机械制造工艺基础课件PPT 典型表面加工

轨迹法成形法相切法展成法a）轨迹法b）成形法c）相切法d）展成法零件表面成形方法第五章典型表面的加工获得尺寸精度的方法有如下几种：试切法：试切、测量、调整、试切。主要适用于单件小批生产。调整法：加工前调整好刀具和工件的位置，加工中保持不变。适于成批大量生产。定尺寸刀具法：自动控制法：零件的相互位置精度主要由机床精度、夹具精度和零件装夹精度保证。5.1外圆表面的加工车削、磨削及光整加工是外圆表面的主要加工方法。5.1.1外圆表面的车削外圆车削的工艺范围粗车：加工精度可达到IT10~ITl3，表面粗糙度为Ra12.5~6.3μm。半精车：精度可达IT9~IT10，表面粗糙度为Ra3.2~6.3μm。精车：精度可达IT7~IT8，表面粗糙度为Ra3.2~6.3μm。精细车：精度可达IT6~IT7，表面粗糙度为Ra0.2~0.8μm。对于小型有色金属零件，高速精细车是主要加工方法(Ra0.4~0.1μm)。车削的工艺特点切削过程平稳，生产率较高：主运动为回转运动,避免了惯性力和冲击.切削用量可大,可进行高速切削和强力切削,生产率.加工材料范围广泛，适用于有色金属的精加工：钢、铸铁、非金属和某些非铁金属都可车削。当ap0.15f0.1mm/rV=300m/min，加工有色金属精度达IT6--IT5Ra达0.1--0.4m,而磨削易堵砂轮.刀具简单：制造,刃磨,安装均方便.适应性广。应用广泛：只要能装夹在车床上，一般都可车削。细长轴外圆的车削加工常将长径比（L/D≥5~10）轴称为细长轴，其刚度很差，车削时容易弯曲和振动，产生腰鼓形或竹节形误差而不能保证加工质量。因此，必须采取有效措施来解决车削时的变形、振动等问题。改进工件中的装夹选择合理的切削方法车削细长轴时，宜采用由车头向尾座走刀的反向切削法。这时，从卡盘到车刀段，工件受拉力，利用可伸缩的活顶尖，不会把工件顶弯。同时选择较大的进给量和主偏角，增大了轴向切削力，工件在大的轴向拉力作用下，能有效地消除径向颤动，使切削过程平稳。合理选择刀具：粗车刀常用较大的主偏角(75°)以增大轴向力而减少径向力，选用较大的前角(15°~20°)和较小的后角(3°)，通过磨出卷屑槽和选用十5°的刃倾角，以控制切屑的顺利排出。合理选择刀具：刀具材料宜采用强度和耐磨性较好的硬质合金，如YW1或YG6A。精车刀常用宽刃、高速钢刀片，装在图5-8所示的弹性可调刀排内。这种大前角、无倒棱的宽刃，刀刃易于切入工件，切下很薄的切屑，便于消除粗车时留在工件上的形状误差。合理选择刀具：此外，粗车刀安装时刀尖可比工件中心高0.1～0.15mm,使刀尖部分的后刀面压住工件，车刀此时相当于跟刀架的第四个支承块，有效地增强了工件的刚度。精车刀时则相反。5.1.2外圆表面的磨削(Grindingofcylindricalfaces)磨削加工是是外圆精加工的主要方法。既能加工淬火的黑色金属零件，也能加工不淬火的黑色金属零件和有色金属。砂轮(Sandwheel)：用结合剂把磨粒粘结起来，经压坯、干燥、焙烧及车整而成的多孔疏松物体。砂轮的特性主要由磨料、粒度、结合剂、硬度、组织及形状尺寸等因素所决定。1）磨料(Abrasives)：磨料应具有高硬度、高耐热性和一定的韧性，在磨削过程中受力破碎后还要能形成锋利的几何形状。常用的磨料有氧化物系(刚玉类)、碳化物系和超硬磨料系3类。砂轮磨料的种类及性能系列名称代号性能适用范围刚玉棕刚玉白刚玉铬刚玉AWAPA棕褐色,硬度低,韧性较好白色,较A硬度高,磨粒锋利,韧性差玫瑰红色，韧性比WA好磨削碳素钢、合金钢、可锻铸铁与青铜磨削淬硬的高碳刚、合金钢、高速钢，磨削薄壁零件、成形零件。磨削高速钢、不锈钢，成形磨削，刀具刃磨，高表面质量磨削碳化物黑碳化硅绿碳化硅CGC黑色带光泽，比刚玉类硬度高，导热性好，但韧性差绿色带光泽，较C硬度高，导热性好，韧性较差磨削铸铁，黄铜、耐火材料及非金属材料磨削硬质合金、宝石、光学玻璃超硬磨粒人造金刚石立方氮化硼DCBN白色、淡绿、黑色，硬度最高，耐热性较差棕褐色，硬度仅次于D，韧性较D好磨削硬质合金、宝石、光学玻璃陶瓷等高硬度材料磨削高性能高速钢、不锈钢，耐热钢几其他难加工材料2）粒度粒度是指磨料颗粒的大小，通常分为磨粒(颗粒尺寸＞40μm)和微粉(颗粒尺寸≤40μm)两类。磨粒用筛选法确定粒度号。微粉按其颗粒的实际尺寸分组。粒度对加工表面粗糙度和磨削生产率影响较大。一般来说，粗磨用粗粒度，精磨用细粒度。当工件材料硬度低、塑性大和磨削面积较大时，为了避免砂轮堵塞，也可采用粗粒度的砂轮。3）硬度砂轮的硬度是指砂轮工作表面的磨粒在磨削力的作用下脱落的难易程度。它反映磨粒与结合剂的粘固强度。磨粒不易脱落，称砂轮硬度高；反之，称砂轮硬度低。工件材料较硬时应选用较软的砂轮；对于精磨或成形磨削，为了保持砂轮的廓形精度，应选用较硬的砂轮；粗磨时应选用较软的砂轮，以提高磨削效率。4）结合剂结合剂是将磨料粘结在一起，使砂轮具有必要的形状和强度的材料。5）组织砂轮的组织是指砂轮中磨科、结合剂和气孔三者间的体积比例关系。按磨料在砂轮中所占体积的不同，砂轮的组织分为紧密、中等和疏松三大类。磨屑形成过程★弹性变形：磨粒在工件表面滑擦而过，不能切入工件★塑性变形：磨粒切入工件，材料向两边隆起，工件表面出现刻痕（犁沟），但无磨屑产生★切削：磨削深度、磨削点温度和应力达到一定数值，形成磨屑，沿磨粒前刀面流出具体到每个磨粒，不一定三个阶段均有磨屑形成过程a）平面示意图b）截面示意图磨削工艺特点★精度高、表面粗糙度小：多刃，刃口圆弧半径小，切削层很薄，切削厚度小到微米，磨床精度高，刚性好，微量进给。★砂轮有自锐作用：生产率高。★磨削的径向磨削力Fy大：★磨削温度高：切削速度高，且多为负前角切削，挤压和摩擦大，加上砂轮导热性很差，在磨削区产生很高的瞬时高温，因此磨削时应采用大量切削液已降低温度。外圆表面磨削方法1）中心磨削法：在外圆磨床上以工件的两顶尖孔定位进行外圆磨削。★纵向进给磨削法★横向进给磨削法★综合磨削法2）无心磨削法：5.1.2外圆表面的精加工及光整加工砂带磨削：用粘满细微尖锐砂粒的砂布带，采用相应的接触方式，在一定工作压力下与工件接触，并相对运动，对工件表面进行磨削和抛光的高效加工工艺。砂带磨削砂带磨削的特点：★磨削效率高砂带磨削的效率是铣削10倍，是目前金属切削机床中效率最高的一种，功率利用率达95％。★磨削表面质量好砂带与工件柔性接触，磨粒载荷小且均匀，能减振，属于弹性磨削。加上工件受力小，发热少，散热好，因而可获得好的加工质量，粗糙度可达Ra0.02μm，特适宜加工细长轴和薄壁套筒等刚度较差的零件。★磨削性能好静电植砂制作的砂轮，磨粒有方向性，尖端向上，摩擦生热少，砂轮不易堵塞，切不断有新磨粒进入磨削区，磨削条件稳定。★适用范围广可用于内、外圆及成形表面的磨削。图5-15外圆表面研磨示意图研磨：研磨时工件转，研具作轴向往复运动。在工件和研具之间放置研磨膏。研磨剂通常由磨料与煤油、润滑油等组成。研磨速度一般为0.3~1m/s,研磨后表面粗糙度可达Ra0.1~0.01μm。珩磨：利用珩磨工具对工件表面施加一定压力，珩磨工具同时作相对旋转运动和直线往复运动，切除工件极小余量的一种精密加工方法。进行外圆表面的双砂轮珩磨加工时，磨粒对工件具有切削、挤压和抛光的作用，珩磨轮与工件间的接触面积小，脱落的磨粒易被切削液也带走，故表面粗糙度稳定，一般可达Ra0.025μm，尺寸精度可达IT7~IT6，同时还可修正工件外圆母线的直线度误差，但不能修正工件的圆度和位置误差滚压加工是用硬度比工件高的滚压工具(该轮或滚珠)，对半精加工后的零件表面在常温下加压，使受压点产生弹性及塑性变形。将表面凸起部分压下去，凹下的部分向上挤。以修正零件表面的微观几何形状，减小表面粗糙度(图5-18)。滚压后的使零件的抗疲劳强度、耐磨和耐腐蚀性都有显著改善。滚压抛光是用敷细磨粉或软膏磨料的布轮、布盘或皮轮、皮盘等软质工具，靠机械滑擦和化学作用来减小加工表面的粗糙度。抛光对尺寸误差和形状误差没有纠正能力。抛光后工件表面粗糙度Ra值可达o．012μm。抛光可提高零件的疲劳强度、抗磨性能和耐腐蚀能力，但不能提高零件的精度。a.机械抛光(布轮、布盘或皮轮、皮盘等软质工具)b.液体抛光(抛光液高速喷射)抛光5.2孔加工孔加工的方法较多，常用的有钻、扩、铰、镗、拉、磨、珩磨等。孔加工比外圆表面加工要困难得多。5.2.1钻孔钻孔是孔加工的一种基本方法。钻孔经常在钻床和车床上进行，也可以在镗床或铣床上进行。常用的钻床有台式钻床、立式钻床和摇臂钻床。麻花钻麻花钻的结构：主后刀面前刀面副切削刃横刃副后刀面主切削刃2Kr’麻花钻的切削角度：顶角2φ：两主刀刃之间的夹角。加工不同的材料，其顶角应取不同的数值。常用的加工一般钢和铸铁的钻头，通常取2φ=118°。前角r0：在垂直于主刀刃的平面内测量，是前面的切线与垂直切削平面的垂线所夹的角度。主刀刃上各点前角不一样。30~-30°。主后刀面前刀面副切削刃横刃副后刀面主切削刃2Kr’后角a0：在平行于钻头轴线的平面内测量，是后面切线与切削平面所夹的角度。横刃斜角：是横刃和主刀刃在垂直于钻头轴线的平面内所夹的角度。=50~55°。螺旋角w：是刃带的切线与钻头中心线的夹角。钻削的工艺特点钻头工作部分被已加工表面包围.刚度,强度,容屑,排屑,导向,冷却等.“引偏”--钻头弯曲而引起的孔径扩大,不圆,轴线歪斜等.★麻花钻--呈细长状.刚性较差.刃,容屑两条较深的螺旋槽.使钻心变细,刚性.减小摩擦,钻头仅有两条很窄的棱边与孔壁接触,接触刚度和作用差.★前角0负值大.切削条件差,--挤刮金属.横刃受力大.稍有偏斜将产生较大的附加力矩,使钻头弯曲.两个主切削刃也难磨得对称,径向力不能为零.★预钻锥形定心坑★用钻套为钻头导向★刃磨时,两刃对称.,径向力为零.排屑难:切屑宽,容屑槽尺寸受限.孔壁与屑摩擦,挤压,和刮伤已加工表面.Ra.卡死钻头(扭断).反复多次退出,修磨分屑槽.切削热不易传散:半封闭式,工件吸热52.5%.钻头14.5%.屑29%.介质5%.钻削用量和生产率低.减少引偏:钻削的应用IT10以上,Ra12.5m以上,生产率低.粗加工.螺钉孔,油孔等.内螺纹,预加工孔等.单件,小批量生产中小型工件上的孔(D13mm)台式.中小型工件上直径大的孔(D50mm).立式.大中型工件上的孔.--摇臂.回转体上的孔--车床上.成批和大量生产中.钻模,多轴钻或组合机床进行孔的加工.精度\生产率\成本.精度高,Ra小的中心孔(D50mm),钻孔,扩孔和铰孔.1.扩孔扩孔是利用扩孔钻对已有的孔进行加工以扩大孔径，并提高孔的精度和降低表面粗糙度。图5-24扩孔钻图5-25扩孔5.2.2扩孔和铰孔(1)切削刃不必自外圆延续到中心，这样就避免了横刃和由横刃所引起的一些不良影响。(2)由于小，切屑窄，易排出，不易擦伤已加工表面。扩孔钻的刚度较高，有利于加大切削用量和改善加工质量。(3)由于容屑糟较窄，可在刀体上作出较多的刀齿，可提高生产率。同时也加多了刀具的棱带,增加了扩孔时的导向作用，切削比较平稳。(4)扩孔的加工质量比钻孔高，一般精度可达IT9～IT10，表面粗糙度为Ra3.2～6.3㎛；扩孔常作为孔的半精加工，当孔的精度和表面粗糙度要求再高时，则要采用铰孔。与钻削相比，扩孔主要有以下特点：1)铰刀的修光部分具有校准孔径、修光孔壁作用，可进一步提高了孔的加工质量；2．铰孔用铰刀对孔进行精加工的方法3)加工精度达IT7～IT9,表面粗糙度为Ra0.4～0.6㎛。图5-26铰刀的结构2)铰孔的余量小,切削力较小；切削速度较低,切削热较少→工件受力变形和受热变形较小,积屑瘤的不利避免影响较小,铰孔质量比较高；。麻花钻、扩孔钻和铰刀都是标准刀具,易于购买。对于中等尺寸以下较精密的孔,在单件小批乃至大批大量生产中,钻--扩-