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第八章 典型零件制造工藝
 §8—1齒輪制造工藝
 一、齒輪的結構特點及結構工藝性分析
 1.齒輪的結構特點:
  1)單、多聯齒輪:孔的長徑比L/D>1
  2)盤類齒輪:有輪轂,孔的長徑比L/D<1
  3)齒圈:有輪轂,孔的長徑比L/D<1
  4)軸齒輪
 2. 齒輪結構工藝性分析
 1)雙聯齒輪之間的距離應足夠大;
 2)齒輪的端面應盡量減小加工面積;
 3)盤類齒輪可采用多件加工;
 4)錐齒輪的錐度應合理。

二、齒輪加工工藝過:
1.齒輪的主要技術要求
1)齒輪的精度和齒面粗糙度
      一般貨車變速箱齒輪精度大于8級,粗糙度為Ra3.2μm;轎車齒輪精度不低于7級,粗糙度為Ra1.6μm。
2)齒輪孔或軸徑尺寸公差和粗糙度
     一般6級精度的齒輪孔為IT6,軸徑為IT5;7級精度的齒輪孔為IT7,軸徑為IT6;Ra0.4~0.08μm。

3)端面跳動
       一般6~7級精度的齒輪,規定端面跳動量為0.011~0.022mm,基準端面的Ra 0.4~0.08μm,次要表面的 Ra 6.3~25μm。
4)齒輪外圓尺寸公差
       一般不加工面IT11基準面為IT8。
5)熱處理要求
     低碳合金鋼齒面淬火硬度為HRC56~64,心部淬火硬度為HRC32~45;中碳鋼和中碳合金鋼齒面淬火硬度為HRC53。

2.齒輪的材料和毛坯
     汽車傳動齒輪常用材料有20GrMnTi、20GrNiMo、20MnVB、40Gr、40MnB、45等。
    毛坯有鍛件、鑄件、粉末冶金件等。
3.基準的選擇:
1)以內孔和端面定位,符合基準重合原則,定位精度高,用于批量生產,但對夾具精度要求高。
2)以外圓和端面定位,定位精度較低,每個加工位需找正,故生產率低,用于單件小批生產。
3)提高齒輪加工精度的措施:
     應選擇基準重合、統一的方式;用內孔定位時,配合間隙應盡可能減??;定位端面與定位孔或外圓應在一次裝夾中加工出來。

4.齒輪主要加工面的安排
1)齒輪毛坯的加工:
       一般有外圓、端面、孔等為齒輪毛坯加工。在加工中應注意以下三個問題:
a.以齒頂圓為測量基準時,應嚴格控制齒頂圓的尺寸精度。
b.保證定位端面和定位孔或外圓相互間的垂直度。
c.提高齒輪內孔的制造精度,減小與夾具心軸的配合間隙。

 2)齒面加工
  齒面加工方案:
 8級以下精度齒輪:未淬火的用滾插齒加工;淬火的用滾(插)齒—齒端加工—淬火—校正孔。
 6—7級精度齒輪:淬火的齒輪,可采用:滾(插)齒—齒端加工—剃齒—表面淬火—校正基準—珩齒的加工方案
 5級精度的齒輪:采用磨方案:即 滾(插)齒—齒端加工—淬火—磨削的加工方案。
 3)齒端加工:主要包括倒角、倒圓、去毛刺等。一般安排在淬火前;通常是在滾(插)齒之后,剃齒之后加工。
 5.熱處理的安排:毛坯熱處理:用正火或調質。
  齒面熱處理:用表面淬火和化學熱處理。
 6.不同生產類型齒輪加工工藝過程如表8.1、8.2。
§8—2  連桿制造工藝
一、連桿的結構特點及結構工藝性分析
1.連桿的組成:
  連桿由大頭、小頭和桿身等部分組成。
2. 連桿的結構特點
   大頭為分開式結構,連桿體與連桿蓋用螺栓連接。大頭孔和小頭孔內分別安裝軸瓦和襯套。連桿桿身的截面多為工字形,其外表面不進行機械加工。圖8—21及圖8—22分別為汽車和拖拉機連桿簡圖。
  連桿的大頭和小頭端面,一般與桿身對稱。有些連桿在結構上規定有工藝凸臺、中心孔等。

3.連桿結構工藝性
  1)連桿蓋和連桿體的連接方式  連桿蓋和連桿體的定位方式
主要有連桿螺栓、套筒、齒形和凸肩四種方式,如圖8—23所示。
用連桿螺栓定位,螺栓和螺栓孔的尺寸公差都較小,螺栓孔尺寸公差一般為H7,Ra 1.6μm 。
用套筒定位,連桿體、連桿蓋與套筒配合的孔,精度為H7級,Ra 1.6μm 。
用齒形或凸肩定位,定位精度高,接合穩定性好,制造工藝也較簡單,連桿螺栓孔為自由尺寸,接合面上的齒形或凸肩可采用拉削方法加工,適用于大批大量生產;成批生產時,可用銑削方法加工。

2)連桿大、小頭厚度
   一般采用相等厚度。對于不等厚度的連桿,為了加工定位和夾緊的方便,在工藝過程中先按等厚度加工,最后再將連桿小頭加工至所需尺寸。
3)連桿桿身油孔的大小和深度 
   油孔一般為d4~d8mm的深孔。由于深孔加工困難,有些連桿以階梯孔代替小直徑通孔,從而改善了工藝性等。

二、連桿機械加工工藝
1.連桿的主要技術要求
  1)小頭孔的尺寸精度為IT7,Ra 0.8μm ;圓柱度公差等級不低于7級。小頭襯套孔的尺寸精度為IT6,Ra 0.4μm,圓柱度的公差等級不低于6級。
  2)連桿大頭孔的尺寸公差與所用軸瓦的種類有關,當直接澆鑄巴氏合金時,大頭底孔為IT9;當采用厚壁軸瓦時,大頭底孔為IT8;當采用薄壁軸瓦時,大頭底孔為IT6,Ra 0.8μm,圓柱度公差等級不低于6級。

3)連桿小頭孔及小頭襯套孔軸線對連桿大頭孔軸線的平行度:
在大、小頭孔軸線所決定的平面的平行方向上,平行度公差值應不大于100:0.03;
垂直于上述平面的方向上,平行度公差值應不大于100:0.06。
連桿大、小頭孔距的極限偏差為土0.05mm。
連桿大頭兩端面對連桿大頭孔軸線的垂直度公差不應低于8級,Ra1.25μm。
4)保證發動機運轉平穩 
對于連桿的重量及裝在同一臺發動機中的連桿重量差都有要求。
對運轉平穩性要求高的發動機,對連桿小頭重量和大頭重量分別給以規定。

2.連桿的材料和毛坯
   一般采用45、 40Cr、35CrMo,并經調質處理,以提高其強度及抗沖擊能力。有時用球墨鑄鐵制造連桿的。
  鋼制連桿一般采用鍛造,球墨鑄鐵采用鑄件。   
3.連桿機械加工的定位基準
  1)連桿的工藝特點是:
外形較復雜,不易定位,大、小頭是由細長的桿身連接,剛度差,容易變形;尺寸公差、形狀和位置公差要求很嚴,表面粗糙度小等。

2)連桿定位基準的選擇
保證大頭孔與端面垂直,加工大、小頭孔時,應以一端面為定位基準。
為保證兩孔位置公差要求,加工一孔時,常以另一孔作為定位基準,即互為定位基準。
連桿加工中,大多數工序以大、小頭端面,大孔或小頭孔,零件圖中規定的工藝凸臺為精基準的。如圖8—24所示。
有的連桿在大、小頭側面有三個或四個中心孔作為輔助基準,如圖8—25所示。采用三個或四個中心孔的定位方法,實現大、小頭孔同時加工。

4.連桿主要加工表面的工序安排
   連桿的主要加工表面為大、小頭孔、端面、連桿蓋與連桿體的接合面和連桿螺栓孔;次要加工表面為油孔、鎖口槽等。輔助基準為工藝凸臺或中心孔。非機械加工的技術要求有探傷和稱重。此外,還有檢驗、清洗、去毛刺等工序。
    連桿小頭孔壓入青銅襯套后,多以金剛鏜孔作最后加工,連桿大頭孔多以珩磨作最后加工。

1)大頭孔的加工順序
一般為粗鏜一半精鏜一金剛鏜一珩磨。
2)各表面的加工順序大致可歸納如下:
加工大、小頭端面;加工基準孔(小頭孔)和工藝凸臺;粗、半精加工主要表面(包括大頭孔、接合面及螺栓孔等);把連桿蓋和連桿體裝配在一起;精加工連桿總成;校正連桿總重量;對大、小頭孔進行精加工和光整加工。
3)合裝后,精鏜大頭孔之前,應精磨連桿大頭端面(對于等厚度的連桿,精磨大、小頭端面),以提供可靠的定位基準。
5.不同生產類型連桿機械加工的工藝過程
如表8—4和表8—5為大量生產和成批生產連桿機械加工工藝過程(參看圖8—21和圖8—22)。

三、連桿主要表面的機械加工
1.連桿大、小頭端面的加工
1)連桿大、小頭端面,是連桿機械加工中的主要定位基準。首先加工該表面,可以采用銑削、拉削或磨削加工。
2)在連桿蓋和連桿體合裝后,精磨大、小頭端面,以保證連桿蓋和連桿體的端面在同一平面上。
3)連桿大、小頭兩端面應對稱于桿身軸線。毛坯精度低時,多以桿身定位,可以同時加工兩端面;毛坯精度高時,可以用連桿一端面定位,加工另一端面,再翻轉180加工定位基面。

4)成批生產時,兩端面加工多采用銑削后進行磨削。圖8—26
5)在大批大量生產時,毛坯精度較高,加工余量較小時,可直接進行磨削。如圖8—27所示。
6)連桿蓋與連桿體合裝后,必須精磨兩端面。
7)精磨時可采取如下措施: 如圖8—28a、圖8—28b所示。
2.連桿輔助基準和其它平面的加
輔助基準主要是指連桿上的工藝凸臺和連桿側面。其它平面指的是連桿蓋與連桿體的接合面和連桿蓋、連桿體與螺栓頭、螺母的支承面等。這些表面常用銑削或拉削加工,接合面的精加工一般用磨削。

1)在圖8—29a的組合加工方式中
第1工步拉削連桿體側面和半圓孔;
第2工步拉削接合面和螺栓頭支承面。
2)在圖8—29b中
第1工步拉削連桿體側面和螺栓頭支承面;
第2工步拉削接合面和半圓孔。以小頭孔、連桿體大、小頭端面和大頭外形表面定位的。
3)大批大量生產時:
國內、外廣泛采用連續式拉床拉削連桿。圖8—30為臥式連續式拉床示意圖。
連桿體與連桿蓋的接合面,拉削后還需進行磨削。圖8—31為在立式雙軸圓臺平面磨床上磨削連桿接合面的夾具。

3.連桿大、小頭孔的加工(分粗、半精和精)
1)連桿大、小頭孔的粗加工和半精加工 
 成批生產時:用轉臺式多工位組合機床完成小頭孔的鉆或擴孔、鉸孔或鏜孔及孔口倒角。
小批生產時:用立式鉆床在一個工序中完成鉆、擴、鉸孔。加工時,用小頭非加工外圓定位。
大量生產時:用鉆(或擴)、拉完成小頭孔的粗加工和半精加工。生產率高,且精度容易保證。
  對整體式連桿毛坯,大頭孔的粗加工,可在切開連桿蓋前或在切開連桿蓋后進行。
  切開前加工,是當端面和小頭孔加工后通過二次偏心擴孔或鏜孔加工
  切開前加工后,大頭孔是在切開連桿蓋后和連桿體合裝在一起進行加工。

2)連桿大、小頭孔的精加工和光整加工 
a.連桿大、小頭孔的金剛鏜
保證連桿大、小頭孔距公差和位置公差主要方法。鏜大頭孔和小頭襯套底孔,可分開進行,也可以在多軸鏜床上同時進行。
b.連桿大頭孔的珩磨 
連桿大頭孔的最后加工一般用珩磨。只能減少孔本身的尺寸、形狀誤差和粗糙度,不能減少孔的位置誤差。
珩磨連桿大頭孔時,保證軸線位置公差和防止產生喇叭形孔口,可加長油石長度,減小越程,使導向可靠。圖8—35為珩磨大頭孔的浮動夾具。
§8—3 箱 體 加 工
一、箱體零件結構特點及結構工藝性
1.功用:支承連接零部件,使各部保持位置關系。
2.種類:有組合、整體、分離、半封閉式箱體等。
3.結構特點:
     一般結構復雜,壁薄且不均勻,加工位置多,且有數對加工難度大的孔,基準多等特點。
4.孔的結構工藝性:
 1)通孔的結構工藝性最好;交差孔工藝性差;盲孔工藝性最差;其中通孔中的短孔工藝性最好,階梯孔的工藝性差,
 2)同軸孔徑分布有三種,其中孔徑大小向一個方向遞減,但相鄰孔徑之差大于孔的毛坯加工余量的工藝性好;孔徑大小無規則排列工藝性最差;孔徑大小由中間向兩個方向遞減的工藝較好。

5.箱體端面的加工工藝性
1)箱體外端面加工工藝性好。
2)箱體內端面加工工藝性差:其中端面尺寸小于刀具需穿過孔徑尺寸的工藝性較好,反之,工藝性差。
6.箱體裝配基面尺寸應大,而且形狀簡單,便于加工,裝配和檢驗。箱體中工藝孔尺寸應盡量一致,以減少換刀次數。

二、箱體機械加工工藝
1.主要技術要求
 1)主要孔的精度IT7
 2)孔與孔、孔與面之間有位置度要求
 3)主要加工面Ra 1.6μm,其它表面Ra 6.3μm
2.箱體材料及毛坯:
 材料碳鋼、鑄鐵、鑄鋁合金;毛坯鑄、焊接件。
3.箱體定位基準的選擇
 1)精基準的選擇:
 小批生產時,選箱體底面和二側面作定位基準;
 大批生產時,選一面兩孔作定位基準。
 2)粗基準選擇:一般選重要孔為粗基準。
 小批生產時,采用劃線找正;
 大批生產時,直接以孔在夾具上定位。

4.加工順序安排及設備的選擇:
1)先面后孔原則;
2)粗精加工分開;
3)合理安排熱處理工序(普通箱體安排一次、精度高的箱體安排二次)。
4)合理選擇設備(針對批量不同而定)。
5.不同生產類型的變速箱殼體加工工藝過程
見表8-6、8-7所示

三、箱體平面加工方法:
1.刨削加工特點:精度為IT6~IT10,Ra=12.5~1.6μm,床刀具結構簡單,通用性強,速度υ低,效率低,主要用于單件小批生產。
2.銑削加工特點:精度為IT6~IT10,Ra=12.5~0.8μm,速度υ高,位置精度和效率高等。
3.磨削加工特點(精加工)
   速度υ高,進給量f小,加工精度高,粗糙度低Ra=0.32~1.25μm,剛性好等。
 周磨:散熱好,質量高,效率低。
 端磨:剛性好,面積大,質量低,效率高。
4.研磨的特點
   精度高一般為IT5,質量高,勞動程度大,效率低,設備簡單,變形小,主要用于單件小批量生產。

 四、箱體孔系加工
 1.孔系含義:一系列具有相互精度要求的孔。
 2.分類:平行孔系、同軸孔系、交差孔系。
 3. 平行孔系加工方法及特點
 1)找正法
 a.劃線找正:其特點是設備簡單,操作難度大,生產質量低,受工人技術水平限制。
 b.量塊心軸找正:其特點是精度較高,效率低,用于小批量生產。
 c.樣板法:其特點是操作迅速,精度高,成本低等。

 2)鏜模法特點
    加工精度取決于模具精度,鏜桿剛性大,效率高,生產周期長,成本高,用于大批量生產等。
 3)坐標法特點
    操作復雜,孔距精度高,生產周期長,用于精密孔加工。
 4.同軸孔系加工方法:
   有導向法、模具法和找正法。
 5.交叉孔系加工方法:
   有鏜磨法和找正法。

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