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沖床機(jī)械的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)
機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)中的這些金屬制造工藝你都知道嗎,下面是小編整理的沖床機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ),歡迎查閱。
金屬制造工藝的分類(lèi):
熱加工包括鑄造、鍛壓和焊接。
冷加工,亦稱(chēng)為金屬切削加工,包括刀具切削加工(其中有車(chē)削加工、鉆鏜加工、刨削、插削、拉削、銑削加工,磨料切削加工;齒輪齒形的加工)。
下面分別進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。
。ㄒ唬╄T造
鑄造的過(guò)程是將液態(tài)金屬澆注到鑄模中,待其冷卻后獲得一定形狀和性能的鑄件。這是金屬在液態(tài)下的成形方法。
鑄造可以生產(chǎn)形狀復(fù)雜、特別是內(nèi)腔復(fù)雜的毛壞坯,尺寸和重量不受限制。既可單件生產(chǎn),也可批量生產(chǎn),使用的材料大部分來(lái)源廣泛,價(jià)格低廉,還可用廢料和廢零件,因此成本低。鑄件與零件形狀、尺寸接近,加工余量小。
鑄件的缺點(diǎn)是工序繁多,工藝過(guò)程控制難度大。由于金屬冷卻時(shí)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力,易出現(xiàn)缺陷,因此質(zhì)量不穩(wěn)定;由于其內(nèi)部組織粗大不勻,其機(jī)械性能不如鍛件高。目前還存在勞動(dòng)強(qiáng)度大,勞動(dòng)條件差的問(wèn)題。
鑄造生產(chǎn)方法分為砂型鑄造和特種鑄造兩大類(lèi),以砂型鑄造為主。
1、砂型鑄造
目前大部分砂型還是手工制作的。
砂型鑄造主要用于鑄鐵、鑄鋼、鑄銅、鑄鋁等材料的鑄件生產(chǎn)。進(jìn)行鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),要考慮鑄造工藝及金屬鑄造性能的要求,防止產(chǎn)生縮孔、縮松、澆不足,冷隔、變形及裂紋等缺陷,應(yīng)注意以下問(wèn)題:
、勹T件要有合理壁厚及結(jié)構(gòu)斜度,鑄件壁厚盡可能均勻。
②鑄件壁的連接:鑄件壁連接處要有結(jié)構(gòu)圓角。避免交叉和銳角連接,厚壁與薄壁的銜接要逐步過(guò)渡。
、坭T件應(yīng)避免過(guò)大的水平面。
④為防止鑄件翹曲變形,對(duì)較大的平板鑄件及壁厚不均勻的長(zhǎng)形箱體,應(yīng)將其設(shè)計(jì)成對(duì)稱(chēng)形狀或增加肋板來(lái)提高其剛度。
、荼苊忤T件收縮受阻
如常見(jiàn)輪形鑄件,輪輻為偶數(shù),直線形。但是對(duì)于收縮率較大的合金,因應(yīng)力過(guò)大有時(shí)會(huì)產(chǎn)生裂紋。為防止裂紋,可制成彎曲輪輻,以借輪輻或輪緣的微量變形,減少內(nèi)應(yīng)力。
⑥按順序凝固原則設(shè)計(jì)鑄件結(jié)構(gòu)
圖示鑄鋼殼體,將其改成右面的樣子,在殼體底部76mm保持均勻壁厚,往上逐步增加壁厚,直到與法蘭盤(pán)相接,保證了殼體按順序凝固,不再產(chǎn)生縮松缺陷了。
2、特種鑄造
、 熔模鑄造,以蠟為材料制模,又叫“失蠟制造”,能鑄造各種有色及黑色金屬鑄件。
、 金屬型鑄造,模型可反復(fù)使用4萬(wàn)次,鑄件有較好的精度(達(dá)到IT12~IT14),表面光潔,少加工或不加工即可使用,可機(jī)械化生產(chǎn)。
、蹓毫﹁T造:壓鑄機(jī)壓室內(nèi)澆注液態(tài)或半液態(tài)金屬,充填鑄型,并在高壓下成形和結(jié)晶。常用壓鑄比壓為5~150MPa,金屬流速達(dá)5~100m/s。效率高易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化,產(chǎn)品質(zhì)量好,實(shí)現(xiàn)少屑和無(wú)屑加工,成本低。
④低壓鑄造。
、蓦x心鑄造:金屬液加入旋轉(zhuǎn)的鑄型中。
。ǘ╁憠
包括鍛與沖壓,在外力作用下使金屬產(chǎn)生塑性變形,一般要在高溫下進(jìn)行。鍛造分為自由鍛和模鍛兩大類(lèi)。沖壓加工的對(duì)象是金屬薄板,一般在常溫下進(jìn)行,故又稱(chēng)為板料沖壓或冷沖壓。
1、自由鍛
將坯料放在設(shè)備(自由鍛錘或水壓機(jī))的上、下抵鐵之間,因坯料在壓力作用下是自由流動(dòng)的,故稱(chēng)為自由鍛。
按使用設(shè)備和鍛造力性質(zhì)不同,自由鍛分為錘上自由鍛和水壓機(jī)上自由鍛,大型鍛件要在水壓機(jī)上進(jìn)行。
自由鍛產(chǎn)品尺寸精度低、加工量大,材料消耗多,生產(chǎn)率低,勞動(dòng)條件差,勞動(dòng)強(qiáng)度大,只有在單件、小批量生產(chǎn)才是合理的。
2、模鍛
模鍛時(shí)將坯料放在鍛模膛內(nèi),使工件壓力成形。按照使用設(shè)備不同,模鍛分為錘上模鍛,曲柄壓力機(jī)上模鍛、平鍛機(jī)上模鍛,螺旋壓力機(jī)上模鍛及其他專(zhuān)用設(shè)備上模鍛。
模鍛生產(chǎn)率高,工件表面光潔,尺寸精度高,材料利用率高,鍛件內(nèi)部,鍛造流線分布更加合理,提高了使用壽命,可鍛軟復(fù)雜零件,操作簡(jiǎn)單,易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化,成本較低,常用于中小型鍛件的批量生產(chǎn)。
3、板料沖壓
利用裝在沖壓機(jī)床上的沖模對(duì)金屬板料加工,使之變形或分離,從而獲得零件或毛坯。
板料坯料通常是厚度在1~2mm以下的薄板一般不加熱。板料沖壓的原材料要具有良好的塑性和較低的抗變形能力,如低碳鋼、合金鋼、銅、鋁。
沖壓件重量輕,剛度好、結(jié)構(gòu)輕巧、質(zhì)量穩(wěn)定,互換性好。操作簡(jiǎn)單,易于機(jī)械化和自動(dòng)化,且成本低。
由于沖壓模具制作成本高,大批量生產(chǎn)才是合理的。
4、其他壓力加工方法
擠壓形成,使用的壓力大,金屬變形量大,可制作多種材料,多種形狀的金屬工件,且精度高、機(jī)械性能好,可機(jī)械化自動(dòng)化。
輥軋成形:如輥軋、熱軋齒輪、輾環(huán)。
精密模鍛,經(jīng)向鍛造、高速錘鍛造等。
(三)切削加工
切削加工分為鉗工和機(jī)械加工兩大類(lèi)。
鉗工一般為手工操作,主要有劃線、鏨削、鋸削、銼削、刮削、鉆孔和鉸孔、攻絲和套扣等,機(jī)械裝配和修理也屬鉗工范圍。
機(jī)械加工按所用切削工具,又分為兩類(lèi):一類(lèi)是利用刀具進(jìn)行加工的,如車(chē)削、鉆削、鏜削、刨削、銑削等;另一類(lèi)是用磨料進(jìn)行加工的;如磨削、銜磨、研磨、超精加工等。
機(jī)械加工必須有刀具,如車(chē)刀、刨刀、插刀、銳刀、鏜刀等,磨削用的刀是砂輪。
1、車(chē)削加工
車(chē)削加工用機(jī)床有普通機(jī)床、立式車(chē)床、轉(zhuǎn)塔車(chē)床、仿形車(chē)床、自動(dòng)車(chē)床及各種專(zhuān)用車(chē)床。車(chē)削能加工的表面有端面、外圓、內(nèi)圓、錐面、螺紋、回轉(zhuǎn)成形面、回轉(zhuǎn)溝槽及滾花等,使用范圍廣泛,加工表面精度好,且易保證零件加工表面的位置精度,生產(chǎn)效率高,生產(chǎn)成本低。
2、鉆鏜加工
①鉆床加工:常用設(shè)備有臺(tái)式鉆床、立式鉆床和搖臂鉆床等,能進(jìn)行鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、攻絲、锪孔和锪凸臺(tái)等。
、阽M床加工:主要設(shè)備是臥式鏜床。
鏜床可鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、切槽、車(chē)外圓、車(chē)端面和銑平面、其中鏜孔是主要的。
由于鏜床上有精確的定位裝置,適合對(duì)箱體機(jī)座、支架等形狀復(fù)雜大型零件孔系進(jìn)行定位和加工,是機(jī)械加工的關(guān)鍵性設(shè)備,是其他設(shè)備不能取代的。
鏜床加工范圍廣泛,能獲得較高的加工精度和較低的粗糙度,其缺點(diǎn)是生產(chǎn)效率低。
3、刨削、插削和拉削
、倥傧饔脕(lái)加工平面、刨床分牛頭刨和龍門(mén)刨兩種。刨床能加工的平面有水平面、垂直面、斜面,還能加工溝槽(直角槽、V形和T形槽、燕尾槽)和直線成形面。
刨削機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)為往復(fù)直線運(yùn)動(dòng),有空引程,且每一往復(fù)中伴有兩次沖擊,限制了刨削速度,生產(chǎn)率較低。
、诓逑骺煽醋魇恰傲⑹脚俅病,主要用于加工孔內(nèi)鍵槽、方孔、多邊形孔、花鍵孔及某些零件的外表面。插削使用的設(shè)備是插床。
③拉削的設(shè)備是拉床。拉刀的直線移動(dòng)為主運(yùn)動(dòng)。拉削無(wú)進(jìn)給運(yùn)動(dòng),其進(jìn)給是靠接刀的每齒升高量來(lái)實(shí)現(xiàn)的。所以拉削可看作是按高低順序排列的,多把刨刀進(jìn)行的刨削。
拉削一般用于作精加工,且一次行程即達(dá)到精度要求,能加工拉削平面、半圓弧面和一些組合面。拉刀是一種定形刀具,拉削一次就完成粗切、精切、較準(zhǔn)和修光工作,是一種精加工方法、效率高。但拉刀制造復(fù)雜、成本高,不能加工臺(tái)階孔、盲孔和特大孔,只適宜加工一種規(guī)格的孔或鍵槽。
4、銑削加工合
銑削加工是用銑刀的旋轉(zhuǎn)和工件的移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的,是平面加工的主要方法之一。設(shè)備有臥式銑床、立式銑床、龍門(mén)銑床、工具銑床及各種專(zhuān)用銑床。銑床可加工平面(水平面、垂直面、斜面)、溝槽(直角槽、鍵槽、角度槽、燕尾槽、T形槽、圓弧槽)和成形面。還能進(jìn)行孔加工(包括鉆、擴(kuò)、鉸、鏜孔)和分度工作。
5、磨料切削加工
磨料是用分布在砂輪表面上為數(shù)甚多的磨料進(jìn)行切削的。磨削方法有:外圓磨、內(nèi)圓磨、平面磨、螺紋磨削,此外高精度及高效率磨削方法有:精密度削、超精磨削,鏡面磨削,高速磨削、寬砂輪磨削、緩進(jìn)深切磨削、金鋼石磨輪與立方氮化硼輪磨削。
通用磨床有普通外圓磨床,萬(wàn)能外圓磨床、內(nèi)圓磨床、平面磨床和無(wú)心磨床。
6、光整加工簡(jiǎn)介
光整加工指研磨、珩磨、超精加工和拋光等。
研磨:在工件和研具之間涂上研磨劑,工件可由車(chē)床帶動(dòng)旋轉(zhuǎn),研具手持來(lái)回軸向移動(dòng),經(jīng)常檢測(cè),至合格為止。研磨液由煤油、植物油或煤油加機(jī)油。最常用的研具材料為鑄鐵。研磨量一般為0.005~0.02mm。
珩磨:由若干油石條的珩磨頭代替研具,用作孔的光整加工。
超精加工:用極細(xì)磨粒的油石條作磨頭輕壓于工作表面加工。
拋光:用涂有拋光膏的軟輪高速旋轉(zhuǎn)對(duì)工作進(jìn)行微弱的切削,以降低工作表面粗糙度和提高光亮度。
7、齒輪齒形的加工
齒輪廣泛用于多類(lèi)機(jī)械設(shè)備和儀表中,是傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的重要零件。常用的有:直齒圓柱齒輪傳動(dòng)、斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)、螺旋齒圓柱齒輪傳動(dòng)、直齒錐齒輪傳動(dòng)和蝸輪蝸桿傳動(dòng)。
為保證齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)精確,工作平穩(wěn)可靠,必須選擇合適的齒形輪廓曲形,即齒形曲線,目前使用的齒形曲線主要有漸開(kāi)線、擺線和圓弧線等,用的最多的是漸開(kāi)線。
若一動(dòng)直線在平面內(nèi)沿半徑為rb的圓作無(wú)滑動(dòng)的純滾動(dòng)時(shí),則動(dòng)直線上任一點(diǎn)a的軌跡稱(chēng)為半徑為rb圓的漸開(kāi)線,半徑為rb的圓稱(chēng)為基圓,動(dòng)直線稱(chēng)之為發(fā)生線。漸開(kāi)線齒輪的一個(gè)輪齒就是由同一基圓形成的兩條相反的漸開(kāi)線組成。
漸開(kāi)線上任一點(diǎn)a1的法線必與基圓相切,漸開(kāi)線的形狀與基圓半徑大小有關(guān),半徑愈小,漸開(kāi)線的曲率愈小,反之亦然,當(dāng)其半徑為無(wú)窮大時(shí),漸開(kāi)線便成為一直線,齒條的直線齒形即可看成是半徑為無(wú)窮大的基圓的形成的漸開(kāi)線。
(1)直齒圓柱齒輪各部名稱(chēng)、基本參數(shù)和主要尺寸
①各部名稱(chēng)
齒頂圓——通過(guò)選輪齒頂部的圓稱(chēng)為齒頂圓,直徑用da表示。
齒根圓——通過(guò)選輪齒根部的圓稱(chēng)為齒根圓,直徑用df表示。
分度圓——標(biāo)準(zhǔn)齒輪中,理論齒厚與齒向相等的圓稱(chēng)為分度圓,其直徑用d,半徑用r表示。分度圓位于齒頂圓與齒根圓之間,是計(jì)算齒輪尺寸的依據(jù)。
分度圓齒厚——分度圓上一個(gè)輪齒所占的弧長(zhǎng)稱(chēng)分度圓齒度,用s表示。
分度圓齒間——分度圓上一個(gè)輪槽所占的弧長(zhǎng)稱(chēng)分度圓齒間,用e表示。
周節(jié)——分度圓上相鄰兩齒對(duì)應(yīng)點(diǎn)之間的弧長(zhǎng)稱(chēng)為周節(jié)(分度圓周節(jié)),用P表示。P=s+e。
齒頂高——從齒頂圓列分度圓的徑向距離稱(chēng)齒頂高,用ha表示。
工作齒高——兩個(gè)齒輪嚙合時(shí),兩個(gè)齒輪齒頂之間的徑向距離稱(chēng)為工作齒高,用hw表示。
徑向間隙——兩個(gè)齒輪嚙合時(shí),一個(gè)齒輪的齒頂圓與另一個(gè)齒輪的齒根圓之間的徑向距離稱(chēng)徑向間隙,用C表示。
、谥饼X圓柱齒輪的基本參數(shù)
機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)-金屬制造工藝簡(jiǎn)介△模數(shù)=當(dāng)齒輪的齒數(shù)為Z時(shí),分度圓直徑d和周節(jié)P有如下關(guān)系:
機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)-金屬制造工藝簡(jiǎn)介或此時(shí)令機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)-金屬制造工藝簡(jiǎn)介,則d=mZ
式中:m——稱(chēng)為模數(shù),單位為mm。
設(shè)計(jì)齒輪時(shí)將m定為基本參數(shù),使齒輪的計(jì)算、加工及測(cè)試大為方便。M的大小反映齒輪輪齒的厚薄,大小和承載能力。
模數(shù)值m已標(biāo)準(zhǔn)化,如0.1,0.5,1,1.5,2,3………設(shè)計(jì)根據(jù)齒輪強(qiáng)度計(jì)算得出的模數(shù)值,再按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中選取。
△壓力角:
漸開(kāi)線齒線上任一點(diǎn)K的法向力F與其速度機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)-金屬制造工藝簡(jiǎn)介之間的夾角稱(chēng)為K點(diǎn)的壓力角機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)-金屬制造工藝簡(jiǎn)介k。
已確定的漸開(kāi)線,基圓半徑rb為定值,漸開(kāi)線上多點(diǎn)的壓力角是不同的,距基圓越遠(yuǎn),其壓力角越大。通常所說(shuō)的壓力角是指分度圓上A點(diǎn)的壓力角,用機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)-金屬制造工藝簡(jiǎn)介表示。其數(shù)值已標(biāo)準(zhǔn)化,常取機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)-金屬制造工藝簡(jiǎn)介=20°。
漸開(kāi)線齒輪的正確嚙合條件是兩齒輪的模數(shù)和壓力角應(yīng)分別相等,在齒形加工中,刀具的模數(shù)m和壓力角機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)-金屬制造工藝簡(jiǎn)介也必須與被加工的齒輪相同。
當(dāng)齒數(shù)Z和模數(shù)m確定后,齒輪多部幾何尺寸即可確定,計(jì)算公式從略。
。2)圓柱齒輪的加工
有成形和磨法兩種加工方法。成形法指在銑床上加工。對(duì)直齒圓柱齒輪,當(dāng)m<8時(shí),一般用盤(pán)狀模數(shù)銑刀在臥式銑床上進(jìn)行。當(dāng)m≥8時(shí),在立式銑床上進(jìn)行。
磨成法是利用齒輪刀具與被切齒輪的嚙合運(yùn)動(dòng),在專(zhuān)用機(jī)床上切出齒形。常用的有插齒機(jī)上插齒及滾齒機(jī)上滾齒。
。3)圓柱齒輪的精加工
銑齒、插齒和滾齒屬于齒形成形加工,之后還要進(jìn)行精加工,以進(jìn)一提高精度。齒形精加工方法有剃齒、銜齒和磨齒等。
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