典型零件的加工工藝設(shè)計(jì)正式版.doc

1、典型軸類零件的加工工藝設(shè)計(jì)4摘 要能通過(guò)運(yùn)用機(jī)械制造工藝學(xué)課程中的基本理論以及在生產(chǎn)實(shí)習(xí)中學(xué)到實(shí)踐知識(shí),正確的解決一個(gè)零件在加工過(guò)程中的定位.夾緊以及工藝路線安排.工藝尺寸確定等問(wèn)題,保證零件的加工質(zhì)量本文選擇了軸的加工工藝設(shè)計(jì)這一課題,主要闡述了對(duì)軸類零件的加工工藝過(guò)程,主要表現(xiàn)在從毛坯到成品的的過(guò)程它分為零件的熱處理,大部分采用的是常見(jiàn)的四把火和調(diào)制處理.對(duì)典型的軸比如機(jī)床主軸汽車(chē)半軸內(nèi)燃機(jī)曲軸階梯軸和ca6140主軸的熱處理和加工工藝都有很明確的方案及選材對(duì)軸的加工工藝流程分為:下料鍛造正火機(jī)械加工調(diào)質(zhì)粗車(chē)半精車(chē)精車(chē)粗磨精磨光整加工終檢對(duì)工件的裝夾都采取一次性裝夾滿足基準(zhǔn)重合和基準(zhǔn)統(tǒng)一或

2、者互為基準(zhǔn)對(duì)不同的工件采取的加工工藝有所不同以上此法操作簡(jiǎn)便工效提高節(jié)省材料,能保證加工精度對(duì)它的工藝性能也有明顯的提高和使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)關(guān)鍵詞:熱處理工藝 軸加工工藝 軸的裝夾定位abstractthrough the use of machinery manufacturing technology courses in basic theory and practice in the production of learned practical knowledge, the correct solution to a part in the positioning process. c

3、lamping and routing process. process to determine issues such as size, to ensure that the processing of parts qualitythis article has chosen the design process of the axis of the subject, the main shaft of the machining process, mainly in the finished product from rough to divide it into parts of th

4、e process of heat treatment, most commonly used is the four - to deal with fire and modulation. for example, a typical machine tool spindle axis, automotive axle, the internal combustion engine crankshaft, stepped shaft and spindle ca6140 process of heat treatment and processing of the program are v

5、ery clear and material selection.processing process of the axis is divided into: forging cutting machining normalizing rough quenched - semi-refined car - finish - coarse grinding - grinding - finishing - the end of the seizure. clamping of the work piece clamping has been taken to meet the benchmar

6、k one-time overlap and complement each other or to benchmark the benchmark reunification. different parts of the process taken to be different. above this method is simple, to improve work efficiency, saving materials, can guarantee the processing precision. the performance of its technology has imp

7、roved and the advantages of long life.key words: heat treatment process processing shaft axis positioning of the clamping目錄第一章 前 言1第二章 軸類零件的分類和技術(shù)要求2第一節(jié) 軸類零件的功用與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)2第二節(jié) 主要技術(shù)要求3第三節(jié) 軸類零件的材料和毛坯3第四節(jié) 軸類零件的預(yù)加工4第三章 典型主軸類零件加工工藝分析5第一節(jié) 軸類零件加工的工藝路線5第二節(jié) 軸類零件加工的定位基準(zhǔn)和裝夾5第四章 軸類零件選材及工藝設(shè)計(jì)7第一節(jié) 機(jī)床主軸7第二節(jié) 汽車(chē)半軸9第三節(jié) 內(nèi)燃機(jī)曲軸

8、10第四節(jié) 階梯軸的加工工藝過(guò)程10第五節(jié) ca6140主軸加工工藝過(guò)程11第五章 檢 驗(yàn)17第一節(jié) 加工中的檢驗(yàn)17第二節(jié) 加工后的檢驗(yàn)17結(jié)束語(yǔ)18謝辭19參考文獻(xiàn)201邱宣懷.機(jī)械設(shè)計(jì)m.北京:高等教育出版社,1997.202范文慧 譚建榮.基于圖形單元技術(shù)的軸類零件的設(shè)計(jì)j.機(jī)械設(shè)計(jì)2001203西北工業(yè)大學(xué)機(jī)械原理及機(jī)械零件教研室.機(jī)械原理m.北京:高等教育出版社,1987204機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì).機(jī)械設(shè)計(jì)冊(cè)m.北京:接寫(xiě)工業(yè)出版社 200420第一章 前 言 在機(jī)床汽車(chē)拖拉機(jī)等制造工業(yè)中,軸類零件是另一類用量很大,且占有相當(dāng)重要地位的結(jié)構(gòu)件軸類零件的主要作用是支承傳動(dòng)零件并傳遞動(dòng)和

9、動(dòng)力,它們?cè)诠ぷ鲿r(shí)受多種應(yīng)力的作用,因此從選材角度看,材料應(yīng)有較高的綜合機(jī)械性能.局部承受摩擦的部位如車(chē)床主軸的花鍵曲軸軸頸等處,要求有一定的硬度,以提高其抗磨損能力要求以綜合機(jī)械性能為主的一類結(jié)構(gòu)零件的選材,還需根據(jù)其應(yīng)力狀態(tài)和負(fù)荷種類考慮材料的淬透性和抗疲勞性能實(shí)踐證明,受交變應(yīng)力的軸類零件連桿螺栓等結(jié)構(gòu)件,其損環(huán)形式不少是由于疲勞裂紋引起的軸類零件工藝結(jié)構(gòu)的合理性材料質(zhì)量的穩(wěn)定性,往往影響著整臺(tái)設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)和使用壽命對(duì)那些已經(jīng)損壞或產(chǎn)生了嚴(yán)重缺陷的軸類零件,不能只是盲目地更換,還應(yīng)對(duì)其破壞的頻率原因進(jìn)行跟蹤分析,找出問(wèn)題所在,從工藝或結(jié)構(gòu)上進(jìn)行改進(jìn),用以提高軸類零件的使用壽命和整臺(tái)設(shè)備

10、的機(jī)械性能第二章 軸類零件的分類和技術(shù)要求第一節(jié) 軸類零件的功用與結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 軸類零件主要用于支承傳動(dòng)零件(齒輪帶輪等),承受載荷傳遞專矩及保證在軸上零件的圓轉(zhuǎn)精度根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)形狀,軸的分類如下所示:一 軸的分類軸類零件按其結(jié)構(gòu)形狀的特點(diǎn),可分為光軸階梯軸空心軸和異形軸(包括曲軸凸輪軸和偏心軸等)四類(圖1) 軸的種類a)光軸 b)空心軸 c)半軸 d)階梯軸 e)花鍵軸 f)十字軸 g)偏心軸h)曲軸 1) 凸 輪軸若按軸的長(zhǎng)度和直徑的比例來(lái)分,又可分為剛性軸(l/d12)兩類二 按承載分:轉(zhuǎn)軸心軸傳動(dòng)軸(一)轉(zhuǎn)軸工作中既承受彎矩又承受轉(zhuǎn)矩的軸(二)心軸工作中承受彎距而不傳遞轉(zhuǎn)矩的軸(固定心軸

11、轉(zhuǎn)動(dòng)心軸)(三)傳動(dòng)軸工作中只傳遞轉(zhuǎn)矩而不承受彎矩或很小彎矩的軸三 按軸線形狀分:直軸曲軸鋼絲軟軸(一)直軸軸心線為直線 (二)曲軸軸心線為曲線 (三)鋼絲軟軸軸心線柔軟可變的曲線 四 按軸的形狀分:光軸階梯軸實(shí)軸空心軸 (一)光軸外徑相同的軸 (二)階梯軸不同外徑組成有臺(tái)肩的軸 (三)實(shí)心軸軸心有材料 (四)空心軸軸心無(wú)材料 五 按剛?cè)嵝苑?硬軸和軟軸 (一)硬軸剛性軸 (二)軟軸撓性軸 根據(jù)軸的長(zhǎng)度l與直徑d之比,又可分為剛性軸(l /d12)和撓性軸(l /d12)兩種軸類零件通常由內(nèi)外圓柱錐面端面臺(tái)階面螺紋鍵槽花鍵橫向孔及溝槽等組成六功用為支承傳動(dòng)零件(齒輪皮帶輪等)傳動(dòng)扭矩承受載荷,

12、以及保證裝在主軸上的工件或刀具具有一定的回轉(zhuǎn)精度第二節(jié) 主要技術(shù)要求一 尺寸精度軸頸是軸類零件的主要表面,它影響軸的回轉(zhuǎn)精度及工作狀態(tài)軸頸的直徑精度根據(jù)其使用要求通常為it69,精密軸頸可達(dá)it5二幾何形狀精度軸頸的幾何形狀精度(圓度圓柱度),一般應(yīng)限制在直徑公差點(diǎn)范圍內(nèi)對(duì)幾何形狀精度要求較高時(shí),可在零件圖上另行規(guī)定其允許的公差三位置精度主要是指裝配傳動(dòng)件的配合軸頸相對(duì)于裝配軸承的支承軸頸的同軸度,通常是用配合軸頸對(duì)支承軸頸的徑向圓跳動(dòng)來(lái)表示的;根據(jù)使用要求,規(guī)定高精度軸為0.0010.005mm,而一般精度軸為0.010.03mm此外還有內(nèi)外圓柱面的同軸度和軸向定位端面與軸心線的垂直度要求等

13、四表面粗糙度根據(jù)零件的表面工作部位的不同,可有不同的表面粗糙度值,例如普通機(jī)床主軸支承軸頸的表面粗糙度為ra0.160.63um,配合軸頸的表面粗糙度為ra0.632.5um,隨著機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)速度的增大和精密程度的提高,軸類零件表面粗糙度值要求也將越來(lái)越小第三節(jié) 軸類零件的材料和毛坯合理選用材料和規(guī)定熱處理的技術(shù)要求,對(duì)提高軸類零件的強(qiáng)度和使用壽命有重要意義,同時(shí),對(duì)軸的加工過(guò)程有極大的影響一軸類零件的材料一般軸類零件常用45鋼,根據(jù)不同的工作條件采用不同的熱處理規(guī)范(如正火調(diào)質(zhì)淬火等),以獲得一定的強(qiáng)度韌性和耐磨性對(duì)中等精度而轉(zhuǎn)速較高的軸類零件,可選用40cr等合金鋼這類鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)和表面淬火處理后

14、,具有較高的綜合力學(xué)件能精度較高的軸,有時(shí)還用軸承鋼gcrls和彈簧鋼65mn等材料,它們通過(guò)調(diào)質(zhì)和表面淬火處理后,具有更高耐磨性和耐疲勞性能對(duì)于高轉(zhuǎn)速重載荷等條件下工作的軸,可選用20crmnti20mnzb20cr等低碳含金鋼或38crmoaia氮化鋼低碳合金鋼經(jīng)滲碳淬火處理后,具有很高的表面硬度抗沖擊韌性和心部強(qiáng)度,熱處理變形卻很小二軸類零件的毛坯軸類零件的毛坯最常用的是圓棒料和鍛件,只有某些大型的結(jié)構(gòu)復(fù)雜的軸才采用鑄件第四節(jié) 軸類零件的預(yù)加工輪類零件在切削加工之前,應(yīng)對(duì)其毛坯進(jìn)行預(yù)加工預(yù)加工包括校正切斷和切端面和鉆中心孔一校正校正棒料毛坯在制造運(yùn)輸和保管過(guò)程中產(chǎn)生的彎曲變形,以保證加工

15、余量均勻及送料裝夾的可靠校正可在各種壓力機(jī)上進(jìn)行二切斷當(dāng)采用棒料毛坯時(shí),應(yīng)在車(chē)削外圓前按所需長(zhǎng)度切斷切斷叮在弓鋸床上進(jìn)行,高硬度棒料的切斷可在帶有薄片砂輪的切割機(jī)上進(jìn)行三切端面鉆中心孔中心孔是軸類零件加工最常用的定位基準(zhǔn)面,為保證鉆出的中心孔不偏斜,應(yīng)先切端面后再鉆中心孔四荒車(chē) 如果軸的毛坯是向由鍛件或大型鑄件,則需要進(jìn)行荒車(chē)加工,以減少毛坯外國(guó)表面的形狀誤差,使后續(xù)工序的加工余景均勻第三章 典型主軸類零件加工工藝分析 第一節(jié) 軸類零件加工的工藝路線一 基本加工路線 外圓加工的方法很多,基本加工路線可歸納為四條 粗車(chē)半精車(chē)精車(chē) 對(duì)于一般常用材料,這是外圓表面加工采用的最主要的工藝路線 粗車(chē)半精

16、車(chē)粗磨精磨 對(duì)于黑色金屬材料,精度要求高和表面粗糙度值要求較小零件需要淬硬時(shí),其后續(xù)工序只能用磨削而采用的加工路線 粗車(chē)半精車(chē)精車(chē)金剛石車(chē) 對(duì)于有色金屬,用磨削加工通常不易得到所要求的表面粗糙度,因?yàn)橛猩饘僖话惚容^軟,容易堵塞沙粒間的空隙,因此其最終工序多用精車(chē)和金剛石車(chē) 粗車(chē)半精粗磨精磨光整加工 對(duì)于黑色金屬材料的淬硬零件,精度要求高和表面粗糙度值要求很小,常用此加工路線 二典型加工工藝路線 軸類零件的主要加工表面是外圓表面,也還有常見(jiàn)的特特形表面,因此針對(duì)各種精度等級(jí)和表面粗糙度要求,按經(jīng)濟(jì)精度選擇加工方法 對(duì)普通精度的軸類零件加工,其典型的工藝路線如下: 毛坯及其熱處理預(yù)加工車(chē)削外圓銑

17、鍵槽(花鍵槽溝槽)熱處理磨削終檢 三 軸類零件的預(yù)加工 軸類零件的預(yù)加工是指加工的準(zhǔn)備工序,即車(chē)削外圓之前的工藝 校直 毛坯在制造運(yùn)輸和保管過(guò)程中,常會(huì)發(fā)生彎曲變形,為保證加工余量的均勻及裝夾可靠,一般冷態(tài)下在各種壓力機(jī)或校值機(jī)上進(jìn)行校值 第二節(jié) 軸類零件加工的定位基準(zhǔn)和裝夾一以工件的中心孔定位在軸的加工中,零件各外圓表面,錐孔螺紋表面的同軸度,端面對(duì)旋轉(zhuǎn)軸線的垂直度是其相互位置精度的主要項(xiàng)目,這些表面的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)一般都是軸的中心線,若用兩中心孔定位,符合基準(zhǔn)重合的原則中心孔不僅是車(chē)削時(shí)的定為基準(zhǔn),也是其它加工工序的定位基準(zhǔn)和檢驗(yàn)基準(zhǔn),又符合基準(zhǔn)統(tǒng)一原則當(dāng)采用兩中心孔定位時(shí),還能夠最大限度地在一

18、次裝夾中加工出多個(gè)外圓和端面三以外圓和中心孔作為定位基準(zhǔn)(一夾一頂)用兩中心孔定位雖然定心精度高,但剛性差,尤其是加工較重的工件時(shí)不夠穩(wěn)固,切削用量也不能太大粗加工時(shí),為了提高零件的剛度,可采用軸的外圓表面和一中心孔作為定位基準(zhǔn)來(lái)加工這種定位方法能承受較大的切削力矩,是軸類零件最常見(jiàn)的一種定位方法 四以兩外圓表面作為定位基準(zhǔn) 在加工空心軸的內(nèi)孔時(shí),(例如:機(jī)床上莫氏錐度的內(nèi)孔加工),不能采用中心孔作為定位基準(zhǔn),可用軸的兩外圓表面作為定位基準(zhǔn)當(dāng)工件是機(jī)床主軸時(shí),常以兩支撐軸頸(裝配基準(zhǔn))為定位基準(zhǔn),可保證錐孔相對(duì)支撐軸頸的同軸度要求,消除基準(zhǔn)不重合而引起的誤差 五以帶有中心孔的錐堵作為定位基準(zhǔn)

19、在加工空心軸的外圓表面時(shí),往往還采用代中心孔的錐堵或錐套心軸作為定位基準(zhǔn),見(jiàn)圖2所示 錐堵或錐套心軸應(yīng)具有較高的精度,錐堵和錐套心軸上的中心孔即是其本身制造的定位基準(zhǔn),又是空心軸外圓精加工的基準(zhǔn)因此必須保證錐堵或錐套心軸上錐面與中心孔有較高的同軸度在裝夾中應(yīng)盡量減少錐堵的安裝此書(shū),減少重復(fù)安裝誤差實(shí)際生產(chǎn)中,錐堵安裝后,中途加工一般不得拆下和更換,直至加工完畢 (圖2) 錐堵和錐套心軸 a)錐堵 b)錐套心軸 第四章 軸類零件選材及工藝設(shè)計(jì)軸類零件的加工工藝因其用途結(jié)構(gòu)形狀技術(shù)要求產(chǎn)量大小的不同而有差異而軸的工藝規(guī)程編制是生產(chǎn)中最常遇到的工藝工作一軸類零件加工的主要問(wèn)題軸類零件加工的主要問(wèn)題是

20、如何保證各加工表面的尺寸精度表面粗糙度和主要表面之間的相互位置精度二軸類零件加工的典型工藝路線如下:毛坯及其熱處理預(yù)加工車(chē)削外圓銑鍵槽等熱處理磨削下面介紹以車(chē)床主軸汽車(chē)半軸內(nèi)燃機(jī)曲軸 階梯軸和ca6140主軸等典型零件為例進(jìn)行分析第一節(jié) 機(jī)床主軸一在選選用機(jī)床主軸的材料和熱處理工藝時(shí),必須考慮以下幾點(diǎn)(一) 受力的大小不同類型的機(jī)床,工作條件有很大差別,如高速機(jī)床和精密機(jī)床主軸的工作條件與重型機(jī)床主軸的工作條件相比,無(wú)論在彎曲或扭轉(zhuǎn)疲勞特性方面差別都很大(二) 軸承類型如在滑動(dòng)軸承上工作時(shí),軸頸需要有高的耐磨性(三)主軸的形狀及其可能引起的熱處理缺陷結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜的主軸在熱處理時(shí)易變形甚至于開(kāi)裂

21、,因此在選材上應(yīng)給予重視主軸是機(jī)床中主要進(jìn)零件之一,其質(zhì)量好壞直接影響機(jī)床的精度和壽命因此必須根據(jù)主軸的工作條件和性能要求,選擇用鋼和制定合理的冷熱加工工藝二機(jī)床主軸的工作條件和性能要求(一)承受交變的彎曲應(yīng)力與扭轉(zhuǎn)應(yīng)力,有時(shí)受到?jīng)_擊載荷的作用;(二)主軸大端內(nèi)錐孔和錐度外圓,經(jīng)常與卡盤(pán)頂針有相對(duì)摩擦;(三)花健部分經(jīng)常有磕或相對(duì)滑動(dòng)總之,該主軸是在滾動(dòng)軸承中動(dòng)轉(zhuǎn),承受中等負(fù)荷,轉(zhuǎn)速中等,有裝配精度要求,且受到一定的沖擊力作用由此確定熱處理技術(shù)條件如下:(一)整體調(diào)質(zhì)后硬度應(yīng)為hb200230,金相組織為回火索氏體;(二)內(nèi)錐孔和外圓錐面處硬度為hrc4550,表面35內(nèi)金相組織為回火屈氏體和

22、少量回火馬氏體;(三)花鍵部分的硬度為hrc4853,金相組同上三選擇用鋼 c616車(chē)床屬于中速中負(fù)荷在滾動(dòng)軸承中工作的機(jī)床,因此選用45鋼是可以的過(guò)去此主軸曾采用45鋼經(jīng)正火處理后使用;后來(lái)為了提高其強(qiáng)度和韌性,在粗車(chē)后又增加了調(diào)質(zhì)工序而且調(diào)質(zhì)狀態(tài)的疲勞強(qiáng)度比正火為高,這對(duì)提高主軸抗疲勞性能也是很重要的表1為45鋼正火和調(diào)質(zhì)后的機(jī)械性能比較表1 45鋼正火和調(diào)質(zhì)后的機(jī)械性能熱 處 理b(mn/)s(mn/)-1(mn/)調(diào) 質(zhì)682490338正 火600340260四主軸的工藝路線下料鍛造正火粗加工(外圓留余45)調(diào)質(zhì)半精車(chē)外圓(留余2.53.5),鉆中心孔,精車(chē)外圓(留余0.60.7,錐

23、孔留余0.60.7),銑鍵槽局部淬火(錐孔及外錐體)車(chē)定刀槽,粗磨外圓(留余0.40.5),滾銑花鍵花鍵淬火精磨五熱處理工序的作用 正火處理是為了得到合適和硬度(hb170230),以便于機(jī)械加工,同時(shí)改善鍛造組織,為調(diào)質(zhì)處理作準(zhǔn)備調(diào)質(zhì)處理是為了使主軸得到高的綜合機(jī)械性能和疲勞強(qiáng)度調(diào)質(zhì)后硬度后硬度為hb200230,組織為回火索氏體為了更好的發(fā)揮調(diào)質(zhì)效果,將調(diào)質(zhì)安排在粗加工后進(jìn)行內(nèi)錐孔和外圓錐面部分經(jīng)鹽浴局部淬火和回火后得到所要求的硬度,以保證裝配精度和不易磨損六熱處理工藝 調(diào)質(zhì)淬火時(shí)由于主軸各部分的直徑不同,應(yīng)注意談天問(wèn)題調(diào)質(zhì)后的變形雖然可以通過(guò)校直來(lái)修正,但校直時(shí)的附加應(yīng)力對(duì)主軸精加工后的

24、尺寸穩(wěn)定性是不利的為減小變形,應(yīng)注意淬火操作方法可采取預(yù)冷淬火和控制水中冷水機(jī)卻時(shí)間來(lái)減小變形花鍵部分可用高頻淬火以減小變形和達(dá)到硬度要求經(jīng)淬火后的內(nèi)錐孔和外圓錐面部分需經(jīng)260300回火,花鍵部分需經(jīng)240260回火,以消除淬火應(yīng)力并達(dá)到規(guī)定的硬度值也有用球墨鑄鐵制造機(jī)床主軸的,如某廠用球墨鑄鐵的主軸淬火后硬度為hrc5258,且變形量比45鋼為小.第二節(jié) 汽車(chē)半軸汽車(chē)半軸是驅(qū)動(dòng)車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)的直接驅(qū)動(dòng)件半軸材料與其工作條件有關(guān),中型載重汽車(chē)目前選用40cr鋼,而重型載汽車(chē)則選用性能更高的40crmnmo鋼一汽車(chē)半軸的工作條件和性能一般載重汽車(chē)(載重量為2500kg)的半軸為例汽車(chē)半軸是傳遞扭矩的

25、一個(gè)重要部件汽車(chē)運(yùn)行時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的扭矩,經(jīng)過(guò)多級(jí)變速和主動(dòng)器傳遞給半軸,再由半軸傳動(dòng)車(chē)輪在上坡或啟動(dòng)時(shí),扭矩很大,特別在緊急制動(dòng)或行駛在不平坦的道路上,工作條件更為繁重因此半軸在工作時(shí)承受沖擊反復(fù)彎曲疲勞和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的作用,要求材料有足夠的抗彎強(qiáng)度和較好的韌性熱處理技術(shù)條件:硬 度:桿部hrc3744;盤(pán)部外圓hrc2434金相組織:回火索氏體或回火屈氏體彎曲度:桿中部1.8,盤(pán)都跳動(dòng)2.00二選擇用鋼 根據(jù)jb529-64汽車(chē)半軸技術(shù)條件規(guī)定,半軸材料可選用40cr40crmo40crmnmo鋼同時(shí)規(guī)定調(diào)質(zhì)后的半軸其金相組織淬透層應(yīng)呈回火索氏體或回火屈氏體,心部(從中心到花鍵底半徑四分之三范

26、圍內(nèi))允許有鐵素體存在根據(jù)上述技術(shù)條件,選用40cr鋼能滿足要求同時(shí)應(yīng)指出,從汽車(chē)的整體性能來(lái)看,設(shè)計(jì)半軸時(shí)所采取的安全系數(shù)是比較小的這是考慮到汽車(chē)超載運(yùn)行而發(fā)生事故時(shí),半軸首先破壞對(duì)保護(hù)后橋內(nèi)的主動(dòng)齒輪不受損壞是有利的從這一點(diǎn)出發(fā),半軸又是一個(gè)易損件三半軸的工藝路線下料鍛造正火機(jī)械加工調(diào)質(zhì)盤(pán)部鉆孔磨花鍵(一)熱處理工藝分析鍛造后正火,硬度為hb187241調(diào)質(zhì)處理是使半軸具有高的綜合機(jī)械性能淬火后的回火溫度,根據(jù)桿部要求硬度hrc3744,選用42010回火回火后在水中冷卻,以防止產(chǎn)生回火脆性同時(shí)水冷有利于增加半軸表面的壓應(yīng)力,提高其疲勞強(qiáng)度第三節(jié) 內(nèi)燃機(jī)曲軸曲軸是內(nèi)燃機(jī)中形狀復(fù)雜而又重要的

27、零件之一它在工作時(shí)受到內(nèi)燃機(jī)周期性變化著的氣體壓力曲柄連桿機(jī)構(gòu)的慣性力扭轉(zhuǎn)和彎曲應(yīng)力以及沖擊力等的作用在高速內(nèi)燃機(jī)中曲軸還受到扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的影響,會(huì)造成很大的應(yīng)力因此,對(duì)曲軸的性能要求是保證有高的強(qiáng)度,一定的沖擊韌性和彎曲扭轉(zhuǎn)疲勞強(qiáng)度,在軸頸處要求有高的硬度和耐度磨性一選擇用鋼一般以靜力強(qiáng)度(sb)和沖擊韌性作為曲軸的設(shè)計(jì)指標(biāo),并考疲勞強(qiáng)度內(nèi)燃機(jī)曲軸材料的選擇主要決定于內(nèi)燃機(jī)的使用情況功率大小轉(zhuǎn)速高低以及軸瓦材料等第四節(jié) 階梯軸的加工工藝過(guò)程圖3所示為一蝸桿軸,材料選用 40cr 鋼,表 2 所示為蝸桿軸的加工工藝過(guò)程,產(chǎn)批量屬于小批量生產(chǎn) (圖3) 蝸桿軸 該軸 20j6, 17k5兩外圓表面為

28、支撐軸頸;錐體部分是裝配離合器的表面;m18 1處裝配圓螺母來(lái)固定軸承的軸向位置根據(jù)外形結(jié)構(gòu)其毛坯選用 50mm的圓鋼(棒料),在鋸床上按240mm長(zhǎng)度下料 表2 蝸桿軸加工工藝過(guò)程 序號(hào) 工序 名稱 工序內(nèi)容 定位基準(zhǔn) 序號(hào) 工序 名稱 工序內(nèi)容 定位基準(zhǔn) 1 車(chē)削 車(chē)端面 鉆中心孔 粗車(chē)左邊各外圓,留余量 2-3mm ,長(zhǎng)度上留余量 1mm 掉頭車(chē)右端面到 238mm ,鉆中心孔 粗車(chē)右邊各外圓,留余量 2-3mm 粗車(chē)蝸桿螺旋部分,留余量 外圓 外圓及中心孔 外圓及中心孔 外圓及中心孔 外圓及中心孔 3 車(chē)削 修研中心孔 精車(chē) 22mm 到尺寸, 17mm 留余量 0.2mm 車(chē)退刀槽及

29、卡圈槽,倒角 掉頭精車(chē)左側(cè)各外圓到 26mm 20.2mm 18mm 16mm 及 14mm 車(chē)退刀槽,倒角 精車(chē)蝸桿螺紋,留磨削余量 0.1mm 精車(chē)錐面,留余量 0.2mm 車(chē)螺紋 m18 1 m12 兩中心孔 兩中心孔 兩中心孔 2 熱處理 調(diào)質(zhì)處理 4 熱處理 淬火 5 磨削 修研中心孔,磨 17k5 20j6 外圓及錐面到尺寸,磨蝸桿螺紋到尺寸 兩中心孔 第五節(jié) ca6140主軸加工工藝過(guò)程一ca6140主軸技術(shù)條件的分析(一)支承軸頸的技術(shù)要求主軸兩支承軸頸的圓度允差 0.005毫米,徑向跳動(dòng)允差 0.005毫米,兩支承軸頸的1:12錐面接觸率70%,表面粗糙度ra0.4um支承軸

30、頸直徑按it5-7級(jí)精度制造主軸外圓的圓度要求,對(duì)于一般精度的機(jī)床,其允差通常不超過(guò)尺寸公差的50%,對(duì)于提高精度的機(jī)床,則不超過(guò)25%,對(duì)于高精度的機(jī)床,則應(yīng)在 510%之間(二)錐孔的技術(shù)要求主軸錐孔對(duì)支承軸頸的跳動(dòng),近軸端允差 0.005mm,離軸端300mm處允差 0.01毫米,錐面的接觸率 70%,表面粗糙度ra0.4um,硬度要求 hrc48(三)短錐的技術(shù)要求短錐對(duì)主軸支承軸頸的徑向跳動(dòng)允差0.008mm,端面對(duì)軸頸的端面跳動(dòng)允差0.008mm,錐面及端面的粗糙度均為ra0.8um(四)空套齒輪軸頸的技術(shù)要求空套齒輪的軸頸對(duì)支承軸的徑向跳動(dòng)允差為 0.015毫米(五)螺紋的技術(shù)要

31、求這是用于限制與之配合的壓緊螺母的端面跳動(dòng)量所必須的要求因此在加工主軸螺紋時(shí),必須控制螺紋表面軸心線與支承軸頸軸心線的同軸度,一般規(guī)定不超過(guò)0.025mm從上述分析可以看出,主軸的主要加工表面是兩個(gè)支承軸頸錐孔前端短錐面及其端面以及裝齒輪的各個(gè)軸頸等而保證支承軸頸本身的尺寸精度幾何形狀精度兩個(gè)支承軸頸之間的同軸度支承軸頸與其它表面的相互位置精度和表面粗糙度,則是主軸加工的關(guān)鍵二ca6140主軸加工工藝 主軸毛坯的制造方法及熱處理批量:大批;材料:45鋼;毛坯:模鍛件(一)材料在單件小批生產(chǎn)中,軸類零件的毛坯往往使用熱軋棒料對(duì)于直徑差較大的階梯軸,為了節(jié)約材料和減少機(jī)械加工的勞動(dòng)量,則往往采用鍛

32、件單件小批生產(chǎn)的階梯軸一般采用自由鍛,在大批大量生產(chǎn)時(shí)則采用模鍛(二)熱處理45鋼,在調(diào)質(zhì)處理(235hbs)之后,再經(jīng)局部高頻淬火,可以使局部硬度達(dá)到hrc6265,再經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)幕鼗鹛幚?可以降到需要的硬度(例如 ca6140主軸規(guī)定為 hrc52)9mn2v,這是一種含碳0.9%左右的錳釩合金工具鋼,淬透性機(jī)械強(qiáng)度和硬度均比45鋼為優(yōu)經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)臒崽幚碇?適用于高精度機(jī)床主軸的尺寸精度穩(wěn)定性的要求例如,萬(wàn)能外圓磨床 m1432a頭架和砂輪主軸就采用這種材料38crmoal,這是一種中碳合金氮化鋼,由于氮化溫度比一般淬火溫度為低540550,變形更小,硬度也很高(hrc65,中心硬度hrc2

33、8)并有優(yōu)良的耐疲勞性能,故高精度半自動(dòng)外圓磨床mbg1432的頭架軸和砂輪軸均采用這種鋼材此外,對(duì)于中等精度而轉(zhuǎn)速較高的軸類零件,多選用40cr等合金結(jié)構(gòu)鋼,這類鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)和高頻淬火后,具有較高的綜合機(jī)械性能,能滿足使用要求有的軸件也選用滾珠軸承鋼如 gcr15和彈簧鋼如 66mn等材料.這些鋼材經(jīng)調(diào)質(zhì)和表面淬火后,具有極高的耐磨性和耐疲勞性能當(dāng)要求在高速和重載條件下工作的軸類零件,可選用18crmnti20mn2b等低碳含金鋼,這些鋼料經(jīng)滲碳淬火后具有較高的表面硬度沖擊韌性和心部強(qiáng)度,但熱處理所引起的變形比38crmoal為大凡要求局部高頻淬火的主軸,要在前道工序中安排調(diào)質(zhì)處理(有的鋼材則用

34、正火), 當(dāng)毛坯余量較大時(shí)(如鍛件),調(diào)質(zhì)放在粗車(chē)之后半精車(chē)之前,以便因粗車(chē)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力得以在調(diào)質(zhì)時(shí)消除;當(dāng)毛坯余量較小時(shí)(如棒料),調(diào)質(zhì)可放在粗車(chē)(相當(dāng)于鍛件的半精車(chē))之前進(jìn)行高頻淬火處理一般放在半精車(chē)之后,由于主軸只需要局部淬硬,故精度有一定要求而不需淬硬部分的加工,如車(chē)螺紋銑鍵槽等工序,均安排在局部淬火和粗磨之后對(duì)于精度較高的主軸在局部淬火及粗磨之后還需低溫時(shí)效處理,從而使主軸的金相組織和應(yīng)力狀態(tài)保持穩(wěn)定三定位基準(zhǔn)的選擇對(duì)實(shí)心的軸類零件,精基準(zhǔn)面就是頂尖孔,滿足基準(zhǔn)重合和基準(zhǔn)統(tǒng)一,而對(duì)于象ca6140a的空心主軸,除頂尖孔外還有軸頸外圓表面并且兩者交替使用,互為基準(zhǔn)四加工階段的劃分主軸加

35、工過(guò)程中的各加工工序和熱處理工序均會(huì)不同程度地產(chǎn)生加工誤差和應(yīng)力,因此要?jiǎng)澐旨庸るA段主軸加工基本上劃分為下列三個(gè)階段(一)粗加工階段1)毛坯處理 毛坯備料鍛造和正火2)粗加工 鋸去多余部分,銑端面鉆中心孔和荒車(chē)外圓等(二)半精加工階段1)半精加工前熱處理 對(duì)于45鋼一般采用調(diào)質(zhì)處理以達(dá)到220240hbs 2)半精加工 車(chē)工藝錐面(定位錐孔) 半精車(chē)外圓端面和鉆深孔等(三)精加工階段1)精加工前熱處理 局部高頻淬火2)精加工前各種加工 粗磨定位錐面粗磨外圓銑鍵槽和花鍵槽,以及車(chē)螺紋等3)精加工 精磨外圓和內(nèi)外錐面以保證主軸最重要表面的精度五加工順序的安排和工序的確定具有空心和內(nèi)錐特點(diǎn)的軸類零件

36、,在考慮支承軸頸一般軸頸和內(nèi)錐等主要表面的加工順序時(shí),可有以下幾種方案(一)外表面粗加工鉆深孔外表面精加工錐孔粗加工錐孔精加工;(二)外表面粗加工鉆深孔錐孔粗加工錐孔精加工外表面精加工;(三)外表面粗加工鉆深孔錐孔粗加工外表面精加工錐孔精加工針對(duì)ca6140車(chē)床主軸的加工順序來(lái)說(shuō),可作這樣的分析比較:第一方案:在錐孔粗加工時(shí),由于要用已精加工過(guò)的外圓表面作精基準(zhǔn)面,會(huì)破壞外圓表面的精度和粗糙度,所以此方案不宜采用第二方案:在精加工外圓表面時(shí),還要再插上錐堵,這樣會(huì)破壞錐孔精度另外,在加工錐孔時(shí)不可避免地會(huì)有加工誤差(錐孔的磨削條件比外圓磨削條件差人 加上錐堵本身的誤差等就會(huì)造成外圓表面和內(nèi)錐面

37、的不同軸,故此方案也不宜采用第三方案:在錐孔精加工時(shí),雖然也要用已精加工過(guò)的外圓表面作為精基準(zhǔn)面;但由于錐面精加工的加工余量已很小,磨削力不大;同時(shí)錐孔的精加工已處于軸加工的最終階段,對(duì)外圓表面的精度影響不大;加上這一方案的加工順序,可以采用外圓表面和錐孔互為基準(zhǔn),交替使用,能逐步提高同軸度經(jīng)過(guò)這一比較可知,象ca6140主軸這類的軸件加工順序,以第三方案為佳通過(guò)方案的分析比較也可看出,軸類零件各表面先后加工順序,在很大程度上與定位基準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換有關(guān)當(dāng)零件加工用的粗精基準(zhǔn)選定后,加工順序就大致可以確定了因?yàn)楦麟A段開(kāi)始總是先加工定位基準(zhǔn)面,即先行工序必須為后面的工序準(zhǔn)備好所用的定位基準(zhǔn)例如ca614

38、0主軸工藝過(guò)程,一開(kāi)始就銑端面打中心孔這是為粗車(chē)和半精車(chē)外圓準(zhǔn)備定位基準(zhǔn);半精車(chē)外圓又為深孔加工準(zhǔn)備了定位基準(zhǔn);半精車(chē)外圓也為前后的錐孔加工準(zhǔn)備了定位基準(zhǔn)反過(guò)來(lái),前后錐孔裝上錐堵后的頂尖孔,又為此后的半精加工和精加工外圓準(zhǔn)備了定位基準(zhǔn);而最后磨錐孔的定位基準(zhǔn)則又是上工序磨好的軸頸表面六工序的確定要按加工順序進(jìn)行,應(yīng)當(dāng)掌握兩個(gè)原則(一)工序中的定位基準(zhǔn)面要安排在該工序之前加工例如,深孔加工所以安排在外圓表面粗車(chē)之后,是為了要有較精確的軸頸作為定位基準(zhǔn)面,以保證深孔加工時(shí)壁厚均勻(二)對(duì)各表面的加工要粗精分開(kāi),先粗后精,多次加工,以逐步提高其精度和粗糙度主要表面的精加工應(yīng)安排在最后為了改善金屬組織

39、和加工性能而安排的熱處理工序,如退火正火等,一般應(yīng)安排在機(jī)械加工之前為了提高零件的機(jī)械性能和消除內(nèi)應(yīng)力而安排的熱處理工序,如調(diào)質(zhì)時(shí)效處理等,一般應(yīng)安排在粗加工之后,精加工之前七大批生產(chǎn)和小批生產(chǎn)工藝過(guò)程的比較(一)定位基準(zhǔn)的選擇表3 不同生產(chǎn)類型下主軸加工定位基準(zhǔn)的選擇工 序 名 稱定 位 基 準(zhǔn) 面大 批 生 產(chǎn)小 批 生 產(chǎn)加工頂尖孔毛坯外圓劃 線粗車(chē)外圓頂尖孔頂尖孔鉆深孔粗車(chē)后的支承軸頸夾一端,托另一端半精車(chē)和精車(chē)兩端錐堵的頂尖孔夾一端,頂另一端粗精磨外錐兩端錐堵的頂尖孔兩端錐堵的頂尖孔粗精磨外國(guó)兩端錐堵的頂尖孔兩端錐堵的頂尖孔粗精磨難孔兩支承軸頸外表面或靠近兩支承軸頸的外圓表面夾小端,

40、托大端(二)軸端兩頂尖孔的加工在單件小批生產(chǎn)時(shí),多在車(chē)床或鉆床上通過(guò)劃線找正加工在成批生產(chǎn)時(shí),可在中心孔鉆床上加工專用機(jī)床可在同一工序中銑出兩端面并打好頂尖孔(三)外圓表面的加工在單件小批生產(chǎn)時(shí),多在普通車(chē)床上進(jìn)行;而在大批生產(chǎn)時(shí),則廣泛采用高生產(chǎn)率的多刀半自動(dòng)車(chē)床或液壓仿形車(chē)床等設(shè)備 (四)深孔加工在單件小批生產(chǎn)時(shí),通常在車(chē)床上用麻花鉆頭進(jìn)行加工在大批量生產(chǎn)中,可采用鍛造的無(wú)縫鋼管作為毛坯,從根本上免去了深孔加工工序;若是實(shí)心毛坯,可用深孔鉆頭在深孔鉆床上進(jìn)行加工;如果孔徑較大,還可采用套料的先進(jìn)工藝(五)花鍵軸加工在單件小批生產(chǎn)時(shí),常在臥式銑床上用分度頭分度以圓盤(pán)銑刀銑削;而在成批生產(chǎn)(甚

41、至小批生產(chǎn))都廣泛采用花鍵滾刀在專用花鍵軸銑床上加工(六)前后支承軸頸以及與其有較嚴(yán)格的位置精度要求的表面精加工,在單件小批生產(chǎn)時(shí),多在普通外圓磨床上加工;而在成批大量生產(chǎn)中多采用高效的組合磨床加工八主軸加工中的幾個(gè)工藝問(wèn)題(一)錐堵和錐堵心軸的使用 對(duì)于空心的軸類零件,若通孔直徑較小的軸,可直接在孔口倒出寬度不大于2mm的60度錐面,代替中心孔而當(dāng)通孔直徑較大時(shí),則不宜用倒角錐面代之,一般都采用錐堵或錐堵心軸的頂尖孔作為定位基準(zhǔn)使用錐堵或錐堵心軸時(shí)應(yīng)注意事項(xiàng):1)一般不中途更換或拆裝,以免增加安裝誤差2)錐堵心軸要求兩個(gè)錐面應(yīng)同軸,否則擰緊螺母后會(huì)使工件變形(二)頂尖孔的研磨因熱處理切削力重

42、力等的影響,常常會(huì)損壞頂尖孔的精度,因此在熱處理工序之后和磨削加工之前,對(duì)頂尖孔要進(jìn)行研磨,以消除誤差常用的研磨方法有以下幾種1)用鑄鐵頂尖研磨2)用油石或橡膠輪研磨3)用硬質(zhì)合金頂尖刮研4)用中心孔磨床磨削(三)深孔加工一般孔的深度與孔徑之比 l/d5就算深孔ca6140主軸內(nèi)孔l/d=18,屬深孔加工1加工方式加工深孔時(shí),工件和刀具的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方式有三種:1)工件不動(dòng),刀具轉(zhuǎn)動(dòng)并送進(jìn)這時(shí)如果刀具的回轉(zhuǎn)中心線對(duì)工件的中心線有偏移或傾斜加工出的孔軸心線必然是偏移或傾斜的因此,除笨重或外形復(fù)雜而不便于轉(zhuǎn)動(dòng)的大型工件外,一般不采用2)工件轉(zhuǎn)動(dòng),刀具作軸向送進(jìn)運(yùn)動(dòng)這種方式鉆出的孔軸心線與工件的回轉(zhuǎn)中心

43、線能達(dá)到一致如果鉆頭偏斜,則鉆出的孔有錐度;如果鉆頭中心線與工件回轉(zhuǎn)中心線在空間斜交,則鉆出的孔的軸向截面是雙曲線,但不論如何,孔的軸心線與工件的回轉(zhuǎn)中心線仍是一致的,故軸的深孔加夠采用這種方式3)工件轉(zhuǎn)動(dòng),同時(shí)刀具轉(zhuǎn)動(dòng)并送進(jìn)由于工件與刀具的回轉(zhuǎn)方向相反,所以相對(duì)切削速度大,生產(chǎn)率高,加工出來(lái)的孔的精度也較高但對(duì)機(jī)床和刀桿的剛度要求較高,機(jī)床的結(jié)構(gòu)也較復(fù)雜,因此應(yīng)用不很廣泛2深孔加工的冷卻與排屑在單件小批生產(chǎn)中,加工深孔時(shí),常用接長(zhǎng)的麻花鉆頭,以普通的冷卻潤(rùn)滑方式,在改裝過(guò)的普通車(chē)床上進(jìn)行加工為了排屑,每加工一定長(zhǎng)度之后,須把鉆頭退出這種加工方法,不需要特殊的設(shè)備和工具由于鉆頭有橫刃,軸向力較

44、大,兩邊切削刃又不容易磨得對(duì)稱,因此加工時(shí)鉆頭容易偏斜此法的生產(chǎn)率很低在批量生產(chǎn)中,深孔加工常采用專門(mén)的深孔鉆床和專用刀具,以保證質(zhì)量和生產(chǎn)率這些刀具的冷卻和切屑的排出,很大程度上決定于刀具結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和冷卻液的輸入方法目前應(yīng)用的冷卻與排屑的方法有兩種:1)內(nèi)冷卻外排屑法加工時(shí)冷卻液從鉆頭的內(nèi)部輸入,從鉆頭外部排出高壓冷卻液直接噴射到切削區(qū),對(duì)鉆頭起冷卻潤(rùn)滑作用,并且?guī)е行紡牡稐U和孔壁之間的空間排出2)外冷卻內(nèi)排屑法 冷卻液從鉆頭外部輸入,有一定壓力的冷卻液經(jīng)刀桿與孔壁之間的通道進(jìn)入切削區(qū),起冷卻潤(rùn)滑作用,然后經(jīng)鉆頭和刀桿內(nèi)孔帶著大量切屑排出第五章 檢 驗(yàn)第一節(jié) 加工中的檢驗(yàn) 自動(dòng)測(cè)量裝置,作為輔助裝置安裝在機(jī)床上這種檢驗(yàn)方式能在不影響加工的情況下,根據(jù)測(cè)量結(jié)果,主動(dòng)地控制機(jī)床的工作過(guò)程,如改變進(jìn)給量,自動(dòng)補(bǔ)