4.2 盘套类零件的加工

机械制造工艺学第四章典型零件加工4.2盘套类零件的加工1.结构特点套筒类零件是一种应用范围很广,在机器中主要起支承、定位或导向作用的零件。例如:支承回转轴的各种形式的轴承和定位套、液压系统中的液压缸、电液伺服阀的阀套、夹具上的钻套和导向套、内燃机上的气缸套等都属套筒类零件,其结构形式如图4-16所示。4.2.1套筒类零件的结构特点和技术要求图4-16套筒类零件的结构形式4.2.1套筒类零件的结构特点和技术要求各种套筒类零件虽然结构和尺寸有很大差异,但却具有以下共同特点:(1)外圆直径D一般小于其长度L,通常长径比(L/D)小于5。(2)内孔与外圆直径之差较小,即零件壁厚较小,易变形。(3)内外圆回转表面的同轴度公差很小。(4)结构比较简单。4.2.1套筒类零件的结构特点和技术要求2.套筒类零件的毛坯制造方式毛坯制造方式主要取决于其结构尺寸、材料和生产批量的大小。孔径较大(如d＞20mm)时,常采用无缝钢管或带孔的铸件和锻件。孔径较小时,多选用热轧或冷拉棒料,也可采用实心铸件。大批量生产时,可采用冷挤压棒料、粉末冶金棒料等。套筒类零件的材料以钢、铸铁、青铜或黄铜为主,也有采用双金属结构(即在钢或铸铁套的内壁上浇注一层轴承合金材料)的。套筒类零件常用的热处理方法有渗碳、淬火、表面淬火、调质、高温时效及渗氮等。4.2.1套筒类零件的结构特点和技术要求3.套筒类零件的技术要求套筒类零件的外圆表面多以过盈或过渡配合与机架或箱体孔配合,起支承作用。内孔主要起导向作用或支承作用,常与传动轴、主轴、活塞、滑阀相配合。有些套的端面或凸缘端面有定位或承受载荷作用。套筒类零件的主要技术要求为(1)内孔与外圆的尺寸精度一般为IT7～IT6。为保证内孔的耐磨性和功能要求,其表面粗糙度要求Ra2.5～0.16μm,外圆的表面粗糙度为Ra5～0.63μm。4.2.1套筒类零件的结构特点和技术要求(2)通常将外圆与内孔的几何形状精度控制在直径公差以内即可,较精密的可控制在直径公差的1／2～1／3,甚至更小。较长的套筒零件除有外圆的圆柱度要求外,还有孔的圆柱度要求。(3)内、外圆表面之间的同轴度公差按零件的装配要求而定。当内孔的最终加工是将套装入机座或箱体之后进行(如连杆小端衬套)时,内、外圆表面的同轴度公差可以较大;若内孔的最终加工是在装配之前完成,则同轴度公差较小,通常为0.06～0.01mm。套的端面(包括凸缘端面)如在工作中承受载荷或加工中作为定位面时,端面与外圆或内孔轴线的垂直度要求较高,一般为0.05～0.02mm。4.2.1套筒类零件的结构特点和技术要求套筒类零件由于功用、结构形状及尺寸、材料、热处理方法的不同,其工艺过程差别较大。其中,保证内孔与外圆的同轴度公差,以及端面与内圆(外圆)轴线的垂直度公差,是拟定工艺规程时需要关注的主要问题。4.2.1套筒类零件的结构特点和技术要求一、法兰盘零件工艺过程4.2.2典型套筒类零件的加工工艺分析4.2.2典型套筒类零件的加工工艺分析4.2.2典型套筒类零件的加工工艺分析4.2.2典型套筒类零件的加工工艺分析4.2.2典型套筒类零件的加工工艺分析二、接盘零件工艺过程1.接盘零件的主要表面及其技术要求①孔A(Ø):IT7,Ra1.6m；②小外圆(Ø):IT6,Ra1.6m对孔A的轴线有同轴度要求，其公差值为Ø0.03mm；③材料45钢，调质220～240HBS。025.00350019.0554.2.2典型套筒类零件的加工工艺分析4.2.2典型套筒类零件的加工工艺分析①该零件的主要表面均为回转表面，应选用车削方法，主要工艺路线为：粗车—调质—精车。在精车过程中，应使孔(Ø)，小外圆(Ø)和台阶端面在一次装夹加工出来，即“一刀活”；再以孔定位，心轴装夹精车大端面，即可保证该零件的位置精度要求。②在精车之后钻Ø16孔，铣削宽16的圆弧槽。③毛坯选用锻件。2．工艺分析锻造毛坯—粗车—调质—精车—划线—钻孔—铣槽—检验025.00350019.0553．工艺过程4.2.2典型套筒类零件的加工工艺分析4．工艺卡片4.2.2典型套筒类零件的加工工艺分析图4-17液压缸简图液压缸体(如图4-17所示)属于长孔薄壁类零件,且精度和表面粗糙度都控制较严。液压缸的毛坯多为无缝钢管,如果为铸件,由于其组织可能不够紧密,会出现砂眼、针孔或疏松等缺陷,加工过程中应该增加用泵定压定时的验漏工序。三、液压缸体零件工艺过程4.2.2典型套筒类零件的加工工艺分析该零件孔长而壁薄,为保证内外圆的同轴度,加工外圆时参照空心主轴的装夹方法,即采用双顶尖顶孔口1°30′的锥面或一头夹紧一头用中心架支承。加工内孔与一般深孔加工时的装夹相同,多采用夹一头,另一端用中心架托住外圆。孔的粗加工采用镗削,半精加工多采用浮动铰刀铰削。铰削后,孔径尺寸精度一般为IT9～IT7,表面粗糙度达Ra2.3～0.32μm。4.2.2典型套筒类零件的加工工艺分析液压缸内孔的表面质量要求很高,精加工铰孔后,还需采用钢珠滚压,以改善内圆表面,使其熨平并形成残余压应力,提高使用寿命。为此,较多的专业生产厂采用专用组合刀具来完成液压缸内孔的粗加工、半精加工、精加工和滚压加工,专业组合刀具是将镗刀、浮动铰刀和钢珠滚压头等集成在一起。内孔经滚压后,尺寸误差在0.01mm以内,表面粗糙度为Ra0.16μm或更小,且表面经硬化后更为耐磨。但是目前对铸造液压缸体尚未采用滚压工艺,原因是铸件表面缺陷对滚压有很大影响,因此,常以精细镗、珩磨、研磨等精密加工作为缸体内孔加工的最终工序。4.2.2典型套筒类零件的加工工艺分析表4-3液压缸加工工艺路线4.2.2典型套筒类零件的加工工艺分析1.工艺措施套筒类零件内外表面的同轴度以及端面与孔轴线的垂直度要求较高,一般可采用以下工艺措施:(1)在一次安装中完成内外表面及端面的全部加工,这样可消除工件的安装误差并获得很高的相互位置精度。但由于工序比较集中,对尺寸较大的套筒安装不便,故多用于尺寸较小的轴套车削加工。4.2.3套筒类零件加工特点(2)先完成孔加工,然后以孔为精基准加工外圆。由于使用的夹具(通常为心轴)结构简单,而且制造和安装误差较小,因此可保证较高的相互位置精度,在套筒类零件加工中应用较多。(3)先完成外圆加工,然后以外圆为精基准加工内孔。一般卡盘安装误差较大,使得加工后工件的相互位置精度较低。如果欲使同轴度误差较小,则须采用定心精度较高的夹具,如弹性膜片卡盘、液性塑料夹头、经过修磨的三爪自定心卡盘和软爪等。4.2.3套筒类零件加工特点2.减小变形套类零件的结构特点是孔的壁厚较薄，薄壁套类零件在加工过程中，常因夹紧力．切削力和热变形的影响而引起变形。为防止变形常采取—些工艺措施：1)将粗、精加工分开进行为减少切削力和切削热的影响，使粗加工产生的变形在精加工中得以纠正。2)减少夹紧力的影响在工艺上采取以下措施减少夹紧力的影响。4.2.3套筒类零件加工特点4.2.3套筒类零件加工特点①采用径向夹紧时，夹紧力不应集中在工件的某一径向截面上，而应使其分布在较大的面积上，以减小工件单位面积上所承受的夹紧力。如可将工件安装在一个适当厚度的开口圆环中，在连同此环一起夹紧。也可采用增大接触面积的特殊卡爪。以孔定位时，宜采用张开式心轴装夹。②夹紧力的位置宜选在零件刚性较强的部位，以改善在夹紧力作用下薄壁零件的变形。4.2.3套筒类零件加工特点③改变夹紧力的方向，将径向夹紧改为轴向夹紧。④在工件上制出加强刚性的工艺凸台或工艺螺纹以减少夹紧变形，加工时用特殊结构的卡爪夹紧，加工终了时将凸边切去。如表5.3工序2先车出M88mm×1.5mm螺纹供后续工序装夹时使用。在工序3中利用该工艺螺纹将工件固定在夹具中，加工完成后，在工序5车去该工艺螺纹。4.2.3套筒类零件加工特点3）减小切削力对变形的影响①增大刀具主偏角和主前角，使加工时刀刃锋利，减少径向切削力。②将粗、精加工分开，使粗加工产生的变形能在精加工中得到纠正，并采取较小的切削用量。③内外圆表面同时加工，使切削力抵销。4)热处理放在粗加工和精加工之间这样安排可减少热处理变形的影响。套类零件热处理后一般会产生较大变形，在精加工时可得到纠正，但要注意适当加大精加工的余量。4.2.3套筒类零件加工特点1深孔加工的工艺特点通常把孔的深度与直径之比（L/D5）的孔称为深孔。深径比不大的孔，可用麻花钻在普通钻床，车床上加工；深径比大的孔，必须采用特殊的刀具，设备及加工方法。深孔加工比一般的孔加工要复杂和困难得多。深孔加工的工艺主要有以下特点：深孔加工的刀杆细长，强度和刚性比较差，在加工时容易引偏和振动，因此，在刀头上设置支承导向极为重要。切屑排除困难。如果切屑堵塞，则会引起刀具崩刃，甚至折断，因此需采用强制排屑措施。刀具冷却散热条件差。切屑液不易注入切屑区，使刀具温度升高，刀具寿命降低，因此，必须采用有效的降温方法。4.2.3套筒类零件加工特点2、深孔的钻削方式在单件小批生产中，深孔钻削常在卧式车床或转塔车床上用接长的麻花钻加工。有时工件作两次安装,从两端钻成。钻削时钻头须多次退出，以排屑和冷却刀具。采用这用切屑方式，劳动强度大且生产率低。在大批量生产中，普遍用深孔钻床和使用深孔钻头进行加工。深孔加工一般采用工件旋转，钻头轴向进送，或钻头与工件同时反向旋转，钻头轴向进送方式进行，这两种方式都不易使深孔的轴线偏斜，尤其后者更为有利，但设备比较复杂。若工件很大，旋转有困难，则可将工件固定，使钻头旋转并轴向进送。当旋转轴线与工件轴线有偏斜，则加工后的轴线也将有偏斜。4.2.3套筒类零件加工特点4.2.3套筒类零件加工特点3冷却和排屑方式（1）内排屑方式高压切削油由钻杆与工件孔壁间的空隙处压入切削区，然后带着切屑从钻杆中的内孔排出。这样不会划伤已加工的孔壁，而且钻杆直径可增大，也同时增强了钻杆的扭转刚性和弯曲刚性。因此可提高进给量，且孔轴线偏移量也小，一般为0.1-0.3mm/m。采用深孔钻头需配备油压头，深孔钻头装在油压头机构内。油压头的前端与工件贴合，工件由主轴带动旋转。足够流量的高压油从油压头中的油管注入，通过钻杆和工件壁间的空隙处压入切削区，起冷却作用，再从钻杆内孔中带着大量切屑排出。压力和流量过小时，不易使切屑排出，使温度升高，刀具容易磨损。（2）外排屑方式切削液的流向正好与内排屑方式相反。4.2.3套筒类零件加工特点4.2.3套筒类零件加工特点4.2.3套筒类零件加工特点4刀具结构特点刀具的导向性能好，防止加工中引偏。为了有利于排屑，必须能使切屑成碎裂状或粉状屑，而不是呈带状。刀具上必须有进出油孔或通道，供流通切削液并排除切屑。刀具必须有良好的切屑性能，并且在连续切削的条件下，具有较高的耐磨性和红硬性。4.2.3套筒类零件加工特点