一、外圆表面的车削加工
根据毛坯的制造精度和工件最终加工要求,外圆车削一般可分为粗车、半精车、精车、精细车。
粗车的目的是切去毛坯硬皮和大部分余量。加工后工件尺寸精度IT11~IT13 ,表面粗糙度Ra50~12.5 μ m 。
半精车的尺寸精度可达 IT8~IT10 ,表面粗糙度 Ra6.3~3.2 μ m 。半精车可作为中等精度表面的终加工,也可作为磨削或精加工的预加工。
精车后的尺寸精度可达 IT7~IT8 ,表面粗糙度 Ra1.6~0.8 μ m 。
精细车后的尺寸精度可达 IT6~IT7 ,表面粗糙度 Ra0.4~0.025 μ m 。精细车尤其适合于有色金属加工,有色金属一般不宜采用磨削,所以常用精细车代替磨削。
二、外圆表面的磨削加工
磨削是外圆表面精加工的主要方法之一。它既可加工淬硬后的表面,又可加工未经淬火的表面。
根据磨削时工件定位方式的不同,外圆磨削可分为:中心磨削和无心磨削两大类。
(一)中心磨削
(二)无心磨削
无心磨削是一种高生产率的精加工方法,以被磨削的外圆本身作为定位基准。目前无心磨削的方式主要有:贯穿法和切入法。
如图 6-4 所示为外圆贯穿磨法的原理。
工件处于磨轮和导轮之间,下面用支承板支承。磨轮轴线水平放置,导轮轴线倾斜一个不大的 λ 角。这样导轮的圆周速
度 υ 导 可以分解为带动工件旋转的 υ 工 和使工件轴向进给的分量 υ 纵 。
如图 6-5 为切入磨削法磨削的原理。导轮 3 带动工件 2 旋转并压向磨轮 1 。加工时,工件和导轮及支承板一起向砂轮作横向进给。磨削结束后,导轮后退,取下工件。导轮的轴线与砂轮的轴线平行或相交成很小的角度( 0.5~1 o ),此角度大小能使工件与挡铁 4 (限制工件轴向位置)很好地贴住即可。#p#分页标题#e#
无心磨削时,必须满足下列条件:
1 .由于导轮倾斜了一个 λ角度,为了保证切削平稳,导轮与工件必须保持线接触,为此导轮表面应修整成双曲线回转体形状。
2 .导轮材料的摩擦系数应大于砂轮材料的磨擦系数;砂轮与导轮同向旋转,且砂轮的速度应大于导轮的速度;支承板的倾斜方向应有助于工件紧贴在导轮上。
3 .为了保证工件的圆度要求,工件中心应高出砂轮和导轮中心连线。高出数值 H 与工件直径有关。当工件直径 d 工 =8 ~ 30mm 时, H ≈ d 工 /3 ;当 d 工 =30 ~ 70mm 时, H ≈ d 工 /4 。
4 、导轮倾斜一个 λ 角度。如图 6-4 ,当导轮以速度 v 导 旋转时,可分解为:
v 工 =v 导 · cos λ ; v 纵 =v 导 · sin λ
粗磨时, λ 取 3 ° ~ 6 ° ;精磨时, λ 取 1 ° ~ 3 ° 。
无心磨削时,工件尺寸精度可达 IT6-IT7 ,表面粗糙度 Ra0.8-0.2um.
(三)外圆磨削的质量分析
2 .螺旋形 磨削后的工件表面呈现一条很深的螺旋痕迹,痕迹的间距等于工件每转的纵向进给量。如图 6-7 所示。
产生原因主要是砂轮微刃的等高性破坏或砂轮与工件局部接触。如砂轮母线与工件母线不平行;头架、尾座刚性不等;砂轮主轴刚性差。消除的措施,修正砂轮,保持微刃等高性;调整轴承间隙;保持主轴的位置精度;砂轮两边修磨成能成台肩形或倒圆角,使砂轮两端不参加切削;工件台润滑油要合适,同时应有卸载装置;使导轨润滑为低压供油。
3 .拉毛(划伤或划痕) 常见的工件表面拉毛现象如图 6-8 所示。
产生原因主要是磨粒自锐性过强;切削液不清洁;砂轮罩上磨屑落在砂轮与工件之间等。消除拉毛的措施,选择硬度稍高一些的砂轮;砂轮修整后用切削液和毛刷清洗;对切削液进行过滤;清理砂轮罩上的磨屑等。
超精加工大致有四个阶段:
1 .强烈切削阶段 开始时,由于工件表面粗糙,少数凸峰与油石接触,单位面积压力很大,破坏了油膜,故切削作用强烈。
2 .正常切削阶段 当少数凸峰磨平后,接触面积增加,单位面积压力降低,致使切削作用减弱,进入正常切削阶段。
3 .微弱切削阶段 随着接触面积进一步增大,单位面积压力更小,切削作用微弱,且细小的切屑形成氧化物而嵌入油石的空隙中,因而油石产生光滑表面,具有摩擦抛光作用。
4 .自动停止切削阶段 工件磨平,单位面积上的压力很小,工件与油石之间形成液体摩擦油膜,不再接触,切削作用停止。
经超精加工后的工件表面粗糙度值 Ra0.08-0.01 μ m. 。然而由于加工余量较小(小于 0.01mm ),因而只能去除工件表面的凸峰,对加工精度的提高不显著。
耐磨焊条(三)研磨
用研磨工具和研磨剂,从工件表面上研去一层极薄的表层的精密加工方法称为研磨。
研磨用的研具采用比工件材料软的材料(如铸铁、铜、巴氏合金及硬木等)制成。研磨时,部分磨粒悬浮在工件和研具之间,部分研粒嵌入研具表面,利用工件与研具的相对运动,磨粒应切掉一层很薄的金属,主要切除上工序留下来的粗糙度凸峰。一般研磨的余量为 0.01 -0.02mm 。研磨除可获得高的尺寸精度和小的表面粗糙度值外,也可提高工件表面形状精度,但不能改善相互位置精度。
当两个工件要求良好配合时,利用工件的相互研磨(对研)是一种有效的方法。如内燃机中的气阀与阀座,油泵油咀中的偶件等。#p#分页标题#e#
(四)滚压加工
滚压加工是用滚压工具对金属材质的工件施加压力,使其产生塑性变形,从而降低工件表面粗糙度,强化表面性能的加工方法。它是一种无切屑加工。
图 6-12 为滚压加工示意图。滚压加工有如下特点:
1 .滚压前工件加工表面粗糙度值不大于 Ra5 μ m ,表面要求清洁,直径余量为 0.02 -0.03mm 。
2 .滚压后的形状精度和位置精度主要取决于前道工序。
3 .滚压的工件材料一般是塑性材料,并且材料组织要均匀。铸铁件一般不适合滚压加工。
4 .滚压加工生产率高。
四、外圆表面加工方案的选择
上面介绍了外圆表面常用的几种加工方法及其特点。零件上一些精度要求较高的面,仅用一种加工方法往往是达不到其规定的技术要求的。这些表面必须顺序地进行粗加工、半精加工和精加工等加工方法以逐步提高其表面精度。不同加工方法有序的组合即为加工方案。表 3-14 即为外圆柱面的加工方案。
表3-14 外圆柱面加工方法
确定某个表面的加工方案时,先由加工表面的技术要求(加工精度、表面粗糙度等)确定最终加工方法,然后根据此种加工方法的特点确定前道工序的加工方法,如此类推。但由于获得同一精度及表面粗糙度的加工方法可有若干种,实际选择时还应结合零件的结构、形状、尺寸大小及材料和热处理的要求全面考虑。
表 3-14 中序号 3 (粗车—半精车—精车)与序号 5 (粗车—半精车—磨)的两种加工方案能达到同样的精度等级。但当加工表面需淬硬时,最终加工方法只能采用磨削。如加工表面未经淬硬,则两种加工方案均可采用。若零件材料为有色金属,一般不宜采用磨削。
再如表 3-14 中序号 7 (粗车—半精车—粗磨—精磨—超精加工)与序号 10 (粗车—半精车—粗磨—精磨—研磨)两种加工方案也能达到同样的加工精度。当表面配合精度要求比较高时,终加工方法采用研磨较合适;当只需要求较小的表面粗糙度值,则采用超精加工较合适。但不管采用研磨还超精加工,其对加工表面的形状精度和位置精度改善均不显著,所以前道工序应采用精磨,使加工表面的位置精度和几何形状精度已达到技术要求。
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