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机械加工方法分析与比较毕业论文

时间:2020-02-24   来源: bbin客户端下载  点击:

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  机械加工方法的分析与比较 【摘要】机械制造业是一个国家最基础的行业,也决定了一个国家制造业的整体水平。 面对越来越激烈的国际市场竞争,我国机械制造业面临着严峻的挑战。我们在技术上已 经落后,加上资金不足,资源短缺,以及管理体制和周围环境还存在许多问题,需要改 进和完善,这些都给我们迅速赶超世界先进水平带来极大的困难。本文通过查阅大量资 料,整理了现行各种机械加工方法,分析了其工作原理、工作 特点,并比较了它们的 优缺点及其应用场合。 【关键词】机械加工,方法,分析 黄冈职业技术学院毕业论文 绪论 机械制造业作为一个传统的领域已经发展了很多年,积累了不少理论和实践经验, 而机械加工方法就是其核心。着社会的发展,人们的生活水平日益提高,各个方面的个 性化需求愈加强烈。作为已经深入到各行各业并已成为基础工业的机械制造业面临着严 峻的挑战。本文分析了目前我国现行的各种机械加工的方法。 制造业特别是机械制造 业是国民经济的支柱产业,现代制造业正在改变着人们的生产方式、生活方式、经营管 理模式乃至社会的组织结构和文化。由于中国潜在的巨大市场和丰富的劳动力资源,世 界的制造业正在向中国转移,中国正在成为世界的制造大国。因此,机械加工方法的革 新在中国的机械制造业中的显得尤为重要。 机械制造业是一个国家最基础的行业,也决定了一个国家制造业的整体水平。面对 越来越激烈的国际市场竞争,我国机械制造业面临着严峻的挑战。我们在技术上已经落 后,加上资金不足,资源短缺,以及管理体制和周围环境还存在许多问题,需要改进和 完善,这些都给我们迅速赶超世界先进水平带来极大的困难。随着我国改革的不断深入, 对外开放的不断扩大,为我国机械制造业的振兴和发展提供了前所未有的良好条件。 随着机械制造业的不断发展,社会对生产率的要求也越来越高,因此,大批量生产 成为时代的需求,而机械加工就是基础,我们有必要来研究它。 机械制造毕业论文涉及的内容比较多,它是基础课、技术基础课以及专业课的综合, 是学完机械制造技术基础和全部专业课,并进行了实训课程的基础上进行的,是我们对 所有课程的一次深入的综合性的总复习,也是一次理论联系实际的训练,因此,它在我 们三年大学生活中占有重要的地位。 本次毕业论文(设计)我通过所学机械制造的基本理论知识,加上在图书馆网上搜集 资料,并结合各种实训课程中学到的技能知识,整理出现行各种机械加工方法。分析出 各种加工方法的加工原理、工作特点,并比较各种加工方法的优缺点及应用场合。以便 在以后的工作生产中能很好的运用各种加工方法。也是熟悉和运用有关手册、图表等技 术资料及电脑办公软件的应用等基本技能的一次实践机会。 第 1 页 共 45 页 黄冈职业技术学院毕业论文 一.机械加工简介及其用到的方法 1.机械加工简介 机械加工是一种用加工机械对工件的外形尺寸或性能进行改变的过程。 按被加工的工件处于的温度状态﹐分为冷加工和热加工。一般在常温下加工,并且不 引起工件的化学或物相变化﹐称冷加工。一般在高于或低于常温状态的加工﹐会引起工 件的化学或物相变化﹐称热加工。冷加工按加工方式的差别可分为切削加工和压力加 工。热加工常见有热处理﹐煅造﹐铸造和焊接。 另外装配时常常要用到冷热处理。例 如:轴承在装配时往往将内圈放入液氮里冷却使其尺寸收缩,将外圈适当加热使其尺寸 放大,然后再将其装配在一起。火车的车轮外圈也是用加热的方法将其套在基体上,冷 却时即可保证其结合的牢固性(此种方法现在不知道是否还有)。 2. 机械加工的现状 机械制造业是一个国家最基础的行业,也决定了一个国家制造业的整体水平,起步 早,但发展又最令人担忧,比如现在中国的汽车工业相比机械制造业来说无论是产品质 量还是生产效率都要高得多,当然这也是因为机械行业的特性起了决定性的因素。 面对越来越激烈的国际市场竞争,我国机械制造业面临着严峻的挑战。我们在技术 上已经落后,加上资金不足,资源短缺,以及管理体制和周围环境还存在许多问题,需 要改进和完善,这些都给我们迅速赶超世界先进水平带来极大的困难。随着我国改革的 不断深入,对外开放的不断扩大,为我国机械制造业的振兴和发展提供了前所未有的良 好条件。当今,制造业的世界格局已经和正在发生重大的变化,欧、亚、美三分天下的 局面已经形成,世界经济重心开始向亚洲转移已出现征兆,制造业的产品结构、生产模 式也在迅速变革之中。所有这些又给我们带来了难得的机遇。挑战与机遇并存,我们应 该正视现实,面对挑战,抓住机遇,深化改革,以振兴和发展中国的机械制造业为己任, 励精图治,奋发图强,以使我国的机械制造业在不太长的时间内赶上世界先进水平。 3.机械加工未来的发展趋势 随着信息技术革命,管理思想与方法的根本性变化,企业组织形式也发生了变化, 这些变化发生在跨国公司,并将成为新型全球化方式而发展下去。这种变化的主要特征 是:广泛利用别国的生产设施与技术力量,在自己可以不拥有生产设施与制造技术所有 权的情况下,制造出最终产品,并进行全球销售。机械制造业公司在全球范围建立零部 件的加工网络,自己负责产品的总装与营销。原材料调配、零部件采购全球化已成为世 界机械制造工业的发展趋势。 4.机械加工有哪些 机械加工包括:激光切割、重型加工、金属粘结、金属拉拔、等离子切割、精密焊 接、辊轧成型、金属板材弯曲成型、模锻、水喷射切割、精密焊接等。 第 2 页 共 45 页 黄冈职业技术学院毕业论文 机械加工:广意的机械加工就是凡能用机械手段制造产品的过程;狭意的是用车床、铣 床、钻床、磨床、冲压机、压铸机等专用机械设备制作零件的过程。 5.传统的机械加工方法 机械加工方法大致有以下几种情况: 1) 用车、铣、刨、钻、磨等通用机床加工零件,然后进行必要的钳工修配,装配 成各种组合零件。 2) 精度要求高的零件,只用普通机床加工难以保证高的加工精度,因而需要采用 精密机床进行加工。 3) 为了使零件特别是形状复杂的凸模、凹模型孔和型腔的加工更趋自动化,减少 钳工修配的工作量,需采用数控机床(如三坐标数控铣床、加工中心、数控磨床等设备) 加工零件。 第 3 页 共 45 页 黄冈职业技术学院毕业论文 二.零件常用的机械加工方法 1.车削加工 1.1 车削加工的内容 车削加工是在车床上利用车刀对工件的旋转表面进行切削加工的方法。它主要用 来加工各种轴类、套筒类及盘类零件上的旋转表面和螺旋面, 其中包括:内外圆柱 面、内外圆锥面、内外螺纹、成型回转面、端面、沟槽以及滚花等。此外,还可以钻 孔、扩孔、铰孔、攻螺纹等。车削加工精度一般为 IT8~IT7,表面粗糙度为 Ra6.3~ 1.6μ m;精车时,加工精度可达 IT6~IT5, 粗糙度可达 Ra0.4~0.1μ m。 1.2 车削加工的特点 车削加工的特点是: 加工范围广,适应性强,不但可以加工钢、铸铁及其合金, 还可以加工铜、铝等有色金属和某些非金属材料,不但可以加工单一轴线的零件,也 可以加工曲轴、偏心轮或盘形凸轮等多轴线的零件; 生产率高;刀具简单,其制造、 刃磨和安装都比较方便。 1.3 车削加工的应用场合 它主要用来加工各种轴类、套筒类及盘类零件上的旋转表面和螺旋面, 其中包 括:内外圆柱面、内外圆锥面、内外螺纹、成型回转面、端面、沟槽以及滚花等。 1.4 选择车削加工的优点 车削加工属于硬车削,其具有比磨削更高的加工效率,其所消耗的能量是普通磨 削加工的 1/5。硬车削往往采用大切削深度、高的工件转速,其金属切除率通常是磨 削加工的 3~4 倍。车削加工时一次装夹可完成多种表面加工(如车外圆、车内孔、车 槽等),而磨削则需要多次安装,因此,其辅助时间短,表面间位置精度高。 可以加工形状复杂、精度要求高的零件,还有一些普通机床不能或不便加工的零 件,装夹定为后能加工多道工序, 加工质量稳定,减轻工作者的劳动强度。 生产率高;刀具简单,其制造、刃磨和安装都比较方便。 由于上述特点,车削加工无论在单件、小批,还是大批大量生产以及在机械的维 护修理方面,都占有重要的地位。 第 4 页 共 45 页 黄冈职业技术学院毕业论文 钻中心孔 钻孔 镗孔 铰孔 车锥孔 车端面 切割 车螺纹 滚花 车锥面 车长锥面 车外圆 车成形面 攻丝 车短外圆 1.5 车床 车床的种类很多,按结构和用途可分为卧式车床、立式车床、仿形及多刀车床、 自动和半自动车床、仪表车床和数控车床等。其中卧式车床应用最广,是其他各类车 床的基础。常用的卧式车床有 C6132A,C6136,C6140 等几种。我们学校使用的车床 就是 CJK6132。 2.铣削加工 2.1 铣削加工的内容 主切削运动是刀具的旋转。卧铣时,平面的形成是由铣刀的外园面上的刃形成的。 立铣时,平面是由铣刀的端面刃形成的。提高铣刀的转速可以获得较高的切削速度, 因此生产率较高。但由于铣刀刀齿的切入、切出,形成冲击,切削过程容易产生振动, 因而限制了表面质量的提高。这种冲击,也加剧了刀具的磨损和破损,往往导致硬质 合金刀片的碎裂。在切离工件的一般时间内,可以得到一定冷却,因此散热条件较好。 按照铣削时主运动速度方向与工件进给方向的相同或相反,又分为顺铣和逆铣。 第 5 页 共 45 页 黄冈职业技术学院毕业论文 铣削主要用来对各种平面、各类沟槽等进行粗加工和半精加工, 用成型铣刀也 可以加工出固定的曲面。其加工精度一般可达 IT9~IT7,表面粗糙度为 Ra6.3~1.6μ m。 概括而言,可以铣削平面、台阶面、成型曲面、螺旋面、键槽、T 形槽、燕尾槽、 螺纹、齿形等。 2.2 铣削加工的特点 铣削加工的特点具体如下: 1) 生产率较高 2) 铣削过程不平稳 3) 刀齿散热较好 因此,铣削时,若采用切削液对刀具进行冷却,则必须连续浇注,以免产生较大 的热应力。 2.3 铣削加工的应用场合 磨削加工主要用于零件的内外圆柱面、内外圆锥面、平面和成型面(如花键、螺 纹、齿轮等)的精加工,以获得较高的尺寸精度和较小的表面粗糙度。 2.4 选择铣削加工的优点 1)工艺特点 2)通用性好 3)刨床、刨刀结构简单,操作也简单 4)生产效率低 2.5 铣床 1)卧式铣床 卧式铣床的主轴是水平的 2)立式铣床 立式铣床的主轴与工作台台面垂直 3.刨削加工 3.1 刨削加工的内容 刨削是使用刨刀在刨床上进行切削加工的方法,主要用来加工各种平面、沟槽和 齿条、直齿轮、 花键等母线是直线的成型面。刨削比铣削平稳,但加工精度较低, 其加工精度一般为 IT10~IT8, 表面粗糙度为 Ra6.3~1.6 μ m。磨削以砂轮或其它磨具 对工件进行加工,其主运动是砂轮的旋转。砂轮的磨削过程实际上是磨粒对工件表面的切削、 刻削和滑擦三种作用的综合效应。磨削中,磨粒本身也由尖锐逐渐磨钝,使切削作用 变差,切削力变大。当切削力超过粘合剂强度时,圆钝的磨粒脱落,露出一层新的磨 粒,形成砂轮的“自锐性”。但切屑和碎磨粒仍会将砂轮阻塞。因而,磨削一定时间 第 6 页 共 45 页 黄冈职业技术学院毕业论文 后,需用金刚石车刀等对砂轮进行修整。 磨削时,由于刀刃很多,所以加工时平稳、精度高。磨床是精加工机床,磨削精度可 达 IT6—IT4,表面粗糙度 Ra 可达 1.25—0.01μ m,甚至可达 0.1—0.008μ m。磨削的 另一特点是可以对淬硬的金属材料进行加工。因此,往往作为最终加工工序。磨削时, 产生热量大,需有充分的切削液进行冷却。按功能不同,磨削还可分为外园磨、内孔 磨、平磨等。 3.2 刨削加工的特点 刨削加工的特点:生产率较低;刨削为间断切削,刀具在切入和切出工件时受到 冲击和振动,容易损坏。因此,在大批量生产中应用较少,常被生产率较高的铣削、 拉削加工代替。 3.3 刨削加工的应用场合 磨削加工主要用于零件的内外圆柱面、内外圆锥面、平面和成型面(如花键、螺纹、 齿轮等)的精加工,以获得较高的尺寸精度和较小的表面粗糙度。 3.4 选择刨削加工的优点 1)通用性好、可加工垂直、水平的平面; 1)还可加工 T 型槽、V 型槽,燕尾槽等。 3.5 刨床 1)牛头刨床 牛头刨床主要刨削中、小型零件的各种平面及沟槽,适用于单件、小批生产的 工厂及维修车间。 2)龙门刨床 龙门刨床主要用于加工大型工件或重型零件上的各种平面、沟槽以及各种导轨 面,也可在工作台上一次装夹多个零件同时进行加工。 4.钻削和镗削加工 钻削和镗削都是加工孔的方法。钻削包括钻孔、扩孔、铰孔和锪孔。其中,钻孔、 扩孔和铰孔分别属于孔的粗加工、半精加工和精加工,俗称“钻—扩—铰”。钻孔精 度较低,为了提高精度和表面质量,钻孔后还要继续进行扩孔和铰孔。钻削加工是在 钻床上进行的。镗削是利用镗刀在镗床上对工件上的预制孔进行后续加工的一种切削 加工方法。 4.1 钻削加工 4.1.1 钻削加工的内容 钻削是刀具与工件作相对运动并作轴向进给运动的一种切削方式,是孔加工的一 种基本方法。在钻床上,用钻头旋转钻削孔,是孔加工的最常用方法。钻削的加工精 度较低,一般只能达到 IT10,表面粗糙度一般为 12.5—6.3μm 在钻削后常常采用扩孔 和铰孔来进行半精加工和精加工。扩孔采用扩孔钻,铰孔采用铰刀进行加工。铰削加 第 7 页 共 45 页 黄冈职业技术学院毕业论文 工精度一般为 IT9—IT6,表面粗糙度为 Ra1.6—0.4μm。扩孔、铰孔时,钻头、铰刀 一般顺着原底孔的轴线,无法提高孔的位置精度。镗孔可以较正孔的位置。镗孔可在 镗床上或车床上进行。在镗床上镗孔时,镗刀基本与车刀相同,不同之处是工件不动, 镗刀在旋转。镗孔加工精度一般为 IT9—IT7,表面粗糙度为 Ra6.3—0.8mm。 钻削加工 镗床加工 车床加工 钻:IT11 级,Ra12.5 钻-铰:IT9 级,Ra3.2(<φ 20 的孔) 钻-扩-铰:IT9 级,Ra3.2(φ 20―φ 80 的孔) 钻-(扩)-粗铰-精铰:IT7 级;Ra0.8 钻床上可完成钻孔、扩孔、铰孔、攻丝、钻沉头孔、锪平面。 4.1.2 钻削加工的特点 1)钻头通常有两个主切削刃,加工时,钻头在回转的同时进行切削; 2)断屑与排屑对钻头的切削性能影响很大; 3) 两主切削刃刃磨对称; 4) 散热差。 4.1.3 钻削加工的应用场合 1)加工中批或大批量生产中不宜拉削的孔 2)加工单件小批生产中的小孔(D10~15mm),细长孔(L/D5)和定位销 孔。 4.1.4 钻削加工分类 1)钻孔 钻孔是用钻头在实体工件上钻出孔的方法,常用的钻头是麻花钻。钻孔时,首 先根据孔径大小选择钻头。一般,当孔径小于 30mm 时,可一次钻出;大于 30mm 时,应先钻出一小孔,然后再用扩孔钻将其扩大。 2)扩孔 对已有孔进行扩大的加工方法称为扩孔,仅为了扩大孔的直径的扩孔可用麻花 钻,在扩大孔的直径的同时提高孔形位精度的扩孔采用专门的扩孔钻其加工精度一 般为 IT10~IT8,表面粗糙度为 Ra6.3~3.2μ m。扩孔可作为要求不高孔的最终加工, 也可作为精加工(如铰孔)前的预加工。 第 8 页 共 45 页 黄冈职业技术学院毕业论文 3)铰孔 铰孔是用铰刀在扩孔或半精镗后的孔壁上切除微量金属层,以提高孔的尺寸精 度和减小表面粗糙度值的一种精加工方法。加工精度可达 IT7~IT6,表面粗糙度为 Ra0.8~0.4μ m。铰刀有手用铰刀和机用铰刀两种,手用铰刀工作部分较长,机用铰 刀工作部分较短 4)锪孔 锪孔是指在已加工孔上加工圆锥形沉头孔、圆柱形沉头孔和端面凸台的方法。 锪孔用的刀具统称为锪钻。 4.1.5 钻床 工厂中常用的钻床有台式钻床、立式钻床和摇臂钻床。 1)台式钻床 台钻结构简单,操作方便,适于加工小型零件上直径小于等于 13mm 的孔。 2)立式钻床 立式钻床简称立钻。它常用于加工单件、小批生产中的中、小型工件。 3)摇臂钻床 摇臂钻床适用于加工笨重和多孔的工件。 4.2 镗削加工 4.2.1 镗削加工的内容 在镗床上切削加工,不仅可以镗孔,还可以钻孔、扩孔、铰孔以及用多种刀具 对平面、外圆面、沟槽和螺纹进行加工。镗床与其他机床相比,特别适合于箱体上 尺寸较大、精度要求高,且有轴间距和位置精度要求的孔。 1)经济精度:IT7—IT8 级 经济表面粗糙:Ra0.8~1.6 2)使用刀具:镗刀 3)镗削加工是以镗刀旋转作主运动,工件或镗刀作进给运动的切削加工 方法。 4.2.2 镗削加工的特点 镗削运动构成:镗刀随镗杆一起转动,形成主切削运动,而工件不动。用镗刀 对已有的孔进行再加工,称为锐孔。 4.2.3 选择镗削加工的应用场合 镗削可以对工件上的通孔和盲孔进行粗加工、半精加工和精加工。适宜加工箱 体、机架等结构复杂和尺寸较大的工件上的孔及孔系。 4.2.4 选择镗削加工的优点 优点是用一种镗刀可以加工一定范围内各种不同直径的孔,特别是大直径孔, 几乎是可供选择的惟一方法。 4.2.5 镗床 镗床有卧式镗床、立式镗床、深孔镗床和坐标镗床之分,应用最广的是卧式镗 床。 第 9 页 共 45 页 黄冈职业技术学院毕业论文 5 .齿面加工 5.1 齿面加工的内容 齿轮是机械工业的标志性零件,它 是用来按规定的速比传递运动和动力的 重要零件,在各种机器和仪器中应用非 常普遍。 齿轮齿面加工方法可分为两大类: 成形法和展成法。成形法加工齿面所使 用的机床一般为普通铣床,刀具为成形 铣刀,需要两个简单成形运动:刀具的 旋转运动和直线移动。展成法加工齿面 的常用机床有滚齿机、插齿机等。 5.2 齿面加工的特点 1)定位基准的精度要求较高; 2) 成形法加工精度和生产率较低,适于单件小批生产。 3) 展成法加工精度和生产率较高,一把刀可加工相同模数、相同压 力角的任 何齿数的齿轮。 5.3 齿轮加工过程大致可划分如下几个阶段: 1)齿轮毛坯的形成:锻件、棒料或铸件; 2)粗加工:切除较多的余量; 3)半精加工:车,滚、插齿面; 4)热处理:调质、渗碳淬火、齿面高频淬火等; 5)精加工:精修基准、精加工齿面(磨、剃、珩、研齿和抛光等)。 5.4 齿轮加工中要注意的问题 1)当以齿顶圆直径作为测量基准时,应严格控制齿顶圆的尺寸精度; 2)保证定位端面和定位孔或外圆相互的垂直度; 3)提高齿轮内孔的制造精度,减小与夹具心轴的配合间隙。 5.5 齿轮主要加工方法: 1)滚齿 ; 2)插齿和梳齿; 3)剃齿和珩齿; 4)磨齿等。 6.磨削加工 6.1 磨削加工的内容 第 10 页 共 45 页 黄冈职业技术学院毕业论文 磨削以砂轮或其它磨具对工件进行加工,其主运动是砂轮的旋转。砂轮的磨削过 程实际上是磨粒对工件表面的切削、刻削和滑擦三种作用的综合效应。磨削中,磨粒 本身也由尖锐逐渐磨钝,使切削作用变差,切削力变大。当切削力超过粘合剂强度时, 圆钝的磨粒脱落,露出一层新的磨粒,形成砂轮的“自锐性”。但切屑和碎磨粒仍会将 砂轮阻塞。因而,磨削一定时间后,需用金刚石车刀等对砂轮进行修整。 磨削时,由于刀刃很多,所以加工时平稳、精度高。磨床是精加工机床,磨削精度可 达 IT6—IT4,表面粗糙度 Ra 可达 1.25—0.01μm,甚至可达 0.1—0.008μm。磨削的另 一特点是可以对淬硬的金属材料进行加工。因此,往往作为最终加工工序。磨削时, 产生热量大,需有充分的切削液进行冷却。按功能不同,磨削还可分为外园磨、内孔 磨、平磨等。 6.2 磨削加工的特点 磨削是一种常用的半精加工和精加工方法,砂轮是磨削的切削工具,磨削是由砂 轮表面大量随机分布的磨粒在工件表面进行滑擦、刻划和切削三种作用的综合结果。 磨削的基本特点如下: 1)磨削的切削速度高,导致磨削温度高。普通外圆磨削时 v=35m/s,高速磨削 v >50m/s。磨削产生的切削热 80%~90%传入工件(10%~15%传入砂轮,1%~10% 由磨屑带走),加上砂轮的导热性很差,易造成工件表面烧伤和微裂纹。因此,磨削 时应采用大量的切削液以降低磨削温度。 2)能获得高的加工精度和小的表面粗糙度值。加工精度可达 IT6-IT4,表面粗糙 度值可达 Ra0.8-0.02μm。磨削不但可以精加工,还可以粗磨、荒磨、重载荷磨削。 3)磨削的背向磨削力大。因磨粒负前角很大,且切削刃钝圆半径 r 较大,导致背 向磨削力大于切向磨削力,造成砂轮与工件的接触宽度较大。会引起工件、夹具及机 床产生弹性变形,影响加工精度。因此,在加工刚性较差的工件时(如磨削细长轴), 应采取相应的措施,防止因工件变形而影响加工精度。 4)砂轮有自锐作用。在磨削过程中,磨粒有破碎产生较锋利的新棱角,及磨粒的 脱落而露出一层新的锋利磨粒,能够部分地恢复砂轮的切削能力,这种现象叫做砂轮 的自锐作用,有利于磨削加工 。 5)能加工高硬度材料。磨削除可以加工铸铁、碳钢、合金钢等一般结构材料外, 还能加工一般刀具难以切削的高硬度材料,如淬火钢、硬质合金、陶瓷和玻璃等。但 不宜精加工塑性较大的有色金属工件。 6.3 磨削加工的应用场合 磨削加工主要用于零件的内外圆柱面、内外圆锥面、平面和成型面(如花键、螺纹、 齿轮等)的精加工,以获得较高的尺寸精度和较小的表面粗糙度。 6.4 选择磨削加工的优点:加工精度高,效率较高等 6.5 磨床 磨床(Grinders)是指用磨具(如砂轮)或磨料加工工件表面的机床,广泛应用于工 件的精加工,尤其是淬硬钢件及其他高硬度特殊材料的精加工。 床的类型很多,主要有平面磨床、外圆磨床、内圆磨床、无心磨床、工具磨床及 第 11 页 共 45 页 黄冈职业技术学院毕业论文 各种专门化磨床(曲轴磨床、凸轮磨床、齿轮磨床、螺纹磨床、导轨磨床)等。常用的 是平面磨床和外圆磨床。 7.特种加工部分 特种加工的内容 1) 解决各种难切削材料的加工问题; 2) 解决各种复杂表面的加工问题; 3) 解决各种超精或具有特殊要求的零件的加工问题。 特种加工的特点: 1) 主要利用电能、电化学能、声能、光能、热能等去除材料,而不是主要依 靠机械能; 2) 工具硬度可以低于被加工材料的硬度; 3) 加工过程中工具和工件之间不存在显著的切削力。 常用特种加工方法分类表 特种加工方法 能量形式 作用原理 英文缩写 电火花加工 成形加工 电能、热能 线切割加工 电能、热能 熔化、气化 熔化、气化 EDM WEDM 电解加工 电化学能 阳极溶解 ECM 电化学加工 激光加工 电解磨削 电化学机械能 阳极溶解 磨削 EGM 电铸、电镀 电化学能 切割、打孔 光能、热能 阴极沉积 熔化、气化 EFM EPM LBM 表面改性 光能、热能 熔化、相变 LBT 电子束加工 切割、打孔 电能、热能 熔化、气化 EBM 离子束加工 刻蚀、镀膜 电能、动能 原子撞击 IBM 超声波加工 切割、打孔 声能、机械能 磨料高频撞击 USM 7.1 电火花加工 7.3.1 电火花加工的内容 电火花加工是利用工具电极和工件电极间瞬时火花放电所产生的高温熔蚀工件 表面材料来实现加工的。电火花加工机床一般由脉冲电源、自动进给机构、机床本体 及工作液循环过滤系统等部分组成。工件固定在机床工作台上。脉冲电源提供加工所 第 12 页 共 45 页 黄冈职业技术学院毕业论文 需的能量,其两极分别接在工具电极与工件上。当工具电极与工件在进给机构的驱动 下在工作液中 相互靠近时,极间电压击穿间隙而产生火花放电,释放大量的热。工 件表层吸收热量后达到很高的温度(10000℃以上),其局部材料因熔化甚至气化而被蚀 除下来,形成一个微小的凹坑。工作液循环过滤系统强迫清洁的工作液以一定的压力 通过工具电极与工件之间的间隙,及时排除电蚀产物,并将电蚀产物从工作液中过滤 出去。多次放电的结果,工件表面产生大量凹坑。工具电极在进给机构的驱动下不断 下降,其轮廓形状便被“复印”到工件上(工具电极材料尽管也会被蚀除,但其速度远小 于工件材料)。 用特殊形的电极工具加工相应工件的电火花成形加工机床。 7.3.2 加工原理 两极之间 火花放电 电腐蚀 去除材料 创造条件: 1)工具与工件之间保持适当间隙自动进给调节系统 2)火花放电必须是脉冲性放电,采用脉冲电源 3)在有一定绝缘性能的介质中放电,液体绝缘介 3 2 45 6 7 1 电火花加工原理图 1—工件 4—工具 2—脉冲电源 3—自动进给调节系统 5—工作液 6—过滤器 7—工作液泵 7.3.3 电火花加工的特点 1)适于难切削材料的加工硬质合金、淬火钢等; 2)加工复杂形状或特殊零件应用领域日益扩大; 7.3.4 电火花加工的应用场合 主要加工金属等导电材料 7.2 电解加工 第 13 页 共 45 页 黄冈职业技术学院毕业论文 7.4.1 电解加工的内容 电解加工原理:利用金属在电解液中的电化学反应(阳极溶解),将工件加工成 形直流电源 10 ~24V,缓进保持间隙 0.1~1mm 电解液压力 0.5~2 MPa。 7.4.2 电解加工的特点 1)可加工任何硬度的金属材料。 2)加工叶片、锻模等型面,加工易变形或薄壁零件。 3)加工表面质量好,无毛刺、变质层、残余应力。 4)生产率约为电火花加工的 5~ 10 5)阴极工具无损耗可长期使用。 7.4.3 电解加工的应用场合 1. 选择电解加工的一些缺点 1) 加工精度(±0.03 mm)及稳定性不易提高; 2) 小孔、窄缝及棱角清晰零件难加工; 3) 电极设计制造较麻烦,需多次修整; 4) 附属设备多,一次性投资大; 5) 防腐蚀及电解泥渣、废液处理问题。 7.3 激光加工 7.5.1 激光加工的内容 激光加工原理: 激光加工是一种利用光能进行加工的方法。 激光是一种能量密度高、方向性强、单色性好的相干光。 第 14 页 共 45 页 黄冈职业技术学院毕业论文 7.5.2 激光加工的特点 1)激光加工不需要工具,没有工具 损耗、更换等问题; 2)工件无受力变形,易保证加工精 度; 3) 几乎能加工所有的金属和非金属 材料; 4) 加工速度快,效率高,热影响区 小; 5)能进行细微加工; 6)能够透过玻璃等透明介质进行加 工。 7.5.3 激光加工的应用场合 1)激光打孔 金刚石拉丝模、宝石轴承、 化纤喷丝头、不锈钢板打孔。 2)激光切割 3) 激光焊接 4) 激光表面处理 7.5.4 选择激光加工的优点 ①非接触加工,无工具磨损,不需要中途更换工具,并且高能量激光束的能量 及其移动速度均可调,因此可以实现多种加工的目的; ②激光束能量密度高,加工速度快,工件变形小、热影响区小,后续加工量小; ③它可以对多种金属、非金属加工,特别是可以加工高硬度、高脆性及高熔点 材料,可加工材料范围广泛; ④激光束易于导向、聚焦,实现作各方向变换,极易与数控系统配合对复杂工 件进行加工; ⑤易与传统生产工艺组合,形成生产线,是一种极为灵活的加工技术; ⑥使用激光加工,生产效率高,质量可靠,经济效益好。 第 15 页 共 45 页 黄冈职业技术学院毕业论文 7.4 超声波加工 7.6.1 超声波加工的内容 超声波加工原理:利用振动频率超过 16 kHz 的工具头,通过磨料悬 浮液对工件进行成形加工的方法。 超声波加工装置一般包括: 1)超声发生器 2)超声换能器 3)变幅杆(振幅扩大棒) 4)工具头 5)磨料悬浮液循环系统 7.6.2 超声波加工的特点 1)适于加工各种硬脆材料,特别是非金属材料,如 陶瓷、玻璃及各种半导体材料。 2)宏观切削力小,不易引起变形和烧伤,适于加工 薄壁、窄缝、低刚度零件。 3)加工精度高,表面质量好。 4)加工机床及工具均较简单。 5)生产率比电火花、电解加工等低。 8. 板料滚压成型加工 8.1 板料滚压成型的功能及用途 板料滚压成型通用于等断面制件的大批量生产。由于使用多对辊轮的连续成型, 可以滚制出许多壁薄、质轻、刚度大而且断面形状复杂的制件型材(如图 1 所示)。加 上顺序滚压过程中可以与冲洗、起状、卷筒、焊接等多种工艺装置连动,形成流水作 业,故生产效率极高,成本低廉,是现代加工制品中广泛应用和大力推广的特种工艺 加工方法。如自行车钢圈的生产,自来水管的生产,塑料龙骨的生产,波汶板的生产 以及国外广为应用的不锈钢窗框的生产。 8.2 板料滚压成型的原理与设计要点 8.2.1 滚压成型原理: 是由多对成型辊轮顺次对板料变形并向前送进的滚压成型。成型在工艺上与弯曲 工序极为相似。 8.2.2 其设计要点主要有: 1)断面的展开长度和弯曲展开一样,要考虑中性层的移动。 2)在弯曲半径很小时,要考虑到拉伸给截面宽度的增加。 3)以轮廓外形所制定的轴线在各工步中保持一致。 8.2.3 每对辊轮对型材壁的弯曲角度有所限制,否则将产生滚压不畅(卡壳)、制 品不光滑,起皱现象。弯曲数据如下: 第 16 页 共 45 页 黄冈职业技术学院毕业论文 板材厚δ 1mm 弯曲角:30°~ 40° 板材厚δ =1~2.5mm 弯曲角: 30°~ 40° 板材厚δ 1.5 mm 弯曲角: 30°~ 40° 塑性好的材料取上限,塑性差的材料取下限。连续弯曲要考虑金属的加工硬化。 8.2.4 起始变形时,竖壁弯曲和底部弯曲不能同时进行。 8.2.5 最后一对成型辊轮形状应考虑弹性回跳数据。 在滚压成型中,目前理论尚不完整,以实践经验和类比推断为主,在金属板材变 形机理上展开。 三、各表面加工方法的选择 1.回转面加工方法的选择 每一种回转面都有很多加工方法,具体选择时应根据零件的材料、毛胚种类、结 构形状、尺寸、加工精度、粗糙度、技术要求、生产类型及工厂的生产条件等因素来 决定,以确保加工质量和降低生产成本。 1.1 外圆表面加工 1)外圆表面加工技术的要求 外圆表面的技术要求包括:尺寸与形状精度;位置精度;表面质量。 2)外圆表面加工方案的分析 各种加工要求的外圆表面的加工方案件,供选用时参考。 ①精车→半精车→磨 ②精车→半精车→粗磨→精磨→研磨或超级光磨 ③精车→半精车→精车→细精车→研磨 (1) 一般最终工序采用车加工方案的,适用于各种金属(淬火钢除外)。 (2) 最终工序采用磨加工方案的,适用于淬火钢、未淬火钢和铸铁,但不宜加 工强度低、韧性大的有色金属。磨削前的车削精度无需很高,否则对车削 不经济,对磨削也无意义。 (3) 最终工序采用精细车或研磨方案的,适用于有色金属的精加工。 (4) 研磨、超级光磨和高精度小粗糙值磨削前的外圆精度和粗糙度对生产率和 加工质量影响极大,所以在研磨或高精度磨削前一般都要进行精磨。 (5) 对尺寸精度要求不高,而粗糙度值要求而光亮的外圆,可通过抛光达到要 求。 1.2 孔加工 1)孔加工的技术要求 零件上的孔多种多样,常见的有;螺栓螺钉孔、油孔、套筒、齿轮、端面上的轴 向孔;箱体上的轴承孔;深孔(深径比 L/D5~10)。 2)孔加工方案的分析 第 17 页 共 45 页 黄冈职业技术学院毕业论文 常用的各种法的加工方案,供选用时参考。 ①钻→铰 ②钻→扩→粗铰→精铰→研磨或手铰 ③钻→粗镗→(半精镗)→粗磨→精磨→研磨 ④钻→粗镗→半精镗→磨 ⑤钻→粗镗→半精镗→精镗→精细镗 钻孔适用于各种批量生产中,对各类零件和各种材料(淬火钢除外)的实体进行 孔加工。 加工公差等级 IT9 的孔,如孔径小于 10mm 时,可采用钻铰方案;孔径小于 30mm 的孔,可采用钻模钻孔,或采用钻孔后扩孔;孔径大于 30mm 的孔,一般采用钻孔后 镗孔,镗孔常用于单件小批生产。 加工公差等级 IT8 的孔,当孔径小于 20mm 时,可采用钻孔后铰孔;若孔径大于 20mm, 可视具体情况,采用钻一扩(或镗)一铰,此方案适用于加工除淬火钢以外的各种金 属,但孔径应在∮20mm~∮80mm 范围内。此外,也可采用最终工序为精镗或拉的方 案。淬火钢可采用磨削加工。 (1) 加工公差等级 IT7 的孔,当孔径小于 12mm 时,一般采用钻孔后进行两次 铰孔的方案;孔径大于 12mm 时,可采用钻一扩(或镗)一粗铰一精铰的 方案,或采用最终工序为精拉或精磨的方案。精拉适用于一批大量的生产, 精磨适于加工淬火钢、不淬火钢和铸铁,但不宜加工硬度底、韧性大的有 色金属。 (2) 加工公差等级 IT6 的孔,起最终工序要视具体情况进行选择。例如韧性较 大的有色金属不宜采用珩磨,可采用研磨或精细镗;研磨对大孔、小孔均 可加工,而珩磨适于加工较大的孔。 (3) 对于已经铸出或锻出的孔,(一般为中、大尺寸的孔),可直接进行扩孔 或镗孔,直径在 100mm 以上的孔,用镗孔比较方便。 (4) 加工盘套类零件中间部位的孔,为保证孔与外圆、端面的位置精度,一般 是在车床上将孔与外圆、端面一次装夹加工出来。在成批生产或深径比较 大时,应采用钻一扩一铰方案;若零件需要淬火,则应在半精加工后安排 淬火再进行磨削。 2.平面加工方法的选择 2.1 平面加工的技术要求 面加工的技术要求主要包括:形状精度;位置精度、尺寸精度以及表面质量等。 2.2 平面加工方法的分析 常用的平面加工方案如下,可供参考。 ①粗刨(粗铣)→拉削。 ②粗刨(粗铣)→精刨→刮削(高速精铣)。 ③粗刨(粗铣)→刮削(高速精铣)→精磨→研磨。 ④粗刨(粗铣)→粗磨→精磨→研磨。 ⑤粗车→半精车→精车 ⑥粗车→半精车→精磨→研磨 第 18 页 共 45 页 黄冈职业技术学院毕业论文 (1)最终工序采用刮起削时,用于要求直线度高、粗糙度值小且不淬硬的平面。当 批量较大时,可采用宽刃细刨代替刮削,以提高生产率和减轻劳动强度。尤其是加工 狭长的精密平面(如导轨面),或缺少导轨磨床时,常采用宽刃细刨。 (2)最终工序采用高速精铣时,适于加工精度要求高的有色金属工件。若采用高精 度高速铣床和金刚石刀具,铣削表面粗糙度Ra 值可达 0.008um 以下。 (3)最终工序采用磨削时,适于加工要求直线度高、粗糙度值小的淬硬工件和薄片 工件,也用于不淬硬的钢件或铸件上较大平面的精加工。但不宜精加工塑性大的有色 金属。 (4)精车主要用于加工轴、套、盘等回转体零件的端面;大型盘类零件的端面,一 般在立式车床上加工。车床上加工端面易保证端面与轴线)拉削平面加工精度高、生产率高、拉刀寿命长,是一种先进的加工方法。适于 大批大量生产中加工质量要求较高而面积不太大的平面。 (6)研磨适于加工高精度、小粗糙度值表面,例如块规等精度零件的工作面。对于 精度要求不高,仅要求光亮和美观的零件,可采用抛光加工。 第 19 页 共 45 页 黄冈职业技术学院毕业论文 第 20 页 共 45 页

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