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外圆表面的各种加工方法和加工方案

作者:admin  更新日期:2014-04-02 15:09:32  点击:

 一、外圆表面车削加工

  根据毛坯制造精度工件最终加工要求,外圆车削一般可分为粗车、半精车、精车、精细车。

  粗车目切去毛坯硬皮大部分余量。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 。半精车可作为等精度表面终加工,也可作为磨削或精加工预加工。

  精车后尺寸精度可达 IT7~IT8 ,表面粗糙度 Ra1.6~0.8 μ m 。

  精细车后尺寸精度可达 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、外圆表面磨削加工

  磨削外圆表面精加工主要方法之一。它既可加工淬硬后表面,又可加工未经淬火表面。

  根据磨削时工件定位方式不同,外圆磨削可分为:心磨削无心磨削两大类。

  (一)心磨削

  心磨削即普通外圆磨削,被磨削工件由心孔定位,外圆磨床或万能外圆磨床上加工。磨削后工件尺寸精度可达 IT6~IT8 ,表面粗糙度 Ra0.8~0.1 μ m 。按进给方式不同分为纵向进给磨削法横向进给磨削法。

  1 .纵向进给磨削法(纵向磨法)

  如图 6-2 所示,砂轮高速旋转,工件装前后顶尖上,工件旋转并工作台一起纵向往复运动。

  2 .横向进给磨削法(切入磨法)

  如图 6-3 所示,此种磨削法没有纵向进给运动。当工件旋转时,砂轮以慢速作连续横向进给运动。其生产率高,适用于大批量生产,也能进行成形磨削。但横向磨削力较大,磨削温度高,要求机床、工件有足够刚度,故适合磨削短而粗,刚性好工件;加工精度低于纵向磨法。

  (二)无心磨削

  无心磨削一种高生产率精加工方法,以被磨削外圆本身作为定位基准。目前无心磨削方式主要有:贯穿法切入法。

  如图 6-4 所示为外圆贯穿磨法原理。

  工件处于磨轮导轮之间,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 λ 角。这样导轮圆周速

  度 υ 导 可以分解为带动工件旋转 υ 工 使工件轴向进给分量 υ 纵 。

  如图 6-5 为切入磨削法磨削原理。导轮 3 带动工件 2 旋转并压向磨轮 1 。加工时,工件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。导轮轴线与砂轮轴线平行或相交成很小角度( 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。

  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 .导轮材料摩擦系数应大于砂轮材料磨擦系数;砂轮与导轮同向旋转,且砂轮速度应大于导轮速度;支承板倾斜方向应有助于工件紧贴导轮上。

  3 .为了保证工件圆度要求,工件心应高出砂轮导轮心连线。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)外圆磨削质量分析

  磨削过程,由于有多种因素影响,零件表面容易产生各种缺陷。常见缺陷及解决措施分析如下:

  1 .多角形 零件表面沿母线方向存一条条等距直线痕迹,其深度小于 0.5 μ m ,如图6-6 所示。

  产生原因主要由于砂轮与工件沿径向产生周期性振动所致。如砂轮或电动机不平衡;轴承刚性差或间隙 太大 ;工件心孔与顶尖接触不良;砂轮磨损不均匀等。消除振动措施,如仔细地平衡砂轮电动机;改善心孔顶尖接触情况;及时修整砂轮;调整轴承间隙等。

  2 .螺旋形 磨削后工件表面呈现一条很深螺旋痕迹,痕迹间距等于工件每转纵向进给量。如图 6-7 所示。

  产生原因主要砂轮微刃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。消除措施,修正砂轮,保持微刃等高性;调整轴承间隙;保持主轴位置精度;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) 常见工件表面拉毛现象如图 6-8 所示。

  产生原因主要磨粒自锐性过强;切削液不清洁;砂轮罩上磨屑落砂轮与工件之间等。消除拉毛措施,选择硬度稍高一些砂轮;砂轮修整后用切削液毛刷清洗;对切削液进行过滤;清理砂轮罩上磨屑等。

  4 .烧伤 可分为螺旋形烧伤点烧伤,如图 6-9 所示。

  烧伤原因主要由于磨削高温作用,使工件表层金相组织发生变化,因而使工件表面硬度发生明显变化。消除烧伤措施,降低砂轮硬度;减小磨削深度;适当提高工件转速;减少砂轮与工件接触面积;及时修正砂轮;进行充分冷却等。

  三、外圆表面精密加工

  随着科学技术发展,对工件加工精度表面质量要求也越来越高。因此外圆表面精加工后,往往还要进行精密加工。外圆表面精密加工方法常用有高精度磨削、超精度加工、研磨滚压加工等。

  高精度磨削

  使轴表面粗糙度值 Ra0.16 μ m 以下磨削工艺称为高精度磨削,它包括精度磨削( Ra0.6-0.06 μ m )、超精密磨削( Ra0.04-0.02 μ m )镜面磨削( Ra ﹤ 0.01 μ m)。

  高精度磨削实质于砂轮磨粒作用。经过精细修整后砂轮磨粒形成了同时能参加磨削许多微刃。如图 6 -10a,b,这些微刃等高程度好,参加磨削切削刃数大大增加,能从工件上切下微细切屑,形成粗糙度值较小表面。随着磨削过程继续,锐利微刃逐渐钝化,如图 6 -10c。钝化磨粒又可起抛光作用,使粗糙度进一步降低。

  (二)超精加工

  用细粒度磨具油石对工件施加很小压力,油石作往复振动慢速沿工件轴向运动,以实现微量磨削一种光整加工方法。

  如图 6-11 所示为其加工原理图。加工有三种运动:工件低速回转运动 1 ;磨头轴向进给运动 2 ;磨头高速往复振动 3 。如果暂不考虑磨头轴向进给运动,磨粒工件表面上走过轨迹正弦曲线,如图 6-11b 所示。

  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,且细小切屑形成氧化物而嵌入油石空隙,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凸峰,对加工精度提高不显著。

  耐磨焊条

  (三)研磨

  用研磨工具研磨剂,从工件表面上研去一层极薄表层精密加工方法称为研磨。

  研磨用研具采用比工件材料软材料(如铸铁、铜、巴氏合金及硬木等)制成。研磨时,部分磨粒悬浮工件研具之间,部分研粒嵌入研具表面,利用工件与研具相对运动,磨粒应切掉一层很薄金属,主要切除上工序留下来粗糙度凸峰。一般研磨余量为 0.01 -0.02mm 。研磨除可获得高尺寸精度小表面粗糙度值外,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,利用工件相互研磨(对研)一种有效方法。如内燃机气阀与阀座,油泵油咀偶件等。

  (四)滚压加工

  滚压加工用滚压工具对金属材质工件施加压力,使其产生塑性变形,从而降低工件表面粗糙度,强化表面性能加工方法。它一种无切屑加工。

  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 .滚压后形状精度位置精度主要取决于前道工序。

  3 .滚压工件材料一般塑性材料,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、外圆表面加工方案选择

  上面介绍了外圆表面常用几种加工方法及其特点。零件上一些精度要求较高面,仅用一种加工方法往往达不到其规定技术要求。这些表面必须顺序地进行粗加工、半精加工精加工等加工方法以逐步提高其表面精度。不同加工方法有序组合即为加工方案。表 3-14 即为外圆柱面加工方案。

  表3-14  外圆柱面加工方法

  表3-14  外圆柱面加工方法

  序号

  加工方法

  经济精度

  ( 公差等级表示 )

  经济粗糙度值

  Ra / um

  适用范围

  1

  粗车

  IT18~13

  12.5~50

  适用于淬火钢以外各种金属

  2

  粗车 - 半精车

  IT11~10

  3.2~6.3

  3

  粗车 - 半精车 - 精车

  IT7~8

  0.8~1.6

  4

  粗车 - 半精车 - 精车 -滚压(或抛光)

  IT7~8

  0.25~0.2

  5

  粗车 - 半精车 -磨削

  IT7~8

  0.4~0.8

  主要用于淬火钢,也可用于未淬火钢,但不宜加工有色金属

  6

  粗车 - 半精车 -粗磨 -精磨

  IT6~7

  0.1~0.4

  7

  粗车 - 半精车 -粗磨 -精磨 -超精加工(或轮式超精磨)

  IT5

  0.012~0.1

  ( 或 R Z 0.1)

  8

  粗车 - 半精车 -精车 -精细车(金刚车)

  IT6~7

  0.025~0.4

  主要用于要求较高有色金属加工

  9

  粗车 - 半精车 - 粗磨 -精磨 -超精磨(或镜面磨)

  IT5 以上

  0.006~0.025

  ( 或 R Z 0.05)

  极高精度外圆加工

  10

  粗车 - 半精车 -粗磨 -精磨 -研磨

  IT5 以上

  0.006~0.1

  ( 或 R Z 0.05)

  确定某个表面加工方案时,先由加工表面技术要求(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特点确定前道工序加工方法,如此类推。但由于获得同一精度及表面粗糙度加工方法可有若干种,实际选择时还应结合零件结构、形状、尺寸大小及材料热处理要求全面考虑。

  表 3-14 序号 3 (粗车—半精车—精车)与序号 5 (粗车—半精车—磨)两种加工方案能达到同样精度等级。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 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,其对加工表面形状精度位置精度改善均不显著,所以前道工序应采用精磨,使加工表面位置精度几何形状精度已达到技术要求。

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