槽中而组成的车刀,当刀片上一条切削刃磨钝后,松开夹紧机构,将刀片转过一个角度,调换一个新的切削刃,夹紧后即可继续进行切削。与焊接式车刀相比,可转位车刀有如下特点。①刀片未经焊接,无热应力,可充分发挥刀具材料性能,刀具寿命长。②刀片更换迅速、方便,节省辅助时间,生产率高。③刀柄可多次使用,降低了刀具费用。④能使用涂层刀片、陶瓷刀片、立方氮化硼和金刚石复合刀片。⑤结构复杂,加工要求高,一次性投资费用较大。⑥不能由使用者随意刃磨,使用不灵活。5、机床：CA6140卧式车床；夹具：双顶尖（前后顶尖+鸡心夹头），以工件两端中心孔定位；粗加工可先用三爪自定心卡盘装夹；刀具：选用硬质合金YT类车刀。90°外圆车刀粗、精车外圆；45°端面车刀车端面；切槽刀加工退刀槽。YT15用于粗半精车，YT30用于精加工，适合切削45钢。任务三1、(1)磨削加工的工艺范围：磨削在机械制造业中是一种使用非常广泛的加工方法,是以高速旋转的砂轮为刀具对工件进行加工的切削方法,可以加工各种表面,如内、外圆柱面和圆锥面、平面、渐开线齿廓面、螺旋面以及各种成形面(如花键、齿轮、螺纹)等,还可以刃磨刀具和进行切断等。(2)磨削加工的特点1)精度高。磨削是靠砂轮上磨粒的刃口进行切削的,磨削一般作为零件的精加工工序。2)可对高硬度的材料进行加工。由于砂轮磨粒具有很高的硬度,磨削加工主要用于零的精加工，尤其是淬硬钢件和高硬度特殊材料零件的加工。2、(1)砂轮硬度是指在磨削力的作用下磨粒从砂轮表面上脱落的难易程度。反映结合剂对磨粒的把持能力。砂轮硬度与磨粒硬度不相同，磨粒硬度是磨料自身材料的硬度；砂轮硬度是结合剂把持磨粒的能力，二者无关。同种磨料可制成不同硬度的砂轮。(2)对磨削的影响。砂轮过硬：钝磨粒不易脱落，自锐性差，易发热、工件烧伤；砂轮过软：磨粒过早脱落，损耗快，不易保持精度；硬度合适：自锐性好，磨削稳定，发热量适中。(3)选择原则。硬工件选软砂轮，软工件选硬砂轮；磨削接触面积大、易烧伤、干磨，选偏软；成型磨削、精磨、冷却充分，可选偏硬；有色金属易粘屑，选用软砂轮。3、1）1M：砂轮形状代号，1型平形砂轮，M型断面（单面有锥面/单面斜面平形砂轮）（1=平形基础型，M代表轮廓截面）2）360×15×203：砂轮尺寸，单位mm360：砂轮外径D=360mm15：砂轮厚度T=15mm203：砂轮内孔孔径H=203mmWA：磨料种类白刚玉（白色氧化铝）4）F46：粒度代号46#粒度5）M：砂轮硬度代号M级（中软）6）6：组织号6号组织（中等密度组织）7）B：结合剂代号树脂结合剂（树脂）8）60：砂轮最高允许工作线速度，60m/s。4、1)纵向进给磨削法(纵向磨法)。砂轮高速旋转,工件装在前、后顶尖上,工件旋转并和工作台一起纵向往复运动,每一个纵向行程终了时,砂轮做一次横向进给,直到加工余量被全部磨完为止，纵向进给磨削法加工精度高。横向进给磨削法(切入磨法)。切入磨削因无纵向进给运动,要求砂轮宽度必须大于工件磨削部位的宽度,工件旋转时,砂轮以慢速做连续的横向进给运动。其生产率高,适用于大批量生产,也能进行成形磨削。但横向磨削力较大,磨削温度高,要求机床、工件有足够的刚度,故适合磨削短而粗、刚性好的工件,其加工精度低于纵向磨法。综合磨削法。它是横向进给磨削法与纵向进给磨削法的综合应用,即先用横向进给磨削法将工件分段进行粗磨,留0.03~0.04mm余量,然后用纵向进给磨削法精磨至尺寸。这种磨削方法既有横向进给磨削法生产率高的优点,又有纵向进给磨削法加工精度高的优点。5、提高外圆加工表面质量的工艺方法有多种,常用的精密加工方法有研磨、高精度磨削、超精度加工和滚压加工等。用研磨工具和研磨剂从工件表面上研去一层极薄的表层的精密加工方法称为研磨。使工件的表面粗糙度值在Ra0.16μm以下的磨削工艺称为高精度磨削。具有生产率高、应用范围广、能修整前道工序残留的几何误差并得到很高的尺寸精度和小的表面粗糙度值等优点。超精度加工是用细粒度的油石对工件施加很小的压力,油石做往复振动和沿工件轴向的慢速运动,以实现微量磨削的一种光整加工方法。滚压是冷压加工的方法之一,属于无屑加工。滚压加工是用滚压工具对金属材质的工件施加压力,使其产生塑性变形,从而降低工件的表面粗糙度值,强化表面性能的加工方法。6、机床：万能外圆磨床（M1432）夹具：前后顶尖、拨盘与鸡心夹头（两中心孔定位）砂轮：白刚玉（WA）陶瓷结合剂平形砂轮，中软硬度，46#~60#粒度磨料：白刚玉（WA）45钢属于碳素结构钢，白刚玉适合磨削碳钢、合金钢，硬度高、自锐性好，磨削时不易烧伤工件，适合精加工。粒度：Ra1.6为精磨，选F46~F60；Ra3.2可以选F36~F46硬度：K~M（中软），防止砂轮堵塞、工件烧伤结合剂：陶瓷结合剂V（陶瓷结合剂砂轮化学稳定、耐热、多孔，适合外圆精磨）砂轮形状：平形砂轮（1型）任务四铣床适应的工艺范围较广,可加工各种平面、台阶、沟槽和螺旋面等,如装上分度头,还可进行分度加工。铣刀是多刃刀具,刀齿能连续地依次进行切削,没有空程损失,且主运动为回转运动,可实现高速切削,故铣平面的生产率一般都比刨平面高。其加工质量经粗铣精铣后,尺寸公差等级可达IT9~IT7,表面粗糙度值可达Ra6.3~1.6μm。铣刀按刀具结构可分为以下四种。(1)整体式铣刀(2)整体焊齿式铣刀(3)镶齿式铣刀(4)可转位式铣刀铣刀；按用途一般分为面铣刀、立铣刀、模具铣刀、键槽铣刀、成形铣刀和鼓形铣刀。3、机床：万能卧式铣床（X6132）刀具：高速钢三面刃铣刀装夹方式：分度头+尾座顶尖，两中心孔定位装夹任务五工件图样分析序号加工表面尺寸尺寸精度几何公差表面粗糙度1支承轴径φ30—Ra1.6μm2配合轴径φ32、φ24IT6—Ra3.2μm3其他外圆φ36、φ27—4轴肩端面无—Ra3.2μm5键槽10、8IT9—Ra3.2μm图中支承轴径φ30±0.08不合理，应改为φ30±0.0065mm，IT6，满足使用要求。毛坯设计材料：45钢；生产类型：中等批量；毛坯选用热轧圆棒料；若载荷大选用模锻毛坯；毛坯直径、长度留加工余量，外圆每侧留23mm切削余量，长度方向留35mm余量。加工方法选择序号加工表面加工方案1高精度轴颈外圆粗车→半精车→淬火回火→修研中心孔→磨削2普通阶梯外圆粗车→半精车→精车3轴肩端面粗车端面→半精车端面4键槽铣削5中心孔车端面、钻中心孔加工阶段划分1）粗加工阶段：切除毛坯绝大部分余量，粗车各外圆、端面；发现毛坯缺陷，为后续加工留出余量；不追求高精度，重点提高切除效率。2）半精加工阶段：半精车各外圆、端面，车螺纹，完成次要表面加工；消除粗加工误差，为精加工（磨削）预留合理加工余量。3）精加工阶段：磨削重要轴颈外圆，铣键槽；保证零件全部尺寸精度、形位公差与表面粗糙度，达到图纸最终技术要求。定位基准选择1）精基准的选择：选用工件两端中心孔作为定位精基准理由：轴类零件设计基准是轴线，两中心孔代表轴心线，满足基准重合原则；大部分工序统一使用中心孔定位，满足基准统一原则，有效保证各外圆同轴度、圆跳动，装夹方便稳定。2）粗基准的选择：选用毛坯外圆表面作为粗基准理由：第一道工序用毛坯外圆三爪卡盘装夹，车端面、钻两端中心孔；保证加工出的中心孔有足够加工余量；粗基准只使用一次，不重复使用，符合粗基准选用原则。热处理工序安排毛坯下料后进行正火，改善材料切削性能，消除毛坯内应力；粗加工完成后，进行调质处理（淬火+高温回火），获得综合力学性能，硬度220250HBS；调质处理后必须修研两端中心孔，消除热处理变形，恢复精基准精度，之后再进行磨削精加工。工艺路线设计下料→车端面钻中心孔→粗车各外圆、端面→调质处理→修研中心孔→半精车各外圆、端面，车螺纹→铣键槽→修研中心孔→磨削主要轴颈外圆→去毛刺→检验入库。机械加工工艺卡片表格工序号工序名称工序内容工艺装备定位基准1下料锯床切割圆棒毛坯，保证毛坯长度锯床—2车三爪装夹毛坯，车两端端面，钻B型中心孔卧式车床CA6140毛坯外圆（粗基准）3粗车双顶尖装夹，粗车全部外圆、轴肩端面，留加工余量CA6140、外圆车刀两端中心孔4热处理调质处理（淬火+高温回火）热处理设备—5车修研两端中