717 175型柴油機(jī)缸體機(jī)械加工工藝及其組合機(jī)床鉆孔夾具設(shè)計(jì)【優(yōu)秀含5張CAD圖+工藝工序卡+文獻(xiàn)翻譯+說(shuō)明書】
717 175型柴油機(jī)缸體機(jī)械加工工藝及其組合機(jī)床鉆孔夾具設(shè)計(jì)【優(yōu)秀含5張CAD圖+工藝工序卡+文獻(xiàn)翻譯+說(shuō)明書】,優(yōu)秀含5張CAD圖+工藝工序卡+文獻(xiàn)翻譯+說(shuō)明書,717,175型柴油機(jī)缸體機(jī)械加工工藝及其組合機(jī)床鉆孔夾具設(shè)計(jì)【優(yōu)秀含5張CAD圖+工藝工序卡+文獻(xiàn)翻譯+說(shuō)明書】,柴油機(jī),缸體,機(jī)械,加工,工藝,及其
目 錄摘 要1前 言5第一章 零件分析61.1汽缸的主要作用61.2主要技術(shù)條件分析71.3主要尺寸公差及分析8第二章 毛坯的確定92.1毛坯材料及形式的確定92.2鑄造的加工余量及尺寸公差的確定9第三章 工藝規(guī)程的設(shè)計(jì)103.1附主視圖一張103.2定位基準(zhǔn)選擇103.2.1粗基準(zhǔn)的選擇:103.2.2精基準(zhǔn)的選擇:113.3 制定加工工藝路線113.3.1確定面的加工方式:113.3.2初步確定工序:123.3.3最終工序:133.4刀具、量具、夾具及設(shè)備的選擇143.5切削用量及加工工時(shí)的確定16四章 夾具設(shè)計(jì)294.1機(jī)床夾具的作用294.2機(jī)床夾具的組成304.3夾具設(shè)計(jì)304.3.1定位的選取304.3.2彈簧的計(jì)算及選取314.3.3夾緊力計(jì)算334.3.4汽缸的選擇344.3.5連接板的選用344.3.6上底板344.3.7下底板354.3.8支撐桿的選用354.3.9鉆模的選取354.3.10定位誤差分析364.4夾具的使用及維護(hù)384.5夾具標(biāo)準(zhǔn)件的選擇384.5.1支撐桿螺母的選擇384.5.2連接板上螺釘選擇384.5.3管接式法蘭汽缸套件的選擇38參 考 文 獻(xiàn)40致 謝41摘 要機(jī)體是柴油機(jī)中的重要部件,屬于箱體類構(gòu)件。屬于大規(guī)模生產(chǎn)。本次設(shè)計(jì)做的是“柴油機(jī)汽缸機(jī)械加工工藝及其組合機(jī)床鉆孔夾具設(shè)計(jì)”,主要是先對(duì)汽缸進(jìn)行零件分析;然后進(jìn)行毛坯確定,根據(jù)尺寸畫出毛坯圖;再后進(jìn)行加工工序的設(shè)定以及確定削用量和加工工時(shí);最后進(jìn)行指定工序的夾具設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞:機(jī)體;零件分析;毛坯圖;切削用量;夾具 ABSTRACTAirframe is important component in diesel , belongs to box body kind structure. In society procedure of production belong to give birth to a child in large scale. The part , being to be in progress first to the cylinder mainly analyses the diesel collective machine work handicraft and their combination machine tool borehole grip design designing being composing originally time; And then, the blank being in progress ascertains , draws up according to the dimension blank picture; Again, the queen carries out setting up processing working procedures and ascertains the working hour cutting dosages and processing; Carry out the grip design allocating working procedures finally.Key words:Airframe;Components analysis;Semifinished materials chart;Cutting specifications;Jig前 言本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)四年對(duì)所學(xué)課程進(jìn)行的一次綜合性的復(fù)習(xí)和總結(jié),是四年學(xué)業(yè)完成的最后環(huán)節(jié),是對(duì)大學(xué)所學(xué)知識(shí)的一次綜合運(yùn)用,主要運(yùn)用到的課程有:機(jī)械制圖、機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制造工藝學(xué)等。其目的是通過(guò)設(shè)計(jì)來(lái)將大學(xué)所學(xué)課程聯(lián)系起來(lái),用于設(shè)計(jì),提高我們的設(shè)計(jì)能力,是對(duì)我們大學(xué)生活的最后考驗(yàn)。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目是“175型柴油機(jī)汽缸機(jī)械加工工藝及其組合機(jī)床鉆孔夾具設(shè)計(jì)”,175型柴油機(jī)汽缸屬于比較復(fù)雜的箱體零件,其形狀復(fù)雜,精度要求高的殼體,其加工工藝復(fù)雜,涉及到許多零件,例如:螺紋,曲軸孔,曲面,支架等等,這些零件要求的精度要求比較高,這對(duì)工藝規(guī)程設(shè)計(jì)更加有難度。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括了零件的工藝路線的制定及其指定工序的夾具設(shè)計(jì),涉及到所學(xué)的多方面知識(shí),培養(yǎng)我們綜合運(yùn)用機(jī)械制造專業(yè)知識(shí)的基本理論和思想獨(dú)立地分析和解決實(shí)際生產(chǎn)中問(wèn)題的能力,并能獨(dú)立地分析生產(chǎn)工藝,有效地鞏固所學(xué)知識(shí),為即將面臨的工作和進(jìn)一步深造打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。但是,在設(shè)計(jì)中由于本人能力有限以及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的缺乏,所以此中錯(cuò)誤之處在所難免,誠(chéng)望老師不吝指教。39第一章 零件分析箱體類是機(jī)器或部件的基礎(chǔ)零件,它將機(jī)器或部件的一些軸、套、軸承和齒輪等有關(guān)零件裝配起來(lái),使其保持正確的相互位置關(guān)系,以傳遞轉(zhuǎn)矩或改變轉(zhuǎn)速來(lái)完成規(guī)定的運(yùn)動(dòng)。因此,箱體的加工質(zhì)量對(duì)機(jī)器的工作精度、使用性能和壽命都有直接的影響。箱體零件雖然結(jié)構(gòu)多種多樣,但有共同的特點(diǎn):多為鑄造件,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,壁薄且不均勻,內(nèi)部呈腔形,加工部位多,加工難度大。既有精度要求較高的孔系和平面,也有許多精度要求較低的緊固件。箱體類零件上面的孔與孔之間有較高的位置精度(孔與孔的平行度、孔的軸線與面有垂直度要求),其加工質(zhì)量的好壞直接影響柴油機(jī)的精度和使用性能,因此柴油機(jī)汽缸的加工質(zhì)量至關(guān)重要。箱體類零件的機(jī)械加工勞動(dòng)量約占整個(gè)產(chǎn)品加工量的15%20%。本次設(shè)計(jì)是制定175型柴油機(jī)汽缸的加工工藝及鉆前后兩端面的12個(gè)螺紋孔的組合機(jī)床夾具設(shè)計(jì)。柴油機(jī)汽缸屬于箱體零件,其特點(diǎn)是:形狀復(fù)雜、具有形狀復(fù)雜的內(nèi)腔,箱壁多用于安裝軸承的軸承孔或其他用途的孔系。箱體的加工面較多,主要加工的是面和孔系,屬于整體式機(jī)體結(jié)構(gòu),即汽缸體和曲軸箱制成一個(gè)整體零件,這種整體式機(jī)體的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊,剛性好,加工制造困難。1.1機(jī)體的主要作用1、連接柴油機(jī)的一些運(yùn)動(dòng)部件,使它們?cè)诠ぷ鲿r(shí)保持相互準(zhǔn)確的位置關(guān)系;2、在機(jī)體上加工有水道和油道,保證各零件工作時(shí)必要的冷卻與潤(rùn)滑;3、安裝柴油機(jī)各輔助系統(tǒng)部件;4、作為柴油機(jī)使用安裝時(shí)的支承,將柴油機(jī)固定在底盤或支架上。 所以,柴油機(jī)汽缸的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,部件結(jié)構(gòu)尺寸精度較高,受到高頻的變載荷及振動(dòng)是柴油機(jī)的主要部件。1.2主要技術(shù)條件分析 由于機(jī)體上要安裝一些重要部件,所以,安裝主要部件的結(jié)構(gòu)都有精度要求,參考圖A-A剖視圖,如下:表1-1 主要技術(shù)條件分析誤差要求標(biāo)注位置及分析0.06FH平行度要求公差0.06mm,機(jī)體上部平面,此平面為安裝噴油泵的平面,8級(jí)精度,即汽缸上平面對(duì)52、20孔軸線的平行度誤差為0.06mm0.08FH40的孔的軸線對(duì)于52、20的孔的軸線垂直度誤差為0.08,保證噴油泵位置0.025FH52的孔的軸線相對(duì)于兩個(gè)孔公共軸線的同軸度要求公差為0.0250.0852的孔的圓柱度要求公差0.08,7級(jí)精度0.025FH52的孔的右端面相對(duì)于52、20的公共軸線的跳動(dòng)公差為0.0250.015FH20軸線相對(duì)于52、20的公共軸線同軸度要求為0.015,7級(jí)精度0.03AB70的孔左端面相對(duì)于30、105孔公共軸線的圓跳動(dòng)誤差為0.030.015R30的孔相對(duì)于軸線的跳動(dòng)誤差為0.015,7級(jí)精度0.01030的孔的圓柱度誤差為0.010,8級(jí)精度0.010105孔的圓柱度誤差為0.010,7級(jí)精度0.015AB105孔的的軸線相對(duì)于30、105的公共軸線的同軸度公差為0.0150.025MQ機(jī)體上部平面用于安裝噴油泵的螺紋孔,相對(duì)于40的圓心的位置度誤差為0.025,且必須符合最大實(shí)體原則0.4M后蓋螺孔的位置度公差為0.4,且必須符合最大實(shí)體原則0.07機(jī)體前面的平面度為0.07100:0.05AB機(jī)體前面對(duì)30、105孔的公共軸線在100范圍內(nèi)的公差是0.050.06機(jī)體后面的平面度為0.06100:0.05AB機(jī)體后面對(duì)30、105孔的公共軸線在100范圍內(nèi)的公差是0.050.04M機(jī)體后面的螺紋孔4M86H的位置公差為0.04,且必須符合最大實(shí)體原則1.3主要尺寸公差及分析從零件圖尺寸標(biāo)注分析,尺寸要求較高的有52,30,20,40H8等孔,可由刀具及機(jī)床的精度保證;52孔系與105孔系的Y向中心距尺寸為30,57等,可由夾具保證。1.4表面粗糙度要求本產(chǎn)品屬于大批量生產(chǎn),年產(chǎn)10萬(wàn)件以上,應(yīng)以組合機(jī)床為主要的加工設(shè)備,根據(jù)圖紙要求,部分孔的圓柱面要求為R1.6um,而平面上粗糙度的最高要求為3.2,組合機(jī)床完全能達(dá)到此精度要求。 圖1-1第二章 毛坯的確定2.1毛坯材料及形式的確定由于箱體類零件形狀復(fù)雜,有腔形,故一般需要鑄造成型。機(jī)體結(jié)構(gòu)復(fù)雜,部件結(jié)構(gòu)尺寸精度較高,受到高頻的變載荷及振動(dòng),故零件材料可選用HT300(灰鑄鐵),硬度為170-240HBS,因?yàn)樗鼜?qiáng)度較高、耐磨、耐熱性能好,但需人工時(shí)效處理,適用于承受較大應(yīng)力(2942N/cm),摩擦面間單位壓力大于49N/cm和要求一定的氣密性的零件,適用于汽缸體等。其工作條件:承受高彎曲應(yīng)力(200HBS,d812mm時(shí),,由于孔深為12mm。故 由表2.4-43查得 按機(jī)床選取 機(jī)械加工工藝手冊(cè)表3.5-35故機(jī)床實(shí)際切削速度: 切削工時(shí): 因?yàn)橛兴膫€(gè)孔需加工,所以切削工時(shí)應(yīng)為: 工序7:粗銑前后面方法同工序4故銷銑時(shí)間應(yīng)為: 工序8:粗銑上端面 按機(jī)械加工工藝手冊(cè)表2.3-59查得,粗加工后,精銑余量為1.5mm,所以ap=1.0mm。B面:加工條件:銑削尺寸為60mm的底面,即銑削寬度,確定進(jìn)給量,查機(jī)械加工工藝手冊(cè)表2.4-73: 確定切削速度,查機(jī)械加工工藝手冊(cè)表2.4-73: 確定主軸轉(zhuǎn)速: 查機(jī)床使用手冊(cè),取相近轉(zhuǎn)速。故機(jī)床實(shí)際銑削速度為: 計(jì)算切削時(shí)間: C面:方法同上 取 故: 計(jì)算切削時(shí)間: 工序9:粗銑F面機(jī)床:選用X53K立式銑床刀具:YG6,鑲齒套式面銑刀 D=160mm,L=45,d=50,z=16. 按零件圖可得F面的表面粗糙度為R為12.5,毛坯余量為3.5mm,進(jìn)給量取0.2mm每齒。 參考簡(jiǎn)明機(jī)械制造工藝手冊(cè)所知,由于銑右側(cè)面屬于粗銑,故選擇切削用量為:每齒進(jìn)給量0.1mm/z,=3.5mm。切削速度:v=80m/min確定主軸轉(zhuǎn)速查閱機(jī)械加工工藝手冊(cè)表3.1-74得=235r/min則切削時(shí)間定額:查閱表2.5-10得:工序10:粗鏜孔52mm 、46mm、70mm、80mm和105mm鏜46mm的孔確定進(jìn)給量:參考機(jī)械加工工藝手冊(cè)表2.4-66可得: 切削速度v:參考機(jī)械加工工藝手冊(cè)表2.4-9,可得。修正數(shù): 則: 這樣可以求出切削速度: 求出主軸轉(zhuǎn)速: 參考機(jī)械加工工藝手冊(cè)表3.1-41,查得相近轉(zhuǎn)速,在此取950r/min。故求出實(shí)際切削速度應(yīng)為: 切削時(shí)間: 參考機(jī)械加工工藝手冊(cè)表2.5-3鏜削機(jī)動(dòng)時(shí)間計(jì)算其中: 則: 工序11:粗鏜孔66H7mm、40mm加工余量的確定 組合機(jī)床加工上表面兩孔,采用鏜削加工,其工序余量如下(半徑余量): 基本尺寸:66mm 40mm 加工余量: 4.0mm 2.0mm按機(jī)械加工工藝手冊(cè)表2.2-2查得鏜削所能達(dá)到的尺寸精度為IT13,所以按加工方法的經(jīng)濟(jì)精度,并按“入體原則”確定各孔的工序尺寸公差,查機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)表3.3,標(biāo)準(zhǔn)公差數(shù)值為: 兩孔的垂直度由基準(zhǔn)面底面保證。切削用量的選擇與確定,查機(jī)械加工工藝手冊(cè)表2.4-66。方法同工序10單件時(shí)間定額為: 工序12鉆前面8-M6螺紋孔,30,20,及后面8-M6螺紋孔和20加工余量的確定:組合機(jī)床加工,其工序余量如下:(半徑余量)基本尺寸: M8螺紋底孔 20 30加工余量: 2.5mm 3.5mm 5mm所選鉆削所能達(dá)到的尺寸精度為IT11IT12,所以按加工方法的經(jīng)濟(jì)精度,并按“入體原則”確定各孔的尺寸公差為: M8螺紋底孔 20 30 各螺紋孔的位置均由鉆模板保證切削用量的選擇與確定:根據(jù)機(jī)械加工工藝手冊(cè): 查機(jī)械加工工藝手冊(cè)表2.4-41,刀具選用高速鋼刀具鉆鑄鐵: 上述選擇是在盡量使工件切削同步以抵消其切削力的原則下選取的,可以確定其主軸轉(zhuǎn)速為: 時(shí)間定額的計(jì)算: (單件機(jī)動(dòng)時(shí)間) 故單件時(shí)間定額: 工序13:鉆上面6M8螺紋底孔, 10孔, 222H7, 10孔,加工余量的確定:組合機(jī)床加工,其工序余量如下:(半徑余量)基本尺寸: M8螺紋底孔 10 22H7加工余量: 2.4mm 2mm 4.5mm所選鉆削所能達(dá)到的尺寸精度為IT11IT12,所以按加工方法的經(jīng)濟(jì)精度,并按“入體原則”確定各孔的尺寸公差為: M8螺紋底孔 10 22H7 各螺紋孔的位置均由鉆模板保證。切削用量的選擇與確定:方法與工序12相同確定其主軸轉(zhuǎn)速為: 時(shí)間定額的計(jì)算:同理,單件時(shí)間定額為: 工序14:精銑前后面加工余量: 進(jìn)給量: 切削速度: 故機(jī)床轉(zhuǎn)速可以確定為: 機(jī)床機(jī)加工時(shí)間為:?jiǎn)渭r(shí)間定額: 工序15:精銑B、C面B面:D=80mm L=36mm d=27mm z=10mmC面:D=100mm L=40mm d=32mm z=10mm進(jìn)給量: 切削速度: 故機(jī)床轉(zhuǎn)速可以確定為: 機(jī)床機(jī)加工時(shí)間為:其他時(shí)間的確定: 工序16:精鏜52J7mm,105H7mm,70mm,擴(kuò)后面20mm孔加工余量的確定,查機(jī)械加工工藝手冊(cè)表2.3-48得:基本尺寸: 52mm 105H7mm 70mm 20mm加工余量: 2mm 2mm 2mm 2mm查機(jī)械加工工藝手冊(cè)表2.2-2精鏜所能達(dá)到的尺寸精度為IT8-IT10級(jí),查機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)表3-3,標(biāo)準(zhǔn)公差數(shù)值為: 其余步驟同工序10得:總機(jī)動(dòng)時(shí)間: 單件時(shí)間定額:工序17:精鏜66H7mm,40H8mm孔加工余量: 基本尺寸:66H7mm 40H8mm 加工余量: 1.0mm 1.0mm進(jìn)給量的選擇與確定:(查機(jī)械加工工藝手冊(cè)表2.1-66) 鏜削速度: 根據(jù)上面可以確定其主軸轉(zhuǎn)速為: 機(jī)動(dòng)時(shí)間定額的計(jì)算: 單件時(shí)間定額: 工序18:擴(kuò)孔加工余量: 加工余量為1.0mm進(jìn)給量: 查機(jī)械加工工藝手冊(cè)表2.4-52切削速度: 由此可以確定主軸轉(zhuǎn)速: 機(jī)動(dòng)時(shí)間定額的計(jì)算: 單件時(shí)間定額: 工序19:擴(kuò)孔加工余量: 加工余量為1.0mm進(jìn)給量: 查機(jī)械加工工藝手冊(cè)表2.4-52切削速度: 由此可以確定主軸轉(zhuǎn)速: 機(jī)動(dòng)時(shí)間定額的計(jì)算: 單件時(shí)間定額: 工序20:20H7,30孔查機(jī)械加工工藝手冊(cè)表2.3-48,此道加工序余量為0.2mm;查機(jī)械加工工藝實(shí)用手冊(cè)表15-43,機(jī)鉸刀鉸孔時(shí)的進(jìn)給量,選用高速鋼鉸刀, 。查機(jī)械加工工藝實(shí)用手冊(cè)表15-44鉸孔時(shí)切削速度的計(jì)算公式 其中: 機(jī)動(dòng)時(shí)間定額的計(jì)算: 單件時(shí)間定額: 工序21:倒20H7,105H7,70孔的角20H7,105H7選用車削制訂進(jìn)給量,根據(jù)手冊(cè)及機(jī)床選?。?(查切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)表1.8)切削速度: 所以機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速應(yīng)為: 機(jī)動(dòng)時(shí)間定額的計(jì)算: 單件時(shí)間定額: 工序22:各面螺紋孔倒角各倒角工序在鉆孔時(shí)完成。工序23:鉸22H7孔查機(jī)械加工工藝實(shí)用手冊(cè)表15-43機(jī)鉸刀鉸孔時(shí)的進(jìn)給量,選用高速鋼鉸刀,則: 機(jī)械加工工藝實(shí)用手冊(cè)表15-44鉸孔時(shí)切削速度的計(jì)算公式: 其中: 機(jī)動(dòng)時(shí)間定額的計(jì)算: 單件時(shí)間定額: 工序24:鉆25與22H7孔軸線成25的斜孔查機(jī)械加工工藝手冊(cè)表2.4-38高速鋼鉆頭鉆孔時(shí)的進(jìn)給量,查得: 查機(jī)械加工工藝手冊(cè)表2.4-41高速鋼鉆頭鉆孔時(shí)的切削速度,查得: 則機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速為: 查機(jī)械加工工藝手冊(cè)表3.1-31,取。機(jī)動(dòng)時(shí)間的確定: 單件時(shí)間定額: 因?yàn)橛袃煽仔枰庸?,故,T=2Td=2x0.084=0.17min。工序25:攻前面8M6,2M8螺紋及后面8M8螺紋查切削手冊(cè)表2.7可以確定出進(jìn)給量:。查機(jī)械加工工藝手冊(cè)表2.4-105攻螺紋的切削用量: 由此可以確定出機(jī)床轉(zhuǎn)速; 查機(jī)床轉(zhuǎn)速,取。查機(jī)械加工工藝手冊(cè)表2.5-19續(xù)表:攻前面8-M6機(jī)動(dòng)時(shí)間:攻前面2-M6機(jī)動(dòng)時(shí)間:攻后面8-M6機(jī)動(dòng)時(shí)間:綜合所述,由相關(guān)資料:?jiǎn)渭r(shí)間定額: 工序26:攻C面4M8,B面2M8螺紋及F面4M8螺紋查機(jī)械加工工藝手冊(cè)表2.4,查得查機(jī)械加工工藝手冊(cè)2.4-15,攻螺紋的切削速度: 由此可以確定出機(jī)床轉(zhuǎn)速; 查機(jī)床轉(zhuǎn)速,取。查機(jī)械加工工藝手冊(cè)表2.5-19續(xù)表:步驟同工序25得:?jiǎn)渭r(shí)間定額: 工序27:磨削52J7,105H7孔由機(jī)械加工工藝手冊(cè)2.4-163,精磨內(nèi)圓的切削用量: 取0.8B 磨52J7的機(jī)動(dòng)時(shí)間由機(jī)械加工工藝手冊(cè)表2.5-11查得:其中: (由機(jī)械加工工藝手冊(cè)表2.3-49磨孔余量) (由機(jī)械加工工藝手冊(cè)表2.5-13內(nèi)圓的修磨系數(shù)k)磨150H7的機(jī)動(dòng)時(shí)間由機(jī)械加工工藝手冊(cè)表2.5-11查得: 其中: (由機(jī)械加工工藝手冊(cè)表2.3-49磨孔余量) (由機(jī)械加工工藝手冊(cè)表2.5-13內(nèi)圓的修磨系數(shù)k)綜合上述: 其他時(shí)間的確定: 故單件時(shí)間:四章 夾具設(shè)計(jì)4.1機(jī)床夾具的作用機(jī)床夾具主要用于機(jī)床切削加工,起機(jī)床與工件,刀具之間的橋梁作用,是工藝系統(tǒng)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB4863-85)給出的定義:“機(jī)床夾具是用以裝夾工件(和引導(dǎo)刀具)的裝置”。1、保證加工精度采用夾具安裝,可以準(zhǔn)確地確定工件與機(jī)床,刀具之間的相互位置,工件的位置精度由夾具保證,不受工人技術(shù)水平的影響,其加工精度高而且穩(wěn)定。2、提高生產(chǎn)效率,降低成本 用夾具裝夾工件,無(wú)需找正便能使工件迅速地定位和夾緊,顯著地減少輔助工時(shí);用于裝夾工件提高了工件的剛性,因此可加大切削用量;可以使用多件,工位裝夾工件,并采用高效夾緊機(jī)構(gòu),這些因素均有利于提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。另外采用夾具后,產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定,廢品率下降,可以安排技術(shù)等級(jí)較低的工人,明顯地降低了生產(chǎn)成本。3、擴(kuò)大機(jī)床的工藝范圍 使用專用夾具可以改變機(jī)床的用途和擴(kuò)大機(jī)床的使用范圍,實(shí)現(xiàn)一機(jī)多能。例如,通過(guò)專用夾具還可將車床改為拉床使用,以充分發(fā)揮通用機(jī)床的作用。4、減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度用夾具裝夾工件方便,快速,當(dāng)采用氣動(dòng),液壓等夾緊裝置時(shí),可減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度。5、縮短新產(chǎn)品試制周期由于組合夾具,可調(diào)整夾具等多用途夾具,部件的標(biāo)準(zhǔn)化和通用化,從而在新產(chǎn)品試制中可以大大發(fā)揮其優(yōu)勢(shì),充分利用組裝,更換少數(shù)部件,組件和調(diào)整方法,來(lái)滿足大部分工序的要求,使專用夾具的數(shù)量減少;從而減縮了夾具設(shè)計(jì)和制造的工作量,使試制的周期縮短,費(fèi)用減少。4.2機(jī)床夾具的組成1、定位裝置:使工件在夾具中占據(jù)正確的位置;2、夾緊裝置:將工件壓緊夾牢,保證夾具部件在加工過(guò)程中受外力作用(切削力),作用時(shí)不離開(kāi)已占據(jù)的位置;3、夾具體:機(jī)床夾具的基礎(chǔ)件,通過(guò)它將夾具的所有元件連接成整體;4、其他裝置或元件:除了定位裝置,夾緊裝置和夾具體外,各種夾具還根據(jù)需要設(shè)置一些其他裝置或元件,如:分度裝置,對(duì)刀元件。4.3夾具設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)選取加工工序12的鉆孔夾具設(shè)計(jì)。此零件年產(chǎn)10萬(wàn)件以上,故夾具設(shè)計(jì)適用于流水線作業(yè)的車間,采用全自動(dòng)或半自動(dòng)夾緊裝置。4.3.1定位的選取 由于工件的定位實(shí)際上是限制工件的自由度,由于加工的孔分布在工件的前后面,且加工孔中直徑最大才,使用組合機(jī)床一次性加工完成。則選取一面兩孔的定位原則來(lái)限制工件的六個(gè)自由度。如圖4-1:圖4-1工件在一面兩孔中被確定,利用圓柱銷與削邊銷。綜上所述,決定此工序選擇一面兩孔的定位方式,此種定位方式合理,夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,定位夾緊方便,此外底面及定位孔都已精加工,所以能保證定位中位置的精確性,但是考慮到大批量生產(chǎn),零件毛坯的重量尺寸以及流水線生產(chǎn)條件,故把定位銷作為伸縮式(即上下定位板之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng))。為了完成伸縮式,故定位銷是自己生產(chǎn)加工,因?yàn)殇N的長(zhǎng)度是要超過(guò)板孔的長(zhǎng)度,還要能在工件孔中定位,上定位板的支撐用彈簧來(lái)完成,當(dāng)工件在定位板上占有一個(gè)正確的位置,則定位銷能在夾緊力的作用下伸入二孔中完成定位,這主要是靠壓縮彈簧,使上定位板下移,定位銷伸入工件孔中的;當(dāng)加工完成后,夾緊力撤去,在壓縮彈簧的作用下,上定位板上移,定位銷從零件孔中下移,則工件可以移開(kāi),從而實(shí)現(xiàn)快速的過(guò)程、縮短了時(shí)間、提高了生產(chǎn)效率、自動(dòng)化程度,適應(yīng)于流水線作業(yè)。4.3.2彈簧的計(jì)算及選取如下圖彈簧在夾具中的作用是實(shí)現(xiàn)定位板不同的工件狀態(tài)下的上下移動(dòng),也起支撐作用,在下底板上放上工件不能超出定位板孔的長(zhǎng)度。計(jì)算出工件的質(zhì)量約為15KgW=10x15=150N所以,在下底板上有根彈簧,每根彈簧的受力為,根據(jù)彈簧變形量,則彈簧的剛度彈簧的極限壓縮量為15+2.5=17.5mm,所受的最大載荷為彈簧選擇分3類壓縮彈簧,計(jì)算過(guò)程如下: 假設(shè)彈簧絲直徑d 3 4 5 假設(shè)彈簧平均直徑 20 30 20 旋轉(zhuǎn)繞比 6.67 7.5 4 曲度系數(shù) 1.18 1.24 1.31 彈簧材料拉伸彈度極限 1250 960 950 許用應(yīng)力 625 480 475 計(jì)彈簧直徑 2.92 2.95 2.72mm查閱機(jī)械加工工藝手冊(cè)選彈簧絲的直徑為3mm。彈簧的圈數(shù) 得n=6.32圈,查閱機(jī)械加工工藝手冊(cè)n=7。因?yàn)閺椈傻膬啥艘c孔和底板接觸,故死圈圈數(shù)為2,則彈簧的總?cè)?shù)為9圈。彈簧外徑D= +d=23mm最小節(jié)距 查閱機(jī)械加工刀具手冊(cè),GB2089-80彈簧:d=3.0mm, =20MM,p=6.95,極限載荷,單圈極限載荷變形量f=3.527mm。單圈剛度:k=99.3N/m,最大套筒直徑,則彈簧的自由長(zhǎng)度為50mm。根據(jù)彈簧線性特征,所以實(shí)際變形量: 滿足設(shè)計(jì)要求。4.3.3夾緊力計(jì)算查閱機(jī)械加工工藝手冊(cè)2.4-70得群鉆軸向力 其中,。則總的軸向鉆削力在計(jì)算切削時(shí),必把安全系數(shù)考慮在內(nèi)為基本安全系數(shù)1.5為刀具鈍化系數(shù)1.0為加工性安全系數(shù)1.0為斷續(xù)切削系數(shù)1.0則軸向切削力工件所受夾緊力與軸向切削力平衡,為了減小夾緊力,采用兩面同時(shí)鉆削,則工件夾緊力。還應(yīng)抵消彈簧變形的力則實(shí)際夾緊力4.3.4汽缸的選擇根據(jù)夾緊力的計(jì)算及夾具的分析,查閱機(jī)械加工工藝手冊(cè)表5.2-39,選用管接式法蘭汽缸固定在夾具上方見(jiàn)夾具裝配圖,這樣夾緊力作用于工件上方,夾緊可靠方便,而采用前蓋固定,可以減小連桿的長(zhǎng)度,縮小夾具的結(jié)構(gòu),提高其穩(wěn)定性。表4-1汽缸的主要參數(shù)如下:(單位mm)行程C40活塞直徑D150活塞桿直徑D135前蓋直徑D4135連接螺栓4 X M10活塞桿前端連接螺紋長(zhǎng)度L200當(dāng)氣壓為時(shí),F(xiàn)為7000N滿足壓緊力要求。4.3.5連接板的選用由于汽缸要放在夾具的上面故需要板件,連接板需要與汽缸的前蓋相連,還要與四根支撐桿的連接,厚度為10-25mm,考慮到夾具的緊湊性與合理性,故如圖4-2:板與汽缸連接的位置圖4-2板與汽缸的連接圖4.3.6上底板上底板主要用于支撐零件,并起導(dǎo)向作用,根據(jù)彈簧的自由伸長(zhǎng)長(zhǎng)度,板厚得出為16mm,如圖4-3所示:圖4-34.3.7下底板下底板主要用于安放在工作臺(tái),凸臺(tái)是用來(lái)安裝彈簧以及定位銷。4.3.8支撐桿的選用四根支撐桿的功用主要是連接地板與汽缸了,兩端都還有螺紋,這主要是承受汽缸所提供的力,則需要校核: 螺栓M16校核,由機(jī)械設(shè)計(jì)可知:螺栓的許用拉應(yīng)力 已知螺栓材料45鋼,由材料力學(xué)可知;螺桿的許用拉應(yīng)力 所以由機(jī)械加工工藝手冊(cè),M6-M16的45號(hào)鋼的S在4-5之間,則符合要求。4.3.9鉆模的選取鉆床夾具是用于各種鉆床和組合機(jī)床上加工的夾具,簡(jiǎn)稱鉆模。它的主要作用控制刀具的位置和引導(dǎo)其送進(jìn)方向,以保證工件被加工孔的位置精度。鉆床夾具在結(jié)構(gòu)上都有 1個(gè)安裝鉆套的鉆模板,由于使用上的要求不同,其結(jié)構(gòu)形式可分為:固定式、翻轉(zhuǎn)式、回轉(zhuǎn)式、蓋板式以及滑柱式。由于本次設(shè)計(jì)的柴油機(jī)的汽缸上鉆兩面上的孔的組合機(jī)床夾具。故選取固定式鉆模板,鉆模板直接固定在夾具體上。由于鉆套的位置固定,所以其加工孔的位置精度較高,但有時(shí)裝卸工件較不方便。 固定式鉆板與夾具體的連接可以用銷釘對(duì)定、螺釘緊固, 對(duì)于簡(jiǎn)單的鉆模也可采用整體鑄造或焊接結(jié)構(gòu)。可換鉆套 在大批量生產(chǎn)中為了克服固定鉆套磨損后無(wú)法更換的缺點(diǎn),可以使用可換鉆套。它的凸緣上銑有臺(tái)肩,鉆套螺釘?shù)膱A柱頭蓋在此臺(tái)肩上,可防止鉆套轉(zhuǎn)動(dòng)和掉出。當(dāng)鉆套磨損后,只要擰去螺釘,便可更換新的可換鉆套。對(duì)更換頻繁的鉆套,為了保護(hù)鉆模板不被損壞,應(yīng)在可換鉆套外配裝 1個(gè)襯套。鉆套用襯套也標(biāo)準(zhǔn)化了 , 可查閱標(biāo)準(zhǔn) JB/T8045.4-1999。可換鉆套與固定鉆套一樣,只用于單工步孔加工。4.3.10定位誤差分析采用一面兩孔的組合定位,根據(jù)工序加工要求平面為第一定位基準(zhǔn)。工件上的內(nèi)孔分別為第二和第三定位基準(zhǔn)。一批工件在夾具中定位,工件上作為第一定位基準(zhǔn)的底面沒(méi)有基準(zhǔn)位置誤差,定位孔較淺,其內(nèi)孔中心線由于內(nèi)孔與底面垂直度誤差而引起的位置誤差可以忽略不記。但是作為第二第三定位基準(zhǔn)由于與定位銷的配合間隙及兩孔,兩銷中心距誤差引起的基準(zhǔn)位置誤差必須考慮,當(dāng)工件內(nèi)孔的直徑尺寸最大,圓柱定位銷直徑尺寸最小,且考慮工件上兩孔中心距的制造誤差,根據(jù)圖4-4的兩種極端位置可知:圖4-4式中:為工件內(nèi)孔的公差 為夾具短圓柱定位銷的公差 為工件內(nèi)孔的定位銷的最小配合間隙 為工件上兩定位孔中心距根據(jù)零件上兩定位孔進(jìn)行鉸制后,取H8級(jí),則孔的尺寸圓柱定位銷為;查得兩孔中心距202.5的公差為0.072,所以 =(0.017-0.010)+(9.995-9.986)+(10.010-9.995) =0.008+0.009+0.015=0.032 =0.032+0.072=0.104查得削邊銷為,孔為所以:則根據(jù)零件圖上的位置公差100:0.05A-B計(jì)算出定位誤差小于零件位置公差。4.4夾具的使用及維護(hù)1、工件由輸送裝置裝入夾具上板,由兩銷定位;2、當(dāng)工件在導(dǎo)向槽中定位后,確保零件穩(wěn)定;3、啟動(dòng)汽缸對(duì)零件夾緊;4、零件加工完畢,松開(kāi)汽缸,輸出工件;5、夾具的各個(gè)表面應(yīng)保持干凈6、每班對(duì)下底板彈簧孔排削。4.5夾具標(biāo)準(zhǔn)件的選擇標(biāo)準(zhǔn)件:按照國(guó)家統(tǒng)一規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格生產(chǎn)的零件或部件。這種零部件能通用在各種機(jī)器儀器設(shè)備建筑物上,并具有互換性。4.5.1支撐桿螺母的選擇根據(jù)M16的螺紋,選擇GB6170-86,螺紋規(guī)格D=16,性能等級(jí)為5級(jí),不經(jīng)表面處理,C級(jí)的I型六角螺母,根據(jù)M16選擇彈簧墊圈GB93-87,規(guī)格16mm,材料為65Mn,表面氧化的標(biāo)準(zhǔn)的彈簧墊圈。4.5.2連接板上螺釘選擇根據(jù)汽缸蓋中螺紋的直徑M10,GB77-85,螺紋規(guī)格d=M10,公稱長(zhǎng)度l=25,性能等級(jí)為33H,表面氧化的內(nèi)六角平端緊定螺釘;M1025。4.5.3管接式法蘭汽缸套件的選擇1、活塞桿,需要在桿上加出錐孔,便于與壓力頭接合,的規(guī)格;2、前蓋,材料HT150,倒角,并進(jìn)行退火處理;3、后蓋,材料HT150,倒角,并進(jìn)行退火處理;4、O型橡膠密封圈GB3452.1-82,材料為耐油橡膠,硬度為HBS;5、墊片的選擇:GB93-87,材料為橡膠石棉板;6、缸筒,材料為HT200, 技術(shù)要求:a、人工課題任務(wù)書 指導(dǎo)教師學(xué)生姓名課題名稱175型柴油機(jī)缸體機(jī)械加工工藝及其組合機(jī)床鉆孔夾具設(shè)計(jì)內(nèi)容及任務(wù)1、技術(shù)要求設(shè)計(jì)需保證計(jì)算準(zhǔn)確,設(shè)計(jì)說(shuō)明書應(yīng)文理通順、條理清晰、圖文并茂。2、工作要求認(rèn)真復(fù)習(xí)設(shè)計(jì)有關(guān)知識(shí),并查詢有關(guān)資料、手冊(cè),按時(shí)保質(zhì)、保量完成設(shè)計(jì)任務(wù)。設(shè)計(jì)過(guò)程中的問(wèn)題及時(shí)請(qǐng)教老師。3、圖紙要求要求圖面清晰,布圖合理,所有設(shè)計(jì)的圖紙用計(jì)算機(jī)繪制,符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。4、設(shè)計(jì)工作量(1) 零件圖一張、毛坯圖一張;(2) 機(jī)械加工工藝規(guī)程一套;(3) 工序卡一套;(4) 夾具裝配圖一張、夾具零件圖一套(5) 計(jì)算機(jī)繪圖、手工繪圖至少一張;(6) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書一份。進(jìn)度安排起止日期工作內(nèi)容備注03.0503.2503.2604.1004.1105.2805.2906.0506.0606.10查閱資料,復(fù)習(xí)與設(shè)計(jì)相關(guān)的知識(shí)進(jìn)行方案設(shè)計(jì),確定基本結(jié)構(gòu)形式繪圖和主要的設(shè)計(jì)計(jì)算完成畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書的編寫畢業(yè)答辯準(zhǔn)備和畢業(yè)答辯主要參考資料1 浦林祥.金屬切削機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)(第二版)M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,19952 李洪.機(jī)械加工工藝手冊(cè)M 北京:北京出版社,19903 趙家齊.機(jī)械制造工藝學(xué)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書M. 哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué),19944 薛源順.機(jī)床夾具設(shè)計(jì)M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,20005 東北重型機(jī)械學(xué)院、洛陽(yáng)工學(xué)院、第一汽車制造職工大學(xué)編,機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)第二版M. 上海:上海科學(xué)技術(shù)出版社,19906 葛金印.機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)參考書M. 北京:高等教育出版社,2005.7 肖繼德.機(jī)床夾具設(shè)計(jì)第2版M. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,19978 張捷 趙虎 李先民.機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)M.成都:西南交通大學(xué),2005.129 石光源.機(jī)械制圖M. 北京:高等教育出版社,2005.12教研室意見(jiàn)年 月 日系主管領(lǐng)導(dǎo)意見(jiàn)年 月 日開(kāi)題報(bào)告 題目175型柴油機(jī)缸體機(jī)械加工工藝及其組合機(jī)床鉆孔夾具設(shè)計(jì)學(xué)生姓名班級(jí)學(xué)號(hào)專業(yè)一、畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容及意義箱體類是機(jī)器或部件的基礎(chǔ)零件,它將機(jī)器或部件的一些軸、套、軸承和齒輪等有關(guān)零件裝配起來(lái),使其保持正確的相互位置關(guān)系,以傳遞轉(zhuǎn)矩或改變轉(zhuǎn)速來(lái)完成規(guī)定的運(yùn)動(dòng)。因此,箱體的加工質(zhì)量對(duì)機(jī)器的工作精度、使用性能和壽命都有直接的影響。箱體零件雖然結(jié)構(gòu)多種多樣,但有共同的特點(diǎn):多為鑄造件,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,壁薄且不均勻,內(nèi)部呈腔形,加工部位多,加工難度大。既有精度要求較高的孔系和平面,也有許多精度要求較低的緊固件。箱體類零件上面的孔與孔之間有較高的位置精度(孔與孔的平行度、孔的軸線與面有垂直度要求),其加工質(zhì)量的好壞直接影響柴油機(jī)的精度和使用性能,因此柴油機(jī)汽缸的加工質(zhì)量至關(guān)重要。箱體類零件的機(jī)械加工勞動(dòng)量約占整個(gè)產(chǎn)品加工量的15%20%。本次設(shè)計(jì)是制定175型柴油機(jī)汽缸的加工工藝及鉆前端面的8個(gè)螺紋孔的組合機(jī)床夾具設(shè)計(jì)。柴油機(jī)汽缸屬于箱體零件,其特點(diǎn)是:形狀復(fù)雜、具有形狀復(fù)雜的內(nèi)腔,箱壁多用于安裝軸承的軸承孔或其他用途的孔系。箱體的加工面較多,主要加工的是面和孔系,屬于整體式機(jī)體結(jié)構(gòu),即汽缸體和曲軸箱制成一個(gè)整體零件,這種整體式機(jī)體的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊,剛性好,加工制造困難。1機(jī)體的主要作用1、連接柴油機(jī)的一些運(yùn)動(dòng)部件,使它們?cè)诠ぷ鲿r(shí)保持相互準(zhǔn)確的位置關(guān)系;2、在機(jī)體上加工有水道和油道,保證各零件工作時(shí)必要的冷卻與潤(rùn)滑;3、安裝柴油機(jī)各輔助系統(tǒng)部件;4、作為柴油機(jī)使用安裝時(shí)的支承,將柴油機(jī)固定在底盤或支架上。 所以,柴油機(jī)汽缸的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,部件結(jié)構(gòu)尺寸精度較高,受到高頻的變載荷及振動(dòng)是柴油機(jī)的主要部件。2毛坯材料及形式的確定由于箱體類零件形狀復(fù)雜,有腔形,故一般需要鑄造成型。機(jī)體結(jié)構(gòu)復(fù)雜,部件結(jié)構(gòu)尺寸精度較高,受到高頻的變載荷及振動(dòng),故零件材料可選用HT300(灰鑄鐵),硬度為170-240HBS,因?yàn)樗鼜?qiáng)度較高、耐磨、耐熱性能好,但需人工時(shí)效處理,適用于承受較大應(yīng)力(2942N/cm),摩擦面間單位壓力大于49N/cm和要求一定的氣密性的零件,適用于汽缸體等。其工作條件:承受高彎曲應(yīng)力(0.49 MPa)及抗拉應(yīng)力;摩擦面間的單位面積壓力1.96MPa;要求保持高氣密性。根據(jù)以上要求,由于零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜、形狀材料方面的要求,批量較大,毛坯確定為砂型機(jī)器造型。二、設(shè)計(jì)思路及工作方法1、分析柴油機(jī)汽缸零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)2、對(duì)汽缸零件進(jìn)行工藝分析3、確定機(jī)械毛坯種類和余量及毛坯尺寸4、定制汽缸加工的工藝過(guò)程5、確定切削用量及基本工時(shí)6、鉆孔的夾具設(shè)計(jì)三、設(shè)計(jì)任務(wù)完成的階段內(nèi)容及時(shí)間安排。1準(zhǔn)備工作(收集資料和查看復(fù)習(xí)畢業(yè)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的相關(guān)內(nèi)容) (3.05-3.12)2資料檢索 (3.13-3.20)3方案設(shè)計(jì) (3.26-4.01)4工藝設(shè)計(jì)和夾具設(shè)計(jì) (4.02-4.20)5繪圖 (4.21-5.04)6修改 (5.05-5.10)7編寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 (5.10-5.28) 指導(dǎo)教師批閱意見(jiàn) 指導(dǎo)教師(簽名): 年 月 日 外文譯文 外語(yǔ)文獻(xiàn)翻譯摘自: 制造工程與技術(shù)(機(jī)加工)(英文版) Manufacturing Engineering and TechnologyMachining 機(jī)械工業(yè)出版社 2004年3月第1版 美 s. 卡爾帕基安(Serope kalpakjian) s.r 施密德(Steven R.Schmid) 著原文20.9 MACHINABILITYThe machinability of a material usually defined in terms of four factors:1、 Surface finish and integrity of the machined part;2、 Tool life obtained;3、 Force and power requirements;4、 Chip control. Thus, good machinability good surface finish and integrity, long tool life, and low force And power requirements. As for chip control, long and thin (stringy) cured chips, if not broken up, can severely interfere with the cutting operation by becoming entangled in the cutting zone.Because of the complex nature of cutting operations, it is difficult to establish relationships that quantitatively define the machinability of a material. In manufacturing plants, tool life and surface roughness are generally considered to be the most important factors in machinability. Although not used much any more, approximate machinability ratings are available in the example below.20.9.1 Machinability Of SteelsBecause steels are among the most important engineering materials (as noted in Chapter 5), their machinability has been studied extensively. The machinability of steels has been mainly improved by adding lead and sulfur to obtain so-called free-machining steels.Resulfurized and Rephosphorized steels. Sulfur in steels forms manganese sulfide inclusions (second-phase particles), which act as stress raisers in the primary shear zone. As a result, the chips produced break up easily and are small; this improves machinability. The size, shape, distribution, and concentration of these inclusions significantly influence machinability. Elements such as tellurium and selenium, which are both chemically similar to sulfur, act as inclusion modifiers in resulfurized steels.Phosphorus in steels has two major effects. It strengthens the ferrite, causing increased hardness. Harder steels result in better chip formation and surface finish. Note that soft steels can be difficult to machine, with built-up edge formation and poor surface finish. The second effect is that increased hardness causes the formation of short chips instead of continuous stringy ones, thereby improving machinability.Leaded Steels. A high percentage of lead in steels solidifies at the tip of manganese sulfide inclusions. In non-resulfurized grades of steel, lead takes the form of dispersed fine particles. Lead is insoluble in iron, copper, and aluminum and their alloys. Because of its low shear strength, therefore, lead acts as a solid lubricant (Section 32.11) and is smeared over the tool-chip interface during cutting. This behavior has been verified by the presence of high concentrations of lead on the tool-side face of chips when machining leaded steels.When the temperature is sufficiently high-for instance, at high cutting speeds and feeds (Section 20.6)the lead melts directly in front of the tool, acting as a liquid lubricant. In addition to this effect, lead lowers the shear stress in the primary shear zone, reducing cutting forces and power consumption. Lead can be used in every grade of steel, such as 10xx, 11xx, 12xx, 41xx, etc. Leaded steels are identified by the letter L between the second and third numerals (for example, 10L45). (Note that in stainless steels, similar use of the letter L means “l(fā)ow carbon,” a condition that improves their corrosion resistance.)However, because lead is a well-known toxin and a pollutant, there are serious environmental concerns about its use in steels (estimated at 4500 tons of lead consumption every year in the production of steels). Consequently, there is a continuing trend toward eliminating the use of lead in steels (lead-free steels). Bismuth and tin are now being investigated as possible substitutes for lead in steels.Calcium-Deoxidized Steels. An important development is calcium-deoxidized steels, in which oxide flakes of calcium silicates (CaSo) are formed. These flakes, in turn, reduce the strength of the secondary shear zone, decreasing tool-chip interface and wear. Temperature is correspondingly reduced. Consequently, these steels produce less crater wear, especially at high cutting speeds.Stainless Steels. Austenitic (300 series) steels are generally difficult to machine. Chatter can be s problem, necessitating machine tools with high stiffness. However, ferritic stainless steels (also 300 series) have good machinability. Martensitic (400 series) steels are abrasive, tend to form a built-up edge, and require tool materials with high hot hardness and crater-wear resistance. Precipitation-hardening stainless steels are strong and abrasive, requiring hard and abrasion-resistant tool materials.The Effects of Other Elements in Steels on Machinability. The presence of aluminum and silicon in steels is always harmful because these elements combine with oxygen to form aluminum oxide and silicates, which are hard and abrasive. These compounds increase tool wear and reduce machinability. It is essential to produce and use clean steels.Carbon and manganese have various effects on the machinability of steels, depending on their composition. Plain low-carbon steels (less than 0.15% C) can produce poor surface finish by forming a built-up edge. Cast steels are more abrasive, although their machinability is similar to that of wrought steels. Tool and die steels are very difficult to machine and usually require annealing prior to machining. Machinability of most steels is improved by cold working, which hardens the material and reduces the tendency for built-up edge formation.Other alloying elements, such as nickel, chromium, molybdenum, and vanadium, which improve the properties of steels, generally reduce machinability. The effect of boron is negligible. Gaseous elements such as hydrogen and nitrogen can have particularly detrimental effects on the properties of steel. Oxygen has been shown to have a strong effect on the aspect ratio of the manganese sulfide inclusions; the higher the oxygen content, the lower the aspect ratio and the higher the machinability.In selecting various elements to improve machinability, we should consider the possible detrimental effects of these elements on the properties and strength of the machined part in service. At elevated temperatures, for example, lead causes embrittlement of steels (liquid-metal embrittlement, hot shortness; see Section 1.4.3), although at room temperature it has no effect on mechanical properties.Sulfur can severely reduce the hot workability of steels, because of the formation of iron sulfide, unless sufficient manganese is present to prevent such formation. At room temperature, the mechanical properties of resulfurized steels depend on the orientation of the deformed manganese sulfide inclusions (anisotropy). Rephosphorized steels are significantly less ductile, and are produced solely to improve machinability.20.9.2 Machinability of Various Other Metals Aluminum is generally very easy to machine, although the softer grades tend to form a built-up edge, resulting in poor surface finish. High cutting speeds, high rake angles, and high relief angles are recommended. Wrought aluminum alloys with high silicon content and cast aluminum alloys may be abrasive; they require harder tool materials. Dimensional tolerance control may be a problem in machining aluminum, since it has a high thermal coefficient of expansion and a relatively low elastic modulus.Beryllium is similar to cast irons. Because it is more abrasive and toxic, though, it requires machining in a controlled environment.Cast gray irons are generally machinable but are. Free carbides in castings reduce their machinability and cause tool chipping or fracture, necessitating tools with high toughness. Nodular and malleable irons are machinable with hard tool materials.Cobalt-based alloys are abrasive and highly work-hardening. They require sharp, abrasion-resistant tool materials and low feeds and speeds.Wrought copper can be difficult to machine because of built-up edge formation, although cast copper alloys are easy to machine. Brasses are easy to machine, especially with the addition pf lead (leaded free-machining brass). Bronzes are more difficult to machine than brass.Magnesium is very easy to machine, with good surface finish and prolonged tool life. However care should be exercised because of its high rate of oxidation and the danger of fire (the element is pyrophoric).Molybdenum is ductile and work-hardening, so it can produce poor surface finish. Sharp tools are necessary.Nickel-based alloys are work-hardening, abrasive, and strong at high temperatures. Their machinability is similar to that of stainless steels.Tantalum is very work-hardening, ductile, and soft. It produces a poor surface finish; tool wear is high.Titanium and its alloys have poor thermal conductivity (indeed, the lowest of all metals), causing significant temperature rise and built-up edge; they can be difficult to machine.Tungsten is brittle, strong, and very abrasive, so its machinability is low, although it greatly improves at elevated temperatures.Zirconium has good machinability. It requires a coolant-type cutting fluid, however, because of the explosion and fire.20.9.3 Machinability of Various MaterialsGraphite is abrasive; it requires hard, abrasion-resistant, sharp tools.Thermoplastics generally have low thermal conductivity, low elastic modulus, and low softening temperature. Consequently, machining them requires tools with positive rake angles (to reduce cutting forces), large relief angles, small depths of cut and feed, relatively high speeds, and proper support of the workpiece. Tools should be sharp.External cooling of the cutting zone may be necessary to keep the chips from becoming “gummy” and sticking to the tools. Cooling can usually be achieved with a jet of air, vapor mist, or water-soluble oils. Residual stresses may develop during machining. To relieve these stresses, machined parts can be annealed for a period of time at temperatures ranging from 80 C to 160 C (175 F to315 F), and then cooled slowly and uniformly to room temperature.Thermosetting plastics are brittle and sensitive to thermal gradients during cutting. Their machinability is generally similar to that of thermoplastics.Because of the fibers present, reinforced plastics are very abrasive and are difficult to machine. Fiber tearing, pulling, and edge delamination are significant problems; they can lead to severe reduction in the load-carrying capacity of the component. Furthermore, machining of these materials requires careful removal of machining debris to avoid contact with and inhaling of the fibers.The machinability of ceramics has improved steadily with the development of nanoceramics (Section 8.2.5) and with the selection of appropriate processing parameters, such as ductile-regime cutting (Section 22.4.2).Metal-matrix and ceramic-matrix composites can be difficult to machine, depending on the properties of the individual components, i.e., reinforcing or whiskers, as well as the matrix material.20.9.4 Thermally Assisted MachiningMetals and alloys that are difficult to machine at room temperature can be machined more easily at elevated temperatures. In thermally assisted machining (hot machining), the source of heata torch, induction coil, high-energy beam (such as laser or electron beam), or plasma arcis forces, (b) increased tool life, (c) use of inexpensive cutting-tool materials, (d) higher material-removal rates, and (e) reduced tendency for vibration and chatter.It may be difficult to heat and maintain a uniform temperature distribution within the workpiece. Also, the original microstructure of the workpiece may be adversely affected by elevated temperatures. Most applications of hot machining are in the turning of high-strength metals and alloys, although experiments are in progress to machine ceramics such as silicon nitride. SUMMARYMachinability is usually defined in terms of surface finish, tool life, force and power requirements, and chip control. Machinability of materials depends not only on their intrinsic properties and microstructure, but also on proper selection and control of process variables.譯文20.9 可機(jī)加工性一種材料的可機(jī)加工性通常以四種因素的方式定義:1、 分的表面光潔性和表面完整性。2、刀具的壽命。3、切削力和功率的需求。4、切屑控制。以這種方式,好的可機(jī)加工性指的是好的表面光潔性和完整性,長(zhǎng)的刀具壽命,低的切削力和功率需求。關(guān)于切屑控制,細(xì)長(zhǎng)的卷曲切屑,如果沒(méi)有被切割成小片,以在切屑區(qū)變的混亂,纏在一起的方式能夠嚴(yán)重的介入剪切工序。因?yàn)榧羟泄ば虻膹?fù)雜屬性,所以很難建立定量地釋義材料的可機(jī)加工性的關(guān)系。在制造廠里,刀具壽命和表面粗糙度通常被認(rèn)為是可機(jī)加工性中最重要的因素。盡管已不再大量的被使用,近乎準(zhǔn)確的機(jī)加工率在以下的例子中能夠被看到。20.9.1 鋼的可機(jī)加工性因?yàn)殇撌亲钪匾墓こ滩牧现唬ㄕ绲?章所示),所以他們的可機(jī)加工性已經(jīng)被廣泛地研究過(guò)。通過(guò)宗教鉛和硫磺,鋼的可機(jī)加工性已經(jīng)大大地提高了。從而得到了所謂的易切削鋼。二次硫化鋼和二次磷化鋼 硫在鋼中形成硫化錳夾雜物(第二相粒子),這些夾雜物在第一剪切區(qū)引起應(yīng)力。其結(jié)果是使切屑容易斷開(kāi)而變小,從而改善了可加工性。這些夾雜物的大小、形狀、分布和集中程度顯著的影響可加工性?;瘜W(xué)元素如碲和硒,其化學(xué)性質(zhì)與硫類似,在二次硫化鋼中起夾雜物改性作用。鋼中的磷有兩個(gè)主要的影響。它加強(qiáng)鐵素體,增加硬度。越硬的鋼,形成更好的切屑形成和表面光潔性。需要注意的是軟鋼不適合用于有積屑瘤形成和很差的表面光潔性的機(jī)器。第二個(gè)影響是增加的硬度引起短切屑而不是不斷的細(xì)長(zhǎng)的切屑的形成,因此提高可加工性。含鉛的鋼 鋼中高含量的鉛在硫化錳夾雜物尖端析出。在非二次硫化鋼中,鉛呈細(xì)小而分散的顆粒。鉛在鐵、銅、鋁和它們的合金中是不能溶解的。因?yàn)樗牡涂辜魪?qiáng)度。因此,鉛充當(dāng)固體潤(rùn)滑劑并且在切削時(shí),被涂在刀具和切屑的接口處。這一特性已經(jīng)被在機(jī)加工鉛鋼時(shí),在切屑的刀具面表面有高濃度的鉛的存在所證實(shí)。當(dāng)溫度足夠高時(shí)例如,在高的切削速度和進(jìn)刀速度下鉛在刀具前直接熔化,并且充當(dāng)液體潤(rùn)滑劑。除了這個(gè)作用,鉛降低第一剪切區(qū)中的剪應(yīng)力,減小切削力和功率消耗。鉛能用于各種鋼號(hào),例如10XX,11XX,12XX,41XX等等。鉛鋼被第二和第三數(shù)碼中的字母L所識(shí)別(例如,10L45)。(需要注意的是在不銹鋼中,字母L的相同用法指的是低碳,提高它們的耐蝕性的條件)。然而,因?yàn)殂U是有名的毒素和污染物,因此在鋼的使用中存在著嚴(yán)重的環(huán)境隱患(在鋼產(chǎn)品中每年大約有4500噸的鉛消耗)。結(jié)果,對(duì)于估算鋼中含鉛量的使用存在一個(gè)持續(xù)的趨勢(shì)。鉍和錫現(xiàn)正作為鋼中的鉛最可能的替代物而被人們所研究。脫氧鈣鋼 一個(gè)重要的發(fā)展是脫氧鈣鋼,在脫氧鈣鋼中矽酸鈣鹽中的氧化物片的形成。這些片狀,依次減小第二剪切區(qū)中的力量,降低刀具和切屑接口處的摩擦和磨損。溫度也相應(yīng)地降低。結(jié)果,這些鋼產(chǎn)生更小的月牙洼磨損,特別是在高切削速度時(shí)更是如此。不銹鋼 奧氏體鋼通常很難機(jī)加工。振動(dòng)能成為一個(gè)問(wèn)題,需要有高硬度的機(jī)床。然而,鐵素體不銹鋼有很好的可機(jī)加工性。馬氏體鋼易磨蝕,易于形成積屑瘤,并且要求刀具材料有高的熱硬度和耐月牙洼磨損性。經(jīng)沉淀硬化的不銹鋼強(qiáng)度高、磨蝕性強(qiáng),因此要求刀具材料硬而耐磨。鋼中其它元素在可機(jī)加工性方面的影響 鋼中鋁和矽的存在總是有害的,因?yàn)檫@些元素結(jié)合氧會(huì)生成氧化鋁和矽酸鹽,而氧化鋁和矽酸鹽硬且具有磨蝕性。這些化合物增加刀具磨損,降低可機(jī)加工性。因此生產(chǎn)和使用凈化鋼非常必要。根據(jù)它們的構(gòu)成,碳和錳鋼在鋼的可機(jī)加工性方面有不同的影響。低碳素鋼(少于0.15%的碳)通過(guò)形成一個(gè)積屑瘤能生成很差的表面光潔性。盡管鑄鋼的可機(jī)加工性和鍛鋼的大致相同,但鑄鋼具有更大的磨蝕性。刀具和模具鋼很難用于機(jī)加工,他們通常再煅燒后再機(jī)加工。大多數(shù)鋼的可機(jī)加工性在冷加工后都有所提高,冷加工能使材料變硬并且減少積屑瘤的形成。其它合金元素,例如鎳、鉻、鉗和釩,能提高鋼的特性,減小可機(jī)加工性。硼的影響可以忽視。氣態(tài)元素比如氫和氮在鋼的特性方面能有特別的有害影響。氧已經(jīng)被證明了在硫化錳夾雜物的縱橫比方面有很強(qiáng)的影響。越高的含氧量,就產(chǎn)生越低的縱橫比和越高的可機(jī)加工性。選擇各種元素以改善可加工性,我們應(yīng)該考慮到這些元素對(duì)已加工零件在使用中的性能和強(qiáng)度的不利影響。例如,當(dāng)溫度升高時(shí),鋁會(huì)使鋼變脆(液體金屬脆化,熱脆化,見(jiàn)1.4.3節(jié)),盡管其在室溫下對(duì)力學(xué)性能沒(méi)有影響。因?yàn)榱蚧F的構(gòu)成,硫能嚴(yán)重的減少鋼的熱加工性,除非有足夠的錳來(lái)防止這種結(jié)構(gòu)的形成。在室溫下,二次磷化鋼的機(jī)械性能依賴于變形的硫化錳夾雜物的定位(各向異性)。二次磷化鋼具有更小的延展性,被單獨(dú)生成來(lái)提高機(jī)加工性。20.9.2 其它不同金屬的機(jī)加工性盡管越軟的品種易于生成積屑瘤,但鋁通常很容易被機(jī)加工,導(dǎo)致了很差的表面光潔性。高的切削速度,高的前角和高的后角都被推薦了。有高含量的矽的鍛鋁合金鑄鋁合金也許具有磨蝕性,它們要求更硬的刀具材料。尺寸公差控制也許在機(jī)加工鋁時(shí)會(huì)成為一個(gè)問(wèn)題,因?yàn)樗信蛎浀母邔?dǎo)熱系數(shù)和相對(duì)低的彈性模數(shù)。鈹和鑄鐵相同。因?yàn)樗吣ノg性和毒性,盡管它要求在可控人工環(huán)境下進(jìn)行機(jī)加工?;诣T鐵普遍地可加工,但也有磨蝕性。鑄造無(wú)中的游離碳化物降低它們的可機(jī)加工性,引起刀具切屑或裂口。它需要具有強(qiáng)韌性的工具。具有堅(jiān)硬的刀具材料的球墨鑄鐵和韌性鐵是可加工的。鈷基合金有磨蝕性且高度加工硬化的。它們要求尖的且具有耐蝕性的刀具材料并且有低的走刀和速度。盡管鑄銅合金很容易機(jī)加工,但因?yàn)殄戙~的積屑瘤形成因而鍛銅很難機(jī)加工。黃銅很容易機(jī)加工,特別是有添加的鉛更容易。青銅比黃銅更難機(jī)加工。鎂很容易機(jī)加工,鎂既有很好的表面光潔性和長(zhǎng)久的刀具壽命。然而,因?yàn)楦叩难趸俣群突鸱N的危險(xiǎn)(這種元素易燃),因此我們應(yīng)該特別小心使用它。鉗易拉長(zhǎng)且加工硬化,因此它生成很差的表面光潔性。尖的刀具是很必要的。鎳基合金加工硬化,具有磨蝕性,且在高溫下非常堅(jiān)硬。它的可機(jī)加工性和不銹鋼相同。鉭非常的加工硬化,具有可延性且柔軟。它生成很差的表面光潔性且刀具磨損非常大。鈦和它的合金導(dǎo)熱性(的確,是所有金屬中最低的),因此引起明顯的溫度升高和積屑瘤。它們是難機(jī)加工的。鎢易脆,堅(jiān)硬,且具有磨蝕性,因此盡管它的性能在高溫下能大大提高,但它的機(jī)加工性仍很低。鋯有很好的機(jī)加工性。然而,因?yàn)橛斜ê突鸱N的危險(xiǎn)性,它要求有一個(gè)冷卻性質(zhì)好的切削液。20.9.3 各種材料的機(jī)加工性石墨具有磨蝕性。它要求硬的、尖的,具有耐蝕性的刀具。塑性塑料通常有低的導(dǎo)熱性,低的彈性模數(shù)和低的軟化溫度。因此,機(jī)加工熱塑性塑料要求有正前角的刀具(以此降低切削力),還要求有大的后角,小的切削和走刀深的,相對(duì)高的速度和工件的正確支承。刀具應(yīng)該很尖。切削區(qū)的外部冷卻也許很必要,以此來(lái)防止切屑變的有黏性且粘在刀具上。有了空氣流,汽霧或水溶性油,通常就能實(shí)現(xiàn)冷卻。在機(jī)加工時(shí),殘余應(yīng)力也許能生成并發(fā)展。為了解除這些力,已機(jī)加工的部分要在80-160 C(175-315 F)的溫度范圍內(nèi)冷卻一段時(shí)間,然而慢慢地?zé)o變化地冷卻到室溫。熱固性塑料易脆,并且在切削時(shí)對(duì)熱梯度很敏感。它的機(jī)加工性和熱塑性塑料的相同。因?yàn)槔w維的存在,加強(qiáng)塑料具有磨蝕性,且很難機(jī)加工。纖維的撕裂、拉出和邊界分層是非常嚴(yán)重的問(wèn)題。它們能導(dǎo)致構(gòu)成要素的承載能力大大下降。而且,這些材料的機(jī)加工要求對(duì)加工殘片仔細(xì)切除,以此來(lái)避免接觸和吸進(jìn)纖維。隨著納米陶瓷(見(jiàn)8.2.5節(jié))的發(fā)展和適當(dāng)?shù)膮?shù)處理的選擇,例如塑性切削(見(jiàn)22.4.2節(jié)),陶瓷器的可機(jī)加工性已大大地提高了。金屬基復(fù)合材料和陶瓷基復(fù)合材料很能機(jī)加工,它們依賴于單獨(dú)的成分的特性,比如說(shuō)增強(qiáng)纖維或金屬須和基體材料。20.9.4 熱輔助加工在室溫下很難機(jī)加工的金屬和合金在高溫下能更容易地機(jī)加工。在熱輔助加工時(shí)(高溫切削),熱源一個(gè)火把,感應(yīng)線圈,高能束流(例如雷射或電子束),或等離子弧被集中在切削刀具前的一塊區(qū)域內(nèi)。好處是:(a)低的切削力。(b)增加的刀具壽命。(c)便宜的切削刀具材料的使用。(d)更高的材料切除率。(e)減少振動(dòng)。也許很難在工件內(nèi)加熱和保持一個(gè)不變的溫度分布。而且,工件的最初微觀結(jié)構(gòu)也許被高溫影響,且這種影響是相當(dāng)有害的。盡管實(shí)驗(yàn)在進(jìn)行中,以此來(lái)機(jī)加工陶瓷器如氮化矽,但高溫切削仍大多數(shù)應(yīng)用在高強(qiáng)度金屬和高溫度合金的車削中。小結(jié)通常,零件的可機(jī)加工性能是根據(jù)以下因素來(lái)定義的:表面粗糙度,刀具的壽命,切削力和功率的需求以及切屑的控制。材料的可機(jī)加工性能不僅取決于起內(nèi)在特性和微觀結(jié)構(gòu),而且也依賴于工藝參數(shù)的適當(dāng)選擇與控制。
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