第4章汽车零件机械加工质量

第4章汽车零件机械加工质量汽车制造工艺基础第4章汽车零件机械加工质量●掌握零件机械加工精度包括的内容●了解零件机械加工误差的主要影响因素及应对措施●了解零件机械加工表面质量的形成及其影响因素和应对措施●了解表面质量对机器零件使用性能的影响及应对措施【学习目标】第4章汽车零件机械加工质量汽车制造工艺基础机械加工质量及其内容影响汽车产品质量的主要因素包括：零件的材料、零件的加工制造、产品的装配与调试等。其中，汽车零件加工质量是影响汽车产品工作性能、使用寿命和可靠性等的重要质量指标，是保证产品质量的基础。第4章汽车零件机械加工质量汽车制造工艺基础尺寸精度形状精度位置精度（通常形状误差限制在位置公差内，位置公差限制在尺寸公差内）表面粗糙度波度纹理方向伤痕（划痕、裂纹、砂眼等）加工精度表面质量表面几何形状精度表层加工硬化表层金相组织变化表层残余应力★机械加工质量内容：加工精度、表面质量。表面缺陷层第4章汽车零件机械加工质量汽车制造工艺基础4.1机械加工精度及其内容4.1.1机械加工精度（简称加工精度）概念一、加工精度加工精度是指零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状、表面间的相对位置）与理想几何参数相符合的程度。越接近，精度越高，反之越低。二、加工误差加工误差是指加工过程中由于各种因素的影响，加工后的零件实际几何参数与理想的几何参数之间的差异。加工误差的大小反映了加工精度的高低。误差越大加工精度越低，反之精度越高，但相对加工成本也高，生产效率相对较低。第4章汽车零件机械加工质量汽车制造工艺基础一、尺寸精度指加工后零件表面本身（如直径、长度）或表面之间相对位置（如表面间的距离）的实际尺寸与理想零件尺寸之间的符合程度。即尺寸公差。二、形状精度指加工后零件表面本身的实际形状与理想零件表面形状相符合的程度。即形状公差：三、位置精度指零件加工后各表面间实际位置与理想零件各表面间位置的符合程度。即位置公差：4.1.2机械加工精度具体内容第4章汽车零件机械加工质量汽车制造工艺基础4.2影响机械加工精度的主要因素4.2.1机床误差一、主轴误差1．主轴回转运动误差实际加工过程中，主轴回转轴心线的位置随时都在变动，即存在运动误差。其运动误差表现为三种形式：径向跳动、轴向窜动、差、角度摆动误差，如右图所示。主轴回转误差的三种基本形式a)径向跳动误差b)轴向窜动误差c)角度摆动误差第4章汽车零件机械加工质量汽车制造工艺基础2.主轴旋转轴线与导轨的平行度误差如果车床主轴旋转轴线与导轨在水平面内不平行时，工件表面将被加工成圆锥体。如果车床主轴旋转轴线与导轨在垂直面内不平行时，工件将被加工成双曲线回转体。第4章汽车零件机械加工质量汽车制造工艺基础4.2影响机械加工精度的主要因素二、导轨误差1．导轨在水平面内的直线度误差为误差敏感方向，使工件加工后产生圆柱度误差（鞍形或鼓形）。机床导轨在水平面内的直线度误差对加工精度的影响第4章汽车零件机械加工质量汽车制造工艺基础2．导轨在垂直面内的直线度误差在纵向车削中，为非敏感方向，其误差可忽略；但在刨、铣削加工中，如导轨出现中凹，则易使工件产生凹形。机床导轨在垂直面内的直度误差对加工精度的影响第4章汽车零件机械加工质量汽车制造工艺基础3．两导轨间的平形度误差导轨会发生扭曲。刀尖相对于工件在水平和垂直两个方向上发生偏移，会使加工出的工件产生圆柱度误差（呈鞍形、鼓形或锥度等）。机床导轨扭曲对工件形状的影响第4章汽车零件机械加工质量汽车制造工艺基础4.2影响机械加工精度的主要因素三、传动链误差指传动链始末两端传动元件间相对运动的误差。例如，车螺纹时，要求主轴与传动丝杠的转速比恒定，即工件转一周，刀具应移动一个导程，这种运动关系是由刀具与工件间的传动链来保证的。由于传动链中各传动元件都有制造误差、装配误差和磨损，会破坏正确的运动关系，使工件产生螺距误差。第4章汽车零件机械加工质量汽车制造工艺基础4.2影响机械加工精度的主要因素4.2.2刀具误差一、刀具制造误差对加工精度的影响刀具误差对加工精度的影响随刀具种类的不同而不同。如定尺寸刀具（如钻头、铰刀、孔拉）；成形刀具（成形车、铣刀、砂轮；齿轮模数铣刀）；展成刀具（齿轮滚刀、插齿刀；花键滚刀等）。加工时，刀具切削刃的几何形状及有关尺寸误差会影响工件的加工精度。对于一般刀具（如车、镗、铣刀等），其制造误差对工件的加工精度无直接影响，但刀具的刃磨质量对加工精度影响较大。第4章汽车零件机械加工质量汽车制造工艺基础4.2影响机械加工精度的主要因素一、刀具磨损对工件加工精度的影响任何刀具在切削过程中，都不可避免地要产生磨损，并由此引起工件尺寸和形状的改变。车刀磨损将使工件产生锥度；成形刀具加工时，会造成工件的形状误差。刀具磨损过程：初期快，中期慢，后期快。如图所示。a）刀具的尺寸磨损b）刀具的磨损过程第4章汽车零件机械加工质量汽车制造工艺基础4.2影响机械加工精度的主要因素工艺系统：是指由机床、夹具、工件、刀具所组成的一个弹性系统。在切削加工过程中，由于切削力、传动力、惯性力、夹紧力以及重力的作用，工艺系统会产生弹性变形，从而破坏了刀具与工件之间的准确位置，使之产生加工误差。工艺系统刚度：指在外力作用下，工艺系统抵抗变形的能力。工艺系统的刚度随切削力着力点位置的变化而变化4.2.3工艺系统的受力变形及其对加工精度的影响第4章汽车零件机械加工质量汽车制造工艺基础一、机床刚度及其对加工精度的影响机床刚度取决于机床各零部件的刚度，零部件的刚度又与其结构尺寸和制造、装配质量有关。如零件间的接触刚度、连接刚度、零件间的间隙等，都是影响机床刚度的主要因素。如车床刚度较差，用两顶尖顶住粗而短的光轴进行车削时，在切削力作用下，尾座刚度较小而“让刀”变形4.2.3工艺系统的受力变形及其对加工精度的影响大，切削薄；但主轴箱刚度相对大变形小，切削厚。工件会产生双曲线圆柱度误差而成为鞍形，如图所示。两顶尖顶住短而粗的光轴进行车削时第4章汽车零件机械加工质量汽车制造工艺基础二、工件刚度及其对加工精度的影响工件刚度及其受力变形与工件本身的几何形状、尺寸、装夹方式有关。1．工件在两顶尖间装夹车削相对细长的光轴在切削力作用下，工件因弹性变形而出现“让刀”现象。随刀具的进给，在工件全长上切削深度将会由多变少，然后再由少变多，结果使零件产生腰鼓形，如图所示。a）工件在两顶尖间装夹第4章汽车零件机械加工质量汽车制造工艺基础二、工件刚度及其对加工精度的影响2．工件在卡盘中悬臂装夹车削工件形状将成喇叭形，如图b）所示。3．工件装夹在卡盘上并用后顶尖顶住车削加工后的工件成“鸡腿形”，如图c）所示。b)工件悬臂装夹c）工件一端夹一端顶第4章汽车零件机械加工质量汽车制造工艺基础三、夹紧力引起的加工误差1．夹紧力作用点和方向不当引起的误差工件在安装时，由于工件刚度较低或夹紧力作用点和方向不当，会引起工件产生相应的变形，造成加工误差。如图所示。夹紧不当引起加工误差第4章汽车零件机械加工质量汽车制造工艺基础2．薄壁件夹紧变形引起的误差对于薄壁筒形工件，其径向刚度很差，当被夹紧在机床夹具中时，在径向夹紧力的作用下，工件会发生变形，对加工精度的影响甚大。如图所示。薄壁件夹紧变形引起的误差第4章汽车零件机械加工质量汽车制造工艺基础4.2影响机械加工精度的主要因素四、刀具刚度及其对加工精度的影响1．钻孔时钻孔刀具刚度的影响钻头的径向刚度很低，钻孔时钻头受力后易引起轴线弯曲、偏斜，将导致被加工孔的尺寸、形状、相互位置产生误差。2．镗孔时不同的镗孔方式加工，受镗孔刀杆刚度的影响，将使镗孔产生不同误差。如后图所示。第4章汽车零件机械加工质量汽车制造工艺基础一般情况下，悬臂梁式镗孔比有导向和前、后双导向装置的镗孔误差影响要大些。不同镗孔形式a）镗刀杆无导向b）镗刀杆后导向C）镗刀杆前、后双导向第4章汽车零件机械加工质量汽车制造工艺基础3．磨内孔时刀杆刚度的影响磨削加工直径较小的深长内孔时，磨刀杆直受到限制，如悬臂较长，在磨削力作用下，会使内孔产生锥度误差，如图所示。悬臂磨细长内孔误差示意第4章汽车零件机械加工质量汽车制造工艺基础五、复映误差指毛坯加工余量不均，材料硬度变化导致切削力大小变化而引起的加工误差。如图所示，工件的毛坯外形虽然具有粗略的零件形状，但它在尺寸、形状以及表面层材料硬度均匀性上都有较大的误差。毛坯形状误差的复映第4章汽车零件机械加工质量汽车制造工艺基础◆减小切削用量、补偿工艺系统有关部件的受力变形、提高工艺系统刚度等。◆减小切削用量是一种比较消极的办法，补偿受力变形也往往由于结构限制或加工调整过于复杂而受到限制。◆根本的解决办法是提高工艺系统的刚度，特别是提高工艺系统中薄弱环节的刚度。六、控制工艺系统受力变形的主要措施第4章汽车零件机械加工质量汽车制造工艺基础六、控制工艺系统受力变形的主要措施●对薄壁套类零件的加工，可采用另加刚性开口夹紧环或改用端面轴向夹紧等措施，如图示。●细长轴类零件的车削加工，采用中心架、跟刀架或前后支承架等措施。●对工件薄弱部分增加辅助支承。提高薄壁零件加工刚度的措施端面轴向夹紧开口夹紧环工件工件1．提高工件加工时的刚度第4章汽车零件机械加工质量汽车制造工艺基础2．提高刀具的刚度提高刀具的刚度，除从刀具材料、结构和热处理等方面采取相应措施外，还可采用以下措施：■钻孔时采用钻套提高钻头的导向刚度。■镗孔时，采用导向支承或专用镗模以提高镗刀的刚度；■采用具有对称刃口的镗刀块（如浮动镗刀）代替单头刀刃，以提高镗刀杆在加工时的刚度。六、控制工艺系统受力变形的主要措施第4章汽车零件机械加工质量汽车制造工艺基础3．提高机床和夹具的刚度加工中使用的机床和夹具，由较多数量的零件组成，提高它们的刚度除了提高其组成零件本身的刚度外，还应着重提高各有关组成零件的接触刚度和连接刚度。六、控制工艺系统受力变形的主要措施第4章汽车零件机械加工质量汽车制造工艺基础热变形：指机械加工过程中，工艺系统要产生热量；工艺系统受热而引起的变形。一、工艺系统的热源1．切削热2．摩擦热和传动热3．环境热4.2.4工艺系统的热变形及其对加工精度的影响第4章汽车零件机械加工质量汽车制造工艺基础工艺系统热源切削热摩擦热传动热外部热源内部热源环境热辐射热切削层弹、塑性变形、刀面与切屑和已加工面的摩擦机床运动摩擦、液压传动、电机温升等阳光、照明、取暖设备等环境温度第4章汽车零件机械加工质量汽车制造工艺基础二、工件均匀受热▲工件的热变形是由切削热引起的，热变形情况与加工方法和受热是否均匀有关。在车、磨外圆时工件均匀受热而产生热伸长，冷却后收缩，产生尺寸或形状误差。▲当工件能够自由伸长时，工件的热变形主要影响尺寸精度，否则工件还会产生圆柱度误差；加工螺纹时产生螺距误差。第4章汽车零件机械加工质量汽车制造工艺基础三、工件不均匀受热当工件进行铣、刨、磨等平面的加工时，工件单侧受热，上下表面温升不等，从而导致工件向上凸起，中间切去的材料较多，冷却后被加工表面呈凹形，造成形状误差，如图所示。a)磨削前的薄板工件b)磨削时热膨胀形状c)磨削后薄板工件上平面形状工件不均匀受热时的变形第4章汽车零件机械加工质量汽车制造工艺基础减少工件热变形的主要措施：▼采用有效的冷却措施，例如在切削区给以充足的切削液。▼提高切削速度，使大部分切削热量来不及传给工件，而是被切屑带走。▼在接近零件尺寸要求之时，减小吃刀量；粗、精加工分开，减少切削热和磨削热。▼对某些加工方法，夹紧工件时，考虑对其热变形伸长受阻而被顶弯进行补偿。如在外圆磨床磨削轴类零件时，采用弹性顶尖等。第4章汽车零件机械加工质量汽车制造工艺基础三、刀具热变形刀具热变形的热源主要是切削热，尽管这部分热量很小（占总热量的3%～5%），但因刀具体积小，热容量小，因此刀具的工作表面易被加热到很高温度。减少刀具热变形对加工精度影响的措施：减小刀具伸出长度；改善散热条件；改进刀具角度以减小切削热；合理选用切削用量；充分冷却等。第4章汽车零件机械加工质量汽车制造工艺基础四、机床热变形：不同类型的机床因其结构与工作条件的差异而使热源和变形形式各不相同