【文章內(nèi)容簡介】 精度的影響 (5)工藝系統(tǒng)的熱平衡以及減小其熱變形的途徑⑴ 工藝系統(tǒng)的熱源切削熱摩擦熱派生熱源環(huán)境溫度輻射熱工藝系統(tǒng)熱源內(nèi)部熱源外部熱源l切削熱 是由切削過程中工件切削層金屬彈性變形、塑性變形以及刀具、工件與切削之間的摩擦所消耗的能量轉(zhuǎn)化而來的l對加工精度的影響最為直接l切削熱與 被加工的材料 、 刀具幾何參數(shù) 、 切削用量 及 切削時的冷卻潤滑條件 有直接的關(guān)系l摩擦熱主要來源：216。工藝系統(tǒng)的運動副（如齒輪副、軸承副、導(dǎo)軌副、螺母絲杠副、離合器副等）的相對運動所產(chǎn)生的摩擦熱及因動力源（如電動機、液壓系統(tǒng)等）工作時的能量損失而產(chǎn)生的熱l工藝系統(tǒng)內(nèi)部的部分熱量通過切屑、切削液、潤滑液等帶到機床其他部位，形成了派生熱源，因此使系統(tǒng)產(chǎn)生熱變形l以對流傳遞為主要傳遞形式的環(huán)境溫度的變化（如氣溫的變化，空調(diào)溫度，地基溫度的變化等）影響工藝系統(tǒng)的受熱均勻性，從而影響工件的加工精度l以輻射為傳遞形式的輻射熱（如陽光、燈光照明、加熱器、人體溫度等）對工藝系統(tǒng)輻射的單面性或局部性而使工藝系統(tǒng)產(chǎn)生熱變形，從而影響工件的加工精度請單擊 4下⑵ 工件熱變形對加工精度的影響l 機械加工過程中，工件熱變形的熱源主要是 切削熱 1）工件均勻受熱 2）工件不均勻受熱 在銑、刨及磨削加工中容易出現(xiàn)如下情況：① 長軸類零件磨削時的熱變形② 薄片類零件的熱變形 上下表面之間形成溫差，導(dǎo)致 工件向上凸起，凸起部分被工具切去。加工完畢冷卻 后，加工表面就產(chǎn)生了中凹形狀的幾何誤差。① 長軸類零件磨削時的熱變形l 磨削長軸類零件時，由于沿工件軸向切削時間存在先后，故隨著切削的進(jìn)行，工件的溫升逐漸增加，熱膨脹也逐漸增加，導(dǎo)致直徑變大，到加工結(jié)束時增至最大，因此磨削深度也隨之增大l 工件冷卻后則產(chǎn)生錐形的幾何誤差，如 圖 516所示 圖 516 長軸熱變形引起的形狀誤差⑶ 刀具熱變形對加工精度的影響l 刀具熱變形的熱源主要是 切削熱l 切削加工中，約有 10％的切削熱傳給了刀具，比例雖然不大，但由于刀具尺寸小、熱容量小、刀具溫升較高，刀頭部位的溫升更高，故其對加工精度的影響不容忽視l 象高速鋼車刀車削外圓時，刀刃部分的溫度可達(dá) 700～800℃ ，刀具伸長可達(dá) ～ l 圖 517為車削時車刀的熱變形曲線1）刀具連續(xù)切削時 :曲線 A是刀具連續(xù)工作時的熱伸長曲線 2）刀具間斷切削時 :間斷切削熱變形曲線見 圖 517中曲線 C l 為了減小刀具的熱變形，應(yīng)合理選擇切削用量和刀具幾何參數(shù)，并給予充分的冷卻和潤滑，以減少切削熱，降低切削溫度 圖 517 車刀熱變形曲線⑷ 機床熱變形對加工精度的影響l 由于機床熱源分布的不均勻、機床結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性以及機床工作條件變化很大等原因，機床各部件溫升不同，甚至同一零件的不同部位溫升也有差異，從而破壞了機床原有的相互位置關(guān)系，使工件產(chǎn)生加工誤差l 不同機床，其主要熱源不同，對加工精度的影響也不同l 車、銑、鉆、鏜等機床的主要熱源是主軸箱 (5)工藝系統(tǒng)的熱平衡以及減小其熱變形的途徑l 1)工藝系統(tǒng)熱平衡 工藝系統(tǒng)在各種熱源熱用下溫度會逐漸升高，同時它們也通過各種傳熱方式向周圍介質(zhì)散發(fā)熱量。當(dāng)工藝系統(tǒng)的溫度達(dá)到某一數(shù)值，且單位時間內(nèi)散出的熱量與熱源傳入的熱量趨于相等時，就達(dá)到了工藝系統(tǒng)熱平衡狀態(tài)。在熱平衡狀態(tài)中，工藝系統(tǒng)各部分的溫度就保持在相對固定的數(shù)值上，同時其熱變形也就相應(yīng)地趨于穩(wěn)定。l 由于作用于工藝系統(tǒng)各部分的熱源的發(fā)熱量、位置和時間各不相同，其熱容量、散熱條件也會不一樣，因此各部分的溫升也是不等的。物體中各點溫度的分布稱為溫度場。當(dāng)物體未達(dá)到熱平衡或處于不穩(wěn)態(tài)溫度場時，其各點溫度既是位置坐標(biāo)的函數(shù)也是時間的函數(shù)；當(dāng)物體達(dá)到熱平衡或處于穩(wěn)態(tài)溫度場時，各點溫度將不隨時間而變化，而僅是其位置坐標(biāo)的函數(shù)。(5)工藝系統(tǒng)的熱平衡以及減小其熱變形的途徑l 2) 減小工藝系統(tǒng)熱變形的途徑熱l ① 減少熱源發(fā)熱和隔離熱源 盡量將熱源從機床內(nèi)部分離出去，如電動機、變速箱、液壓系統(tǒng)等均應(yīng)盡可能移出；對于不能分離的熱源，如主軸軸承、絲桿螺母副等則可以從結(jié)構(gòu)設(shè)計、潤滑等方面改善摩擦特性、減少發(fā)熱；也可以用隔熱材料將發(fā)熱部件和機床大件隔離開來。對于不便移置和隔離的發(fā)熱量大的熱源也可用強制式的風(fēng)冷、水冷、散熱片、循環(huán)潤滑冷卻等措施散熱l ② 均衡溫度場 采用均衡溫度場的設(shè)計和措施，保證機床零部件溫升均勻，使機床本身趨于熱平衡狀態(tài)l ③ 加快溫度場平衡和強化散熱 在加工工件前機床高速空運轉(zhuǎn)，使其短時間達(dá)到熱平衡后再換成工作速度進(jìn)行加工；或在機床溫升較高、較低位置，附加 “控制熱源 ”均衡溫度場，促使其更快地達(dá)到熱平衡狀態(tài)l ④ 改進(jìn)機床結(jié)構(gòu) 采用熱對稱、減小和轉(zhuǎn)移誤差敏感方向的熱伸長量等結(jié)構(gòu)，減少機床零部件熱變形，減少工件加工誤差|工件應(yīng)力引起的變形l 基本概念216。 定義 ：外部載荷去除以后，仍然存在于零件內(nèi)部的應(yīng)力，稱為 應(yīng)力 216。 工件一旦產(chǎn)生應(yīng)力之后，就會使工件金屬處于一種高能位的不穩(wěn)定狀態(tài)，它本能地要向低能位的穩(wěn)定狀態(tài) 轉(zhuǎn)化，并伴隨著變形的發(fā)生，從而導(dǎo)致工件喪失原有的加工精度 ? 殘余應(yīng)力的產(chǎn)生216。 熱加工中殘余應(yīng)力的產(chǎn)生 216。 冷校直產(chǎn)生的殘余應(yīng)力 216。 切削加工帶來的殘余應(yīng)力216。熱加工中殘余應(yīng)力的產(chǎn)生l 在鑄、鍛、焊、熱處理等工序中由于工件壁厚不均、冷卻不均以及金相組織轉(zhuǎn)變的體積變化，使毛坯內(nèi)部產(chǎn)生了相當(dāng)大的殘余應(yīng)力。毛坯的結(jié)構(gòu)愈復(fù)雜，各部分厚度愈不均勻，散熱條件相差愈大，則在毛坯內(nèi)部產(chǎn)生的應(yīng)力越大。具有殘余應(yīng)力的毛坯暫時處于相對平衡狀態(tài)，如圖 518(a)所示，但當(dāng)切去一層金屬后，這種平衡狀態(tài)被打破，殘余應(yīng)力會重新分布，導(dǎo)致工件出現(xiàn)明顯的變形，如圖 518(b)所示 。 圖 518 床身 因殘余應(yīng)力引起的變化216。冷校直產(chǎn)生的殘余應(yīng)力l 細(xì)長軸類零件經(jīng)車削后，棒料在軋制中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力要重新分布，使軸出現(xiàn)彎曲。為了校正這種變形，在原有變形的相反方向加外力，使工件向相反方向彎曲，工件除受拉、壓應(yīng)力發(fā)生彈性變形外，其外層還產(chǎn)生塑性變形，以達(dá)到校直的目的，這就是冷校直。在外力的作用下，被冷校直工件內(nèi)部應(yīng)力重新分布；當(dāng)外力去除后，外層的塑性變形部分牽制了彈性變形的恢復(fù)，產(chǎn)生了新的殘余應(yīng)力平衡狀態(tài)。所以說，冷校直后的工件雖然減少了彎曲變形，但依然處于不穩(wěn)定狀態(tài)，還會產(chǎn)生新的彎曲變形。216。切削加工帶來的殘余應(yīng)力l 切削過程中產(chǎn)生的力和熱，也會使工件產(chǎn)生殘余應(yīng)力。減小殘余應(yīng)力引起的變形誤差 ,可以通過改進(jìn)零件結(jié)構(gòu)設(shè)計