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[资料] 外圆表面的各种加工方法和加工方案

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发表于 2011-6-11 11:39:15 | 显示全部楼层 |阅读模式

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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。) R/ d3 @( g6 o& M; E+ K
一、外圆表面的车削加工
6 d) x2 J; n8 D4 z8 E  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。
# k8 U) v9 ]3 d0 U6 F  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 。
2 m6 d' R9 |; `: i0 ~/ U6 p  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。0 C+ e! |+ i( n% c
  精车后的尺寸精度可达 IT7~IT8 ,表面粗糙度 Ra1.6~0.8 μ m 。
+ Y  {$ Q1 e& D' _# Z. }% T  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 d. V5 P3 }/ ~; D: B6 H- Y* P  二、外圆表面的磨削加工$ c! N) w% d4 E2 B. S' w
  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。
% R* B" }; {, k! @& i- a) e  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。& S. K+ r# y, `, k; N, {
  (一)中心磨削& K/ n9 h) n& j* n- o# F
  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。! `$ F, |1 y: t/ s
  1 .纵向进给磨削法(纵向磨法)$ @1 G- M3 L7 p2 ^0 Y
  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( U$ i  \3 o. v( e 2008-07-16-11-58-57267.gif
0 b  R6 P' r* p8 o2 .横向进给磨削法(切入磨法)
: \) Q- m* v! I  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。
$ B. @6 ?; O5 }- \ 2008-07-16-11-59-06476.gif   ]! S! N* C; E
  (二)无心磨削( s" f6 d3 M( f6 n
  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。
, M- p) Z/ u0 d. D) g  如图 6-4 所示为外圆贯穿磨法的原理。( ?: i% y" d& V( V4 e8 i$ f
  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8 B9 I3 b" `% ^- v1 W2 J1 y  J; W$ K
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 。
5 B' J9 X& l3 d0 t& ^ 2008-07-16-11-59-51392.gif    2008-07-16-12-00-00319.gif : k5 c! K( D4 }% w* h
  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。
7 i( ~/ }9 k7 P1 M# P  无心磨削时,必须满足下列条件:9 K9 w, T! C, _' t2 U, r
  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。
3 A! e1 Z- K. u3 h; u& a  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。
% z( K8 M4 Y+ b. W( a& W, W  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 。
( `, Y" p: L; E. D8 w, ~% e/ U  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:
1 e7 g% V7 G/ R; s$ s; j  v 工 =v 导 · cos λ ; v 纵 =v 导 · sin λ, e! W: |2 b. L
  粗磨时, λ 取 3 ° ~ 6 ° ;精磨时, λ 取 1 ° ~ 3 ° 。
; a: U0 I8 ~8 W# y  无心磨削时,工件尺寸精度可达 IT6-IT7 ,表面粗糙度 Ra0.8-0.2um., p% y2 }8 y, ?8 U
  (三)外圆磨削的质量分析
& V! i9 q# \6 d# a  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:
; ]0 y  D; k: J" ^/ l  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。) g5 o- ?& R! y' t6 T0 x7 |1 _
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。% h% I. H0 ?- A$ }5 w2 W
2008-07-16-12-00-14405.gif
. |" |; s$ q0 {% L7 f  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。
: J% \' U( _. L* e# a  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。
, u9 e$ {5 ?9 d7 ?* t, {4 V$ K0 R 2008-07-16-12-00-24737.gif      2008-07-16-12-00-31362.gif
0 d7 G* s! Q* f' v( z  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 r+ o7 S/ V6 R& V- ~1 w  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。4 W, F; L0 }4 |9 E! u8 o0 h
  4 .烧伤 可分为螺旋形烧伤和点烧伤,如图 6-9 所示。( p; e. I# D5 s7 k6 r
  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。
  `9 o; n) V. G. r% a1 T4 P3 y; \" A" M  三、外圆表面的精密加工
$ [" o0 X* e# D  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。$ S4 E! B* V' H9 C8 S
高精度磨削
2 S! W* T0 c" h, W' [" l. @ 2008-07-16-12-01-14324.gif
3 \- [( c, N* m1 `5 Y, X( F  k    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)。
' Q5 j# o; ]. [( @. b# }- H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。. F: @& r( `' N& e5 Q
2008-07-16-12-01-26450.gif 6 [( a# y( _: _  D6 }2 I( V. q
2008-07-16-12-01-36381.gif ( R3 M1 N$ k3 Z8 ]
  (二)超精加工
5 a1 y% N5 E0 B- u  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。4 `, v& J# A& N
  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。
* v2 B8 A$ M1 t  v6 |  超精加工大致有四个阶段:
4 D3 u$ d9 r( S0 o7 U5 g7 P  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。2 J) F( n& i. C- ?+ ?! l, B
  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。
  ~7 \) b! u0 w5 U7 ]* Z& E  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。! n  c& w: ?( H6 l
  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。
! g$ H( K% C! ]) Y  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。耐磨焊条) N6 k3 ?. j: G) t+ D& F
  (三)研磨8 c/ B$ c: J# Q% }* `
  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。6 H) e6 |0 x) T: y' ]: g7 Y1 ^) |
  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。, L' q, t* g# ]) H7 v
  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。, W: S; r% y! G; w
  (四)滚压加工
5 u7 T/ H  S. w/ L7 a6 _! _2 T# g- ]6 [$ w  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。
+ G4 a/ K- x7 B# r2 O  图 6-12 为滚压加工示意图。滚压加工有如下特点:/ l' j1 m3 i, B3 W" v
2008-07-16-12-01-48798.gif
' f* S; H# w# _# ^$ o) ?# g) L  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 。
, i2 T: @9 I1 L* Q* _2 C$ d  2 .滚压后的形状精度和位置精度主要取决于前道工序。
% z( d- w( i7 x( {1 f/ ?  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。
- k' o' Q3 v4 {9 _* Q' A  4 .滚压加工生产率高。2 w7 }2 {, J3 }4 Z' l& k
  四、外圆表面加工方案的选择
5 Y0 B5 [0 A, w# q  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。% c4 M4 [: J( {/ M6 v3 |+ \/ W
表3-14  外圆柱面加工方法$ ~" S4 E/ e& i
序号
3 e8 h! b: V, M加工方法# P1 n/ e1 O, a" O/ T) o
经济精度% A& g/ L% C+ b% d0 n
( 公差等级表示 ); H7 a7 R8 B# X  P
经济粗糙度值
0 J( B4 U$ t% RRa / um" G, A. k6 s3 v7 p
适用范围
) V# h6 g5 r( l/ n& x& f1
7 K8 ]- U) M6 n0 ~6 E$ [1 n$ v6 V粗车' a4 {) v7 s( N1 l) E+ S
IT18~131 ]/ S2 L7 J! T# M0 x$ P
12.5~50. t7 n, K( I7 W% K7 h
适用于淬火钢以外的各种金属0 x8 d0 o% E& B/ C/ ^
2: f8 B3 D! Y1 {
粗车 - 半精车
2 h( ?. @& q' M. p1 DIT11~10
. l8 B! f( N3 M9 Y: g* g3.2~6.3( ?7 T- B5 A) o1 p( \
32 a  j' J. J& `  h% `: t' I- f
粗车 - 半精车 - 精车8 e; a# r8 P1 R9 V
IT7~8
9 j% {/ C" m. V1 O* K5 Q+ p, D0.8~1.6
2 P, ^/ L& {% C3 C+ a' X4
  h0 A# _7 D2 E! @. }# o, @1 Z粗车 - 半精车 - 精车 -滚压(或抛光)
2 m5 v$ c' q( cIT7~8
3 b  X7 E& Q6 @9 p0.25~0.22 ^2 ]: }1 t' A0 N9 E
5
9 r9 h) K  W% _. Z. N粗车 - 半精车 -磨削
7 N! S, K; i/ g# {: T8 [' m% z7 s3 eIT7~8% z& b6 x$ Y  q3 \/ x# U" u
0.4~0.8
$ E$ }. n5 j, {2 x/ y主要用于淬火钢,也可用于未淬火钢,但不宜加工有色金属* i9 }/ u9 l% i; S/ S
6
; e% e* v' V6 U粗车 - 半精车 -粗磨 -精磨
! D+ M0 z: B4 P' N1 n. tIT6~7: j9 o6 x  K( Q. [1 Q
0.1~0.42 g3 g0 [% _) H. E, N7 o
7
, K6 S) \  @0 U1 Z9 k. R3 k4 u粗车 - 半精车 -粗磨 -精磨 -超精加工(或轮式超精磨)6 P& E$ T3 E$ b# G( m6 t( Y5 O* J5 p
IT5
' n+ Z+ g! G2 d8 u0.012~0.1
; D$ r) e# [) @6 P8 B8 T( 或 R Z 0.1)5 M' Y5 H6 j; d5 f7 m
8
( O$ v: ~, G( V- b$ Y粗车 - 半精车 -精车 -精细车(金刚车)
, J2 z3 @9 h& S4 U' ^IT6~7
. ^" L/ f' {  T0.025~0.4
' p4 Q) D; Q( e& ~  _" F主要用于要求较高的有色金属加工
6 {/ _2 {% n* }; N95 X8 W; ]+ c! ^) h
粗车 - 半精车 - 粗磨 -精磨 -超精磨(或镜面磨)/ M& k: V/ G  x* Z2 K5 B+ N! x/ q# h
IT5 以上
$ {' l0 w/ O; }* }0.006~0.0251 |+ d# H' p! H
( 或 R Z 0.05)
$ s9 O: v* y2 K% Y* u5 J极高精度的外圆加工% v8 q2 D; k9 `! e5 Q
10" ^+ x6 C% L! j" ~" r( `6 ]
粗车 - 半精车 -粗磨 -精磨 -研磨
+ d7 t/ r6 d7 ~) w- y# yIT5 以上
- l8 W" ~0 h' ^# j* U0.006~0.1
0 ~3 h3 |! T' w- i( m8 C( 或 R Z 0.05)
1 w" @! n, b. C  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。/ `  I  k% b+ g! ?
  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。3 G  V) J: A8 X
  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 i. B+ t  @" X7 j# g* P% @文章关键词:
发表于 2012-5-17 13:19:22 | 显示全部楼层
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