汽車制造工藝學之機械加工質量分析(文件)

　

【正文】 31所示，在傳統牛頭刨床滑枕截面結構內，由于導軌面的高速滑動，導致摩擦生熱，使滑枕上冷下熱，產生彎曲變形。零件內應力的重新分布不僅影響零件的加工精度，而且對裝配精度也有很大的影響。 圖 7一 32所示為車床床身，在鑄造時，床身導軌表面及床腿面冷卻速度較快，中間部分冷卻速度較慢，因此形成了上、下表層出現壓應力、中間部分 (導軌截面主體 )處于拉應力的狀態。因此，大多，引起工件 圖 7一33所示為冷校直時引起內應力的情況。研究機械加工表面質量的 目的就是為了掌握機械加工中各種工藝因素對加工表面質量影響的規律，以便運用這些規律來控制加工過程，達到改善表面質量、提高產品使用性能的目的。鱗刺是指切削加工表面在切削速度方向產生的魚鱗片狀的毛刺。 上一頁 下一頁 返回 ? 一般來講，材料韌性越大或塑性變形趨勢越大，被加工表面的表面粗糙度就越大切削脆性材料比切削塑性材料容易達到表面粗糙度的要求。 ? 工件速度對表面粗糙度的影響剛好與砂輪速度的影響相反。 上一頁 下一頁 返回 ? (2)砂輪結構對表面粗糙度的影響 ? 砂輪結構中，砂輪粒度越細，磨削的表面粗糙度值越小。砂輪太軟，磨粒易脫落，磨削作用減弱，也會使表面粗糙度值增大。精細修整過的砂輪可有效減小被磨工件的表面粗糙度值。 ? 各種加工方式對鋼件表面的硬化程度與硬化深度的影響見 表 73 上一頁 下一頁 返回 ? 影響加工硬化的主要因素有切削用量、刀具幾何參數及磨損和工件材料等。 ? 如 圖 7一 39所示，刀具后刀面磨損寬度 VB從 Omm增大到 0. 3 mm，顯微硬度由 330HV增大到 340HV，這是由于磨損寬度加大后，刀具后刀面與被加工工件的摩擦加劇，塑性變形增大，導致表面冷硬增大。 ? (2)磨削裂紋 ? 一般情況下，磨削表面多呈殘余拉應力。 ? (3)磨削燒傷改進措施 ? 1)正確選擇砂輪 ? 對于導熱性差的材料如不銹鋼，為避免產生燒傷，應選擇較軟的砂輪，并選擇具有一定彈性的結合劑 (如橡膠結合劑，樹脂結合劑等 )。 ? 4)可考慮采用內冷卻砂輪 ? 內冷卻砂輪的工作原理如 圖 7 41所示。進給量增加，殘余拉應力也會相應增大，但壓應力將向里層移動 。這是因為刀具對加工表面的擠壓與摩擦作用加大，從而使殘余拉應力減小。切削灰鑄鐵等脆性材料時，加工表面易產生殘余壓應力，原因在于刀具的后刀面擠壓與摩擦使得表面產生拉伸變形，待與刀具后刀面脫離接觸后將通過里層的彈性恢復作用使得表層呈殘余壓應力狀態。 ? 刀具后刀面磨損值增大，使后刀面與加工表面摩擦加大，切削溫度升高，由熱應力引起的殘余應力的影響增強，此時加工表面呈殘余拉應力狀態，使殘余拉應力層深度加大。 上一頁 下一頁 返回 ? (2)刀具的影響 ? 刀具幾何參數中對殘余應力影響最大的是刀具前角。 上一頁 下一頁 返回 ? ? (1)切削用量的影響 ? 切削用量三要素中的切削速度和進給量對殘余應力的影響較大。 ? 2)合理選擇磨削用量 ? 從減輕燒傷而同時又盡可能地保持較高的生產率考慮，在選擇磨削用量時，應選用較大的工件速度 :、和較小的磨削深度。 上一頁 下一頁 返回 ? 裂紋常與磨削方向垂直或呈網狀，并且與燒傷同時出現。塑性增加，加工硬化程度和硬化層深度越大。這是因為隨著進給量的增大，切削力增大，表層金屬的塑性變形加劇，冷硬程度也會相應增加，如 圖 7一 37所示。 ? 評定硬化組織的指標有三項 :表層金屬的顯微硬度 HV、硬化層深度 h和硬化程度 N。 ? 砂輪修整。因此，砂輪粒度常取為 46一 60號 砂輪硬度的影響。 ? 磨削深度 (背吃刀量 )增大，表層塑性變形將隨之增大，被磨表面粗糙度值也會增大，如圖 7一 36 (c)所示。為減小切削加工后的表面粗糙度值，常在精加工前進行調質處理 (淬火 +高溫回火 )， 目的在于得到均勻細密的晶粒組織和較高的硬度。當切削速度超過 100m/min時，表面粗糙度值反而下降并趨于穩定。 ? (1)切削殘留面積 ? 由于刀具切削刃的幾何形狀、幾何參數、進給運動及切削刃本身的表面粗糙度等原因，未能將被加工表面上的材料層完全干凈地去除掉，在已加工表面上遺留下殘留面積，殘留面積的高度便構成了表面粗糙度 Rz 下一頁 返回 ? (2)切削表面塑性變形和積屑瘤 ? 圖 7一 35所示為加工塑性材料時切削速度對表面粗糙度的影響。但是，如果變形控制不當，則會引起工件重新變形而影響零件加工精度。數軸類零件在裝配前需要安排冷校直工序。 ? ? 鑄、鍛、焊等毛坯在生產過程中，由于各部分結構厚薄不均，導致冷卻速度與熱脹冷縮不均勻而相互牽制，形成內應力。 上一頁 下一頁 返回 7. 4工藝系統熱變形誤差與控制 ? 7. 4. 3內應力引起的誤差 ? 零件在沒有外加載荷的條件下，仍然殘存在工件內部的應力稱內應力或殘余應力。如 圖 7一 30所示為外圓磨床橫向進給機構示意圖，圖 7一 30 (b)中對螺母位置進行改進，縮小了絲杠熱變形長度，使得熱變形引起的絲杠的螺距累積誤差減小，因而砂輪的定位精度較高。經改進，在導軌下配置油溝， 導入熱油循環 .使床身上下溫差大大減小 .熱變形量也隨之減小 上一頁 下一頁 返回 7. 4工藝系統熱變形誤差與控制 ? 圖 7一 29所示的立式平面磨床采用熱空氣加熱溫升較低的立柱后壁，以均衡立柱前后壁的溫升，減小立柱的向后傾斜。均衡溫度場。當采用強制冷卻后，上述熱變形位移減少到 15 N,m ,見圖 7 26中曲線 2)，可見強制冷卻的效果是非常顯著的。為減小由工件熱變形帶來的加工誤差，在工件長度 L和厚度 H基本一定的前提下，應重點控制好工件上下表面溫差△ t。 上一頁 下一頁 返回 ℃ 7. 4工藝系統熱變形誤差與控制 ? 在連續冷卻條件下經 20min后溫度趨于室溫，變形趨于零 ? ? (1)工件均勻受熱圖一些簡單的均勻受熱工件，如車、磨軸類件的外圓，待加工后冷卻到室溫時其長度和直徑將有所收縮，由此而產生尺寸誤差差 ΔL， ΔL可用簡單的熱伸長公式進行估算，即 : ? ? ? (2)工件非均勻受熱 ? 工件受熱不均會引起內部產生熱應力和外部變形。在車刀連續切削的情況下，切削開始時，刀具的溫升和熱伸長較快，隨后趨于緩和，經30min逐步達到熱平衡。圖 7一 23 ( b )所示為車床主軸溫升、位移隨運轉時間變化而變化的情況。機床結構較復雜，其達到熱平衡所需的時間較長，各部分的受熱變形不均，會破壞原有的相互位置精度，造成工件的加工誤差。盡管摩擦熱比切削熱少，但其在工藝系統中是局部發熱，會引起局部溫升和變形，破壞了系統原有的幾何精度，對加工精度也會帶來嚴重影響。 ? ? 內部熱源包括切削熱和摩擦熱。為了提高工藝系統剛度，建議采取適當的工藝措施來減小工藝系統中的載荷和變化。如改用圖 7一 22 ( c)右所示裝夾和加工方式，則工件剛度明顯提高。 上一頁 下一頁 返回 7. 3工藝系統受力變形誤差及其控制 ? 如 圖 7 22 (a)所示曲軸車床采用中間驅動而不是端頭驅動，明顯縮短了驅動部位與被加工軸頸距離，降低了對剛度的要求。對于基礎件、支撐件，應合理選擇零件結構和截面形狀，以提高機床部件中零件間的接合剛度。這種現象稱為加工過程中的毛坯誤差復映現象。如 圖 7一 20所示，令毛坯橢圓長軸方向上吃刀量為 ap1，短軸方向吃刀量為 ap2 。經多次加載、卸載后，加載曲線起點才和卸載曲線終點重合，殘余變形才逐漸減小到零。 ? ②加載曲線和卸載曲線不重合，卸載曲線滯后于加載曲線。由于切削力有三個分力，在切削加工中對加工精度影響最大的是刀刃沿加工表面的法線方向 (Y方向上 )的分力，因此，計算工藝系統剛度時，通常只考慮此方向上的切削分力 Fv和變形位移量 yk=FYy,即 (7一 4) 上一頁 下一頁 返回 7. 3工藝系統受力變形誤差及其控制 ?