实用典型零件加工工艺

1第四章典型零件加工本章要点轴类零件的加工套筒类零件的加工箱体类零件的加工齿轮类零件的加工2机械制造工艺学第四章典型零件加工4.1轴类零件的加工34.1.1轴类零件加工概述功用——支承传动件、传递扭矩或运动、承受载荷，一定的回转精度结构——回转体零件，长度大于直径组成：圆柱面、圆锥面、端面、沟槽、圆弧、螺纹、键槽、花键、其他表面（如横向孔等)分类：光轴、阶梯轴、空心轴、异形轴（曲轴、凸轮轴、偏心轴和花键轴等）图4-1所示。刚性轴（L/d≤12）挠性轴（L/d＞12）4图4-1轴的种类4.1.1轴类零件加工概述5轴类零件的主要技术要求轴类零件的重要表面是轴颈和轴肩，包括配合轴颈(装配传动件)和支承轴颈(装配轴承)。根据零件的使用性能要求，其主要技术要求有：尺寸精度和几何形状精度直径精度通常为IT6～IT9,有时可达IT5。几何形状精度(圆度、圆柱度)应限制在直径公差范围之内。要求较高时,则应在零件图上专门标注形状公差，取公差的1/2，1/4。4.1.1轴类零件加工概述6位置精度普通精度的轴,配合轴颈相对支承轴颈的径向圆跳动一般为0.01～0.03mm,高精度的轴为0.001～0.005mm。端面圆跳动为0.005～0.01mm。一般说来,轴类零件的各加工表面均有表面粗糙度的要求。支承轴颈的表面粗糙度要求为Ra0.16～0.8μm。配合轴颈的表面粗糙度Ra为0.63～3.2μm。其他技术要求热处理（表面淬火、渗碳淬火等），动平衡，探伤，过渡圆角等。4.1.1轴类零件加工概述7轴类零件的材料、轴类零件的材料不重要的轴：普通碳素钢Q235Ａ、Q255Ａ、Q275Ａ等，不经热处理；一般轴类零件：35、40、45、50钢等，正火、调质、淬火中等精度而转速较高的轴：40Cr等合金结构钢，调质和表面淬火精度较高的轴：可选用轴承钢GCr15和弹簧钢65Mn等，也可选用球墨铸铁，调质和表面淬火对于高转速、重载荷条件下工作的轴,选用20CrMnTi、20Mn2B、20Cr等低碳合金钢或38CrMoAl氮化钢，渗碳淬火或氮化。结构复杂（曲轴）——HT400、QT600、QT450、QT4004.1.1轴类零件加工概述8轴类零件的毛坯轴类零件最常用的毛坯是圆棒料和锻件光轴、直径相差不大的阶梯轴，采用圆钢作为毛坯；直径相差较大的阶梯轴．比较重要的轴，应采用锻件;只有某些大型、结构复杂的异形轴，可采用球墨铸铁铸件；毛坯经过加热锻造后,可使金属内部纤维组织沿表面均匀分布,从而获得较高的抗拉、抗弯及抗扭强度,故一般比较重要的轴,多采用锻件。自由锻造多用于中小批生产,模锻适用于大批大量生产。4.1.1轴类零件加工概述9轴类零件的热处理锻造毛坯在加工前,均需安排正火或退火处理(含碳量大于ω(C)=0.5％的碳钢和合金钢),以使钢材内部晶粒细化,消除锻造应力,降低材料硬度,改善切削加工性能。为了获得较好的综合力学性能，常要求调质处理，一般(1)毛坯余量大时，调质安排在粗车之后、半精车之前,以便消除粗车时产生的残余应力。(2)毛坯余量小时，调质可安排在粗车之前进行。4.1.1轴类零件加工概述10表面淬火一般安排在精加工之前，这样可纠正因淬火引起的局部变形。对精度要求高的轴，在局部淬火后或粗磨之后,还需进行低温时效处理(在160℃油中进行长时间的低温时效)，以保证尺寸的稳定。对于氮化钢(如38GrMoAl)，需在渗氮之前进行调质和低温时效处理。对调质的质量要求也很严格，不仅要求调质后索氏体组织要均匀细化，而且要求离表面0.8～0.10mm层内铁素体含量不超过ω(C)＝5％，否则会造成氮化脆性而影响其质量。4.1.1轴类零件加工概述114.1.2传动轴加工工艺及其分析如图为减速箱传动轴工作图样。124.1.2传动轴加工工艺及其分析134.1.2传动轴加工工艺及其分析144.1.2传动轴加工工艺及其分析如图为减速箱传动轴工作图样。左图的技术要求：公差都是以轴颈M和N的公共轴线为基准。外圆Q和P径向圆跳动公差为0.02，轴肩H、G和I端面圆跳动公差为0.02。154.1.2传动轴加工工艺及其分析161．传动轴工艺分析1)传动轴的主要表面及其技术要求①轴颈M、N、P、Q：IT6;Ra0.8m；P,Q对M,N轴线径向圆跳动公差为0.02mm。②轴肩G、H、I：Ra0.8m；均对M,N轴线端面圆跳动公差为0.02mm。③螺纹M24×1-6g：6级精度。④键槽8和12：IT9；侧面Ra3.2m；⑤材料40Cr，调质220～240HBS。4.1.2传动轴加工工艺及其分析172)工艺方案分析传动轴大多是回转表面，主要是采用车削和外圆磨削。由于该轴主要表面M,N,P,Q的公差等级较高（IT6），表面粗糙度值较小（Ra0.8µm），最终加工应采用磨削。其加工方案：①轴颈M、N、P、Q和轴肩G、H、I等主要表面应先车后磨，主要工艺路线为：粗车—调质—半精车—磨削。②车、磨均以两端中心孔为定位精基准。两端中心孔可在粗车之前加工出。③两段螺纹在半精车阶段车出。④两个键槽在磨削之前铣出。⑤毛坯选用Ø60热轧圆钢料。下料—粗车—调质—修研中心孔—铣键槽—修研中心孔—磨削—检验3)工艺过程4.1.2传动轴加工工艺及其分析184.1.2传动轴加工工艺及其分析表4-2194.1.2传动轴加工工艺及其分析204.1.2传动轴加工工艺及其分析212、划分加工阶段该轴加工划分为三个加工阶段，即粗车（粗车外圆、钻中心孔），半精车（半精车各处外圆、台肩和修研中心孔等），粗精磨各处外圆。各加工阶段大致以热处理为界。3、选择定位基准轴类零件的定位基面，最常用的是两中心孔。因为轴类零件各外圆表面、螺纹表面的同轴度及端面对轴线的垂直度是相互位置精度的主要项目，而这些表面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。而且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。4.1.2传动轴加工工艺及其分析224.1.2传动轴加工工艺及其分析但下列情况不能用两中心孔作为定位基面：（1）粗加工外圆时，为提高工件刚度，则采用轴外圆表面为定位基面，或以外圆和中心孔同作定位基面，即一夹一顶。（2）当轴为通孔零件时，在加工过程中，作为定位基面的中心孔因钻出通孔而消失。为了在通孔加工后还能用中心孔作为定位基面，工艺上常采用三种方法。①当中心通孔直径较小时，可直接在孔口倒出宽度不大于2mm的60º内锥面来代替中心孔；②当轴有圆柱孔时，可采用图右所示的锥堵，取1∶500锥度；当轴孔锥度较小时，取锥堵锥度与工件两端定位孔锥度相同；③当轴通孔的锥度较大时，可采用带锥堵的心轴，简称锥堵心轴，如右图b所示。使用锥堵或锥堵心轴时应注意，一般中途不得更换或拆卸，直到精加工完各处加工面，不再使用中心孔时方能拆卸。4.1.2传动轴加工工艺及其分析244、热处理工序的安排该轴需进行调质处理。它应放在粗加工后，半精加工前进行。如采用锻件毛坯，必须首先安排退火或正火处理。该轴毛坯为热轧钢，可不必进行正火处理。5、加工顺序安排除了应遵循加工顺序安排的一般原则，如先粗后精、先主后次等，还应注意：（1）外圆表面加工顺序应为，先加工大直径外圆，然后再加工小直径外圆，以免一开始就降低了工件的刚度。（2）轴上的花键、键槽等表面的加工应在外圆精车或粗磨之后，精磨外圆之前。轴上矩形花键的加工，通常采用铣削和磨削加工，产量大时常用花键滚刀在花键铣床上加工。以外径定心的花键轴，通常只磨削外径键侧，而内径铣出后不必进行磨削，但如经过淬火而使花键扭曲变形过大时，也要对侧面进行磨削加工。以内径定心的花键，其内径和键侧均需进行磨削加工。（3）轴上的螺纹一般有较高的精度，如安排在局部淬火之前进行加工，则淬火后产生的变形会影响螺纹的精度。因此螺纹加工宜安排在工件局部淬火之后进行。该轴的加工工艺过程见表4-24.1.2传动轴加工工艺及其分析251.支承轴颈Ａ、Ｂ是主轴部件的装配基准,它的制造精度直接影响主轴部件的回转精度,故对它提出的要求很高。主轴锥孔安装顶尖和工具锥柄,其中心线必须与支承轴颈的中心线严格同轴,否则会使工件产生圆度和同轴度误差。主轴前端圆锥面、端面是安装卡盘的定位表面。为保证卡盘的定心精度,主轴前端圆锥面与支承轴颈同轴,端面与主轴的回转中心线垂直。主轴上的螺纹是固定与调节轴承间隙的。当螺纹中径对支承轴颈歪斜时会引起锁紧螺母的端面跳动,轴承位置发生变动,引起主轴径向圆跳动。因此对螺纹的要求高。4.1.3机床主轴加工工艺及其分析26图4-2CA6140型车床主轴简图4.1.3机床主轴加工工艺及其分析272.通过对主轴的技术要求和结构特点进行深入分析,根据生产批量、设备条件、工人技术水平等因素,就可以拟定其机械加工工艺过程。表4-1为CA6140型车床主轴加工工艺过程简表。4.1.3机床主轴加工工艺及其分析28表4-1CA6140型车床主轴加工工艺过程简表序号工序名称工序内容定位基准加工设备1备料2锻造精锻立式精锻机3热处理正火4锯头铣削切除毛坯两端专用机床5铣端面、钻顶尖孔外圆柱面专用机床6粗车（荒车）粗车各外圆面中心孔及外圆卧工车床C620B7热处理调质220～240HBS8车大端名部卧式车床C620B4.1.3机床主轴加工工艺及其分析29表4-1CA6140型车床主轴加工工艺过程简表9仿形车小端各部中心孔、短锥外圆仿形车床CE712010钻深孔夹小端、架大端专用深孔钻床11车小端内锥孔（配1：20锥堵）；用涂色法检查1：20锥孔，接触率％＝50夹大端、架小端卧式车床C620B4.1.3机床主轴加工工艺及其分析30表4-1CA6140型车床主轴加工工艺过程简表12车大端锥面（配MorseNo.6号锥堵）；车前端锥面及端面；用涂色法检查MorseNo.6锥孔，接触率％＝30夹小端、架大端卧式车床C620B13钻大端端面各孔大端锥孔Z55钻床14热处理高频淬火前后支撑轴颈，前锥孔、590g外圆、短锥及MorseNo.6锥孔，45～50HRC高频淬火设备4.1.3机床主轴加工工艺及其分析31表4-1CA6140型车床主轴加工工艺过程简表15精车各外圆并车槽中心孔数控车床CSK616316粗磨二段外圆堵头中心孔万能外圆磨床M1432A4.1.3机床主轴加工工艺及其分析32表4-1CA6140型车床主轴加工工艺过程简表17粗磨MorseNo.6锥孔（重配MorseNo.6锥堵）外圆柱面内圆磨床M212018粗精铣花键堵头中心孔花键铣床YB60164.1.3机床主轴加工工艺及其分析33表4-1CA6140型车床主轴加工工艺过程简表19铣键槽外圆柱面铣床X5220车大端内侧面及三段螺纹（配螺母）堵头中心孔卧式车床CA614021粗精磨各外圆及E、F两端面堵头中心孔万能外圆磨床M1432A4.1.3机床主轴加工工艺及其分析34表4-1CA6140型车床主轴加工工艺过程简表22粗精磨圆锥面堵头中心孔专用组合磨床23精磨MorseNo.6内锥孔，MorseNo.6内锥孔用涂色检查，接触率％＝30，MorseNo.6内锥孔对主轴端面的位移为±2mm外圆柱面主轴锥孔磨床24检验按图样技术要求项目检验(终检)4.1.3机床主轴加工工艺及其分析353.加工工艺过程分析1)由于主轴是多阶梯带通孔的零件,切除大量金属后,会引起残余应力重新分布而变形,故安排工序时,一定要粗精分开,先粗后精。(1)粗加工阶段:切端面钻中心孔、粗车外圆等。毛坯处理:备料,锻造,热处理(正火),工序1～3。粗加工:工序4～6。目的:切除大部分余量,接近最终尺寸,只留少量余量,及时发现缺陷。4.1.3机床主轴加工工艺及其分析36(2)半精加工阶段:半精车外圆，各辅助表面(键槽、花键、螺纹等)的加工与表面淬火。半精加工前热处理:工序7。半精加工:工序8～13。目的:为精加工作准备,次要表面达到图纸要求。(3)精加工阶段:主要表面(外圆表面与锥孔)的精加