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外圆表面是轴类零件的主要表面,因此要能合理地制订轴类零件的机械加工工艺规程,首先应了解外圆表面的各种加工方法和加工方案。本章主要介绍常用的几种外圆加工方法和常用的外圆加工方案。
1 R/ x/ H# L6 T+ V3 @0 ~ 一、外圆表面的车削加工
' r% ?* F/ d9 q2 U 根据毛坯的制造精度和工件最终加工要求,外圆车削一般可分为粗车、半精车、精车、精细车。* x8 u% c, e% \
粗车的目的是切去毛坯硬皮和大部分余量。加工后工件尺寸精度IT11~IT13 ,表面粗糙度Ra50~12.5 μ m 。5 _! i. r9 n) t; h6 z# I+ N
半精车的尺寸精度可达 IT8~IT10 ,表面粗糙度 Ra6.3~3.2 μ m 。半精车可作为中等精度表面的终加工,也可作为磨削或精加工的预加工。 v8 v( S! h4 Z$ T; s8 r
精车后的尺寸精度可达 IT7~IT8 ,表面粗糙度 Ra1.6~0.8 μ m 。
) T% u- H' _7 q" d7 n1 U# p/ j 精细车后的尺寸精度可达 IT6~IT7 ,表面粗糙度 Ra0.4~0.025 μ m 。精细车尤其适合于有色金属加工,有色金属一般不宜采用磨削,所以常用精细车代替磨削。4 ]) |& [- n. A- H3 w" S! q
二、外圆表面的磨削加工
5 W; W5 Y/ Q1 z! C7 H 磨削是外圆表面精加工的主要方法之一。它既可加工淬硬后的表面,又可加工未经淬火的表面。
+ _3 `' U1 y4 ~/ t0 [) X3 m6 J- I' y$ n- [ 根据磨削时工件定位方式的不同,外圆磨削可分为:中心磨削和无心磨削两大类。
/ C& \/ |5 U. [) @) V (一)中心磨削! Q: {% T5 u8 N- B! ^7 p/ [
中心磨削即普通的外圆磨削,被磨削的工件由中心孔定位,在外圆磨床或万能外圆磨床上加工。磨削后工件尺寸精度可达 IT6~IT8 ,表面粗糙度 Ra0.8~0.1 μ m 。按进给方式不同分为纵向进给磨削法和横向进给磨削法。5 _0 U: N. k5 X
1 .纵向进给磨削法(纵向磨法)* d: m& l" n/ F9 J% M' I
如图 6-2 所示,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。% f+ T0 M* r2 {2 g, r# ~. G
7 q5 v( z. ~: h) v* a) N
2 .横向进给磨削法(切入磨法)- `* U O$ C) Z c
如图 6-3 所示,此种磨削法没有纵向进给运动。当工件旋转时,砂轮以慢速作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;加工精度低于纵向磨法。; y K" E# F( `- t
+ C+ U& |: T! ~% Y1 L) Q (二)无心磨削
; `) D, P# [- l1 C 无心磨削是一种高生产率的精加工方法,以被磨削的外圆本身作为定位基准。目前无心磨削的方式主要有:贯穿法和切入法。2 j5 M( Y/ R6 p: U% D N4 d% H
如图 6-4 所示为外圆贯穿磨法的原理。
$ N5 |! e X: d( p 工件处于磨轮和导轮之间,下面用支承板支承。磨轮轴线水平放置,导轮轴线倾斜一个不大的 λ 角。这样导轮的圆周速/ `' i H+ A$ ?# H' M( G( A+ c
度 υ 导 可以分解为带动工件旋转的 υ 工 和使工件轴向进给的分量 υ 纵 。
/ c3 {$ e- ]. ^7 ~
& Y- U4 T7 A' ^2 b0 ?/ G2 R
如图 6-5 为切入磨削法磨削的原理。导轮 3 带动工件 2 旋转并压向磨轮 1 。加工时,工件和导轮及支承板一起向砂轮作横向进给。磨削结束后,导轮后退,取下工件。导轮的轴线与砂轮的轴线平行或相交成很小的角度( 0.5~1 o ),此角度大小能使工件与挡铁 4 (限制工件轴向位置)很好地贴住即可。/ H$ v h" e* J$ P# I" n
无心磨削时,必须满足下列条件:( G, t5 ?5 Y5 X# D. T
1 .由于导轮倾斜了一个 λ角度,为了保证切削平稳,导轮与工件必须保持线接触,为此导轮表面应修整成双曲线回转体形状。. Q" d! g9 z- J, v" W$ s# k
2 .导轮材料的摩擦系数应大于砂轮材料的磨擦系数;砂轮与导轮同向旋转,且砂轮的速度应大于导轮的速度;支承板的倾斜方向应有助于工件紧贴在导轮上。' h p3 s7 S- n. j/ f, W5 |
3 .为了保证工件的圆度要求,工件中心应高出砂轮和导轮中心连线。高出数值 H 与工件直径有关。当工件直径 d 工 =8 ~ 30mm 时, H ≈ d 工 /3 ;当 d 工 =30 ~ 70mm 时, H ≈ d 工 /4 。) n8 i+ x& m# x+ f5 h
4 、导轮倾斜一个 λ 角度。如图 6-4 ,当导轮以速度 v 导 旋转时,可分解为:3 `' X# I0 }/ Q4 ~9 v
v 工 =v 导 · cos λ ; v 纵 =v 导 · sin λ
7 }/ I: o) k7 |( Z/ m 粗磨时, λ 取 3 ° ~ 6 ° ;精磨时, λ 取 1 ° ~ 3 ° 。
0 D6 T7 \" e- \) i, _8 N 无心磨削时,工件尺寸精度可达 IT6-IT7 ,表面粗糙度 Ra0.8-0.2um.
# R7 S7 o8 |- b (三)外圆磨削的质量分析% B) k! k0 k0 p, l) m5 H8 h k
在磨削过程中,由于有多种因素的影响,零件表面容易产生各种缺陷。常见的缺陷及解决措施分析如下:3 ], q4 \1 L- \8 E5 @
1 .多角形 在零件表面沿母线方向存在一条条等距的直线痕迹,其深度小于 0.5 μ m ,如图6-6 所示。
$ d) n4 v* [) n7 _产生原因主要是由于砂轮与工件沿径向产生周期性振动所致。如砂轮或电动机不平衡;轴承刚性差或间隙 太大 ;工件中心孔与顶尖接触不良;砂轮磨损不均匀等。消除振动的措施,如仔细地平衡砂轮和电动机;改善中心孔和顶尖的接触情况;及时修整砂轮;调整轴承间隙等。
( [6 S- A( W& o. R9 y
+ K' g8 x' ^# F( ]+ Y
2 .螺旋形 磨削后的工件表面呈现一条很深的螺旋痕迹,痕迹的间距等于工件每转的纵向进给量。如图 6-7 所示。+ i# t0 K, E; A, Y+ l4 r# S# N- H6 E
产生原因主要是砂轮微刃的等高性破坏或砂轮与工件局部接触。如砂轮母线与工件母线不平行;头架、尾座刚性不等;砂轮主轴刚性差。消除的措施,修正砂轮,保持微刃等高性;调整轴承间隙;保持主轴的位置精度;砂轮两边修磨成能成台肩形或倒圆角,使砂轮两端不参加切削;工件台润滑油要合适,同时应有卸载装置;使导轨润滑为低压供油。: M, w1 u [. t0 O! C8 B) Y
( ^9 w; x, d5 i' _/ O
3 .拉毛(划伤或划痕) 常见的工件表面拉毛现象如图 6-8 所示。0 Q" |9 o6 z2 J# ~9 Q+ ^( N
产生原因主要是磨粒自锐性过强;切削液不清洁;砂轮罩上磨屑落在砂轮与工件之间等。消除拉毛的措施,选择硬度稍高一些的砂轮;砂轮修整后用切削液和毛刷清洗;对切削液进行过滤;清理砂轮罩上的磨屑等。- _) z8 t3 S9 j @
4 .烧伤 可分为螺旋形烧伤和点烧伤,如图 6-9 所示。
3 E# ~6 A3 W; q3 [: K 烧伤的原因主要是由于磨削高温的作用,使工件表层金相组织发生变化,因而使工件表面硬度发生明显变化。消除烧伤的措施,降低砂轮硬度;减小磨削深度;适当提高工件转速;减少砂轮与工件接触面积;及时修正砂轮;进行充分冷却等。
' C* L; ]2 D: ^$ [ 三、外圆表面的精密加工6 T* w$ a3 P2 D/ a
随着科学技术的发展,对工件和加工精度和表面质量要求也越来越高。因此在外圆表面精加工后,往往还要进行精密加工。外圆表面的精密加工方法常用的有高精度磨削、超精度加工、研磨和滚压加工等。) H$ H( x4 g- a4 v9 D% q
高精度磨削: P/ ]3 @+ \' O$ Z+ } A
' O2 O# }2 ~$ x/ ~( y+ H 使轴的表面粗糙度值在 Ra0.16 μ m 以下的磨削工艺称为高精度磨削,它包括精度磨削( Ra0.6-0.06 μ m )、超精密磨削( Ra0.04-0.02 μ m )和镜面磨削( Ra ﹤ 0.01 μ m)。' _/ N; H- Z7 R3 J \+ v5 E; T4 O
高精度磨削的实质在于砂轮磨粒的作用。经过精细修整后的砂轮的磨粒形成了同时能参加磨削的许多微刃。如图 6 -10a,b,这些微刃等高程度好,参加磨削的切削刃数大大增加,能从工件上切下微细的切屑,形成粗糙度值较小的表面。随着磨削过程的继续,锐利的微刃逐渐钝化,如图 6 -10c。钝化的磨粒又可起抛光作用,使粗糙度进一步降低。) d! f/ V5 Y) d) j7 O
; c7 L6 v& D- i \% c3 C
1 i; R" Y7 l( J. g; V
(二)超精加工
2 `0 e+ b. f0 u) T% S/ J9 p% n: ? 用细粒度磨具的油石对工件施加很小的压力,油石作往复振动和慢速沿工件轴向运动,以实现微量磨削的一种光整加工方法。
6 j M" v- G5 F4 W$ }; @; g 如图 6-11 所示为其加工原理图。加工中有三种运动:工件低速回转运动 1 ;磨头轴向进给运动 2 ;磨头高速往复振动 3 。如果暂不考虑磨头轴向进给运动,磨粒在工件表面上走过的轨迹是正弦曲线,如图 6-11b 所示。6 c. I7 V, @7 ]9 _
超精加工大致有四个阶段:
) ~: ?2 _% N4 `# @& A0 r& Q8 Q: u 1 .强烈切削阶段 开始时,由于工件表面粗糙,少数凸峰与油石接触,单位面积压力很大,破坏了油膜,故切削作用强烈。) Z* _' a( B8 o) ~2 [9 S
2 .正常切削阶段 当少数凸峰磨平后,接触面积增加,单位面积压力降低,致使切削作用减弱,进入正常切削阶段。2 e5 k4 s; S1 o2 i1 u* `: U" P6 Q6 c* r
3 .微弱切削阶段 随着接触面积进一步增大,单位面积压力更小,切削作用微弱,且细小的切屑形成氧化物而嵌入油石的空隙中,因而油石产生光滑表面,具有摩擦抛光作用。4 ]" H' @; @: y! Q1 y& K* ]" p
4 .自动停止切削阶段 工件磨平,单位面积上的压力很小,工件与油石之间形成液体摩擦油膜,不再接触,切削作用停止。
7 s+ d) }6 d1 y# {3 v 经超精加工后的工件表面粗糙度值 Ra0.08-0.01 μ m. 。然而由于加工余量较小(小于 0.01mm ),因而只能去除工件表面的凸峰,对加工精度的提高不显著。
9 k6 w: a! l) [0 x5 X (三)研磨
- E) y4 E7 \0 u4 V# ]. w 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。* e9 _2 ]/ @1 C0 V% Q
研磨用的研具采用比工件材料软的材料(如铸铁、铜、巴氏合金及硬木等)制成。研磨时,部分磨粒悬浮在工件和研具之间,部分研粒嵌入研具表面,利用工件与研具的相对运动,磨粒应切掉一层很薄的金属,主要切除上工序留下来的粗糙度凸峰。一般研磨的余量为 0.01 -0.02mm 。研磨除可获得高的尺寸精度和小的表面粗糙度值外,也可提高工件表面形状精度,但不能改善相互位置精度。. l7 c# p1 c6 q, w
当两个工件要求良好配合时,利用工件的相互研磨(对研)是一种有效的方法。如内燃机中的气阀与阀座,油泵油咀中的偶件等。) V* Y6 k% b: H' R2 b. m, p' W
(四)滚压加工
' \3 k9 y5 N# B$ ]9 [ 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,从而降低工件表面粗糙度,强化表面性能的加工方法。它是一种无切屑加工。
! j+ I+ h8 U' g$ d 图 6-12 为滚压加工示意图。滚压加工有如下特点:/ g8 ~0 X$ R, O1 a" P0 E6 k
' \1 X# p5 G0 ?
1 .滚压前工件加工表面粗糙度值不大于 Ra5 μ m ,表面要求清洁,直径余量为 0.02 -0.03mm 。
" S, o. @3 m! ]3 O 2 .滚压后的形状精度和位置精度主要取决于前道工序。
: F4 O5 S! y8 b' i* g4 X7 u$ V 3 .滚压的工件材料一般是塑性材料,并且材料组织要均匀。铸铁件一般不适合滚压加工。
' j! H& o/ i2 N$ L. h& b6 H 4 .滚压加工生产率高。
: i6 I, @+ E% y3 n2 L 四、外圆表面加工方案的选择4 S6 `( U2 ?' u, j
上面介绍了外圆表面常用的几种加工方法及其特点。零件上一些精度要求较高的面,仅用一种加工方法往往是达不到其规定的技术要求的。这些表面必须顺序地进行粗加工、半精加工和精加工等加工方法以逐步提高其表面精度。不同加工方法有序的组合即为加工方案。表 3-14 即为外圆柱面的加工方案。, L2 g0 L; }9 x9 i D. O8 W" P
表3-14 外圆柱面加工方法
( Y [# j& p# m: Y3 Q序号
1 A, y h# |2 @加工方法% I& x% H8 @) R) N( U
经济精度
, f9 b7 `2 D. k+ M- M( 公差等级表示 )7 C/ \( L6 O6 f: \5 ~" ~( o
经济粗糙度值
# _+ h% H) L+ ~! [; cRa / um
2 a6 L2 w1 `& W* C适用范围7 Y4 Q+ l/ v8 I* V) r1 L
12 H0 K, [) @! [' ^" p4 ]" G
粗车
) _3 W( k9 T# l" i+ m" p- x, @9 j5 sIT18~13. e/ Q; R' p! ^( ?5 j
12.5~50: v8 J# A' D: G5 p. [/ Q! b. |
适用于淬火钢以外的各种金属7 _; J2 R0 q9 B2 J: [ M* o) S
2
8 {. e' [5 T2 x9 L: A粗车 - 半精车
) b; Q+ b, [1 j/ u+ M+ yIT11~10
& k6 Q2 X& b. x. |- Z" V1 D9 D& T3.2~6.3
( N/ M" c2 K5 Z/ B" Z3 u3: U' o9 C, T' G3 Y `; g) w
粗车 - 半精车 - 精车" A1 l C* J% U2 g0 p
IT7~8. z C; Z% y! w, h
0.8~1.6
, G; D5 v3 e1 T: P$ Z6 Y5 Z4
+ U# o8 G4 t" q& I. @粗车 - 半精车 - 精车 -滚压(或抛光)1 ^4 Y w$ d( [( _& E
IT7~89 z& [6 O j V
0.25~0.2
3 f# B5 m5 s }' J3 n: Y. H5
! l" z3 X+ b. ?8 N C粗车 - 半精车 -磨削
$ _7 c! w, Q1 m7 z2 ?: r' m& _7 H- r4 _IT7~8* b- f6 Y; r8 O$ E! [4 R6 B
0.4~0.8
- w( T! q, j+ [( C7 r. ^1 n主要用于淬火钢,也可用于未淬火钢,但不宜加工有色金属
) l" P5 N0 ` k9 P$ n6
; W. D5 H @' e% T粗车 - 半精车 -粗磨 -精磨2 v# E( N U1 h+ G$ b
IT6~73 z0 f6 x2 V, J
0.1~0.4
+ Q/ y, I% M% C% C+ E K$ ^# b0 t77 I$ ?/ o0 ^7 J, f, ^$ B
粗车 - 半精车 -粗磨 -精磨 -超精加工(或轮式超精磨)* Q4 V- r3 x9 e2 x% J
IT5! g" v. }: Z7 ]# V( P" \; r
0.012~0.1
) Z/ t/ J7 P* X0 u. X( P( 或 R Z 0.1)( y# ]7 z. W& D. a9 a
86 ]. i) \% A; A6 D b
粗车 - 半精车 -精车 -精细车(金刚车)
2 O Z& N* F: Z& |8 w4 q5 P# yIT6~7
! K" l( V/ C- y, e: m. x2 @7 H3 o0.025~0.4, H6 V: g' {! q+ t- l& |
主要用于要求较高的有色金属加工7 h- S0 L2 l' q# C7 M+ n
9
! \8 K1 ?6 F# t( u3 C粗车 - 半精车 - 粗磨 -精磨 -超精磨(或镜面磨)
4 ?- E* ?% \2 B% b& f$ FIT5 以上
1 c9 p$ }9 W$ F0.006~0.025
$ E( a5 O' @! K( 或 R Z 0.05)% x" G4 A$ E8 E3 d7 d/ W* ~& ]
极高精度的外圆加工" s+ U% m+ k6 Z0 Z
10
0 |4 n1 e' H% B: [0 ~6 w粗车 - 半精车 -粗磨 -精磨 -研磨
' d/ D1 P- t. `$ z: |IT5 以上
9 T) ~8 u" s, G8 j7 }0.006~0.10 P. Z) d4 _! u! N
( 或 R Z 0.05)* N& H! ^9 N' z
确定某个表面的加工方案时,先由加工表面的技术要求(加工精度、表面粗糙度等)确定最终加工方法,然后根据此种加工方法的特点确定前道工序的加工方法,如此类推。但由于获得同一精度及表面粗糙度的加工方法可有若干种,实际选择时还应结合零件的结构、形状、尺寸大小及材料和热处理的要求全面考虑。' L q, v% A8 x3 o' S7 c) s
表 3-14 中序号 3 (粗车—半精车—精车)与序号 5 (粗车—半精车—磨)的两种加工方案能达到同样的精度等级。但当加工表面需淬硬时,最终加工方法只能采用磨削。如加工表面未经淬硬,则两种加工方案均可采用。若零件材料为有色金属,一般不宜采用磨削。 再如表 3-14 中序号 7 (粗车—半精车—粗磨—精磨—超精加工)与序号 10 (粗车—半精车—粗磨—精磨—研磨)两种加工方案也能达到同样的加工精度。当表面配合精度要求比较高时,终加工方法采用研磨较合适;当只需要求较小的表面粗糙度值,则采用超精加工较合适。但不管采用研磨还超精加工,其对加工表面的形状精度和位置精度改善均不显著,所以前道工序应采用精磨,使加工表面的位置精度和几何形状精度已达到技术要求。
5 q' s. f0 |8 s- m" W文章关键词: 车削加工 |
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