【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 集中亦較敏感，因此只用于碳素鋼難于勝任工作時(shí)才考慮采用。 用碳素鋼和合金鋼澆鑄而成的鑄件稱為鑄鋼，通常用于制造結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積較大的零件，但鑄鋼的液態(tài)流動(dòng)性比鑄鐵差，且其收縮率的鑄鐵件大，故鑄鋼的壁厚常大于 10ｍｍ，其圓角和不同壁厚的過渡部分應(yīng)比鑄鐵件大。表 11 是常用的金屬材料的機(jī)械性能。 表 11 常用鋼鐵材料的機(jī)械性能 材料 機(jī)械性能 名稱 牌號(hào) 抗拉強(qiáng) 度 ?b(N/mm2) 屈服強(qiáng)度 ?s(N/mm2) 硬度 (HBS) 普通碳素結(jié)構(gòu)鋼 Q215 Q235 Q255 335~410 375~460 410~510 215 235 255 12 Q275 490~610 275 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 20 35 45 410 530 600 245 315 355 156 197 220 合金結(jié)構(gòu)鋼 18Cr2Ni4W 35SiMn 40Cr 40CrNiMo 20CrMnTi 65Mn 118 785 981 980 1079 735 835 510 785 835 834 430 260 229 247 269 ?217 285 鑄鋼 ZG230450 ZG270500 ZG310570 450 550 570 230 270 310 ?130 ?143 ?153 灰鑄鐵 HT150 HT200 HT250 145 195 240 — — — 150~200 170~220 190~240 球墨鑄鐵 QT45010 QT5007 QT6003 QT7002 450 500 600 700 310 320 370 420 160~210 170~230 190~270 225~305 二、 材料選用的原則 從各種各樣的材料中選擇出合用的材料是一項(xiàng)受到多方面因素制約的工作，通常應(yīng)考慮下面的原則： （ 1） 載荷的大小和性質(zhì)，應(yīng)力的大小、性質(zhì)及其分布狀況 對(duì)于承受拉伸載荷為主的零件宜選用鋼材，承受壓縮載荷的零件應(yīng)選鑄鐵。脆 13 性材料原則上只適用于制造承受靜載荷的零件，承受沖擊載荷時(shí)應(yīng)選擇塑性材料。 （ 2） 零件的工作條件 在腐蝕介質(zhì)中工作的零件應(yīng)選用耐腐蝕材料，在高溫下工作的零件應(yīng)選耐熱材料，在濕熱環(huán)境下工作的零件，應(yīng)選防銹能力好的材料，如不銹鋼、銅合金等。零件在工 作中有可能發(fā)生磨損之處，要提高其表面硬度，以增強(qiáng)耐磨性，應(yīng)選擇適于進(jìn)行表面處理的淬火鋼、滲碳鋼、氮化鋼。金屬材料的性能可通過熱處理和表面強(qiáng)化（如噴丸、滾壓等）來(lái)提高和改善，因此要充分利用熱處理和表面處理的手段來(lái)發(fā)揮材料的潛力。 （ 3） 零件的尺寸及質(zhì)量 零件尺寸的大小及質(zhì)量的好壞與材料的品種及毛坯制取方法有關(guān)，對(duì)外形復(fù)雜、尺寸較大的零件，若考慮用鑄造毛坯，則應(yīng)選用適合鑄造的材料；若考慮用焊接毛坯，則應(yīng)選用焊接性能較好的材料；尺寸小、外形簡(jiǎn)單、批量大的零件，適于沖壓和模鍛，所選材料就應(yīng)具有較好的塑性。 （ 4） 經(jīng)濟(jì)性 選擇零 件材料時(shí)，當(dāng)用價(jià)格低廉的材料能滿足使用要求時(shí)，就不應(yīng)選擇價(jià)格高的材料，這對(duì)于大批量制造的零件尤為重要。此外還應(yīng)考慮加工成本及維修費(fèi)用。為了簡(jiǎn)化供應(yīng)和儲(chǔ)存的材料品種，對(duì)于小批制造的零件，應(yīng)盡可能減少同一部設(shè)備上使用材料的品種和規(guī)格，使綜合經(jīng)濟(jì)效益最高。 各零部件的材料選擇及工藝分析 14 齒輪的材料及熱處理對(duì)齒輪的使用性能和壽命有很大的影響?？紤]材料的綜合性能及經(jīng)濟(jì)性，本課題所設(shè)計(jì)的齒輪的材料選用 45 鋼，齒面硬度 220～ 250HBS。因其加工精度并不高，因此采用：滾齒 — 齒端加工 齒面熱處理 修 正內(nèi)孔的加工方案。 本課題所設(shè)計(jì)的端蓋采用鑄鐵 HT200，因?yàn)殍T鐵具有良好的耐磨性和減振性，而且價(jià)格低廉。加工工藝路線：車削其外形 — 銑削內(nèi)形 — 鉆孔。 15 非合金結(jié)構(gòu)鋼 Q235 碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低，具有良好的塑性和焊接性能，但強(qiáng)度較低，在機(jī)械制造中主要用于制造受力不大的普通機(jī)械零件，因此本課題所設(shè)計(jì)的調(diào)整環(huán)，選用 Q235A。因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，故只需先鉆孔后車削即可。 4. 箱體 箱體零件是機(jī)器的基礎(chǔ)零件之一。由它將機(jī)器和部件中的軸、套、齒輪等有關(guān)零件集合成一個(gè)整體，使它們之間保持 正確的相互位置關(guān)系，并按一定的傳動(dòng)關(guān)系協(xié)調(diào)的傳遞運(yùn)動(dòng)或動(dòng)力。因此，箱體的加工質(zhì)量對(duì)機(jī)器的精度、性能和壽命都有直接的影響。本課題所設(shè)計(jì)的箱體采用鑄鐵 HT200，因?yàn)殍T鐵具有較好的耐磨性、鑄造 16 性、切削性和減振性，且成本低廉。加工方法多采用鑄造，毛坯在鑄造時(shí)應(yīng)防止砂眼和氣孔產(chǎn)生。為了減少殘余應(yīng)力，箱體鑄造后應(yīng)進(jìn)行時(shí)效處理。 5. 軸 通過對(duì)材料的綜合性能及經(jīng)濟(jì)性的分析，本課題所設(shè)計(jì)的軸采用 45 鋼，因其在機(jī)構(gòu)中起傳遞作用，則需要有較高的強(qiáng)度、硬度和耐磨性。因此，采用淬火 3545HRC。其加工工藝路徑為：車削其 外圓輪廓 — 銑削鍵槽 — 攻螺紋 — 熱處理 — 精磨。 3. 主要零件的參數(shù)設(shè)置及加工路徑分析 概述 軸是機(jī)械加工中常見的典型零件之一。它在機(jī)械中主要用于支承齒輪、帶輪、凸輪以及連桿等傳動(dòng)件，以傳遞扭矩。按結(jié)構(gòu)形式不同，軸可以分為階梯軸、錐度心軸、光軸、空心軸、曲軸、凸輪軸、偏心軸、各種絲杠等，其中階梯傳動(dòng)軸應(yīng)用較廣，其加工工藝能較全面地反映軸類零件的加工規(guī)律和共性。 根據(jù)軸類零件的功用和工作條件，其技術(shù)要求主要在以下方面： ⑴ 尺寸精度 軸類零件的主要表面常為兩類：一類是與軸承 的內(nèi)圈配合的外圓軸頸，即支承軸頸，用于確定軸的位置并支承軸，尺寸精度要求較高，通常為 IT 5～ 17 IT7；另一類為與各類傳動(dòng)件配合的軸頸，即配合軸頸，其精度稍低，常為 IT6～ IT9。 ⑵ 幾何形狀精度 主要指軸頸表面、外圓錐面、錐孔等重要表面的圓度、圓柱度。其誤差一般應(yīng)限制在尺寸公差范圍內(nèi)，對(duì)于精密軸，需在零件圖上另行規(guī)定其幾何形狀精度。 ⑶ 相互位置精度 包括內(nèi)、外表面、重要軸面的同軸度、圓的徑向跳動(dòng)、重要端面對(duì)軸心線的垂直度、端面間的平行度等。 ⑷ 表面粗糙度 軸的加工表面都有粗糙度的要求，一般根據(jù)加工的可能性和經(jīng)濟(jì)性來(lái)確定。支承軸頸常為 ～ m，傳動(dòng)件配合軸頸為 ～ m。 ⑸ 其他 熱處理、倒角、倒棱及外觀修飾等要求。 軸類零件的材料、毛坯及熱處理 1．軸類零件的材料 ⑴ 軸類零件材料 常用 45 鋼，精度較高的軸可選用 40Cr、軸承鋼 GCr1彈簧鋼 65Mn，也可選用球墨鑄鐵；對(duì)高速、重載的軸，選用 20CrMnTi、 20Mn2B、 20Cr等低碳合金鋼或 38CrMoAl 氮化鋼。 ⑵ 軸類毛坯 常用圓棒料和鍛件；大型軸或結(jié)構(gòu)復(fù)雜的軸采用鑄件。毛坯經(jīng)過加熱鍛造后，可使金屬內(nèi)部纖維組織沿表面均勻分布，獲得較高的抗拉、抗彎及抗扭強(qiáng)度。 2．軸類零件的熱處理 鍛造毛坯在加工前，均需安排正火或退火處理，使鋼材內(nèi)部晶粒細(xì)化，消除鍛造應(yīng)力，降低材料硬度，改善切削加工性能。 調(diào)質(zhì)一般安排在粗車之后、半精車之前，以獲得良好的物理力學(xué)性能。 表面淬火一般安排在精加工之前，這樣可以糾正因淬火引起的局部變形。 精度要求高的 軸，在局部淬火或粗磨之后，還需進(jìn)行低溫時(shí)效處理。 經(jīng)綜合考慮，本課題所設(shè)計(jì)的軸采用 45 鋼，因其在機(jī)構(gòu)中起傳遞作用，則需要有較高的強(qiáng)度、硬度和耐磨性。因此，采用淬火 3545HRC。 18 工藝裝備的選擇 工 藝裝備選擇的合理與否，將直接影響工件的加工精度、生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。應(yīng)根據(jù)地生產(chǎn)類型、具體加工條件、工件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和技術(shù)要求等選擇工藝裝備。 一、夾具的選擇 單件、小批生產(chǎn)應(yīng)首先采用各種通用夾具和機(jī)床附件，如卡盤、機(jī)床用平口虎鉗、分度頭等；對(duì)于大批和大量生產(chǎn)，為提高生產(chǎn)率應(yīng)采用專用高效夾具； 多品種中、小批量生產(chǎn)可采用可調(diào)夾具或成組夾具。 因?yàn)楸菊n題所要加工的軸形狀較簡(jiǎn)單，采用通用夾具即可，因此選用三角卡盤。 二、 刀具的選擇 一般優(yōu)先采用標(biāo)準(zhǔn)刀具。若采用機(jī)械集中，則可采用各種高效的專用刀具、復(fù)合刀具和多刃刀具等。刀具的類型、規(guī)格和精度等級(jí)應(yīng)符合加工要求。 其次在選用刀具時(shí)還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： 1）在數(shù)控機(jī)床上銑削平面時(shí)，應(yīng)采用鑲裝可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金刀片的銑刀。一般采用兩次走刀，一次粗銑，一次精銑。當(dāng)連續(xù)切削時(shí)，粗銑刀直徑要小一些，精銑刀直徑要大一些，最好能包容待加工面的整個(gè)寬度。加工余量大，且加 工面又不均勻時(shí)，刀具直徑要選得小些，否則當(dāng)粗加工時(shí)會(huì)因接刀刀痕過深而影響加工質(zhì)量。 2）高速鋼立銑刀多用于加工凸臺(tái)和凹槽，最好不要用于加工毛坯面，因?yàn)槊髅嬗杏不瘜雍蛫A砂現(xiàn)象，刀具會(huì)很快被磨損。 3）加工余量較小，并且要求表面粗糙度值較低時(shí)，應(yīng)采用鑲立方氮化硼刀片的端銑刀或鑲陶瓷刀片的端銑刀。 4）鑲硬質(zhì)合金的立銑刀可用于加工凹槽、窗口面、凸臺(tái)面和毛坯表面。 5）鑲硬質(zhì)合金的玉米銑刀可以進(jìn)行強(qiáng)力切削，銑削毛坯表面和用于孔的粗加工。 6）精度要求較高的凹槽加工時(shí)，可以采用直徑比槽寬小一 些的立銑刀，先銑槽的中間部分，然后利用刀具半徑補(bǔ)償功能銑削槽的兩邊，直到達(dá)到精度要求為止。 7）在數(shù)控銑床上鉆孔，一般不采用鉆模，鉆孔深度為直徑的 5 倍左右的深孔加工容易折斷鉆頭，應(yīng)注意冷卻和排屑。鉆孔前最好先用中心鉆鉆一個(gè)中心孔或用 19 一個(gè)剛性好的短鉆頭锪窩引正。锪窩除了可以解決毛坯表面鉆孔引正問題外，還可以代替孔口倒角。 三、量具的選擇 單件、小批生產(chǎn)應(yīng)廣泛采用通用量具，如游標(biāo)卡尺、百分尺和千分表等；大批、大量生產(chǎn)應(yīng)采用極限量塊和高效的專用檢驗(yàn)夾具和量?jī)x等。量具的精度必須與加工精度相適應(yīng)。 因本零件屬于 小批量生產(chǎn)，因此，選用通用量具即可。 切削用量的選擇 對(duì)于高效率的金屬切削機(jī)床加工來(lái)說(shuō)，被加工材料、切削刀具、切削用量是三大要素。這些條件決定著加工時(shí)間、刀具壽命和加工質(zhì)量。經(jīng)濟(jì)的、有效的加工方式，要求必須合理地選擇切削條件。 在確定每道工序的切削用量時(shí)，應(yīng)根據(jù)刀具的耐用度和機(jī)床說(shuō)明書中的規(guī)定去選擇。也可以結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)用類比法確定切削用量。在選擇切削用量時(shí)要充分保證刀具能加工完一個(gè)零件，或保證刀具耐用度不低于一個(gè)工作班，最少不低于半個(gè)工作班的工作時(shí)間。 背吃刀量主要受機(jī)床剛度的限制，在機(jī)床剛度允 許的情況下，盡可能使背吃刀量等于工序的加工余量，這樣可以減少走刀次數(shù)，提高加工效率。對(duì)于表面粗糙度和精度要求較高的零件，要留有足夠的精加工余量，數(shù)控加工的精加工余量可比通用機(jī)床加工的余量小一些。 在確定切削用量時(shí)，要根據(jù)被加工工件材料、硬度、切削狀態(tài)、背吃刀量、進(jìn)給量，刀具耐用度，最后選擇合適的切削速度。 表 為車削加工時(shí)的選擇切削條件的參考數(shù)據(jù)。 20 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選擇，一般粗車切削深度為 2～ 3mm,半精車切削深度為 ～ 2mm，精車切削深度為 ～ 。本課題所加工的為 45 鋼，由表可知：切削速 度應(yīng)在70～ 220mm/min,根據(jù)經(jīng)驗(yàn) ,我們選擇 Vc=120mm/ n=1000v/∏ dw (dw未加工工件的直徑 )可以計(jì)算出 ,粗車時(shí) n=500r/min。精車時(shí) n=1200r/min. 刀具及切削參數(shù)如下： 21 進(jìn)給路線的確定 在數(shù)控機(jī)床加工過程中，進(jìn)給路線的確定是非常重要的，它與工件的加工精度和粗糙度直接相關(guān)。所謂進(jìn)給路線就是數(shù)控機(jī)床在加工過程中刀具中心的移動(dòng)路線。確定進(jìn)給路線，就是確定刀具的移動(dòng)路線。 1）數(shù)控車削進(jìn)給路線的確定 確定數(shù)控車削進(jìn)給路線的工作重點(diǎn) ，主要在于確定粗加工及空行程的進(jìn)給路線，精加工切削過程的進(jìn)給路線基本上都是沿其零件設(shè)