力效應(yīng)熱變形的影響及表面質(zhì)量解析

1、力效應(yīng)熱變形的影響及表面質(zhì)量解析模具加工精度 工藝系統(tǒng)的力效應(yīng)對加工精度的影響 工藝系統(tǒng)的彈性變形、塑性變形和配合間隙消除所引起的位移量的總和稱為工藝系統(tǒng)的總位移。它的大小決定于外力的大小，也決定于工藝系統(tǒng)抵抗變形的才能，這種才能稱為系統(tǒng)的剛度。 剛度用系統(tǒng)上的作用力與在力作用方向上所引起的位移之比來表示。 工藝系統(tǒng)的剛度 模具加工精度 工藝系統(tǒng)的力效應(yīng)對加工精度的影響 1工件受力變形對加工精度的影響 (1)如圖對于一端懸伸，一端夾持在卡盤中的光滑圓軸，工件相當(dāng)于一端固定的懸臂梁。車后產(chǎn)生錐形誤差的圓度誤差。 (2)如圖用兩頂尖支承車削細(xì)長軸時，工件產(chǎn)生腰鼓形的圓度誤差。 3將薄壁圓環(huán)夾持在三

2、爪自定心卡盤內(nèi)進(jìn)展鏜孔加工，孔產(chǎn)生形狀誤差。 2刀具受力變形對加工精度的影響 在鏜床上由鏜桿沿軸向進(jìn)給進(jìn)展鏜孔時，使工件產(chǎn)生“喇叭口 3機(jī)床受力變形對加工精度的影響 機(jī)床的剛度是機(jī)床性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)，是影響機(jī)械加工精度的重要因素。目前多數(shù)情況都是用實(shí)驗(yàn)來測定機(jī)床各部件的剛度。工藝系統(tǒng)剛度對加工精度的影響模具加工精度 工藝系統(tǒng)的力效應(yīng)對加工精度的影響 工件的內(nèi)應(yīng)力是指無外載荷作用的情況下，工件內(nèi)部存在的應(yīng)力。 1內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生 1毛坯制造過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力 2 冷校直產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力 3切削加工引起的內(nèi)應(yīng)力 2減小或消除內(nèi)應(yīng)力的措施 1合理設(shè)計(jì)工件的構(gòu)造 2采用時效處理 1自然時效 2人工時效工件內(nèi)

3、應(yīng)力對加工精度的影響模具加工精度 工藝系統(tǒng)受熱變形對加工精度的影響 1.引起熱變形的根源是工藝系統(tǒng)在加工過程中出現(xiàn)的各種熱源：切削熱 、摩擦熱 、由動力熱源和周圍環(huán)境傳來的熱量。 2.機(jī)床工作時，軸承、齒輪、絲杠和螺母、離合器、導(dǎo)軌、電動機(jī)及其它機(jī)床電器、液壓部件等產(chǎn)生的熱量。使之產(chǎn)生熱變形 ，導(dǎo)致加工誤差產(chǎn)生。 3.減小機(jī)床熱變形引起的加工誤差，可采取以下措施。 1減小熱量的產(chǎn)生 2充分冷卻 3在機(jī)床到達(dá)熱平衡后再進(jìn)展加工 4恒溫控制 5改善機(jī)床的構(gòu)造 機(jī)床的熱變形 模具加工精度 工藝系統(tǒng)受熱變形對加工精度的影響 由于刀詳細(xì)積小、熱容小，熱量都集中于刀具的切削局部，故刀具仍有相當(dāng)程度的溫升，

4、其熱變形也比較顯著。 在車削長度較大的工件時，進(jìn)給路程長，在開場階段切屑與刀具的溫差較大，所以傳入刀具的熱量較多，刀具溫度變化較大，產(chǎn)生的熱伸長也大，這樣就會使車出的外圓直徑愈來愈小，造成形狀誤差。但是由于刀具的熱容小，很快就能到達(dá)熱平衡，使刀具的熱變形量保持不變。在某些情況下刀具的熱變形還能與刀具的磨損互相補(bǔ)償，故在一般情況下對加工精度的影響并不嚴(yán)重。 為減小刀具熱變形對加工精度的影響，其主要措施是加切削液。刀具的熱變形 模具加工精度 工藝系統(tǒng)受熱變形對加工精度的影響 由于加工的精度要求不同，工件熱變形對加工精度的影響有時可以忽略，有時那么不能忽略。 車削外圓柱面時，隨著切削時間的增加，工件

5、的溫度逐漸升高，工件直徑也逐漸增大，在到達(dá)熱平衡狀態(tài)時直徑的增大量為最大。因其增大量均在加工過程中被切除，因此工件冷卻后將出現(xiàn)靠尾座一端直徑大，主軸箱一端直徑小的錐度。 工件受熱后還會產(chǎn)生軸向伸長，假設(shè)在頂尖間進(jìn)展車削加工，由于軸向伸長受兩頂尖的阻礙，造成軸向壓力，對長徑比較大的細(xì)長工件，當(dāng)溫升足夠大時，工件將產(chǎn)生縱向彎曲，使被加工外表產(chǎn)生鼓形誤差。 在螺紋加工中工件的熱伸長使螺紋產(chǎn)生螺距累積誤差。 在平面磨床上磨削較薄的平板狀工件 工件的熱變形模具加工精度 工其它誤差對加工精度的影響 1.由于采用了近似的成形運(yùn)動或近似的刀具刃口輪廓而引起的加工誤差，稱為原理誤差。 2.例如車螺紋 ，假設(shè)聯(lián)絡(luò)

6、車床主軸和絲杠的傳動掛輪是采用具有近似傳動比的掛輪。 3.例如齒輪銑刀的設(shè)計(jì)。 原理誤差 模具加工精度 工其它誤差對加工精度的影響 定位誤差與夾緊誤差之和稱為裝夾誤差。定位誤差包含定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合引起的基準(zhǔn)不重合誤差和基準(zhǔn)位移誤差。裝夾誤差 模具加工精度 工其它誤差對加工精度的影響 調(diào)整誤差是指工藝系統(tǒng)在加工時未調(diào)整到理想位置而產(chǎn)生的誤差。例如采用調(diào)整法加工時，刀具相對于工件未調(diào)整到正確位置，必然會產(chǎn)生加工誤差，降低工件的加工精度。調(diào)整誤差模具加工精度 工其它誤差對加工精度的影響 機(jī)械加工時，需要以測量結(jié)果作為根據(jù)來控制加工過程或?qū)に囅到y(tǒng)進(jìn)展調(diào)整。由于測量工具自身不可防止地存在誤差，

7、此外，測量過程中由于測量方法、環(huán)境條件、測量操作人員的經(jīng)歷等原因也會使測量結(jié)果產(chǎn)生誤差。所以，測量誤差是測量工具自身誤差和測量過程中產(chǎn)生的誤差之和。 測量誤差 模具加工精度 機(jī)械加工的外表質(zhì)量 1外表的微觀幾何形狀誤差即外表粗糙度 2外表波度 3外表層的物理力學(xué)性能外表質(zhì)量的含義 模具加工精度 機(jī)械加工的外表質(zhì)量 1外表粗糙度的影響 (1)外表粗糙度影響零件的耐磨性，當(dāng)Ra0.630.32m時，零件的初期磨損量最小。 (2)外表粗糙度影響零件的配合性質(zhì) (3)外表粗糙度影響零件的疲勞強(qiáng)度 (4)外表粗糙度影響零件的抗腐蝕性能 2外表冷作硬化的影響 機(jī)械加工過程中都會產(chǎn)生不同程度的冷作硬化現(xiàn)象，

8、使零件外表層硬度增加，脆性增大，抗沖擊的才能下降。 3外表剩余應(yīng)力的影響 加工過程中所產(chǎn)生的外表剩余應(yīng)力，有拉應(yīng)力和壓應(yīng)力之分。拉應(yīng)力容易使已加工外表產(chǎn)生裂紋，降低零件的疲勞強(qiáng)度。 外表質(zhì)量對零件使用性能的影響 模具加工精度 機(jī)械加工的外表質(zhì)量 切削加工產(chǎn)生外表粗糙度的原因：殘留面積 、塑性變形及積屑瘤和鱗刺生成 、刀刃與工件相對位置微幅振動 。 1工件材料的影響 2切削用量的影響 切削速、進(jìn)給量和背吃刀量 。 3刀具幾何參數(shù)的影響 1刀具圓弧半徑 2主偏角和副偏角 3前角 4切削液的影響 影響外表質(zhì)量的因素及改善途徑 模具加工精度 機(jī)械加工的外表質(zhì)量 2影響表層金屬力學(xué)物理性能的因素及其改進(jìn)

9、措施 1加工外表層的冷作硬化 1冷作硬化的產(chǎn)生 2影響外表冷作硬化的因素 工件材料 刀具 切削用量 2表層金屬的金相組織變化 ：硬度下降，出現(xiàn)細(xì)微裂紋，甚至出現(xiàn)彩色氧化膜，這種現(xiàn)象稱之為燒傷。 防止磨削燒傷的方法 1)合理選用磨削用量 2)正確選擇砂輪。 3)改善冷卻條件 影響外表質(zhì)量的因素及改善途徑 模具加工精度 機(jī)械加工的外表質(zhì)量 3表層金屬的剩余應(yīng)力 4外表強(qiáng)化工藝 1噴丸強(qiáng)化 2滾壓加工 3擠壓加工 影響外表質(zhì)量的因素及改善途徑 模具加工精度 機(jī)任務(wù)施行 一、鼓形誤差分析 1車細(xì)長軸時由于工件的剛性差，在切削力的作用下容易向遠(yuǎn)離刀尖的方向彎曲，當(dāng)車刀走到軸的中間時，工件彎曲最大，工件軸

10、心線離刀尖的間隔 最遠(yuǎn)，車出的半徑也最大，形成如圖2-1b所示的鼓形誤差。預(yù)防措施是增加工件裝夾剛度，由前后頂尖裝夾改為卡盤、頂尖裝夾，或加用跟刀架等。 2由于工件熱變形伸長，前后頂尖又頂?shù)眠^緊阻礙工件伸長，在切削力的作用下工件必然向遠(yuǎn)離刀尖的方向彎曲，也形成如圖2-1b所示的鼓形誤差。預(yù)防措施是在加工長軸時盡量減少熱變形，并在加工過程中適當(dāng)?shù)胤潘珊箜敿獾闹ы?，或用彈性后頂尖?二、錐度誤差分析 1刀具在一次行程中磨損過快，越靠近車床床頭一端，由于切削時間越長，刀具磨損越多，刀尖離主軸軸線的間隔 越遠(yuǎn)，車出的工件半徑越大。預(yù)防措施是選取較耐磨的刀具材料或降低切削速度。 2車床導(dǎo)軌在程度方向與主

11、軸中心不平行，靠近床頭一端車床導(dǎo)軌與主軸中心的間隔 比床尾近。預(yù)防措施是維修調(diào)整機(jī)床精度。模具加工精度 工藝系統(tǒng)的力效應(yīng)對加工精度的影響工藝系統(tǒng)的剛度 模具加工精度 工藝系統(tǒng)的力效應(yīng)對加工精度的影響工藝系統(tǒng)剛度對加工精度的影響車細(xì)長軸工件受力變形引起的加工誤差a加工時工件彎曲 b加工后工件成鼓形模具加工精度 工藝系統(tǒng)的力效應(yīng)對加工精度的影響工藝系統(tǒng)剛度對加工精度的影響夾緊力引起的加工誤差 a工件裝夾后彈性變形 b鏜孔后 c加工誤差 d加開口環(huán)裝夾模具加工精度 工藝系統(tǒng)的力效應(yīng)對加工精度的影響工藝系統(tǒng)剛度對加工精度的影響鏜桿懸伸過長引起的誤差 模具加工精度 工藝系統(tǒng)的力效應(yīng)對加工精度的影響工藝系

12、統(tǒng)剛度對加工精度的影響車床主軸箱、尾座和刀架的位移 設(shè)工件為絕對剛體，在徑向切削力F徑作用下，前后頂尖處和刀架的水平位移分別為Y主、Y尾、Y刀架。由于前后頂尖的位移，使工件軸線由AB移到AB。刀尖由C移至C處。機(jī)床的總位移為： Y機(jī)=YX+Y刀架模具加工精度 工藝系統(tǒng)的力效應(yīng)對加工精度的影響工件內(nèi)應(yīng)力對加工精度的影響鑄造因內(nèi)應(yīng)力而引起變形a)零件毛坯 b)內(nèi)應(yīng)力引起的變形內(nèi)應(yīng)力引起模坯變形a)不正確的切割方式 b)、c)正確的切割方式1-電極絲 2-模坯模具加工精度 工藝系統(tǒng)的力效應(yīng)對加工精度的影響工件內(nèi)應(yīng)力對加工精度的影響冷校直引起的內(nèi)應(yīng)力 模具加工精度 工藝系統(tǒng)受熱變形對加工精度的影響 機(jī)床的熱變形 車床的熱變形 機(jī)床主軸熱變形規(guī)律 模具加工精度 工藝系統(tǒng)受熱變形對加工精度的影響 機(jī)床的熱變形 幾種機(jī)床熱變形的一般趨勢a)銑床 b) 龍門刨床 c)立軸平面磨床模具加工精度 工藝系統(tǒng)受熱變形對加工精度的影響 機(jī)床的熱變形 用熱空氣加熱立柱后壁模具加工精度 工藝系統(tǒng)受熱變形