《汽車機(jī)械基礎(chǔ)》項目三-汽車制造工藝與選擇

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返回項目三汽車制造工藝與選擇3.1鑄造工藝3.2鍛壓工藝3.3焊工藝3.4金屬切削加工53.5材料及成形工藝選擇３.１鑄造工藝３.１.１鑄造的工藝基礎(chǔ)鑄造是將液體金屬澆注到具有與零件形狀相適應(yīng)的鑄型空腔中。待其冷卻凝固后獲得零件或毛坯的方法。鑄件表面比較粗糙。尺寸精度不高。需經(jīng)切削加工后才能成為零件。若采用精密鑄造的方法。或?qū)α慵木纫蟛桓邥r。鑄造也能直接生產(chǎn)零件。１.合金的鑄造性能鑄造合金除應(yīng)具有符合要求的力學(xué)性能、物理性能、化學(xué)性能外。還必須考慮其鑄造性能。合金的鑄造性能主要有流動性、收縮性等。這些性能對于是否容易獲得優(yōu)良鑄件是至關(guān)重要的。下一頁返回３.１鑄造工藝１)流動性。液態(tài)金屬本身的流動能力。稱為流動性。流動性好的金屬。充填鑄型能力強。易于獲得外形完整、輪廓清晰、薄壁以及形狀復(fù)雜的鑄件。影響流動性的主要因素是合金的化學(xué)成分和澆注溫度。２)收縮性。液態(tài)金屬在冷卻和凝固過程中。所發(fā)生的積縮小的現(xiàn)象稱為收縮。收縮率大。則易造成縮孔、縮松等鑄造缺陷。還容易在鑄件中產(chǎn)生大的內(nèi)應(yīng)力。使鑄件變形以致形成裂紋。同時不易獲得尺寸準(zhǔn)確的鑄件。影響收縮性的主要因素有化學(xué)成分、澆注溫度、鑄件結(jié)構(gòu)和鑄型條件等。２.鑄造生產(chǎn)過程下一頁返回上一頁３.１鑄造工藝１)根據(jù)零件的要求。準(zhǔn)備一定的鑄型。２)將金屬液體澆滿鑄型的型腔。３)金屬液體在鑄型的型腔內(nèi)凝結(jié)成型。就能獲得一定形狀和大小的鑄件。３.鑄造生產(chǎn)的特點１)鑄件的尺寸可從幾毫米到十多米。質(zhì)量可從幾克至百噸以上。其使用的材料基本上不受限制。鑄鐵、鑄鋼、各種有色金屬都可用于鑄造。鑄造尤其適用于形狀復(fù)雜的零件。２)由于鑄件與機(jī)器零件的形狀和尺寸很接近。從而可以省去很多機(jī)械加工工序。并節(jié)約了金屬材料。下一頁返回上一頁３.１鑄造工藝３)鑄造生產(chǎn)一般不需要貴重、精密的設(shè)備。投資少。生產(chǎn)周期短。成本低。４)鑄件的力學(xué)性能較低。所以比較笨重。此外由于工藝過程中某些質(zhì)量控制問題還難以解決。故鑄件質(zhì)量不夠穩(wěn)定。廢品率較高。某些鑄造工藝的勞動強度還比較大。４.鑄造工藝分類按照鑄型的特點。鑄造工藝可分為砂型鑄造和特種鑄造兩大類。特種鑄造中又分為金屬型鑄造、熔模鑄造、壓力鑄造、離心鑄造等。在鑄造生產(chǎn)中。砂型鑄造是應(yīng)用最廣泛的一種方法。世界各國用砂型鑄造生產(chǎn)的鑄件約占鑄件總產(chǎn)量的８０％以上。下一頁返回上一頁３.１鑄造工藝３.１.２砂型鑄造把熔融的金屬注入用型砂制成的鑄型中。凝固后而獲得鑄件的方法。稱為砂型鑄造。砂型在鑄件取出后便已損壞。不能再使用。所以砂型鑄造也稱一次性鑄造。１.砂型鑄造的生產(chǎn)過程主要包括:制模、配砂、造型、造芯、合型、熔煉、澆注、落砂、清理和檢驗。１)根據(jù)零件圖的形狀和尺寸制造模樣和芯盒。模樣和芯盒是制造鑄型的依據(jù)和工具。由木材或金屬制成。是根據(jù)零件圖和機(jī)械加工的工藝要求(加工余量、加工方法等)制造的。下一頁返回上一頁３.１鑄造工藝２)用模樣和型砂制造砂型(造型)。用芯盒和芯砂制造型芯(造芯)。造型采用的混合料稱為型砂。造芯采用的混合料稱為芯砂。３)烘干、合箱。將制造好的型芯烘干、砂型烘干(如為濕型鑄造。砂型不需烘干)。然后按裝配要求放入型芯。使上下砂型合型準(zhǔn)備澆注。４)熔煉、澆注。熔煉金屬或合金的常用設(shè)備有沖天爐、電爐、坩堝爐等。澆注時要注意控制澆注溫度和澆注速度。以避免產(chǎn)生各種缺陷。５)落砂、清理及檢驗。落砂是把鑄件從鑄型中取出的操作。下一頁返回上一頁３.１鑄造工藝２.造型方法造型方法分為手工造型和機(jī)器造型兩類。手工造型是單件小批量生產(chǎn)的主要造型方法。機(jī)器造型主要應(yīng)用于大批、大量生產(chǎn)。手工造型的方法很多。常用的有整模造型、分模造型、挖砂造型、活塊模造型等。應(yīng)根據(jù)零件的技術(shù)要求、鑄件形狀、尺寸大小和生產(chǎn)批量等不同情況合理選用?，F(xiàn)介紹應(yīng)用較多的分模造型。當(dāng)鑄件用整模造型不便時。則以鑄件的最大截面為分型面。將模樣分成兩部分或幾部分。用兩箱或多箱造型。如圖３-１所示為分模造型的過程。模樣分為兩半。分別在上、下兩砂箱內(nèi)造型。造型的程序大致為:１)置下半模于底板上造下箱。填砂、緊實和刮平。下一頁返回上一頁３.１鑄造工藝２)把下箱翻轉(zhuǎn)１８０°置于底板上。合上上半模。并放澆口棒。同前造上箱。３)開外澆口。扎通氣孔。拔除澆口棒。４)取下上箱并翻轉(zhuǎn)１８０°。分別取出兩半模樣。開挖橫澆口和內(nèi)澆口。在鑄型表面噴刷涂料(常用石墨粉或石墨水漿)以防止粘砂。然后放置型芯。合箱。上、下箱夾緊或壓鐵。即可進(jìn)行澆注。３.澆注系統(tǒng)金屬液進(jìn)入鑄型的通道稱為澆注系統(tǒng)(圖３-２)。它由澆口杯１、直澆道２、橫澆道３和內(nèi)澆口４組成。對簡單的小鑄件。只要直澆道和內(nèi)澆口即可。大多數(shù)情況下。造型時還要設(shè)置冒口。其作用為排除型腔中的氣體。并在金屬凝固收縮時。向鑄件補充金屬液。返回上一頁３.２鍛壓工藝３.２.１鍛壓的工藝基礎(chǔ)鍛壓是對坯料施加外力。使其產(chǎn)生塑性變形、改變尺寸、形狀及改善性能。用以制造機(jī)械零件或毛坯的成形加工方法。它是鍛造與沖壓的總稱。１.金屬的可鍛性金屬的可鍛性是衡量金屬材料經(jīng)受壓力加工時難易程度的一項工藝性能。通常用塑性和變形抗力來綜合衡量。塑性好。變形抗力小。則可鍛性好。反之可鍛性差。金屬可鍛性的好壞與下列因素有關(guān)。１)化學(xué)成分。一般純金屬的可鍛性比合金的好。合金含量愈高?？慑懶杂睢Ｏ乱豁摲祷兀?２鍛壓工藝２)金屬組織結(jié)構(gòu)。純金屬及其固溶體的可鍛性好。而碳化物(如滲碳體)可鍛性差。金屬的晶粒越小。其塑性越高。雖然變形抗力略有上升。但可鍛性仍較好。金屬的組織越均勻。其塑性也越好。３)變形溫度。提高金屬變形時的溫度。使原子的動能增加。原子間的結(jié)合力減弱。使產(chǎn)生滑移變形所需要的應(yīng)力減小。因此塑性增加。變形抗力下降。改善了金屬的可鍛性。４)變形速度。是指單位時間內(nèi)的變形量。２.鍛壓的特點１)鍛壓能消除金屬內(nèi)部缺陷。改善金屬組織。提高力學(xué)性能。金屬經(jīng)壓力加工后。可以將鑄錠中氣孔、縮孔、粗晶等缺陷壓合和細(xì)化。從而提高金屬組織致密度。還可以控制金屬熱加工流線。提高零件的沖擊韌度。下一頁返回上一頁３.２鍛壓工藝如圖３-３(ａ)、(ｂ)、(ｃ)所示的三種情況分別為:用軋制圓鋼切削出的齒輪。鐓粗毛坯切削出的齒輪。精鍛成形的齒輪。三者齒輪受力方向及大小均相同。由于三者纖維組織的分布不同。所以齒輪的壽命以精鍛成形的最長。鐓粗毛坯切出者次之。圓鋼切出者最短。３.２.２自由鍛造自由鍛造是只用簡單的通用性工具或在鍛造設(shè)備的上、下砧之間直接使坯料變形。從而獲得所需幾何形狀及內(nèi)部質(zhì)量的鍛件的一種成形加工方法。金屬坯料在變形時。除與工具接觸的部分外均作自由流動。故稱自由鍛。下一頁返回上一頁３.２鍛壓工藝１)拔長。使坯料長度增加、橫截面積減小的工序稱拔長。如圖３-４(ａ)所示。２)鐓粗。使坯料的橫截面積增加、高度減小的工序稱鐓粗。如圖３-４(ｂ)、(ｃ)所示。３)沖孔。在工件上沖出通孔或不通孔的工序稱為沖孔。如圖３-４(ｄ)所示。３.２.３模型鍛造利用模具使毛坯變形而獲得鍛件的鍛造方法稱為模型鍛造。簡稱模鍛。因金屬坯料是在模膛內(nèi)產(chǎn)生變形的。因此獲得的鍛件與模膛的形狀相同。下一頁返回上一頁３.２鍛壓工藝固定模鍛可以在模鍛錘上進(jìn)行(稱為模鍛錘上模鍛)。也可以在熱模鍛壓力機(jī)、平鍛機(jī)或摩擦壓力機(jī)上進(jìn)行。如圖３-５所示為模鍛錘上模鍛。鍛造時。是把模具的上模２、下模１分別固定在鍛錘的錘頭４和砧座６的模座５上。坯料Ａ放入模具的模鏜內(nèi)錘擊。Ｂ為變形中某個瞬時的狀態(tài)。Ｃ為帶有飛邊的鍛件。切下飛邊Ｄ后。即得到鍛件Ｅ。３.２.４板料沖壓板料沖壓是利用裝在壓力機(jī)上的模具對金屬板料加壓。使其產(chǎn)生分離或變形。從而獲得毛坯或零件的一種加工方法。板料沖壓的坯料通常都是厚度為１~２ｍｍ的金屬板料。而且沖壓時一般不需加熱。故又稱為薄板沖壓或冷沖壓。簡稱冷沖或沖壓。只有在板料厚度超過８ｍｍ時。才采用熱沖壓。下一頁返回上一頁３.２鍛壓工藝１.板料沖壓的特點１)能壓制其他加工工藝難以加工或不能加工的形狀復(fù)雜的零件。２)沖壓件的尺寸精度高?？蓾M足互換性的要求。表面很光潔。３)沖壓件的強度高。剛度好。重量輕。材料的利用率高。一般為７０％~８５％。４)板料沖壓操作簡便。易于實現(xiàn)機(jī)械化、自動化。生產(chǎn)效率高。５)沖壓模具制造周期長。并需要較高制模技術(shù)。成本高。因此板料沖壓適用于大批量生產(chǎn)。在汽車、拖拉機(jī)、電機(jī)電器、儀表、國防工業(yè)及日常生產(chǎn)中都得到廣泛應(yīng)用。下一頁返回上一頁３.２鍛壓工藝２.板料沖壓的基本工序按板料的變形方式?？蓪_壓基本工序分為分離工序和變形工序兩類。１)分離工序。分離工序是使坯料的一部分相對另一部分產(chǎn)生分離。如圖３-６所示。主要包括剪切[圖３-６(ａ)]、落料和沖孔[圖３-６(ｂ)]、切邊[圖３-６(ｃ)]等。２)變形工序。變形工序是使坯料的一部分相對另一部分產(chǎn)生位移而不破壞。如圖３-７所示。包括彎曲[圖３-７(ａ)]、拉深[圖３-７(ｂ)]、翻邊[圖３-７(ｃ)]等。３.沖壓模具下一頁返回上一頁３.２鍛壓工藝沖壓用的模具稱為沖模。沖壓工作開始前。沖模的設(shè)計與制造是一項很重要的任務(wù)。它對沖壓件的加工質(zhì)量和生產(chǎn)率起著關(guān)鍵的作用。沖模是一種比較復(fù)雜和精度要求比較高的裝備。一般模具都由十多個零件組成。它除了包含主要的工作零件———凸模和凹模外。還要有定位、壓料、卸料、出件、導(dǎo)向、支撐、固定等零部件。沖模按工序內(nèi)容可分為落料模、沖孔模、彎曲模、拉深模等。按工序的組合程度可分為簡單模(圖３-８)、復(fù)合模和連續(xù)模等。返回上一頁３.３焊接工藝３.３.１焊接的工藝基礎(chǔ)焊接是指通過加熱、加壓或同時加熱加壓。使兩個分離的固態(tài)物體產(chǎn)生原子或分子間的結(jié)合和擴(kuò)散。形成永久性連接的一種工藝方法。它可以連接同種金屬、異種金屬、某些燒結(jié)陶瓷合金以及某些非金屬材料。１.焊接的特點１)節(jié)省金屬材料。減輕構(gòu)件重量。與鉚接相比?？晒?jié)省材料１５％~２０％。如將鑄件改為焊接結(jié)構(gòu)。重量可減少３０％~５０％。２)可以以小拼大。簡化工藝?？s短生產(chǎn)周期。加之上述特點。故產(chǎn)品成本低。３)焊接接頭可靠、產(chǎn)品質(zhì)量好。與鉚接相比。氣密性好。４)便于實現(xiàn)工藝過程機(jī)械化、自動化。２.焊接的分類下一頁返回３.３焊接工藝焊接方法的種類很多。按焊接過程特點可分為三大類:１)熔化焊(簡稱熔焊)。把兩個焊件上需焊接處的金屬加熱至熔化狀態(tài)。并加入填充金屬。至熔化金屬凝固后把焊件接合起來。２)壓力焊(簡稱壓焊)。焊接時不論加熱與否。都需要對焊件的需焊接處施加一定壓力。使兩個結(jié)合面接觸緊密并產(chǎn)生一定的塑性變形。從而把兩個焊件連接起來。３)釬焊。焊件經(jīng)適當(dāng)加熱但未達(dá)到熔點。而熔點比焊件低的釬料加熱到熔化。填充在焊件連接處的間隙中。釬料凝固后形成釬縫。在釬縫中釬料和母材相互擴(kuò)散、溶解。形成牢固的結(jié)合。上述焊接方法中。以熔焊應(yīng)用最為廣泛。其中尤以電弧焊的應(yīng)用最為普遍。常用的焊接方法分類。如圖３-９所示。下一頁返回上一頁３.３焊接工藝３.３.２焊條電弧焊焊條電弧焊是電弧焊中的一種。是利用電弧放電時產(chǎn)生的熱量(溫度高達(dá)３６００℃)來熔化母材金屬和焊條。從而獲得牢固接頭的焊接過程。焊條電弧焊設(shè)備簡單。使用靈活、方便。適用于任意空間位置、不同接頭形式的焊縫均能焊接。且能焊接各種金屬材料。但生產(chǎn)率低。勞動強度大。焊接質(zhì)量決定于焊工的技術(shù)水平。１.焊接過程焊條電弧焊的焊接過程如圖３-１０所示。將工件和焊鉗分別接到電焊機(jī)的兩個電極上。并用焊鉗夾持焊條。焊接時。先將焊條與工件瞬時接觸。然后將焊條提到一定的距離(２~４ｍｍ)。下一頁返回上一頁３.３焊接工藝于是在焊條端部與工件之間便產(chǎn)生了明亮的電弧。電弧熱將工件接頭處和焊條熔化形成熔池。隨著焊條的向前移動。新熔池不斷產(chǎn)生。舊熔池不斷冷卻凝固。從而形成連續(xù)的焊縫。使工件牢固地連接在一起。２.焊條電弧焊設(shè)備對焊條電弧焊設(shè)備的基本要求是易于引弧和電弧燃燒穩(wěn)定。要滿足這兩個要求。焊接設(shè)備應(yīng)做到:有較大的空載電壓和較小的電流。但從安全生產(chǎn)考慮。電壓一般控制在４０~９０Ｖ。電弧穩(wěn)定燃燒時。應(yīng)供給電弧以較低的電壓(１６~４０Ｖ)和較大的電流(幾十安培至幾百安培)。電流能夠調(diào)節(jié)。以適應(yīng)不同的焊件材料、不同的厚度和焊接規(guī)范的需要。３.電焊條電焊條的種類規(guī)格很多。但它們都是由焊條芯(簡稱焊芯)和藥皮兩部分成。如圖３-１１所示。下一頁返回上一頁３.３焊接工藝４.焊接工藝１)焊接接頭形式。焊接前。先要按照焊接部位的形狀、尺寸、強度要求、焊接材料消耗量和受力情況等。選擇接頭的類型。根據(jù)ＧＢ/Ｔ３３７５—１９９４規(guī)定。焊接碳鋼和低合金鋼的基本接頭形式有對接、搭接、角接和Ｔ形接四種。接頭形式的選擇是根據(jù)結(jié)構(gòu)的形狀、強度要求、工件厚度、焊接材料消耗量及其他焊接工藝而確定的。２)焊縫空間位置。按焊縫在空間位置的不同。可分為平焊、立焊、橫焊和仰焊四種。如圖３-１２所示。平焊操作方便。易于保證焊縫質(zhì)量。應(yīng)盡可能采用。立焊、橫焊和仰焊由于熔池中液體金屬有滴落的趨勢而造成施焊困難。應(yīng)盡量避免。若的確需采用這些焊接位置時。則應(yīng)選用小直徑的焊條、較小的電流、短弧操作等工藝措施。下一頁返回上一頁３.３焊接工藝３)焊接參數(shù)。為了保證焊接質(zhì)量和提高生產(chǎn)率。必須正確選擇焊接參數(shù)。焊條電弧焊的焊接參數(shù)包括焊條直徑、焊接電流及焊接速度等。焊條直徑主要根據(jù)焊件厚度來選擇。焊接厚板時應(yīng)選較粗的焊條。平焊低碳鋼時。焊條直徑可按表３-１選取。焊接電流主要根據(jù)焊條直徑選取。焊接電流是影響焊接接頭質(zhì)量和生產(chǎn)率的主要因素。電流過大則焊條易燒紅且使藥皮失效。金屬熔化快。熔深大。金屬飛濺大。同時易產(chǎn)生燒穿、咬邊。電流過小。則電弧不穩(wěn)定。易造成焊不透和生產(chǎn)率低等。焊接電流的選擇可結(jié)合具體情況參照下面經(jīng)驗公式計算:下一頁返回上一頁３.３焊接工藝３.３.３氣焊氣焊是利用可燃?xì)怏w在氧中燃燒的氣體火焰來熔化母材和填充金屬以進(jìn)行焊接的一種工藝方法。氣割和多種釬焊也都使用氣體火焰加熱。氣焊所用設(shè)備簡單便宜。使用靈活(沒有電源的場合也可焊接)。操作方便。但其氣體火焰的溫度沒有電弧溫度高。加熱時間長。生產(chǎn)效率低。熱影響區(qū)寬。焊后變形大。焊接質(zhì)量差。它常用于焊接厚度３ｍｍ以下的板料。形狀復(fù)雜的低碳鋼以及常見的有色金屬的焊件。１.氣焊火焰氣焊用的氣體為純度不低于９８.５％的氧氣。燃料為乙炔或氫、煤氣、液化石油氣等。以乙炔用得最多。根據(jù)氧和乙炔的混合比值不同?？蓪⒀跻胰惭娣譃橐韵氯N。如圖３-１３所示。下一頁返回上一頁３.３焊接工藝１)中性焰[圖３-１３(ａ)]。氧乙炔混合比為１~１.２。又稱正常焰。內(nèi)焰溫度最高?？蛇_(dá)３０００℃~３２００℃。適用于低碳鋼、中碳鋼、低合金鋼、不銹鋼、純銅和鋁及鋁合金等材料的焊接。２)碳化焰[圖３-１３(ｂ)]。３)氧化焰[圖３-１３(ｃ)]。氧乙炔的混合比大于１.２?；鹧婧芏獭Ｗ罡邷囟瓤蛇_(dá)３１００℃~３３００℃。由于火焰中有過量的氧。會使焊縫金屬氧化。形成氣孔。部分合金元素在焊接時被燒損。從而導(dǎo)致焊縫金屬的力學(xué)性能降低。因此一般不采用。只有焊接黃銅時采用氧化焰。其原因是焊接黃銅時采用含硅焊絲。氧化焰會使熔化金屬表面覆蓋一層硅的氧化膜?？勺柚裹S銅中鋅的揮發(fā)。２.氣焊設(shè)備氣焊設(shè)備如圖３-１４所示。下一頁返回上一頁３.３焊接工藝３.焊絲和焊劑焊絲作為填充金屬與焊件的熔化部分混合而形成焊縫。它的化學(xué)成分和制造質(zhì)量直接影響焊縫的成分和力學(xué)性能。其品種與直徑主要根據(jù)焊件的材料和厚度來選擇。焊劑的作用是保護(hù)熔池金屬。去除焊接過程中形成的氧化物。增加液態(tài)金屬的流動性。焊劑有多種?？筛鶕?jù)焊件材料的不同來選擇。焊低碳鋼時不用焊劑。返回上一頁３.４金屬切削加工３.４.１切削加工基礎(chǔ)１.切削運動為了進(jìn)行切削加工以獲得工件所需的各種形狀。刀具和工件必須完成一系列相對運動。稱為切削運動。按切削時工件和刀具相對運動所起的作用不同可分為主運動和進(jìn)給運動。如圖３-１５所示。１)主運動。主運動是進(jìn)行切削時最主要的運動。通常它的速度最高。消耗機(jī)床動力最多。如普通臥式車床的主運動為主軸的旋轉(zhuǎn)運動。主運動可以是回轉(zhuǎn)運動。也可以是直線運動。如銑刀的回轉(zhuǎn)和刨刀的直線往復(fù)運動。下一頁返回３.４金屬切削加工２)進(jìn)給運動。進(jìn)給運動與主運動配合。能保持切削工作連續(xù)地進(jìn)行。從而切除金屬層形成已加工表面。在普通臥式車床上加工外圓。刀具沿工件軸線方向的縱向運動ｆａ是進(jìn)給運動。機(jī)床的進(jìn)給運動可由一個或幾個組成。通常消耗功率較小。進(jìn)給運動可以是連續(xù)的。如車床的進(jìn)給運動。也可以是間歇的。如牛頭刨床工作臺的進(jìn)給運動。在切削加工過程中。工件上形成三個不斷變化的表面(圖３-１６):①待加工表面是工件將被切去一層金屬的表面。②加工表面是工件正在被切削的表面(過渡表面)。③已加工表面是工件上切去一層金屬后。所形成的新的表面。下一頁返回上一頁３.４金屬切削加工２.切削要素切削用量三要素如圖３-１６所示。１)切削速度ｖ。刀具切削刃選定點相對于工件主運動的瞬時速度稱為切削速度。單位為ｍ/ｓ。其大小可按下式計算:２)進(jìn)給量ｆ。刀具在進(jìn)給運動方向上相對于工件的位移量稱為進(jìn)給量。它可用工件每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)刀具的位移量來表述和度量。單位為ｍｍ/ｒ。如果主運動為往復(fù)直線運動(刨削)時。則進(jìn)給量的單位為ｍｍ/(ｄｓｔｒ)(毫米/雙行程)。進(jìn)給運動的速度即進(jìn)給速度ｖｆ為:下一頁返回上一頁３.４金屬切削加工３)背吃刀量ａｐ。背吃刀量是每次走刀切入的深度。背吃刀量等于待加工表面與已加工表面間的垂直距離(ｍｍ)。車外圓時:３.４.２金屬切削刀具在切削加工中。刀具直接擔(dān)負(fù)切削金屬材料的工作。為保證切削順利進(jìn)行。不但要求刀具在材料方面具備一定的性能。還要求刀具具有合適的幾何形狀。１.刀具的組成２.刀具材料刀具夾持部分的材料一般多用中碳鋼。而切削部分下一頁返回上一頁３.４金屬切削加工的材料需根據(jù)不同的加工條件合理選擇。通常所說的刀具材料。一般指切削部分的材料。因為刀具切削時的工作條件是:高溫、高壓、摩擦和沖擊。因此刀具材料應(yīng)具備以下性能:１)硬度。刀具材料的硬度必須高于工件材料的硬度。常溫下一般要求在６０ＨＲＣ以上。２)耐磨性。通常情況下。材料的硬度越高耐磨性也越好。３)強度與韌性。４)熱硬性。刀具材料在高溫下應(yīng)保持高的硬度、好的耐磨性和較高的強度等綜合性能。熱硬性越好。刀具材料允許的切削速度越高。它是衡量刀具材料性能的主要標(biāo)志。一般用熱硬性溫度表示。下一頁返回上一頁３.４金屬切削加工５)化學(xué)穩(wěn)定性。包括抗氧化、抗粘結(jié)能力?；瘜W(xué)穩(wěn)定性越高。刀具磨損越慢。加工表面質(zhì)量越好。６)良好的工藝性及經(jīng)濟(jì)性。３.４.３金屬切削過程金屬切削過程是工件上多余的金屬材料不斷地被刀具切下并轉(zhuǎn)變?yōu)榍行?。從而形成已加工表面的過程。伴隨這一過程產(chǎn)生的一系列物理現(xiàn)象(如切削力、切削熱、刀具磨損等)。將直接或間接地影響工件的加工質(zhì)量和生產(chǎn)率。１.切屑的形成在切削塑性材料的過程中。當(dāng)?shù)都饨佑|工件時。工件切削層受到擠壓。使工件材料產(chǎn)生彈性變形。隨著刀具的繼續(xù)切入。下一頁返回上一頁３.４金屬切削加工應(yīng)力、應(yīng)變逐漸增大。直到克服材料的屈服極限產(chǎn)生塑性變形。刀具繼續(xù)切入。剪應(yīng)力繼續(xù)增大到克服材料的強度極限出現(xiàn)擠裂現(xiàn)象。最后。被擠裂的金屬脫離工件。沿刀具的前面流出成為切屑。重復(fù)上述過程。直到將多余金屬全部切除。由此可見。塑性材料切削過程的實質(zhì)是一個擠壓過程。重復(fù)著彈性變形、塑性變形、擠裂和切離四個階段。如圖３-１８所示。２.切屑的種類由于工件材料及加工條件的不同。形成的切屑形態(tài)也不相同。常見的切屑種類有四種。如圖３-１９所示。下一頁返回上一頁３.４金屬切削加工３.切削力金屬被切削時。刀具切入工件。被加工材料發(fā)生變形。最后成為切屑所需要的力稱為切削力。實質(zhì)上它是由克服被加工材料的彈性變形和塑性變形的力。以及刀具與工件和刀具與切屑之間的摩擦力共同構(gòu)成的力。切削力是設(shè)計和使用機(jī)床、刀具、切削加工工藝裝備等必要的依據(jù)。切削過程中出現(xiàn)的物理現(xiàn)象大都是由切削力引起的。在實際加工中。了滿足設(shè)計和工藝分析的需要。一般把切削力分解為三個分力(如圖３-２０所示):１)主切削力Ｆｓ。２)進(jìn)給力Ｆｆ。３)背向力Ｆｐ。下一頁返回上一頁３.４金屬切削加工４.切削熱在切削過程中。切削力使切屑變形、刀具與工件以及刀具與切屑之間的摩擦共同產(chǎn)生了大量的切削熱。這些切削熱實質(zhì)上是由切削功轉(zhuǎn)變來的。５.切削液為了提高切削加工效果而使用的液體稱為切削液。合理選用切削液?？梢詼p少切削時的摩擦。降低切削溫度。減小刀具磨損。從而提高加工表面質(zhì)量和生產(chǎn)率。具體來說。切削液在切削過程中除了應(yīng)具備冷卻作用和潤滑作用這兩種基本性能。以達(dá)到上述切削液的主要使用目的外。還應(yīng)該具有清洗作用和防銹作用。清洗的目的是把切削或磨削時產(chǎn)生的細(xì)小切屑、磨屑和砂粒從工件、刀具和機(jī)床表面沖走。下一頁返回上一頁３.４金屬切削加工以免影響加工表面質(zhì)量及損傷刀具和機(jī)床。為使機(jī)床、刀具、工件不受腐蝕。切削液中必須加入防銹添加劑。此外。切削液還應(yīng)該具備其他一些綜合性能。如無毒性、防霉性、穩(wěn)定性、低污染性等。切削液分為以下三類:１)切削油。主要成分為礦物油。使用時要根據(jù)需要加入不同的添加劑。切削油具有較好的潤滑作用。２)乳化液。系用礦物油、乳化劑和添加劑制成的乳化油膏加水稀釋而成。因水的含量大(占９０％~９５％)。故具有良好的冷卻作用。它可以按需要配制成不同的濃度。濃度高。則乳化液的潤滑性高。冷卻性低。３)水溶液。主要成分為水。加入一些添加劑。使其具有一定的潤滑和防銹作用。它的冷卻性能良好。下一頁返回上一頁３.４金屬切削加工３.４.４常用切削加工簡介切削加工方法有車削、鉆削、鏜削、刨削、插削、拉削、銑削和磨削等。下面介紹幾種最常用的加工方法。１.車削加工車削加工是機(jī)械加工中的基本工種。它的技術(shù)性很強。主要用車床加工回轉(zhuǎn)表面。所用刀具是車刀。還可用鉆頭、鉸刀、絲錐、滾花刀等刀具。(１)車床的組成車床應(yīng)用范圍很廣。種類很多。按用途和結(jié)構(gòu)的不同。主要分為臥式車床、落地車床、立式車床和各種專門化車床等。其中臥式車床是應(yīng)用最廣泛的一種。其組成如圖３-２１所示。下一頁返回上一頁３.４金屬切削加工車床的組成部分有:１)主軸箱。安裝主軸和主軸變速機(jī)構(gòu)。２)變速箱。安裝變速機(jī)構(gòu)。增加主軸變速范圍。３)進(jìn)給箱。安裝做進(jìn)給運動的變速機(jī)構(gòu)。４)溜板箱。安裝做橫向運動的傳動元件及互鎖、換向等機(jī)構(gòu)。并與床鞍連為一體。５)尾架。安裝尾架套筒及頂尖。６)床身。支承上述部件并保證其相對位置。是車床的基礎(chǔ)零件。(２)車削加工范圍及常用車刀下一頁返回上一頁３.４金屬切削加工１)車削加工范圍。車削加工范圍廣泛。車床上能加工出各種內(nèi)、外回轉(zhuǎn)表面。主要有:車外圓面(含外圓切槽)、車內(nèi)圓面(含內(nèi)圓切槽)、車錐面、車平面、鉆中心孔、鉆孔、鉸孔、車外螺紋、車內(nèi)螺紋、車成形面和滾花等(圖３-２２)。(３)工件在車床上的安裝切削前。工件必須在機(jī)床上取得與刀具正確的相對位置。并夾固后方可加工。完成這項工作要借助于夾具。車削時大部分工件是使用作為車床附件的通用夾具來完成切削任務(wù)的。１)三爪卡盤[圖３-２３(ａ)]。用于截面為圓形、正三邊形、正六邊形等形狀規(guī)則的中小型工件的裝夾?？梢宰詣佣ㄐ?。無須進(jìn)行校正。裝夾效率高。但是它不能裝夾形狀不規(guī)則的工件。而且夾緊力沒有四爪卡盤大。下一頁返回上一頁３.４金屬切削加工２)四爪卡盤[圖３-２３(ｂ)]。它的四個爪１、２、３、４可分別作徑向移動。故主要用于裝夾形狀不規(guī)則的工件。裝夾時如用千分表校正。也可在它上面加工精度較高的工件。它的夾緊力較大。但裝夾效率較低。３)撥盤－夾頭[圖３-２３(ｃ)]。對于較長的或需經(jīng)多次裝夾的工件(如長軸、絲杠等)?；蜍囅骱筮€需進(jìn)行銑、磨等多道工序加工的工件。為使每次裝夾都保持其定位精度(保證同軸度)?？刹捎庙斸樁ㄎ坏姆椒?。此時無須校正。定位精度高。主軸通過撥盤和夾頭２(此處使用的稱為直尾雞心夾頭)帶動工件回轉(zhuǎn)。螺釘５用來緊固工件。車削細(xì)長工件時。為防止工件剛性不足而彎曲?？稍诠ぜ胁堪惭b中心架[圖３-２４(ａ)]或跟刀架[圖３-２４(ｂ)]。用增加支撐的方法來提高工件切削時的剛度。二者均為車床附件。前者固定于床身導(dǎo)軌上。后者固定于溜板上。隨刀架一起運動。下一頁返回上一頁３.４金屬切削加工(４)車削加工的工藝特點１)易于保證各加工表面的位置精度。對于軸套或盤類零件。在一次裝夾中車出各外圓面、內(nèi)圓面和端面?？杀ＷC各軸段外圓的同軸度、端面與軸線的垂直度、各端面之間的平行度及外圓面與孔的同軸度等精度。２)生產(chǎn)率較高。因切削過程連續(xù)進(jìn)行。且切削面積和切削力基本不變。車削過程平穩(wěn)。因此可采用較大的切削用量。使生產(chǎn)率大幅度提高。３)生產(chǎn)成本低。由于車刀結(jié)構(gòu)簡單。制造、刃磨和安裝方便。而且易于選擇合理的角度。有利于提高加工質(zhì)量和生產(chǎn)率。車床附件較多。能滿足一般零件的裝夾。生產(chǎn)準(zhǔn)備時間短。既適宜單件小批生產(chǎn)。也適宜大批大量生產(chǎn)。下一頁返回上一頁３.４金屬切削加工２.鉆削加工鉆削加工時。刀具旋轉(zhuǎn)做主運動。同時沿軸向移動作進(jìn)給運動。生產(chǎn)中常用的有臺式鉆床、立式鉆床(圖３-２５)和搖臂鉆床三種。臺鉆適于加工小型工件上的各種小孔。直徑在１３ｍｍ以下。立鉆比臺鉆剛性好、功率大。適于單件、小批生產(chǎn)中加工中、小型工件。搖臂鉆床的搖臂能繞立柱作３６０°回轉(zhuǎn)和沿立柱上下移動。故在加工中不必移動工件即可在很大范圍內(nèi)鉆孔。適于加工大、中型工件。鉆床的主要參數(shù)是孔加工的最大直徑。在鉆床上可進(jìn)行的工作如圖３-２６所示。下一頁返回上一頁３.４金屬切削加工１)鉆孔。在實心材料上鉆孔。目前使用的刀具主要為麻花鉆(圖３-２７)。其切削部分一般用高速鋼制成。硬質(zhì)合金麻花鉆現(xiàn)在應(yīng)用也日益廣泛。小直徑(?５ｍｍ及以下)鉆頭制成整體式。直徑?６ｍｍ及以上的制成鑲片式和機(jī)夾可轉(zhuǎn)位式。麻花鉆的柄部通常有直柄和錐柄兩種。直柄用于直徑較小的鉆頭。錐柄用于直徑較大的鉆頭。麻花鉆的工作部分可分為切削部分和導(dǎo)向部分。導(dǎo)向部分還是前者刃磨消耗以后的備用部分。切削部分可看作正反兩把車刀的組合[圖３-２７(ｂ)]。２)擴(kuò)孔。擴(kuò)孔是用擴(kuò)孔鉆對工件上已有的孔進(jìn)行加工。以擴(kuò)大孔徑。提高孔的加工質(zhì)量。擴(kuò)孔常作為鉸孔或磨削前的預(yù)加工。精度可達(dá)ＩＴ１１~ＩＴ１０。表面粗糙度值Ｒａ為６.３~３.２μｍ。屬于半精加工。下一頁返回上一頁３.４金屬切削加工３)鉸孔。用鉸刀從工件孔壁上切除微量金屬層。以提高孔的尺寸精度和降低表面粗糙度值的加工方法。稱為鉸孔。它是在擴(kuò)孔或半精鏜孔后進(jìn)行的一種精加工。它用于中小直徑未淬火的圓柱孔和圓錐孔。但不宜用于深孔和斷續(xù)孔。鉸削由于加工余量小。刀具齒數(shù)多。并且孔壁切削后又經(jīng)修光刃修光。所以鉸削過程兼具了切削和擠刮兩種作用的效果。故有較高的加工精度和表面質(zhì)量。鉸孔精度可達(dá)ＩＴ１０~ＩＴ６。表面粗糙度Ｒａ為１.６~０.２μｍ。３.鏜削加工在鏜床上對毛坯的鑄、鍛孔或已鉆出的孔進(jìn)行切削加工稱為鏜削。鏜削加工時。刀具作旋轉(zhuǎn)切削主運動。刀具或工件作軸向進(jìn)給運動。如圖３-２９所示。按結(jié)構(gòu)和用途的不同。鏜床可分為臥式鏜床、落地鏜床、坐標(biāo)鏜床、金剛鏜床等。下一頁返回上一頁３.４金屬切削加工４.銑削加工銑床是組別、系別最多的機(jī)床大類之一。在銑床中。臥式萬能升降臺銑床是應(yīng)用較為廣泛的一種。圖３-３０為其簡圖。銑刀裝在刀桿(圖中未畫出)上。由主軸５帶動做主運動。懸梁１上的支架２用來支撐刀桿的外伸端。以增強刀桿的剛性。懸梁１可沿水平方向調(diào)整其位置。安裝工件的工作臺３可以在縱、橫、垂直三個方向?qū)崿F(xiàn)任一種手動或自動進(jìn)給。此外。工作臺還可以繞其下層的過渡底座４的中心線在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動±４５°。從而擴(kuò)大了機(jī)床的加工范圍。銑削是一種應(yīng)用非常廣泛的加工方法。它用于加工平面、溝槽(直槽、螺旋槽)、成形表面、花鍵、齒輪、凸輪等。其加工精度為ＩＴ１１~ＩＴ９。表面粗糙度Ｒａ為２０~０.１６μｍ。常見的銑削加工內(nèi)容如圖３-３１所示。下一頁返回上一頁３.４金屬切削加工銑刀的品種很多。常用的如圖３-３１所示。其中(ａ)~(ｈ)分別為圓柱形銑刀、面銑刀、三面刃銑刀、立銑刀、鍵槽銑刀、角度銑刀、鋸片、成形銑刀。銑刀是一種多齒刀具。其每一個刀齒從本質(zhì)上可看作一把外圓車刀。但是它又有其自身的特點。銑削時為斷續(xù)切削。刀齒是依次切入工件的。這有利于刀齒的冷卻。但易引起周期性的沖擊和振動。其次。由于刃磨或裝配的誤差。難以保證各個刀齒在刀體上的應(yīng)有位置(例如各個刀齒的刀尖不在同一個圓周上)。再加上其他因素。例如切削負(fù)荷變化引起的切削力周期性變化等。從而使銑削過程不如車削過程平穩(wěn)。但是。由于銑削為多刃切削。故生產(chǎn)率較高。５.磨削加工下一頁返回上一頁３.４金屬切削加工用砂輪或其他磨具加工工件表面的工藝過程。稱為磨削加工。通常把使用砂輪加工的機(jī)床稱為磨床。磨床可分為外圓磨床、內(nèi)圓磨床、平面磨床、無心磨床、螺紋磨床和齒輪磨床等。常用的有Ｍ１４３２Ａ型萬能外圓磨床。如３-３２所示。磨削時。砂輪的旋轉(zhuǎn)為主運動。工件的移動和轉(zhuǎn)動為進(jìn)給運動。圖３-３３為磨削的主要工作。磨削用的砂輪是由許多細(xì)小且極硬的磨料微粒與膠粘劑混合成形后燒結(jié)而成的。具有一定的孔隙。因砂輪表面布滿磨粒?？梢詫⑵淇醋鳛榫哂泻芏嗟洱X的多刃刀具。磨削過程是形狀各異的磨粒在高速旋轉(zhuǎn)運動中。對工件表面進(jìn)行切削、擠壓、滑擦以及拋光的綜合作用。砂輪的切削性能由磨粒材料(磨料)、粒度、硬度、結(jié)合劑、組織、形狀和尺寸等因素決定。下一頁返回上一頁３.４金屬切削加工磨削加工具有以下特點:１)能加工硬度很高的材料。磨削能加工車、銑等其他方法所不能加工的各種硬材料。如淬硬鋼、冷硬鑄鐵、硬質(zhì)合金、寶石。玻璃和超硬材料氮化硅等。２)能加工出精度高、表面粗糙度值低的表面。磨削通常尺寸精度可達(dá)ＩＴ７~ＩＴ５。表面粗糙度Ｒａ為０.８~０.２μｍ。３)磨削溫度高。由于磨削過程中產(chǎn)生的切削熱多。而砂輪本身的傳熱性差。使得磨削區(qū)溫度高。所以在磨削過程中。為了避免工件燒傷和變形。應(yīng)施以大量的切削液進(jìn)行冷卻。磨削鋼件時。廣泛采用的是乳化液和蘇打水。下一頁返回上一頁３.４金屬切削加工４)磨削的徑向分力大。磨削時徑向分力Ｆｙ很大。約為切削力Ｆｚ的１.６~３.２倍。在Ｆｙ力的作用下。機(jī)床砂輪工件系統(tǒng)(工藝系統(tǒng))將產(chǎn)生彈性變形。使得實際磨削深度比名義磨削深度小。因此在磨去主要加工余量以后。隨著磨削力的減小。工藝系統(tǒng)彈性變形恢復(fù)。應(yīng)繼續(xù)光磨一段時間。直至磨削火花消失。返回上一頁３.５材料及成形工藝選擇３.５.１零件的失效分析一個機(jī)器零件的設(shè)計質(zhì)量再高。都不能永久地使用?？傆幸惶鞎_(dá)到使用壽命而失效。所以。為避免零件發(fā)生失效。在選材時。必須對零件在使用過程中可能產(chǎn)生的失效原因和失效機(jī)制進(jìn)行分析和了解。為選材和加工質(zhì)量控制提供依據(jù)。１.失效的概念失效是指由于某種原因。導(dǎo)致其尺寸、形狀及材料的組織和性能發(fā)生變化而不能完成指定功能的現(xiàn)象。以下三種情況的機(jī)械零件都認(rèn)為失效:①零件完全不能工作。②零件雖然能工作。但已不能完成指定的功能。③零件有嚴(yán)重?fù)p傷。繼續(xù)工作不安全。零件的失效有正常失效和早期失效之分。一般地。達(dá)到預(yù)定壽命的失效為正常失效。下一頁返回３.５材料及成形工藝選擇這種失效較為安全。遠(yuǎn)低于預(yù)定壽命的失效為早期失效。這種失效會帶來經(jīng)濟(jì)損失。甚至?xí)斐墒鹿?。無論哪一種失效。都是在外力等外在因素作用下產(chǎn)生的。２.零件失效的原因引起失效的因素很多。涉及零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料的選擇、加工制造、使用和保養(yǎng)等諸多方面。這些基本因素可歸納為兩大方面:設(shè)計制造過程因素(原始因素)和維修過程因素(工況使用因素)。就零件的失效形式而言。與其工作條件有關(guān)。包括應(yīng)力情況(應(yīng)力的種類、大小、分布、殘余應(yīng)力及應(yīng)力集中情況等)、載荷性質(zhì)(靜載荷、沖擊載荷、變動載荷)、溫度(低溫、常溫、高溫或交變溫度)、環(huán)境介質(zhì)(有無腐蝕性介質(zhì)、潤滑劑)及摩擦和振動條件等。下一頁返回上一頁３.５材料及成形工藝選擇３.零件的失效形式一般機(jī)械零件常見的失效形式有:斷裂失效(包括靜載荷或沖擊載荷、斷裂、疲勞破壞、應(yīng)力、腐蝕、破裂等)、磨損失效(包括過量的磨損、表面龜裂、麻點剝落等表面損傷失效)和變形失效(包括過量的彈性變形或塑性變形、高溫蠕變等)。對工程構(gòu)件來說。常因腐蝕而影響使用也屬失效。３.５.２材料及成形工藝選擇原則在進(jìn)行材料及成形工藝選擇時要具體問題具體分析。一般是在滿足零件使用性能要求的前提下。再考慮材料的工藝性和總的經(jīng)濟(jì)性。并要充分重視、保障環(huán)境不被污染。符合可持續(xù)性發(fā)展要求。材料和成形工藝的選擇主要遵循以下原則:下一頁