1、目 录薄壁套零件的加工设计 工作单位：山阳县职业教育中心工 种： 车 工姓 名: 杨 锁2012 年 3 月 25 日内 容 摘 要薄壁套类零件是用来支承旋转轴及轴上零件或用来导向的,该类零件的主要表面是内孔和外圆,其主要技术要求是内孔及外圆的尺寸以及圆度要求;内外圆之间的同轴度要求;孔轴线与端面的垂直度要求。 薄壁套类零件壁厚很薄,径向刚度很弱,在加工过程中受切削力、切削热及夹紧力等因素的影响,极易变形,导致以上各项技术要求难以保证。针对这些问题,本文对薄壁套类零件加工过程中装夹方法、切削用量、刀具几何角度等做了初步的探讨。关键词：薄壁套 零件 切削力 刀具第 1 章 绪 论- V -目 录
2、一 绪论-1二 薄壁套的加工特点-3（一）难加工的原因-3（二）薄壁套的车削与检测-3（三）减少薄壁套变形的措施-3三 减少薄壁套车削振动的措施-5（一）机床的调整与刀具选择-5（二）防止变形的措施-5四 薄壁套类零件的加工分析-6（一）加工实例-7（二）加工实例-9五 参考文献-12一.绪 论概述套类零件是用来支承旋转轴及轴上零件或用来导向的,该类零件的主要表面是内孔和外圆,其主要技术要求是内孔及外圆的尺寸以及圆度要求;内外圆之间的同轴度要求;孔轴线与端面的垂直度要求。 薄壁套类零件壁厚很薄,径向刚度很弱,在加工过程中受切削力、切削热及夹紧力等因素的影响,极易变形,导致以上各项技术要求难以保
3、证。针对这些问题,本文对薄壁套类零件加工过程中装夹方法、切削用量、刀具几何角度等做了初步的探讨。1. 设计内容及要求本次设计主要是针对薄壁零件的难加工问题进行设计，从而设计出符合要求和合理的加工方法。套类零件是用来支承旋转轴及轴上零件或用来导向的,该类零件的主要表面是内孔和外圆,其主要技术要求是内孔及外圆的尺寸以及圆度要求;内外圆之间的同轴度要求;孔轴线与端面的垂直度要求。 薄壁套类零件壁厚很薄,径向刚度很弱,在加工过程中受切削力、切削热及夹紧力等因素的影响,极易变形,导致以上各项技术要求难以保证。力求设计出加工简单，成本低，操作简单的加工方法。2. 加工方法的设计流程a明确薄壁加工方法设计要
4、求b工况分析(刀具角度、切削用量)c确定主要参数d编制设计图e选择和设计合理刀具f编制设计说明书二. 薄壁套的加工特点（一） 难加工的原因大连广播电视大学- 7 -薄壁套是薄壁类零件中比较典型的零件，它的内.外直径差非常小.由于夹紧力.切削力.切削热.内应力等诸多因素的影响，加工难度比较大。1.薄壁套承受不了较大的径向夹紧力.用通用夹具安装比较困难。2.薄壁套的刚性差.在夹紧力的作用下极易产生变形.常态下工件的弹性复原能力会影响工件的尺寸精度和形状精度。3.工件径向尺寸受切削热的影响大.热膨胀变形的规律难以掌握.因而工件尺寸精度不易控制。4.由于切削力（特别是背向力）的影响.容易产生变形和振动
5、.工件的精度和表面粗糙度不易保证.5.由于薄壁套刚性差.不能采用较大的切削用量.因而产生效率低。6.对精密的薄壁套.测量时.工件承受不了.千分尺等的测量压力.可能出现较大的测量误差.甚至由于测量不当造成废品。（二）减少薄壁套变形的措施合理确定夹紧力的大小.方向和作用点1）粗.精车采用不同的夹紧力。粗车时夹紧力大些.以使工件夹得牢固；精车时夹紧力小些.以减少工件的夹紧变形。2）正确选择夹紧力的作用点.使夹紧力作用于夹具支承点的对应部位或刚性较好的部位.并尽可能靠近工件的加工表面。3）改变夹紧力的作用方向.变径向夹紧为轴向夹紧.因为薄壁套轴向承载能力比径向大。尽可能使夹紧力与切削力的方向一致.这样
6、可以减小夹紧力。4）增大夹紧力的作用面积.将工件小面积上的局部受力变为大面积上的均匀受力.可大大减少工件的夹紧变形。1 使用辅助支承使用辅助支承 使用辅助支承可提供工件的安装刚性.减小工件的夹紧变形。2 增加工艺筋有些薄壁套可在装夹部位铸出工艺加强筋.以减少夹紧变形。3 工件在一次安装工完成对于胚料厚度的薄壁工件.下料时可增加工艺长度.使工件在一次安装中完成.然后将工件切下。车削时.不可将工艺加长部分的内孔余量车去.以保持夹持部分的刚度。由于卡爪夹持部分较厚.且工件安装次数少.所以减少了工件的夹紧变形.而且加工后工件位置精度较高。4 尽量减少切削力和切削热减少切削力（特别是背向力）和切削热.能
7、有效减少薄壁套的变形。（三）合理选择车刀几何参数：1.根据工件材料适当增大前角.可使车刀锋利.排屑顺利.减少切削与前刀大连广播电视大学- 8 -面之间的摩擦.减少切削力和切削热。2.增大刃倾角可使车刀的实际前角增大.刃口圆弧减小.提高工具的锋利程度.从而减少切削力和切削热。3.根据薄壁套轴向承载能力比径向承载能力大的特点.适当增大主偏角.可以减小背向力.从而减少工具变形。4.适当增大副偏角可减少副刀刃与工件之间的摩擦.使切削热量减小。5.适当减小刀尖圆弧半径可减小背向力.从而减小工具变形。但刀尖圆弧半径不可过小.否则将减小刀尖的散热面积。1. 合理选择刀具材料工件材料的硬度.强度.冲击韧性.延
8、伸率等性能以及化学成分对刀具的耐用度影响很大.若刀具材料选择不当 .将很快失去切削性能.使切削力和切削热增加.引起工件变形。因此应选择与工件材料相适应的刀具材料。2. 合理选择切削用量切削用量中队切削力影响最大的是背吃力量.对切削热影响最大的是切削速度。因此车削薄壁套时应减小背吃刀量和降低切削速度.以减少切削力和切削热.同时应适当增大进给量。3. 充分浇注切削液浇注切削液可以迅速降低切削温度.并减小摩擦系数.减小切削力。对于不宜使用切削液的材料.可用压缩空气进行冷却。4.分开进行粗.精车粗车后工件温度升高.此时进行精车将产生较大的热变形.因此粗车后应使用工件冷却后.在进行精车。5. 增加热处理
9、工序消除残余应力 铸造.锻造及有焊接工序的薄壁套胚料.内部组织失去平衡.产生内应力.会使工件产生变形。对于这些工件.必须在粗加工的前.后进行适当热处理.以消除内应力.减小工件变形。三. 减少薄壁套车削振动的措施由于薄壁套刚性太差.车削时产生振动是难以避免的.直径越大.壁厚越薄的工件振动越严重。车削振动会引起工件变形.产生噪声.使工件表面质量变差.还会增加车刀磨损。因此必须采取措施.尽量减小工件振动。大连广播电视大学- 9 -（一）机床的调整与刀具的选择1. 调整机床机床主轴.溜板.刀架等部位的间隙过大.易产生振动.因此必须进行调整.适当减少其间隙.使各转动和滑动部位处于最佳运转状态。2. 合理
10、选择刀杆1）在不影响车削的情况下.尽可能增大刀杆横截面积.缩短刀杆伸出长度.以增加刀杆刚性。2）选择减振效果较好的弹性刀杆。 3. 合理选择车刀几何参数1）选择适当的主偏角。主偏角过小时.切削面积增大.易产生振动。车内孔时.主偏角不能过大（尤其不能大于 90 度）.否则切削不稳定.易产生振动。2）选择较小的刀尖圆弧半径和较短的修光刃.可减小过度刃和修光刃参加切削的长度.从而可减少振动。3）选择较小的后角.可以起到阻尼减振作用。4. 合理选择切削用量车削薄壁套时.为了减少振动.一般应选择较低的切削速度.较小的背吃刀量和较大的进给量。 （二）防止变形的措施1. 选择合适的装夹方式同一工件.若装夹方
11、式不同.引起振动的程度也不同。例如采用开缝套筒.扇形卡爪.开缝胀套心轴.液性塑料定心夹具.波纹套弹性心轴等夹具.以及使用辅助支承.增加工艺筋等.都可以不同程度地减小车削振动。其中液性塑料定心夹具.波纹套弹性心轴等减振效果较好.而用卡盘.普通心轴等夹具减振效果较差。2. 使用吸振材料用软橡胶片.软橡胶管.泡沫塑料.棉纱等软材料填充或包裹工件.车削时有减少振动和消除噪声作用。车削薄壁套外圆时.可预先准备好软橡胶片卷成筒状塞入孔内.当工件快速旋转时.在离心力作用下.橡胶片紧贴孔壁.能够起到阻尼减振的作用。如果工件低速旋转.离心力不足以将橡胶片紧贴孔壁.可以用钢丝制成的弹簧圈将橡胶片撑在孔壁上。还可以
12、就地取材.用破布.棉纱.海绵等物塞入孔内.大连广播电视大学- 10 -亦可减少振动和噪声。车削薄壁套内孔时.可以将橡胶软管均匀地缠绕在工件外圆上.或将橡胶片裹在外圆上.然后用细绳扎紧.也可减振。3. 填充低熔点物质用填充低熔点物质的方法车削薄壁套.不仅可以减少工件变形。4. 薄壁套的检测（1)厚度的检测 薄壁套的厚壁千分尺进行测量。如果工作现场没有 壁厚千分尺.可以用外径千分尺配合钢球进行检测。（2）圆弧误差的检测 薄壁套的圆度误差可用圆度仪进行检测。（3）圆柱度误差的检测 在生产车间常用检测圆度误差的两点法或三点法检测圆柱度误差。当被测轮廓为奇数棱圆时.用三点法测量。四. 薄壁套类零件的加工
13、分析（一） 加工实例(1)工件装夹方法薄壁类零件在加工过程中如果采用普通装夹方法,会因为产生很大的变形而无法保证加工精度。图 1 套筒夹紧变形误差故薄壁类零件的装夹,一般应增大工件的支承面和夹压面积,或增加夹压点使之受力均匀,并减小夹压应力和接触应力,必要时可增设辅助支承,以增强工件的刚性。具体措施如下:采用工艺夹头装夹车削时在坯料上预留一定的夹持长度,在工件完成内孔、外圆及端面的加工后切掉。这样不但防止了工件产生太大变形,而且保证了内孔、外圆及端面间的位置精度。但这种方法在应用中有局限性而且会造成材料的浪费。增加夹压点或夹压面积通过增加夹压点或夹压面积减小零件的变形或使变形均匀化。如:采用专
14、用卡爪或开口过渡环装夹;采用液性塑料自定心夹头或弹簧夹头装夹;采用传力衬垫装夹等。变径向夹紧为轴向夹紧使夹紧力作用在刚度较大的轴向,避免了径向发生大的变形。大连广播电视大学- 11 -(2)切削用量的选择为减少工件振动和变形,应使工件所受切削力和切削热较小。在切削过程中产生的切削力可以分解为三个分力:主切削力 Fz、进给抗力Fx、吃刀抗力 Fy。切削力的经验公式为:其中吃刀抗力 Fy 作用在机床和工件刚度最差的方向上,容易引起切削振动和工件的弯曲变形,影响加工精度和工件表面质量。切削热计算公式为:从以上两式中可以看出,切削用量应该选较小值,但考虑到生产率及加工塑性材料时避开积屑瘤的影响等,一般
15、背吃刀量和进给量取较小值,而切削速度取较大值。从式(2)中可以看出切削速度增大后产生的热量会增多,但同时工件与刀具的相对运动速度也提高,使热量来不及传到工件上而大部分被切屑带走,因此,对加工的影响并不会增大。(3)刀具角度的选择加工薄壁类工件的刀具刃口要锋利,一般采用较大的前角和主偏角,但是不能太大,否则会因刀头体积的减小而引起强度、刚度下降,散热性能变差,最终影响加工精度。刀具角度的取值与工件的形状、材质以及刀具自身的材料有关。（二） 加工实例 加工如图 2 所示的薄壁套,除了图中所示的要求外,内外圆还有 0.02mm 的同轴度公差。 (1)夹具设计加工可以先加工内孔和一个端面,此时留较大的
16、余量,采用开口过渡环装夹;在最后一道工序中采用如图 3 所示的夹具装夹加工外圆。该夹具的核心元件是弹性套 5,在心轴 1 上装有一对锥套 2 和 6,拧动螺母 8 使其向右移动时,锥套给弹性套一个径向力,将工件 4 胀紧,反方向拧动时工件松开。其中定位销 3和 7 是防止弹性套与锥套以及锥套与心轴之间的相对转动。该夹具使夹紧力均匀作用在工件的内表面上,不但减小了工件因变形而引起的加工误差,而且因为消除了径向间隙而提高了定位精度,能够很好地保证内外圆的同轴度要求。图 2 薄壁套 1.心轴 2、6.锥套 3、7.定位销 4.工件 5.弹性套 8.螺母图 3 弹性心轴(2)刀具几何参数的选择如图 4
17、 所示。大连广播电视大学- 12 -图 4 刀具几何参数(3)精车切削用量的选择见附表。(4)通过实际切削加工表明,用以上的夹具装夹,变形较小,能够保证形状及同轴度的要求。刀具几何参数及切削用量的选择也较为合理,工件的各项要求均有明显的提高参考文献1 杨培元,朱福元.液压系统设计简明手册.北京：机械工业出版社，1999.122张利平.液压气动系统设计手册.北京：机械工业出版社，1997.6 3刘新德.袖珍液压气动手册.2 版.北京:机械工业出版社,2004.14吴宗泽,罗圣国.机械设计课程设计手册.2 版.北京:高等教育出版社,19995严金申,张培生.液压传动.北京:国防工业出版社,1979
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