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第八章 典型零件制造工艺
 §8—1齿轮制造工艺
 一、齿轮的结构特点及结构工艺性分析
 1.齿轮的结构特点:
  1)单、多联齿轮:孔的长径比L/D>1
  2)盘类齿轮:有轮毂,孔的长径比L/D<1
  3)齿圈:有轮毂,孔的长径比L/D<1
  4)轴齿轮
 2. 齿轮结构工艺性分析
 1)双联齿轮之间的距离应足够大;
 2)齿轮的端面应尽量减小加工面积;
 3)盘类齿轮可采用多件加工;
 4)锥齿轮的锥度应合理。

二、齿轮加工工艺过:
1.齿轮的主要技术要求
1)齿轮的精度和齿面粗糙度
      一般货车变速箱齿轮精度大于8级,粗糙度为Ra3.2μm;轿车齿轮精度不低于7级,粗糙度为Ra1.6μm。
2)齿轮孔或轴径尺寸公差和粗糙度
     一般6级精度的齿轮孔为IT6,轴径为IT5;7级精度的齿轮孔为IT7,轴径为IT6;Ra0.4~0.08μm。

3)端面跳动
       一般6~7级精度的齿轮,规定端面跳动量为0.011~0.022mm,基准端面的Ra 0.4~0.08μm,次要表面的 Ra 6.3~25μm。
4)齿轮外圆尺寸公差
       一般不加工面IT11基准面为IT8。
5)热处理要求
     低碳合金钢齿面淬火硬度为HRC56~64,心部淬火硬度为HRC32~45;中碳钢和中碳合金钢齿面淬火硬度为HRC53。

2.齿轮的材料和毛坯
     汽车传动齿轮常用材料有20GrMnTi、20GrNiMo、20MnVB、40Gr、40MnB、45等。
    毛坯有锻件、铸件、粉末冶金件等。
3.基准的选择:
1)以内孔和端面定位,符合基准重合原则,定位精度高,用于批量生产,但对夹具精度要求高。
2)以外圆和端面定位,定位精度较低,每个加工位需找正,故生产率低,用于单件小批生产。
3)提高齿轮加工精度的措施:
     应选择基准重合、统一的方式;用内孔定位时,配合间隙应尽可能减小;定位端面与定位孔或外圆应在一次装夹中加工出来。

4.齿轮主要加工面的安排
1)齿轮毛坯的加工:
       一般有外圆、端面、孔等为齿轮毛坯加工。在加工中应注意以下三个问题:
a.以齿顶圆为测量基准时,应严格控制齿顶圆的尺寸精度。
b.保证定位端面和定位孔或外圆相互间的垂直度。
c.提高齿轮内孔的制造精度,减小与夹具心轴的配合间隙。

 2)齿面加工
  齿面加工方案:
 8级以下精度齿轮:未淬火的用滚插齿加工;淬火的用滚(插)齿—齿端加工—淬火—校正孔。
 6—7级精度齿轮:淬火的齿轮,可采用:滚(插)齿—齿端加工—剃齿—表面淬火—校正基准—珩齿的加工方案
 5级精度的齿轮:采用磨方案:即 滚(插)齿—齿端加工—淬火—磨削的加工方案。
 3)齿端加工:主要包括倒角、倒圆、去毛刺等。一般安排在淬火前;通常是在滚(插)齿之后,剃齿之后加工。
 5.热处理的安排:毛坯热处理:用正火或调质。
  齿面热处理:用表面淬火和化学热处理。
 6.不同生产类型齿轮加工工艺过程如表8.1、8.2。
§8—2  连杆制造工艺
一、连杆的结构特点及结构工艺性分析
1.连杆的组成:
  连杆由大头、小头和杆身等部分组成。
2. 连杆的结构特点
   大头为分开式结构,连杆体与连杆盖用螺栓连接。大头孔和小头孔内分别安装轴瓦和衬套。连杆杆身的截面多为工字形,其外表面不进行机械加工。图8—21及图8—22分别为汽车和拖拉机连杆简图。
  连杆的大头和小头端面,一般与杆身对称。有些连杆在结构上规定有工艺凸台、中心孔等。

3.连杆结构工艺性
  1)连杆盖和连杆体的连接方式  连杆盖和连杆体的定位方式
主要有连杆螺栓、套筒、齿形和凸肩四种方式,如图8—23所示。
用连杆螺栓定位,螺栓和螺栓孔的尺寸公差都较小,螺栓孔尺寸公差一般为H7,Ra 1.6μm 。
用套筒定位,连杆体、连杆盖与套筒配合的孔,精度为H7级,Ra 1.6μm 。
用齿形或凸肩定位,定位精度高,接合稳定性好,制造工艺也较简单,连杆螺栓孔为自由尺寸,接合面上的齿形或凸肩可采用拉削方法加工,适用于大批大量生产;成批生产时,可用铣削方法加工。

2)连杆大、小头厚度
   一般采用相等厚度。对于不等厚度的连杆,为了加工定位和夹紧的方便,在工艺过程中先按等厚度加工,最后再将连杆小头加工至所需尺寸。
3)连杆杆身油孔的大小和深度 
   油孔一般为d4~d8mm的深孔。由于深孔加工困难,有些连杆以阶梯孔代替小直径通孔,从而改善了工艺性等。

二、连杆机械加工工艺
1.连杆的主要技术要求
  1)小头孔的尺寸精度为IT7,Ra 0.8μm ;圆柱度公差等级不低于7级。小头衬套孔的尺寸精度为IT6,Ra 0.4μm,圆柱度的公差等级不低于6级。
  2)连杆大头孔的尺寸公差与所用轴瓦的种类有关,当直接浇铸巴氏合金时,大头底孔为IT9;当采用厚壁轴瓦时,大头底孔为IT8;当采用薄壁轴瓦时,大头底孔为IT6,Ra 0.8μm,圆柱度公差等级不低于6级。

3)连杆小头孔及小头衬套孔轴线对连杆大头孔轴线的平行度:
在大、小头孔轴线所决定的平面的平行方向上,平行度公差值应不大于100:0.03;
垂直于上述平面的方向上,平行度公差值应不大于100:0.06。
连杆大、小头孔距的极限偏差为土0.05mm。
连杆大头两端面对连杆大头孔轴线的垂直度公差不应低于8级,Ra1.25μm。
4)保证发动机运转平稳 
对于连杆的重量及装在同一台发动机中的连杆重量差都有要求。
对运转平稳性要求高的发动机,对连杆小头重量和大头重量分别给以规定。

2.连杆的材料和毛坯
   一般采用45、 40Cr、35CrMo,并经调质处理,以提高其强度及抗冲击能力。有时用球墨铸铁制造连杆的。
  钢制连杆一般采用锻造,球墨铸铁采用铸件。   
3.连杆机械加工的定位基准
  1)连杆的工艺特点是:
外形较复杂,不易定位,大、小头是由细长的杆身连接,刚度差,容易变形;尺寸公差、形状和位置公差要求很严,表面粗糙度小等。

2)连杆定位基准的选择
保证大头孔与端面垂直,加工大、小头孔时,应以一端面为定位基准。
为保证两孔位置公差要求,加工一孔时,常以另一孔作为定位基准,即互为定位基准。
连杆加工中,大多数工序以大、小头端面,大孔或小头孔,零件图中规定的工艺凸台为精基准的。如图8—24所示。
有的连杆在大、小头侧面有三个或四个中心孔作为辅助基准,如图8—25所示。采用三个或四个中心孔的定位方法,实现大、小头孔同时加工。

4.连杆主要加工表面的工序安排
   连杆的主要加工表面为大、小头孔、端面、连杆盖与连杆体的接合面和连杆螺栓孔;次要加工表面为油孔、锁口槽等。辅助基准为工艺凸台或中心孔。非机械加工的技术要求有探伤和称重。此外,还有检验、清洗、去毛刺等工序。
    连杆小头孔压入青铜衬套后,多以金刚镗孔作最后加工,连杆大头孔多以珩磨作最后加工。

1)大头孔的加工顺序
一般为粗镗一半精镗一金刚镗一珩磨。
2)各表面的加工顺序大致可归纳如下:
加工大、小头端面;加工基准孔(小头孔)和工艺凸台;粗、半精加工主要表面(包括大头孔、接合面及螺栓孔等);把连杆盖和连杆体装配在一起;精加工连杆总成;校正连杆总重量;对大、小头孔进行精加工和光整加工。
3)合装后,精镗大头孔之前,应精磨连杆大头端面(对于等厚度的连杆,精磨大、小头端面),以提供可靠的定位基准。
5.不同生产类型连杆机械加工的工艺过程
如表8—4和表8—5为大量生产和成批生产连杆机械加工工艺过程(参看图8—21和图8—22)。

三、连杆主要表面的机械加工
1.连杆大、小头端面的加工
1)连杆大、小头端面,是连杆机械加工中的主要定位基准。首先加工该表面,可以采用铣削、拉削或磨削加工。
2)在连杆盖和连杆体合装后,精磨大、小头端面,以保证连杆盖和连杆体的端面在同一平面上。
3)连杆大、小头两端面应对称于杆身轴线。毛坯精度低时,多以杆身定位,可以同时加工两端面;毛坯精度高时,可以用连杆一端面定位,加工另一端面,再翻转180加工定位基面。

4)成批生产时,两端面加工多采用铣削后进行磨削。图8—26
5)在大批大量生产时,毛坯精度较高,加工余量较小时,可直接进行磨削。如图8—27所示。
6)连杆盖与连杆体合装后,必须精磨两端面。
7)精磨时可采取如下措施: 如图8—28a、图8—28b所示。
2.连杆辅助基准和其它平面的加
辅助基准主要是指连杆上的工艺凸台和连杆侧面。其它平面指的是连杆盖与连杆体的接合面和连杆盖、连杆体与螺栓头、螺母的支承面等。这些表面常用铣削或拉削加工,接合面的精加工一般用磨削。

1)在图8—29a的组合加工方式中
第1工步拉削连杆体侧面和半圆孔;
第2工步拉削接合面和螺栓头支承面。
2)在图8—29b中
第1工步拉削连杆体侧面和螺栓头支承面;
第2工步拉削接合面和半圆孔。以小头孔、连杆体大、小头端面和大头外形表面定位的。
3)大批大量生产时:
国内、外广泛采用连续式拉床拉削连杆。图8—30为卧式连续式拉床示意图。
连杆体与连杆盖的接合面,拉削后还需进行磨削。图8—31为在立式双轴圆台平面磨床上磨削连杆接合面的夹具。

3.连杆大、小头孔的加工(分粗、半精和精)
1)连杆大、小头孔的粗加工和半精加工 
 成批生产时:用转台式多工位组合机床完成小头孔的钻或扩孔、铰孔或镗孔及孔口倒角
小批生产时:用立式钻床在一个工序中完成钻、扩、铰孔。加工时,用小头非加工外圆定位。
大量生产时:用钻(或扩)、拉完成小头孔的粗加工和半精加工。生产率高,且精度容易保证。
  对整体式连杆毛坯,大头孔的粗加工,可在切开连杆盖前或在切开连杆盖后进行。
  切开前加工,是当端面和小头孔加工后通过二次偏心扩孔或镗孔加工
  切开前加工后,大头孔是在切开连杆盖后和连杆体合装在一起进行加工。

2)连杆大、小头孔的精加工和光整加工 
a.连杆大、小头孔的金刚镗
保证连杆大、小头孔距公差和位置公差主要方法。镗大头孔和小头衬套底孔,可分开进行,也可以在多轴镗床上同时进行。
b.连杆大头孔的珩磨 
连杆大头孔的最后加工一般用珩磨。只能减少孔本身的尺寸、形状误差和粗糙度,不能减少孔的位置误差。
珩磨连杆大头孔时,保证轴线位置公差和防止产生喇叭形孔口,可加长油石长度,减小越程,使导向可靠。图8—35为珩磨大头孔的浮动夹具。
§8—3 箱 体 加 工
一、箱体零件结构特点及结构工艺性
1.功用:支承连接零部件,使各部保持位置关系。
2.种类:有组合、整体、分离、半封闭式箱体等。
3.结构特点:
     一般结构复杂,壁薄且不均匀,加工位置多,且有数对加工难度大的孔,基准多等特点。
4.孔的结构工艺性:
 1)通孔的结构工艺性最好;交差孔工艺性差;盲孔工艺性最差;其中通孔中的短孔工艺性最好,阶梯孔的工艺性差,
 2)同轴孔径分布有三种,其中孔径大小向一个方向递减,但相邻孔径之差大于孔的毛坯加工余量的工艺性好;孔径大小无规则排列工艺性最差;孔径大小由中间向两个方向递减的工艺较好。

5.箱体端面的加工工艺性
1)箱体外端面加工工艺性好。
2)箱体内端面加工工艺性差:其中端面尺寸小于刀具需穿过孔径尺寸的工艺性较好,反之,工艺性差。
6.箱体装配基面尺寸应大,而且形状简单,便于加工,装配和检验。箱体中工艺孔尺寸应尽量一致,以减少换刀次数。

二、箱体机械加工工艺
1.主要技术要求
 1)主要孔的精度IT7
 2)孔与孔、孔与面之间有位置度要求
 3)主要加工面Ra 1.6μm,其它表面Ra 6.3μm
2.箱体材料及毛坯:
 材料碳钢、铸铁、铸铝合金;毛坯铸、焊接件。
3.箱体定位基准的选择
 1)精基准的选择:
 小批生产时,选箱体底面和二侧面作定位基准;
 大批生产时,选一面两孔作定位基准。
 2)粗基准选择:一般选重要孔为粗基准。
 小批生产时,采用划线找正;
 大批生产时,直接以孔在夹具上定位。

4.加工顺序安排及设备的选择:
1)先面后孔原则;
2)粗精加工分开;
3)合理安排热处理工序(普通箱体安排一次、精度高的箱体安排二次)。
4)合理选择设备(针对批量不同而定)。
5.不同生产类型的变速箱壳体加工工艺过程
见表8-6、8-7所示

三、箱体平面加工方法:
1.刨削加工特点:精度为IT6~IT10,Ra=12.5~1.6μm,床刀具结构简单,通用性强,速度υ低,效率低,主要用于单件小批生产。
2.铣削加工特点:精度为IT6~IT10,Ra=12.5~0.8μm,速度υ高,位置精度和效率高等。
3.磨削加工特点(精加工)
   速度υ高,进给量f小,加工精度高,粗糙度低Ra=0.32~1.25μm,刚性好等。
 周磨:散热好,质量高,效率低。
 端磨:刚性好,面积大,质量低,效率高。
4.研磨的特点
   精度高一般为IT5,质量高,劳动程度大,效率低,设备简单,变形小,主要用于单件小批量生产。

 四、箱体孔系加工
 1.孔系含义:一系列具有相互精度要求的孔。
 2.分类:平行孔系、同轴孔系、交差孔系。
 3. 平行孔系加工方法及特点
 1)找正法
 a.划线找正:其特点是设备简单,操作难度大,生产质量低,受工人技术水平限制。
 b.量块心轴找正:其特点是精度较高,效率低,用于小批量生产。
 c.样板法:其特点是操作迅速,精度高,成本低等。

 2)镗模法特点
    加工精度取决于模具精度,镗杆刚性大,效率高,生产周期长,成本高,用于大批量生产等。
 3)坐标法特点
    操作复杂,孔距精度高,生产周期长,用于精密孔加工。
 4.同轴孔系加工方法:
   有导向法、模具法和找正法。
 5.交叉孔系加工方法:
   有镗磨法和找正法。

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