工艺装备中刀具的选用论文

发动机曲轴加工工艺分析与设计摘 要曲轴是汽车发动机的关键零件之一,其性能好坏直接影响到汽车发动机的质量和寿命.曲轴在发动机中承担最大负荷和全部功率,承受着强大的方向不断变化的弯矩及扭矩，同时经受着长时间高速运转的磨损，因此要求曲轴材质具有较高的刚性、疲劳强度和良好的耐磨性能。发动机曲轴的作用是将活塞的往复直线运动通过连杆转化为旋转运动，从而实现发动机由化学能转变为机械能的输出。本课题仅175Ⅱ型柴油机曲轴的加工工艺的分析与设计进行探讨。工艺路线的拟定是工艺规程制订中的关键阶段，是工艺规程制订的总体设计。所撰写的工艺路线合理与否，不但影响加工质量和生产率，而且影响到工人、设备、工艺装备及生产场地等的合理利用，从而影响生产成本。所以，本次设计是在仔细分析曲轴零件加工技术要求及加工精度后，合理确定毛坯类型，经过查阅相关参考书、手册、图表、标准等技术资料，确定各工序的定位基准、机械加工余量、工序尺寸及公差，最终制定出曲轴零件的加工工序卡片。关键词：发动机，曲轴，工艺分析，工艺设计 目 录第一章 概述 1第二章 确定曲轴的加工工艺过程 曲轴的作用 曲轴的结构及其特点 曲轴的主要技术要求分析 曲轴的材料和毛坯的确定 曲轴的机械加工工艺过程 曲轴的机械加工工艺路线 5第三章 曲轴的机械加工工艺过程分析 63. 1曲轴的机械加工工艺特点 63. 2曲轴的机械加工工艺特点分析 7 3. 3曲轴主要加工工序分析…………………………………………………… 8 铣曲轴两端面,钻中心孔………………………………………………8 曲轴主轴颈的车削…………………………………………………… 8 曲轴连杆轴颈的车削………………………………………………… 8 键槽加工……………………………………………………………… 9 轴颈的磨削…………………………………………………………… 9第四章 机械加工余量、工序尺寸及公差的确定 曲轴主要加工表面的工序安排 机械加工余量、工序尺寸及公差的确定 主轴颈工序尺寸及公差的确定 连杆轴颈工序尺寸及公差的确定 φ22 外圆工序尺寸及公差的确定 φ20 外圆工序尺寸及公差的确定 确定工时定额 曲轴机械加工工艺过程卡片的制订 12谢 辞 13参考文献 14附 录 15 第一章 概述曲轴是发动机上的一个重要的旋转机件，装上连杆后，可承接活塞的上下(往复)运动变成循环(旋转)运动。曲轴主要有两个重要加工部位：主轴颈和连杆颈。主轴颈被安装在缸体上，连杆颈与连杆大头孔连接，连杆小头孔与汽缸活塞连接，是一个典型的曲柄滑块机构。发动机工作过程就是：活塞经过混合压缩气的燃爆，推动活塞做直线运动，并通过连杆将力传给曲轴，由曲轴将直线运动转变为旋转运动。而曲轴加工的好坏将直接影响着发动机整体性能的表现。发动机机体是构成发动机的骨架，是发动机各机构和各系统的安装基础，其内、外安装着发动机的所有主要零件和附件，承受各种载荷。机体组主要由气缸体、曲轴箱、气缸盖等零件组成。（1）气缸体水冷发动机的气缸体和上曲轴箱常铸成一体，气缸体一般用灰铸铁铸成，气缸体上部的圆柱形空腔称为气缸，下半部为支承曲轴的曲轴箱，其内腔为曲轴运动的空间。在气缸体内部铸有许多加强筋，冷却水套和润滑油道等。（2）曲轴箱气缸体下部用来安装曲轴的部位称为曲轴箱，曲轴箱分上曲轴箱和下曲轴箱。上曲轴箱与气缸体铸成一体，下曲轴箱用来贮存润滑油，并封闭上曲轴箱，故又称为油底壳。油底壳受力很小，一般采用薄钢板冲压而成，其形状取决于发动机的总体布置和机油的容量。油底壳内装有稳油挡板，以防止汽车颠动时油面波动过大。油底壳底部还装有放油螺塞，通常放油螺塞上装有永久磁铁，以吸附润滑油中的金属屑，减少发动机的磨损。在上下曲轴箱接合面之间装有衬垫，防止润滑油泄漏。（3）气缸盖气缸盖安装在气缸体的上面，从上部密封气缸并构成燃烧室。它经常与高温高压燃气相接触，因此承受很大的热负荷和机械负荷。水冷发动机的气缸盖内部制有冷却水套，缸盖下端面的冷却水孔与缸体的冷却水孔相通。利用循环水来冷却燃烧室等高温部分。缸盖上还装有进、排气门座，气门导管孔，用于安装进、排气门，还有进气通道和排气通道等。汽油机的气缸盖上加工有安装火花塞的孔，而柴油机的气缸盖上加工有安装喷油器的孔。顶置凸轮轴式发动机的气缸盖上还加工有凸轮轴轴承孔，用以安装凸轮轴。气缸盖一般采用灰铸铁或合金铸铁铸成，铝合金的导热性好，有利于提高压缩比，所以近年来铝合金气缸盖被采用得越来越多。而作为发动机上的一个重要的旋转机件——曲轴，其加工方法仍有一般轴的加工规律，如铣两端面，钻中心孔，车、磨及抛光，但是曲轴也是有它的特点，它由主轴颈，连杆轴颈与连杆轴颈之间的连接板组成，其结构细长、曲拐多、刚性差，因而安排曲轴加工工艺应采取相应的工艺措施。 在曲轴的机械加工中，采用新技术和提高自动化程度都不断取得进展。目前，国内较陈旧的曲轴生产线多数由普通机床和专用机床组成，生产效率和自动化程度相对较低。粗加工设备一般采用多刀车床车削曲轴主轴颈及连杆轴颈，工序质量稳定性差，容易产生较大的加工应力，难以达到合理的加工余量。精加工普遍采用MQ8260等普通曲轴磨床进行粗磨、半精磨、精磨、抛光，通常靠人工操作，加工质量不稳，尺寸一致性差。现在加工曲轴粗加工比较流行的工艺是：主轴颈采用车拉工艺和高速外铣，连杆颈采用高速外铣，而且倾向于高速随动外铣，全部采用干式切削。在对连杆颈进行随动磨削时，曲轴以主轴颈为轴线进行旋转，并在一次装夹下磨削所有连杆颈。在磨削过程中，磨头实现往复摆动进给，跟踪着偏心回转的连杆颈进行磨削加工。当然，目前国际上还有更加先进的曲轴加工工艺和机床设备，只钻一对质量中心孔，选用日本的Mazak五轴联动的数控机床进行一系列的加工。类似这样的新技术，目前国内汽车发动机曲轴的加工还处于研究阶段，从经济效益和加工难度上考虑这是显而易见的。但是对于新技术、新工艺的追求是不会止步的，这就需要我们当代的青年和科技工作者的不断努力。第二章 确定曲轴的加工工艺过程曲轴的作用曲轴是汽车发动机中的重要零件，它与连杆配合将作用在活塞上的气体压力变为旋转的动力，传给底盘的传动机构，同时，驱动配气机构和其它辅助装置。曲轴在工作时，受气体压力，惯性力及惯性力矩的作用，受力大而且受力复杂，同时，曲轴又是高速旋转件，因此，要求曲轴具有足够的刚度和强度，具有良好的承受冲击载荷的能力，耐磨损且润滑良好。曲轴的结构及其特点图2-1 曲轴的结构图曲轴一般由主轴颈，连杆轴颈、曲柄、平衡块、前端和后端等组成。一个主轴颈、一个连杆轴颈和一个曲柄组成了一个曲拐，曲轴的曲拐数目等于气缸数(直列式发动机)；V型发动机曲轴的曲拐数等于气缸数的一半。主轴颈是曲轴的支承部分，通过主轴承支承在曲轴箱的主轴承座中。主轴承的数目不仅与发动机气缸数目有关，还取决于曲轴的支承方式。连杆轴颈是曲轴与连杆的连接部分，在连接处用圆弧过渡，以减少应力集中。曲柄是主轴颈和连杆轴颈的连接部分，断面为椭圆形，为了平衡惯性力，曲柄处铸有(或紧固有)平衡重块。平衡重块用来平衡发动机不平衡的离心力矩，有时还用来平衡一部分往复惯性力，从而使曲轴旋转平稳。曲轴前端装有齿轮，驱动风扇和水泵的皮带轮以及起动爪等。为了防止机油沿曲轴轴颈外漏，在曲轴前端装有一个甩油盘，在齿轮室盖上装有油封。曲轴的后端用来安装飞轮，在后轴颈与飞轮凸缘之间制成挡油凸缘与回油螺纹，以阻止机油向后窜漏。曲轴的主要技术要求分析1.主轴颈、连杆轴颈本身的精度，即尺寸公关等级IT6，表面粗糙度Ra值为～μm。轴颈长度公差等级为IT9～IT10。轴颈的形状公差，如圆度、圆柱度控制在尺寸公差之半。2.位置精度，包括主轴颈与连杆轴颈的平行度：一般为100mm之内不大于；曲轴各主轴颈的同轴度：小型高速曲轴为，中大型低速曲轴为～。3.各连杆轴颈的位置度不大于±20′。曲轴的材料和毛坯的确定曲轴工作时要承受很大的转矩及交变的弯曲应力，容易门生扭振、折断及轴颈磨损，因此要求用材应有较高的强度、冲击韧度、疲劳强度和耐磨性。常用材料有：一般曲轴为35、40、45钢或球墨铸铁QT600-2；对于高速、重载曲轴，可采用40Cr、42Mn2V等材料。本课题采用球墨铸铁QT600-2.曲轴的毛坯根据批量大小、尺寸、结构及材料品种来决定。批量较大的小型曲轴，采用模锻；单件小批的中大型曲轴，采用自由锻造；而对于球墨铸铁材料则采用铸造毛坯。曲轴的机械加工工艺过程曲轴的尺寸精度、加工表面形状精度以及位置精度的要求都很高，但刚性比较差，容易产生变形，这就给曲轴的机械加工带来了很多困难，必须予以充分的重视。曲轴需要加工的表面有：主轴颈、连杆轴颈、键槽、φ22的外圆。由于使用了工艺搭子，铣键槽安排在切除工艺搭子后，磨削外圆安排在保留工艺搭子前。 根据曲轴的结构特点及机械加工的要求，加工顺序大致可归纳为：铣两端面；车工艺搭子和钻中心孔；粗、精车三连杆轴颈；粗、精车各处外圆；精磨连杆轴颈、主轴颈和φ20、φ22外圆；切除工艺搭子、车端面、铣键槽等。曲轴机械加工工艺路线在进行大量的工艺分析之后，制定出大批大量生产曲轴的加工工艺路线：（1） 锻造（2） 热处理（3） 铣两端面（4） 车两端工艺搭子外圆（5） 钻主轴颈中心孔（6） 钻连杆轴颈中心孔（7） 检验（8） 粗车三个连杆轴颈（9） 精车三个连杆轴颈（10） 车工艺搭子两端面（11） 粗车各处外圆（12） 精车各处外圆（13） 检验（14） 磨削连杆轴颈外圆（15） 磨削两主轴颈（16） 磨削φ外圆（17） 磨削φ20 0 外圆（18） 检验（19） 车掉两端工艺搭子（20） 车两端面（21） 铣键槽（22） 倒角（23） 去毛刺（24） 最后检验第三章 曲轴的机械加工工艺过程分析3. 1曲轴的机械加工工艺特点三拐曲轴除了具有轴的一般加工规律外，也有它的工艺特点，主要包括形状复杂，刚性差及技术要求高，针对这些特点应采取相应的措施，分析如下：1、形状复杂曲轴主轴颈与连杆轴颈不在同一轴上线，偏心距有一定的尺寸要求，并且两轴有较高的位置度要求，同时主轴颈与连杆轴颈间有较大的平衡块，因此在工艺设计中应解决以下几点问题：a.设计加工连杆轴颈的偏心夹具，即连杆轴颈与机床主轴重合，并使夹具能回转180度，加工另一连杆轴颈。b.为消除加工时的不平衡力的产生，设计夹具时应精确设计平衡重。2、刚性差因本曲轴长径比较大，同时具有曲拐，因此刚性较差。曲轴在切削力及自重的作用下会产生严重的扭曲及弯曲变形，特别在单边传动的机床上加工更为严重，在工艺设计中应解决以下问题：（1）：粗加工时由于切削余量大，切削力也较大，可用中间托架来增强刚性，减小变形和振动，同时机床刀具及夹具都应有较高的刚度。（2）：在加工时尽量使切削力的作用相互抵消，可用前后刀架同时横向进给。（3）：合理安排工位次序以减少加工变形，按先粗后精的原则安排加工工序，逐步提高精度。 （4）：在有可能产生变形的工序后面增设校直工序。 3、技术要求高曲轴技术要求较高，加工面多，需要保证的尺寸、形状、位置精度较多。因而总的工艺路线较长，精加工占有相当比例。加工时应要解决以下问题：A：正确分配粗加工、半精加工及精加工余量。B：粗基准选择用曲轴两端的中心孔。中心孔的加工以主轴颈外圆作为基准，这样能保证曲轴加工径向及轴向加工余量的均匀性。C：精加工时仍用中心孔作为基准，但要重新修磨中心孔，避免精加工时因中心孔磨损引起加工误差。也可一端用主轴颈定位，另一端用中心孔定位以提高刚度。D：曲轴轴向定位以主轴颈轴肩定位，工艺设计时定位基准应尽量与设计基准一致。3. 2曲轴的机械加工工艺特点分析 1)该零件是三拐小型曲轴，生产批量不大，故选用中心孔定位，它是辅助基准，装夹方便，节省找正时间，又能保证三处连杆轴颈的位置精度。但轴两端的轴颈分别是20mm和φ25mm，而三处连杆轴颈中心距分布在φ32mm的圆周上，故不能直接在轴端面上钻三对中心孔。于是，在曲轴毛坯制造时，预先铸造两端φ45mm的工艺搭子，这样就可以在工艺搭子上钻出四对中心孔，达到用中心孔定位的目的。 2）在工艺搭子端面上钻四对中心孔，先以两主轴颈为粗基准，钻好主轴颈的一对中心孔；然后以这一对中心孔定位，以连杆轴颈为粗基准划线，再将曲轴放到回转工作台上，加工φ32mm、圆周120°均布的三个连杆轴颈的中心孔，这样就保证了它们之间的位置精度。 3）该零件刚性较差，应按先粗后精的原则安排加工顺序，逐步提高加工精度。对于主轴颈与连杆轴颈的加工顺序是，先加工三个连杆轴颈，然后再加工主轴颈及其他各处的外圆，这样安排可以避免一开始就降低工件刚度，减少受力变形，有利于提高曲轴加工精度。 4）由于使用了工艺搭子，铣键槽工序安排在切除中心孔后进行，故磨外圆工序必须提前在还保留工艺搭子中心孔时进行，同时要注意防止已磨好的表面被碰伤。 3. 3曲轴主要加工工序分析铣曲轴两端面,钻中心孔本工序在钻铣车组合车床上完成，主要保证曲轴总长及中心孔的质量，若端面不平则中心钻上的两切削刃的受力不均，钻头可能引偏而折断，因此采用先面后孔的原则。中心孔除影响曲轴质量分布外，它还是曲轴加工的重要基准贯穿整个曲轴加工始终。因而直接影响曲轴加工精度。打中心孔在本次工艺设计中因考虑设备因素，采用找出曲轴的几何中心代替质量中心。打中心孔以毛坯的外表面作为基准，因而毛坯外表面质量好坏直接影响孔的位置误差。曲轴主轴颈的车削由于曲轴年产量不大，主轴颈加工采用车削，在刚度较强的普通车床上进行。曲轴安装在前、后顶尖上线一端用大盘夹住而另一端用顶尖顶住，用硬质合金车几道工序上完成主轴颈的车削。由于加工余大且不均匀，旋转不平衡，加工时产生冲击，因此工件要夹牢固。车床、刀具、夹具要有足够的刚性。主轴颈车削顺序是先精车一端主轴颈及轴肩，然后以车好的主轴颈定位。另一侧用顶尖以中心孔定位。车另一端主轴颈、肩及各个轴颈，半精度及精车都按此顺序进行，逐渐提高主轴颈及其他轴颈的加工精度。曲轴连杆轴颈的车削主轴颈及其它外圆车好后，以主轴颈作为加工连杆轴颈的基准，采用专用的车夹具、车削连杆轴颈，车削同样在普通车床上进行。车削连杆轴颈需要解决的是角度定位（两连杆轴颈轴线需要控制在180度+30度或180度—30度）以及曲轴旋转的不平衡问题。这些都由专用夹具来保证，夹具体为一对用以定位的V型块组成，装在接盘上。接盘与车床过渡接盘靠中间的定位销定位并连接，接盘在过渡接盘上靠棱形定位销可转180度，依次车削两个连杆轴颈。V型块中心与车床主轴线距离一个曲轴半径。车削过程中，一端与曲轴主轴颈定位并夹紧，另一端靠偏中心座夹紧，中心座上钻有中心孔，中心孔偏心距同样为一个曲轴半径。用顶尖顶紧中心孔，这样就能保证连杆轴颈轴线与车床主轴线一致。安装夹具体的接盘上有平衡块，消除曲轴旋转时不平衡力矩的生。曲轴加工时由于受到离心力和两顶尖的轴向压紧偏心力的作用，容易发生弯曲变形，为了加强工件刚度，用撑杆来撑住另一个曲拐的开移。车削连杆轴颈时为了使切削力不致于太大，每次车削余量控制在1~内，同时车床旋转不能太高，刀具采用高速钢。键槽加工这个键槽主要用于飞轮，加工此键槽应安排在主轴颈精车工序之后，这样能保证定位精度及控制键槽的深度以及对称度。键槽加工是以两主轴颈定位，同样用专用夹具在普通铣床上进行。轴颈的磨削由于主轴颈及连杆轴颈精度较高，尺寸精度为IT6级，表面粗糙度μm，并且具有较高的形状精度及位置精度。因此主轴颈与连杆轴颈精车后要进行磨削，以提高精度表面粗糙度。在工艺设计中，首先磨主轴颈然后磨连杆轴颈。中间主轴颈磨好后才能磨其余轴颈，磨主轴颈和连杆轴颈的安装方法基本上与车轴颈相同，磨主轴颈是以中心孔定位，在外圆磨床上进行，磨连杆轴颈则以经过精磨的两端主轴颈定位，以保证与主轴颈的轴线距离及平行度要求，磨连杆轴颈是在曲轴磨床上进行的。由于轴颈宽度不大，采用横向进给磨削法，生产率较高，磨轮的外形需仔细地修整，因为直接影响轴颈与圆角的形状，磨削余量根据车削后的精度而定，粗磨余量值每边，精磨余量控制在 mm内。在横向进给磨削中，磨轮对工件的压力很大，为避免曲轴弯曲，采用可以调节的中心架，否则就不能去掉上道工序留下的弯曲度，最好待这个轴颈的摆差减小才开始使用中心架。磨削主轴颈时应把两顶尖孔倒角处抹干净，去砂粒及油泥，确保加工基准——中心孔的精度，磨削工序之前必须修研中心孔。第四章 机械加工余量、工序尺寸及公差的确定曲轴主要加工表面的工序安排 曲轴的主要加工表面为主轴颈、连杆轴颈、各外圆；次要加工表面为两端面、键槽。此外，还有还有检验、清洗、去毛刺等工序。连杆各主要表面的工序安排如下：（1）、主轴颈：粗车、精车、磨削；（2）、连杆轴颈：粗车、精车、磨削；（3）、φ外圆：粗车、精车、磨削；（3）、φ外圆：粗车、精车、磨削;机械加工余量、工序尺寸及公差的确定主轴颈工序尺寸及公差的确定表4-1:曲轴主轴颈的工序及公差工序名称 工序余量 经济精度 工序尺寸及公差铸造 φ30±1粗车 IT11 φ精车 IT8 φ磨削 IT6 φ25+ +连杆轴颈工序尺寸及公差的确定表4-2:曲轴连杆轴颈的工序及公差工序名称 工序余量 经济精度 工序尺寸及公差铸造 φ28±1粗车 IT10 φ精车 IT8 φ磨削 IT8 φ φ22 mm外圆工序尺寸及公差的确定表4-3:曲轴φ外圆的工序及公差工序名称 工序余量 经济精度 工序尺寸及公差铸造 φ28±1粗车 IT11 φ精车 2mm IT8 φ磨削 IT11 φφ20 -0 外圆工序尺寸及公差的确定表4-4:曲轴φ20-0 外圆的工序及公差工序名称 工序余量 经济精度 工序尺寸及公差铸造 φ26±1粗车 IT11 φ精车 2mm IT8 φ磨削 IT7 φ20-0 确定工时定额工序 8 ：粗车三个连杆轴颈至φ。选用机床：CA6140卧式车床。 1) 被吃刀量 ：取 =1mm，2) 进给量f：取 。3) 机床主轴转速: 取n=600r/min4) 切削速度： 5) 计算切削工时：被切削层长度 =3×22=66mm ，因为粗车走刀两次，故tm=工序 9 ：精车三个连杆轴颈至φ。选用机床：CA6140卧式车床 1) 被吃刀量 ：取 =，2) 进给量f：取f=) 机床主轴转速: 取n=800r/min4) 切削速度： 5) 计算切削工时：被切削层长度 =3×22=66mm ，因为粗车走刀两次，故tm= 连杆机械加工工艺过程卡片的制订制订机械加工工艺规程的最后一项工作就是填写工艺卡片，它主要包括发动机曲轴的工序顺序及内容的填写、工序简略的绘制、合理选择各工序所用机床设备的名称与型号、工艺装备（即刀具、夹具、量具等）的名称与型号。见附录：参考文献[1] 陈明主编，机械制造工艺学[M]. 北京:机械工业出版社, [2] 陈宏钧主编，实用机械加工工艺手册（第2版）[M]. 北京:机械工业出版社, [3] 王茂元主编，机械制造技术[M] . 北京:机械工业出版社, [4] 丁柏群、王晓娟主编，汽车制造工艺技术[M]. 北京:国防工业出版社,[5] 曾东建主编，汽车制造工艺学[M]. 北京:机械工业出版社，[6] 林杰伦主编，内燃机工作过程数值计算[M] . 西安:西安交通大学出版社, 1986[7] 周泽华主编，金属切削原理[M]. 上海：上海科学技术出版社，1992[8] 吴国华主编，金属切削机床[M]. 北京:机械工业出版社，1996[9] 马幼祥主编，机械加工基础[M]. 北京:机械工业出版社，1984[10] 孙业保主编，车用内燃机[M]. 北京:北京理工大学出版社,1997[11] 谢云臣, 赵英才，发动机曲轴工艺设备选型的可拓评价研究[J]. 汽车技术, 2006，25(4)：38-40[12] 田晓锋，闫红彦，常新录，100系列发动机曲轴淬火工艺实验研究[J]. 拖拉机与农用运输车，2007，34(6)：97-98[13] 宋正元，康明斯B系列曲轴工艺的设计[J]. 柴油机，2000,(8)5：47-50[14] 王秋冰，马鸣，卢震鸣，来建刚，李光瑾，发动机曲轴用材料与工艺的发展趋势，柴油机设计与制造，2007,15(1)：40-44[15] 附 录各工序简图编排：机械加工工艺过程综合卡片 产品名称 零件名称 材 料某 柴 油 机 厂 175Ⅱ型柴油机 曲 轴 球墨铸铁QT600-2序号 工序名称 技术条件及检查要求 工 序 简 图 设备1 铸造 按曲轴铸造工艺进行 2 热处理 正火 3 铣两端面 总长为265mm 铣床4 车两端工艺搭子外圆 直径φ45mm 车床5 钻主轴颈中心孔 车床6 钻连杆轴颈中心孔 正对连杆中心 7 检验 8 粗车三个连杆轴颈 留余量 车床9精车三个连杆轴颈 留余量 车床10 车工艺搭子两端面 车床11 粗车各处外圆 留余量2mm 车床12 精车各处外圆 留余量 车床13 检验 14 磨削连杆轴颈外圆 φ 外圆磨床15 磨削两主轴颈 φ25+ + 外圆磨床16 磨削 φ22 外圆 外圆磨床17 磨削 φ20 -0 外圆 外圆磨床18 检验 19 车掉两端工艺搭子 长度为215mm以上 车床20 车两端面 表面粗糙度Ra=10 车床21 铣键槽 铣床22 倒角 为1mm 车床23 去毛刺 24 最后检验

机械设计与机械加工中常见问题及改善措施论文

随着人们自身素质提升，接触到措施的地方越来越多，措施是指针对问题的解决办法、方式、方案、途径，可以分为非常措施、应变措施、预防措施、强制措施、安全措施。什么样的措施才是有效的呢？以下是我收集整理的机械设计与机械加工中常见问题及改善措施论文，欢迎阅读，希望大家能够喜欢。

【摘要】

机械设计与机械加工是一个复杂的制造过程，从最初的设计图纸到最后的成形产品，任何一个环节都将影响产品的最终性能。严格把控设计与加工工序，逐步提升设计与加工水平，有利于提高机械设计与机械加工产品的最终质量和生产效率。本文就机械设计与加工过程中存在的主要问题进行分析总结，并初步提出其解决措施。

【关键词】

机械设计;机械加工;加工精度;表面质量

1.引言

影响机械设计与机械加工的因素比较多，这些因素直接或者间接的影响着产品的质量。在这些看似复杂没有规律的影响因素中总能找出一些普遍性存在的问题，包括加工精度、零件表面质量、设计标准化、产品的性价比、润滑剂等。如何有效的去克服和减少这些普遍存在的问题，如何深入分析研究这些影响因素，对于一个加工企业的发展来说显得尤为重要。本文就机械设计加工过程中典型的机械加工精度问题、零件表面问题、设计标准化问题、性价比问题进行分析总结，并初步提出解决方案。

2.机械设计与机械加工中存在的问题

机械设计结构与材料问题

机械结构与材料是影响机械加工的常见问题。同样效用的结构，设计思路不一样会导致加工难易程度不同，进而加工精度也会不同，这就提示着设计者在设计时不仅要考虑结构的效用还要考虑结构加工时的难易程度与加工的精度；至于材料方面，对于某个机器或机器部件来说可选用的材料可能有几种，各种材料的切削加工性各不相同，设计者在设计时不能仅考虑材料的可用性还要考虑材料的可切削性，从而提高产品的精度。

设计标准化问题

机械零件标准化是制造企业需要共同遵循的标准，它包括零件尺寸、材料性能、加工工艺、检验要求等众多方面。设计者采用统一的标准结构及零部件，统一的材料和零件性能指标，可以大大减少设计周期，提高零件可靠性。

机械加工精度问题

机械加工精度不高是加工企业普遍存在且难以解决的一个问题，机械加工与设计标准之间总存在着一定误差，从而影响加工精度。影响加工精度的主要因素可分为机械加工系统的几何误差，工件装夹误差，机械加工系统受力和受热变形引起的加工误差等。机械加工系统的几何误差包括机床、夹具和刀具等的制造误差、安装误差及使用过程中因磨损造成的误差[1]；工件装夹误差主要是定位不正确引起的误差；在加工过程中，加工系统受切削力和切削热量等作用产生变形，使工件与刀具之间的相对位置发生变化，影响工件最终的形状和尺寸精度。机械设计加工精度只能最大程度的提高，尽可能的去满足设计标准，把精度控制在允许标准范围内，进而不断地提升产品在生产阶段的整体质量。

零件表面质量问题

零件的表面质量直接影响表面的微观几何形状和表面物理力学性能，表面质量越差，零件表面越粗糙，耐磨耐腐蚀性能越差，进而影响使用性能和使用寿命。目前影响零件表面质量的主要因素有刀具材料与工件材料的匹配问题、切削用量和工件材料的选用问题等。根据零部件的材料，选择相应的刀具进行切削，例如在实际生产中，硬质合金钢类的刀具常用于铸铁类零件加工，金属陶瓷刀具常用于超硬材料的加工等。对于塑性材料，如果选用较大的切削用量，难免会使零部件发生塑性变形，并且在在切屑加工结束时，刀具和零部件的分离会产生撕裂作用，影响零部件的表面质量。对于脆性材料，在切削过程中，容易产生断续的碎粒，影响零部件的表面质量。机械设计加工阶段，控制零件的表面质量，降低次品的出现几率，深入的分析表面质量的影响因素，对制造企业来说具有重要意义。

产品性价比问题

在市场竞争中，产品的价格和产品质量一样也重要。在保证产品质量的前提下，提高产品的性价比，才能提高市场竞争力。影响产品性价比的因素主要包括三个方面，首先由于机械加工精度不高、加工过程的自动化水平较低等造成了零部件的质量参差不齐，废品率较高；其次，由于加工设备落后和操作人员不熟练造成零部件的生产周期较长，生产效率较低，导致生产成本较高；最后，由于机械零部件标准化程度较低，造成其后期的维修及替换成本较高。

3.改善措施

科学地选择材料

材料包括零部件材料和刀具材料两方面。零部件的材料直接影响使用性能，在选用时，首先利用经验依据零部件的使用性能选择一系列材料，然后再根据经济型、美观性等确定最终的材料。例如，蜗轮蜗杆传动效率较低、散热性能较差，失效形式主要为磨损、胶合及点蚀，因此在选择蜗杆蜗轮的材料时，材料副应该具有良好的减磨和跑合性能、抗胶合性能。在实际的生产中，涡轮齿圈的材料一般选用青铜或铸铁，而蜗杆常选用合金钢或碳钢。刀具的材料是根据工件的材料及加工方法来确定的，例如45钢锻件在粗车时，选用YW材质的刀具，而在精车时，选用YT15材质的刀具。

遵循科学地加工工艺

科学地设计工艺路线，不仅可以提高零部件的质量，而且还可以提高零部件的性价比。在制定工艺路线时，一方面，尽可能的提高生产的自动化水平，减少人工的操作，降低人为因素的影响；另一方面，尽可能减少零部件加工工序，尽量一次性加工和处理，提高加工精度和加工效率。最重要的是，根据零部件的具体使用性能，选择适当的最终工序加工方法，改变工件表层的残余应力的性质[2]。例如，在工作中受交变载荷作用的工件，为了提升其抗疲劳强度，应该选择使工件产生残余压应力而避免残余拉应力的最终工序加工方法，而对于相对滑动的两工件，为了提高工件抵抗滑动摩擦的能力，应该选择使工件表面存在拉应力的最终工序工艺。另外，在实际生产中，常采用滚压加工的方法提高工件的承载能力和疲劳强度，采用喷丸强化的方法提高工件的疲劳强度和使用寿命。

设计合理的切削用量

在机械设计与加工过程中，程序员运用模具数控程序设计时，首当其冲应当对各道工序的切削用量进行明确。而在选择切削用量时，应当将可能对切削产生影响的各项因素进行综合考虑，合理地设计和确定切削用量。一般而言，影响切削条件的因素有：机床、工具、以及工件的刚性；切削速度、切削深度、切削进给率；工件精度及表面粗糙度；刀具预期寿命及最大生产率；切削液的种类、冷却方式；工件材料的硬度及热处理状况；工件数量；机床的寿命等等。在众多因素中南，设置切削速度和切削深度是最为重要的两大因素[3]。为了提高工件的加工效率，在满足质量要求的前提下，尽可能地提高刀具的切削速度，并且尽可能使切削深度等于工件的加工余量。另外，还要尽可能的缩短刀具和工件的挤压时间，最大程度的降低工件塑性变形。只有合理的设置，才能确保各环节不出问题，从而更大的提高效率。

科学地选用润滑剂

润滑剂在整个加工过程中起到冷却与润滑的作用[4]。在切削加工过程中，切削液的使用起到了很好的冷却和润滑作用。但是，如果润滑剂选择存在失误或者没有控制好润滑剂的使用量，便会带来一些负面影响。一般而言，在常见的切削、研磨、冲压以及拉拔等加工工艺，在加工区域会产生大量的热能，这对刀具的使用寿命和精度控制都是不利的[5]。根据工件的材料及加工方法，科学地选择润滑剂可以改善工件表层的热变形，提高加工质量和加工效率。例如45#钢工件在切削加工时，不能选择水溶液作为润滑剂，从经济成本角度出发，乳化液较切削油成本低，因此选择乳化液作为润滑剂。

4.总结

在十三五规划期间，制造企业要想快步的迈向中高端，提高核心的市场竞争力，必须能提高自己的加工水平，制造出更高质量更高性价比的产品。除了更加精密的制造设备，制造企业还需要尽量去改善机械设计与机械加工过程存在的问题，优化自己的机械设计与机械加工过程。具体而言，应尽可能地从科学地选择材料、遵循科学地加工工艺、设计合理的切削用量、科学地选用润滑剂等多个方面入手，确保机械设计和机械加工的每一个过程不出现问题，最终保证制造出的产品符合标准规范，满足各行各业对机械类产品的需求。

参考文献

[1]任妙芳.浅析机械加工精度的影响因素及提高措施[J].机械研究与应用,2010(04).

[2]周纪.机械加工件表面层物理学性能改变的主要成因及处理措施[J].知识经济,2010(19).

[3]周立.机械设计加工中应注意的问题分析[J].城市建设理论研究,2015(2).

[4]何战洋,詹士会.关于机械设计加工中常见问题思考[J].科技致富向导,2013,29:145+153.

[5]滕军生.刍议机械设计中的常见问题及改善[J].企业技术开发,2014,15:30+34.

摘要 ：

机械设计制造工艺及精密加工技术在现代化制造行业中占据着重要地位, 精密化的机械加工可以有效提高机械零件的尺寸精度和表面质量, 进而满足现代化机械生产的各种需求。论文分析了机械设计制造的概况, 介绍了精密化机械加工的种类和特点, 列举了几项精密加工技术在制造业中的应用, 点明了制造行业发展精密化加工的重要性。

关键词 ：

机械设计; 制造工艺; 精密加工技术;

1 引言

随着科学技术的不断进步, 各种机械设备对于零件精度的要求越来越高, 同时伴随经济全球化的发展, 制造业的市场竞争日益激烈, 制造行业想要在市场中站稳脚步, 不断发展, 就必须提高自身产品的质量。大力发展现代化机械制造工艺精密化加工技术是提高机械加工产品质量的关键措施, 所以制造业要想在激烈的市场竞争中站稳脚跟, 提高市场竞争力, 就必须对精密加工技术展开深入的研究。

2 机械设计制造工艺的概况

现阶段我国的机械设计制造工艺主要是通过机器设备采取切削、铣削、钻、磨等加工方式, 对零件毛坯进行加工, 最终使毛坯达到设计要求, 用于生产。传统的机器设备在控制零件尺寸精度以及整体质量方面还有所欠缺。随着现代化机械加工技术的发展, 更多先进的机械加工技术应用到机械制造当中, 其中精密化的机械加工技术可以有效提高机械零件的表面质量和尺寸精度。进行精密化机械加工技术研究就需要从机械制造设备方面入手, 只有不断改善机械设备的工作性能和设备自身的精度, 才能从根本上减少零件加工过程中的误差。此外, 现代化的机械加工设备还与电气控制技术完美融合, 电气控制代替人工控制, 也是提高机械加工精度的有效措施[1]。

3 现代精密加工技术种类

纳米技术

纳米技术是融合了工程技术、物理学以及其他高新学科的现代化加工技术。随着我国现代化机械加工技术的发展, 我国的纳米技术也取得了一系列的成就, 比如现代的机械加工设备已经可以在硅片上加工出纳米级的线条, 这不仅有利于机械加工制造行业的发展同时对于我国信息技术、电子技术的发展也起到了积极作用, 利用纳米加工技术, 可以显着提高信息储备工作和电子产品加工与制造工作的质量。

超精密研磨技术

目前, 超精密研磨技术在各种集成电路板的加工制造中的应用比较广泛, 现代化的产品对于零件的加工精度要求非常高, 传统的研磨、抛光技术已经无法满足加工需求, 因此, 超精密的研磨加工技术应运而生。随着加工制造技术的不断发展, 超精密研磨技术也在不断优化与提高, 例如, 在如今的超精密加工技术中已经拓展出了一种弹性发射的加工技术, 应用原子级别的加工方式, 进一步提高了机械加工的精度, 推动了我国机械制造行业的发展[2]。

模具技术

机械制造行业的加工方式有很多种, 除了对零件直接进行机械加工之外, 还可以通过模具成型的方式完成零件的加工工作。目前, 许多电气设备中的关键零件都是通过模具加工的方式制造而成的, 为了提高零件的精度, 就需要对模具进行优化和改进, 提高模具的加工精度。通过精密化加工技术对模具的精度加以改进, 进而提高零件的尺寸精度与表面质量, 使设备的性能得到进一步的提高。

4 现代化机械设计制造工艺及精密加工技术特点

关联性

机械产品的制造过程不仅需要先进的生产制造技术还需要有科学、合理的制造工艺作为加工过程的技术指导, 因此, 机械设计制造工艺与精密化加工技术之间有着密切的关联性。机械加工工作是由加工技术和加工工艺结合之后完成的, 合理的加工工艺能够有效提高机械零件的精度和质量, 而先进的机械加工技术则是在更进一步地提高零件或产品的整体质量。

因此, 在实际的加工过程当中, 要注意两者之间的关联性, 结合精密化加工技术的特点制定出更加科学合理的加工工艺, 进而提高加工效率, 使制造企业快速发展[3]。

系统性

现代化的机械加工制造工作是一项系统性的工作, 例如产品的加工工艺、加工技术以及之后的销售、保养、检修工作, 都是紧紧围绕产品的精度要求和质量进行的。随着各行各业对于产品要求的不断提高, 为了减少产品制造过程中的误差, 现代化机械制造设备中逐渐融入了一些高科技的电子技术, 通过自动控制代替人工控制, 进而使整个机械制造的过程更加的系统化, 现代机械设计制造工艺与精密加工技术之间的关联性也得到了体现。在进行机械产品设计时, 需要不断促使技术完善, 保证整个生产过程的高效性。

全球性

经济全球化的进程不断深入, 我国制造行业不仅仅要在国内市场站稳脚步, 更重要的是不断开辟国际市场, 通过学习和引进国际上的先进机械制造技术, 提升我国制造业的技术水平, 最终迎合全球化的发展趋势。机械制造工艺及精密加工技术也包含着全球化的特点, 随着“工业”时代的到来, 世界各国都加大了对于制造业的研究力度, 我国的制造行业应该抓住这次机遇, 努力提高自己的制造水平, 最终在国际市场上占据不败之地。

5 机械设计制造工艺及精密加工技术的应用

超精密研磨技术

通过将超精密研磨技术与传统的研磨加工技术相比较, 可以发现, 超精密的研磨技术加工工序明显减少, 但加工质量却有了显着的提高, 超精密研磨技术主要是利用原子级的抛光硅片对零件进行加工, 省去了磨削、研磨以及抛光等加工过程, 可以一次性的完成对零件的加工, 有效缩短了加工时间, 提高了生产效率和生产质量。目前, 我国已经将超精密研磨技术应用在各个加工制造领域, 例如太阳能电池板、高清液晶显示器等, 极大程度地推进了我国高新技术产业的.发展。

微细加工技术

现如今, 大多数的机械设备正朝着细微化、精细化的方向发展, 所以其内部零件的体积也在不断缩小, 变得更加精致, 传统的机械加工设备在生产大型机械零件的方面有明显的优势。大多数大型机械零件尺寸精度要求比较低, 所以对加工设备的要求也相对较低, 但是随着机械加工细微化的发展, 传统的加工设备已经无法顺利完成机械加工任务。细微化的机械零件主要用于高新产业当中, 所以对零件的精度要求非常高, 只有应用精密化的机械加工才可以生产出符合要求的机械零件。

6 结语

随着我国政府对于现代化制造业的重视程度不断提高, 通过传统的机械加工技术与加工工艺生产出的机械零件已经无法满足人们对于产品质量和精度的要求, 只有大力发展新型的机械制造工艺和技术才能使我国的制造业不断发展, 创造更多的社会效益和经济效益。现代制造业在经营过程中, 只有学习先进的技术和经验, 不断将处于科学前沿的制造技术应用到实际生产中, 才能使企业更快的发展与进步, 最终实现“中国制造2025”的战略目标。

参考文献

[1]王翠.现代化机械设计制造工艺及精密加工技术探讨[J].设备管理与维修, 2017 (07) :27-28.

[2]辛富兵.现代化机械设计制造工艺及精密加工技术探讨[J].科技创新与应用, 2017 (04) :148.

[3]尤永生.现代机械制造工艺与精密加工技术浅析[J].中国设备工程, 2017 (01) :100-101.

引言

近些年来,我国科技水平不断提高,与此同时对机械加工与设计的要求也相应提高。为了在激烈的市场竞争中获得一席之地,机械的加工与设计不仅需要提高其工作效率,也要在高效率工作下,严格保证其质量。在这种情况下,机械加工与设计人员需要做好严格的生产与检验工作。在机械加工与设计之前做好详细的考虑,保证机械生产与加工每个步骤有序完成。并采用现代技术降低损耗,高质高量的完成生产。在工作中遇到问题,不要恐慌,积极应对,在机械开展工作之前应该做好备案,减少问题发生的概率,努力生产出最优产品。

1中小型机械加工与设计中存在的问题

机械加工与设计中,总会出现各种各样的问题。可能是操作人员的操作问题,有可能是机器的磨损等问题。机械设计师应该对问题进行总结分析,减少问题发生的概率。本文对中小型机械设计与加工中常出现的问题进行了总结。

操作过程中易出现的问题

操作误差:机械加工与设计的整个操作流程关系到产品的质量,因此应该引起关注。在机械加工与设计时不可避免的总会出现实际操作与标准操作之间的差距。这些问题的产生不是人为的原因,而是因为机械的老化或工艺系统受力情况等原因造成的。工作人员为了保证机械设计与加工正常操作,提高产品质量,应该在机械工作之前,做好预估,虽然这样在实际工作之前,还是难免有误差,但是在做好预案的前提下出现的误差会降到最小,机械设计加工数据也会更准确。产品变形:在机械设计与加工时操作过程中还经常出现的一个问题是产品变形的问题。产品的变形是因为机械大小、位置、性质等原因发生的变化。关于产品的变形原因可归结为以下三个方面:一是机械产品加工过程中,会有强大的内力将其吸住进行加工,但是当工作完成之后,卡爪会放下加工后的产品,形成冲力,造成产品的变形;二是机械产品在进行热处理后,因为其物理特性,很容易出现中间高、两边低的情况;三是机械在进行加工操作时,因为其本身的误差造成的产品变形,但是工作人员可以通过提前预案,控制误差,减少可能造成产品变形的因素,如使用高质量的加工器材减少造成产品变形的可能性。

产品质量方面易出现的问题

材料选择上:机械设计与加工材料的选择至关重要。材料选择的好生产出来的产品质量才能过硬。如果材料选择质量较差,那么在机械设计与加工过程中出现问题的概率较大,影响整个加工生产,影响产品的质量。机械设计与加工的材料的选择须注意两个方面,一方面为材料的硬度,另外一方面是材料的耐加工性。如果材料的硬度不够,那么生产出来的产品不耐用,如果材料的耐加工性不强,那么在加工的过程中极容易造成产品的变形。如某加工厂在材料的选择时,没有充分考虑到材料的铸造性能,结果材料在加工中,因为熔点较高,结晶温度过大,造成产品难生产,生产出来的产品不达标,给加工厂造成巨大损失。质量监管上:在机械加工与设计中,应确保零件质量的完好无损,若在机械设计加工之时,零件质量不能保证,不能正常完成工作,那么生产出来的产品可能是无用的,甚至延误整个工期,造成整体系统性能效率的降低,让机械产品的使用年限大大的降低。在机械设计与加工时应注意塑性的材料其产品很容易变形,因此造成切割质量产品表面不够光滑,而硬性材料因为其硬度过于大,因此在切割时容易出现细碎;在机械产品冷却之后进行加工也可能出现组织结构变形的问题,导致生产出来的产品粗糙、不光滑。因此,在在机械加工时应严守质量问题,保证生产出来的产品是光滑的,寿命周期长的。

新技术的开发与应用

市场经济体制下,要想在市场上获得一席之地,就必须不断提高劳动生产率。机械设计与加工市场同样如此,也应不断提高其劳动生产效率,降低生产成本,生产出价格低、质量好的产品,这样才能在激烈的市场竞争中脱颖而出。机械设计与加工应不断提高机械产品的质量,扭转传统的产品开发模式,加快产品生产速度,从而在市场中因为其独特的优势而被认可。

2中小型机械设计与加工问题解决措施

虽然在中小型机械设计与加工中存在各种各样的问题,但是问题的出现必有其原因,因此工作人员应勤于在机械设计与加工之前做好预案,出现问题时做好总结,以提高机械设计与加工出来的产品质量的保证。

机械设计与加工操作问题具体办法

模拟实验:在进行大批量产品生产之前,可进行试验模拟,观看模拟中可能出现的问题,从而早做打算,提出解决方案。这样在生产过程中才能减少问题发生的概率,提高生产产品的质量,降低损耗。新型的机械产品开发也能够使用这样的模拟实验,强化新型机械的设计理念,提高机械产品的劳动生产率,从而生产出质量更好的产品,通过模拟,找好问题的所在,提高劳动生产率,提高产品质量。

设置合理参数:机械设计与加工中,需设置合理的参数,合理的参数的设置能够保证生产出来的产品表面光滑,时间耐用。参数的科学设置直接关系到机械工作中切削的深度、速度、时间等问题,因此在机械开展工作之前,应首先确定好削割的时间、速度、深度等数值,从而保证机械的精细化作业。

利用处理工具:机械加工设计中,需科学的使用处理工具,根据生产的产品与机械的工作选择合适的处理工具,加快产品生产的进度与精度。如在机械加工不能触及的地方,可选择小刀等精细工具进行加工,从而保证生产的产品精细,精准。

机械设计与加工产品质量问题解决办法

谨慎选择材料:在机械设计与加工之前,应做好材料的选择,材料选择得好能够提高产品的质量,降低生产的难度,降低生产的消耗,从而提高整个的劳动效率。在材料的选择上应主要从材料的加工性能、切削性能、热处理性能几个方面做重点考虑,并结合实际的生产需要选择不同质地的生产材料,为不同的机器选择不同的材料,这样在保证机械设计与加工正常工作的前提下,生产出来的产品质量是达标的。

定期保养设备:机械设计与加工中所使用到的设备应定期保养,保证机械正常作业。如清理机械周围的碎屑,使用中注意机器散热、定期进行维护等。如有部分机械在使用一段时间之后,就会发出声响,运转不顺畅,这种情况下,可使用润滑剂加快机械的运转,保证机械产品的质量,延长其寿命。例如有某工厂的机械设备应使用时间过长,热度极速上升,影响使用寿命,发现这种情况之后,其工作人员使用润滑剂对设备进行了冷却,从而延长了刀具使用的寿命,降低了生产中的损耗。

机械设计与加工致力于提高新技术

着力于提高生产技术:在整个机械设计与加工中,其劳动生产效率的提高是根本,因此厂家应着力于跟上时代的步伐,不断的开拓新的技术理念,加强机械生产效率的监管,致力于在不降低产品质量的情况下提高劳动生产效率,提升市场竞争力,提高市场占有率。可优化整套机械设计与加工设备,大力弘扬机械设计加工工艺的推广,让整个的产品设计符合市场的需要,符合时代的要求。

提高设计水平:机械设计与加工是一项高精准化作业,也是一项复杂的劳动,不断的提高其精准度,提高其劳动生产率,降低消耗,提高生产出来的产品是机械设计与加工的主要目标。不断提高机械的设计水平从而让机械根据已设定好的统一标准进行作业,提高整个工程产品的产量与质量。如在开展机械设计加工之前,有固定的组织机构进行商讨,制定出一整套的产品生产计划,并让机械按照统一的计划进行生产,从而保证生产出来的质量上乘。

3结论

综上所述,可以看出,在中小型机械设计与加工过程中,首先认真对待材料的选择,其次,致力于劳动生产技术的提高,使用新技术、新方法进行生产;再次使用处理工具,处理机械处理不了的问题;设置参数,确定切割深度、切割时间等;定期对设备保养,保证设备的正常运转;进行模拟实验,将可能发生的问题做好预案,减少问题发生的概率。采取以上措施,强化中小型机械设计与加工的精准度与工作效率,促进产品质量的提升。

四大材料刀具的性能与选择刀具材料的发展对切削技术的进步起着决定性的作用。本文介绍了切削中所使用的金刚石、聚晶立方氮化硼、陶瓷、硬质合金、高速钢等刀具材料的性能及适用范围。刀具损坏机理是刀具材料合理选用的理论基础，刀具材料与工件材料的性能匹配合理是切削刀具材料选择的关键依据，要根据刀具材料与工件材料的力学、物理和化学性能选择刀具材料，才能获得良好的切削效果。就活塞在切削加工时的刀具材料选用作了阐述。高速钢：活塞加工中铣浇冒口、铣横槽及铣膨胀槽用铣刀，钻油孔用钻头等都为高速钢材料。硬质合金：YG、YD系列硬质合金刀具被广泛应用于铝活塞加工的各个工序中，特别是活塞粗加工和半精加工工序。立方氮化硼：立方氮化硼刀具被用于镶铸铁环活塞的车削铸铁环槽工序中。同时也应用于活塞立体靠模的加工中。金刚石：金刚石刀具可利用金刚石材料的高硬度、高耐磨性、高导热性及低摩擦系数实现有色金属及耐磨非金属材料的高精度、高效率、高稳定性和高表面光洁度加工。在切削铝合金时，PCD刀具的寿命是硬质合金刀具的几十倍甚至几百倍，是目前铝活塞精密加工的理想刀具，已经应用于精车活塞环槽、精镗活塞销孔、精车活塞外圆、精车活塞顶面及精车活塞燃烧室等精加工工序中。刀具材料性能的优劣是影响加工表面质量、切削加工效率、刀具寿命的基本因素。切削加工时，直接担负切削工作的是刀具的切削部分。刀具切削性能的好坏大多取决于构成刀具切削部分的材料、切削部分的几何参数及刀具结构的选择和设计是否合理。切削加工生产率和刀具耐用度的高低、刀具消耗和加工成本的多少、加工精度和表面质量的优劣等等，在很大程度上都取决于刀具材料的合理选择。正确选择刀具材料是设计和选用刀具的重要内容之一。每一品种刀具材料都有其特定的加工范围，只能适用于一定的工件材料和切削速度范围。不同的刀具材料和同种刀具加工不同的工件材料时刀具寿命往往存在很大的差别，例如：加工铝活塞时，金刚石刀具的寿命是YG类硬质合金刀具寿命的几倍到几十倍；YG类硬质合金刀具加工含硅量高、中、低的铝合金时其寿命也有很大的差别。所以，合理选用刀具是成功进行切削加工的关键。每一种刀具材料都有其最佳的加工对象，即存在切削刀具与加工对象的合理匹配问题。1刀具材料应具备的性能高的硬度和耐磨性硬度是刀具材料应具备的基本特性。刀具要从工件上切下切屑，其硬度必须比工件材料的硬度大。切削金属所用刀具的切削刃硬度，一般都在60HRC以上。耐磨性是材料抵抗磨损的能力。一般来说，刀具材料的硬度越高，其耐磨性就越好。组织中的硬质点(碳化物、氮化物等)的硬度越高，数量越多，颗粒越小，分布越均匀，则耐磨性越好。耐磨性还与材料的化学成分、强度、显微组织及摩擦区的温度有关。可用公式表示材料的耐磨性WR：WR=式中：H——材料硬度(GPa)。硬度愈高，耐磨性愈好。KIC——材料的断裂韧性(MPa·m½)。KIC愈大，则材料受应力引起的断裂愈小，耐磨性愈好。E——材料的弹性模量(GPa)。E很小时，由于磨粒引起的显微应变，有助于产生较低的应力，耐磨性提高。足够的强度和韧性要使刀具在承受很大压力，以及在切削过程经常出现的冲击和振动条件下工作，而不产生崩刃和折断，刀具材料就必须具有足够的强度和韧性。高的耐热性(热稳定性)耐热性是衡量刀具材料切削性能的主要标志。它是指刀具材料在高温条件下保持一定的硬度、耐磨性、强度和韧性的性能。刀具材料还应具有在高温下抗氧化的能力以及良好的抗粘结和抗扩散的能力，即刀具材料应具有良好的化学稳定性。良好的热物理性能和耐热冲击性能刀具材料的导热性愈好，切削热愈容易从切削区散走，有利于降低切削温度。刀具在断续切削或使用切削液时，常常受到很大的热冲击(温度变化剧烈)，因而刀具内部会产生裂纹而导致断裂。刀具材料抵抗热冲击的能力可用耐热冲击系数R表示，R的定义是为：R=λσb(1-µ)/Eα式中：λ——导热系数；σb——抗拉强度；µ——泊松比；E——弹性模量；α——热膨胀系数。导热系数大，使热量容易散走，降低刀具表面的温度梯度；热膨胀系数小，可减少热变形；弹性模量小，可以降低因热变形而产生的交变应力的幅度；有利于材料耐热冲击性能的提高。耐热冲击性能好的刀具材料，在切削加工时可以使用切削液。良好的工艺性能为了便于刀具的制造，要求刀具材料具有良好的工艺性能，如锻造性能、热处理性能、高温塑性变形性能、磨削加工性能等。经济性经济性是刀具材料的重要指标之一，优质刀具材料虽然单件刀具成本很高，但因其使用寿命长，分摊到每个零件的成本则不一定很高。因此在选用刀具材料时要综合考虑其经济效果。2刀具材料高速钢高速钢是一种加入了较多的钨、钼、铬、钒等合金元素的高合金工具钢。高速钢具有较高的强度和韧性，并且具有一定的硬度和耐磨性。适合各类刀具的要求。高速钢刀具制造工艺简单，容易磨成锋利切削刃，因此尽管各种新型刀具材料不断出现，高速钢刀具在金属切削中仍占较大的比例。可以加工有色金属和高温合金。由于高速钢具有以上性能，活塞加工中的铣浇冒口、铣横槽及铣膨胀槽用铣刀、钻油孔用钻头等刀具都为高速钢材料。硬质合金硬质合金是由难熔金属碳化物(如WC、TiC、TaC、NbC等)和金属粘结剂(如Co、Ni等)粉末经粉末冶金的方法制成。由于硬质合金中都含有大量的金属碳化物，这些碳化物都有熔点高、硬度高、化学稳定好、热稳定性好等特点，因此，硬质合金材料的硬度、耐磨性、耐热性都很高。常用硬质合金的硬度为89～93HRA，比高速钢的硬度(83～)高，在800～1000℃时尚能进行切削。在540℃时，硬质合金的硬度为82～87HRA，在760℃时，硬度仍能保持77～85HRA。因此，硬质合金的切削性能比高速钢高得多，刀具耐用度可提高几倍到几十倍，在耐用度相同时，切削速度可提高4～10倍。目前我公司使用的硬质合金刀具主要是YG类(WC-TiC-Co)中的YG6和YGX。YT类(WC-TiC-Co)中的YT15等硬质合金用于活塞粗加工、半精加工和部分精加工工序。金刚石金刚石是目前已知矿物材料中硬度最高、热传导性最好的物质，与各种金属、非金属材料配对摩擦的磨损量仅为硬质合金的1/50～1/800，是制作切削刀具最理想的材料。然而，天然单晶金刚石仅用于制作首饰及某些有色金属的超精密加工。刀具用人造大颗粒单晶金刚石尽管目前DeBeers公司、住友电工等均已工业化生产，但还没有进入大量应用阶段。金刚石刀具的切削刃非常锋利(这对切下极小断面的切屑是很重要的)，刃部粗糙度很小，摩擦系数又低，切削时不易产生积屑瘤，加工表面质量高。加工有色金属时，表面粗糙度可达到µm，加工精度可达到IT5级以上。金刚石刀具有三种：天然单晶金刚石刀具、整体人造聚晶金刚石刀具、金刚石复合刀具。天然金刚石刀具由于成本较高等原因，在实际生产中应用较少。人造金刚石是通过合金触媒的作用，在高温高压下由石墨转化而成。金刚石复合刀片是在硬质合金基体上经过高温、高压等先进工艺烧结一层约～1µm厚的金刚石，这种材料是以硬质合金做基体，其机械性能、热传导性和膨胀系数都近似于硬质合金，基体上的人造多晶金刚石磨料中的金刚石晶体呈不规则排列，其硬度和耐磨性在各个方向都是均匀的。聚晶金刚石(简称PCD)是由经过筛选的人造金刚石微晶体在高温高压下烧结而成。在烧结过程中，由于添加剂的加入，使金刚石晶体间形成以TiC、SiC、Fe、Co和Ni等为主要成分的结合桥。金刚石晶体以共价键的结合形成牢固地嵌于结构桥构成的坚强骨架中，使PCD的强度和韧性都大大提高，其硬度约为9000HV，抗弯强度为～，导热系数为·sµ℃，热膨胀系数为×10-6/℃。现在使用的聚晶金刚石刀具大多是PCD与硬质合金基体烧结形成的复合体，即在硬质合金基体上烧结上一层PCD。PCD的厚度一般为和，由于底层为硬质合金，焊接方便；又由于PCD结合桥的导电性，使得PCD便于切割加工成各种形状，制成各种刀具，成本远远低于天然金刚石。聚晶金刚石(PCD)可加工各种有色金属和极耐磨的高性能非金属材料，如铝、铜、镁及其合金，硬质合金，纤维增强塑料，金属基复合材料，木材复合材料等。PCD刀具材料中金刚石晶粒平均尺寸不同，对性能产生的影响也不同，晶粒尺寸越大，其耐磨性越高。在相近的刃口加工量下，晶粒尺寸越小，则刃口质量越好。选用晶粒尺寸为10～25µm的PCD刀具，可以500～1500m/min的高速切削Si含量12～18%的硅铝合金，晶粒尺寸8～9µm的PCD加工Si含量小于12%的铝合金。超精密加工，则应选用晶粒尺寸小的PCD刀具。PCD的耐磨性在超过700℃时会减弱，因其结构中含有金属Co，会促进“逆向反应”即由金刚石向石墨转变。PCD有较好的断裂韧性，可以进行断续切削，可以以2500m/min的高速端铣Si含量10%的铝合金。可利用金刚石材料的高硬度、高耐磨性、高导热性及低摩擦系数实现有色金属及耐磨非金属材料的高精度、高效率、高稳定性和高表面光洁度加工。在切削加工有色金属时，PCD刀具的寿命是硬质合金刀具的几十倍甚至几百倍，是目前铝活塞精密加工的理想刀具。例如：精车活塞环槽、精镗活塞销孔、精车活塞外圆、精车活塞顶面等工序。立方氮化硼聚晶立方氮化硼(PCBN)是由CBN微粉与少量粘结相(Co，Ni或TiC、TiN、Al203)在高温高压下加入催化剂烧结而成的。它具有很高的硬度(仅次于金刚石)和耐热性(1300～1500℃)，优良的化学稳定性、比金刚石刀具高得多的热稳定性(达1400℃)和导热性，低的摩擦系数，但其强度较低。与金刚石相比，PCBN的突出优点是热稳定性高得多，可达1200℃(金刚石为700～800℃)，可承受较高的切削速度；另一个突出优点是化学惰性大，与铁族金属在1200～1300℃下也不起化学反应，可用于加工钢铁。因此，PCBN刀具主要用于高效加工黑色难加工材料。PCBN刀具除了具有以上的特点外，还有以下几项优点：①硬度高，特别适合于加工从前只能磨削的HRC50以上的淬硬钢、HRC35以上的耐热合金和HRC30以下而其它刀具很难加工的灰口铸铁。②与硬质合金刀具相比，切削速度高，可实现高速高效切削。③耐磨性好，刀具耐用度高(为硬质合金刀具的10～100倍)，能获得较好的工件表面质量，实现以车代磨。不足之处在于PCBN刀具的抗冲击性能较硬质合金差，因此，使用时应注意提高工艺系统的刚性，尽量避免冲击切削。PCBN可制成整体的刀片，也可与硬质合金结合制成复合刀片。PCBN复合刀片是在硬质合金基体上烧结一层～厚的PCBN，其性能兼有较好的韧性和较高的硬度及耐磨性。PCBN的性能主要与CBN的粒度、CBN的含量及结合剂种类有关，按其组织大致可分为两大类：一类是由CBN晶粒直接结合而成，CBN含量高(70%以上)，硬度高，适用于耐热合金、铸铁和铁系烧结金属的切削加工；另一类是以CBN晶粒为主体，通过陶瓷结合剂(主要有TiN、TiC、TiCN、AlN、Al203等)烧结而成，这类PCBN中CBN含量低(70%以下)，硬度低，适用于切削加工淬硬钢。立方氮化硼刀具被用于镶铸铁环活塞的车削铸铁环槽工序中，同时也应用于活塞立体靠模的加工中。陶瓷陶瓷刀具材料的主要优点是：有很高的硬度与耐磨性，常温硬度达91～95HRC；有很高的耐热性，在1200℃高温下硬度为80HRC；而且高温条件下抗弯强度、韧性降低极少；有很高的化学稳定性，陶瓷与金属亲和力小，高温抗氧化性能好，即使在熔化温度下也不与钢相互作用。因而刀具的粘结、扩散、氧化磨损较少；有较低的摩擦系数，切屑不易粘刀，不易产生积屑瘤。中国非标刀具网有介绍到陶瓷刀的缺点是：脆性大，强度与韧性低，抗弯强度只有硬质合金的1/2～1/5，因此使用时必须选择合适的几何参数与切削用量；避免承受冲击负荷，以防崩刃与破损；此外，陶瓷刀导热率低，仅为硬质合金的1/2～1/5，热膨胀系数却比硬质合金高10～30%，抗热冲击性较差。目前，陶瓷刀具还没有应用于铝活塞加工过程中。

首先看材质是什么，球铁还是钢，我说下我们这里。我们这里是球铁，用车床加工主轴颈，公差要求在，跳动要求；铣床加工连杆颈（随动铣床），加工精度，曲拐半径公差要求；为增加曲轴使用寿命，使用滚压机床进行轴颈滚压；后序为磨床，加工精度在，圆度要求以内，跳动，曲拐半径公差要求；磨削完成后，曲轴需要动平衡，我们这里是去重型动平衡机，要求在范围内；为保证轴颈的粗糙度，还需要抛光处理，抛光后粗糙度要求；抛光后清洗机清洗，保证清洁度，要求整体，油道；最终测量保证加工合格，我们这里用马波斯曲轴综合测量仪测量。

刀具在切削加工中的重要性 金属切削加工是用刀具从工件表面切除多余的金属材料，从而获得在几何形状、尺寸精度、表面粗糙度及表面层质量等方面均符合要求的零件的一种加工方法。其核心问题是刀具切削部分与工件表层的相互作用，即刀具的切削作用和工件的反切削作用。这是切削加工中的主要矛盾，而刀具的切削作用则是矛盾的主要方面。切削刀具是支撑和促进切削加工技术进步的关键因素。近年来，高速高效数控机床的广泛应用使现代切削加工技术发展到了一个新的阶段，先进高效刀具的应用是使昂贵的数控机床充分发挥其高效加工能力的基本前提之一。刀具是切削加工的基础工艺装备之一，刀具的性能和质量直接影响到切削加工效率的高低和加工质量的好坏，直接影响到整个机械制造业的生产技术水平和经济效益。采用先进刀具，适当地增加刀具费用的投入，是制造业提高劳动生产率和企业竞争力的有效手段，是我国制造业当前必须重视的问题。