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加工余量对加工精度的影响

Date of issue:2022-07-04 10:44:09  Number of hits:8192

随着对加工产品质量要求的不断提高,人们投入了大量的时间和精力探索提高产品质量的方法和措施,却忽略了加工余量对产品质量的影响,认为只要加工过程中有余量,就不会对产品质量产生太大的影响。在机械产品的实际加工过程中,发现零件的加工余量直接影响产品质量。


如果加工余量过小,就很难消除前道工序中残留的形位误差和表面缺陷。过大的余量不仅会增加加工的工作量,还会增加材料、刀具和能源的消耗。更有甚者,切除大量加工余量产生的热量会使零件变形,增加零件的加工难度,影响产品质量。因此,必须严格控制零件的加工余量。


1加工余量的概念


加工余量是指在加工过程中从加工面上切下的金属层的厚度。加工余量可分为工序加工余量和总加工余量。加工余量是指在一道工序中从某一表面去除的金属层厚度,取决于相邻工序前后工序尺寸的差异。总加工余量是指零件从毛坯到成品的整个加工过程中,从某一表面去除的金属层的总厚度,即零件同一表面上毛坯尺寸与零件尺寸之差。总加工余量等于每道工序加工余量的总和。


由于毛坯制造和各工序尺寸不可避免地存在误差,所以总加工余量和工序加工余量都是变量值,出现了最小加工余量和最大加工余量。加工余量和公差如图1所示。图中,最小加工余量是前一道工序的最小工序尺寸与本道工序的最大工序尺寸之差;最大加工余量是指前一道工序的最大工序尺寸与本道工序的最小工序尺寸之差。加工余量的变化范围(最大加工量和最小加工余量之差)等于前一道工序和当前工序的尺寸公差之和。一般来说,工艺尺寸的公差带是在零件进入机体的方向上规定的。对于轴类零件,其基本尺寸为最大工艺尺寸,对于孔,为最小工艺尺寸。


2加工余量对加工精度的影响分析


2.1加工余量过大对加工精度的影响零件在加工过程中不可避免地会产生切削热。这种切削热一部分被铁屑和切削液带走,一部分传递给刀具,一部分传递给工件,会使零件温度升高。温度与加工余量密切相关。如果加工余量大,粗加工时间必然变长,切削量也要适当增加,导致切削热增加,零件温度升高。零件温度升高带来的最大危害就是会变形,尤其是对温度变化敏感的材料(如不锈钢)。而且这种热变形贯穿整个加工过程,增加了加工难度,影响了产品质量。


比如加工螺杆等细长轴类零件时,由于一顶一夹的加工方式,长度方向的自由度受到限制,此时如果工件温度过高,就会产生热膨胀。在长度方向上的延伸受阻的情况下,工件在应力的影响下不可避免地会发生弯曲变形,给后期的加工带来很大的麻烦。工件加热后的弯曲变形图如图2所示。此时,如果继续加工,突出部分将被加工,直到成品完成。零件冷却到常温后,在应力作用下会发生反向变形,造成形位误差,影响质量。工件常温后的弯曲变形图如图3所示。直径在方向上扩大后,扩大的部分会被切除,工件冷却后会产生圆柱度和尺寸误差。精密螺纹磨削时,工件的热变形也会引起螺距误差。


2.2加工余量过小对加工精度的影响


零件的加工余量不能太大,也不能太小。如果加工余量过小,则不能消除前道工序中残留的形位公差和表面缺陷,从而影响产品质量。为保证零件的加工质量,每道工序的最小加工余量应能满足前道工序最小加工余量的基本要求。


是要加工其内孔的零件。如果前道工序中轴线O1-O1偏离参考轴线O-O时存在位置误差N,存在圆柱度误差P(如锥度、椭圆等。)和内孔的一个表面粗糙度误差H,那么为了消除镗孔前的形位公差,镗孔工序的单边最小加工余量应包括上述误差和缺陷的值。考虑到本工序镗孔时工件不可避免的安装误差,即安装后工件原孔轴线O-O与回转轴线O′-O′之间的误差E)和本工序镗孔时的尺寸公差T,本工序的最小加工余量Z可由下式表示:z≥T/2+h+p+n+e(单侧余量)


对于不同的零件和不同的工艺,上述误差的数值和表现形式也是不同的。在确定工序的加工余量时,应区别对待。比如细长轴容易弯曲变形,母线的直线误差已经超过了直径和尺寸的公差范围,所以工艺的加工余量要适当放大;对于使用浮动铰刀等工具定位加工面本身的工艺,可以忽略安装误差E的影响,相应减少工艺的加工余量;对于一些主要用于降低表面粗糙度的精加工工艺,加工余量只与表面粗糙度h有关。


3合理选择加工余量


3.1零件加工余量的原则零件加工余量的选择与零件的材料、尺寸、精度等级、加工方法有很大的关系,要视具体情况而定。确定零件的加工余量必须遵循以下原则:(1)为了缩短零件的加工时间,降低零件的加工成本,应采用最小加工余量。(2)应留有足够的加工余量,尤其是最后一道工序。加工余量应保证图纸规定的精度和表面粗糙度。(3)确定加工余量时,应考虑零件热处理引起的变形,否则可能产生废品。(4)确定加工余量时,应考虑加工方法和设备,以及加工过程中可能产生的变形。(5)确定加工余量时,应考虑被加工零件的尺寸。零件越大,加工余量越大。因为零件尺寸增大,切削力和内应力引起变形的可能性也会增大。3.2确定加工余量的方法


3.2.1经验估算法经验估算法是生产实践中常用的方法。它是根据技术人员的设计经验或通过与同类型零件的比较来确定加工余量的一种方法。比如在建船舶的舵杆、舵销、中间轴、艉轴的加工余量都是根据技术人员多年的设计经验来确定的。考虑到工件的重要性,以及锻造毛坯体积巨大、应力高等因素的影响,粗车后留6 mm半精车余量,半精车后留3 mm精车余量,精车后留1 mm磨削余量。为了防止因加工余量不足而产生废品,经验估算法估算的加工余量一般过大。这种方法常用于单件小批量生产。


3.2.2查表修正法查表修正法是根据生产实践和实验研究中积累的关于加工余量的数据,编制一个表格,并结合实际加工情况进行修正,从而确定加工余量的方法。这种方法被广泛使用。轴承粗车磨削后的外圆加工余量见表1和表2。


3.2.3解析计算法解析计算法是根据试验数据和计算公式,对影响加工余量的各种因素进行分析和综合计算,确定加工余量的方法。这种方法确定的加工余量准确、经济、合理,但需要积累比较全面的数据,不如上述两种方法简单直观,所以目前很少采用这种方法。


4结论


在实际生产中,很多零件毛坯的制造方法都是临时确定的,比如离心铸造的不锈钢套筒是轧制钢板焊接而成的;冷却器的端盖、电机的底座、齿轮箱的打磨部分都用焊接部分代替。这些零件在制坯过程中存在许多不确定因素,其形状误差难以预测。因此,本文介绍的确定这类零件加工余量的三种方法并不适用于这类零件加工余量的确定,只能在实际制造过程中灵活掌握。

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