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沖床機械的設計基礎
機械設計基礎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械設計基礎，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)形狀復雜、特別是內腔復雜的毛壞坯，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)生內應力，易出現缺陷，因此質(zhì)量不穩定；由于其內部組織粗大不勻，其機械性能不如鍛件高。目前還存在勞動(dòng)強度大，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)行鑄件結構設計，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，應注意以下問(wèn)題：
�、勹T件要有合理壁厚及結構斜度，鑄件壁厚盡可能均勻。
�、阼T件壁的連接：鑄件壁連接處要有結構圓角。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件應避免過(guò)大的水平面。
�、転榉乐硅T件翹曲變形，對較大的平板鑄件及壁厚不均勻的長(cháng)形箱體，應將其設計成對稱(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，直線(xiàn)形。但是對于收縮率較大的合金，因應力過(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，減少內應力。
�、薨错樞蚰淘瓌t設計鑄件結構
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，模型可反復使用4萬(wàn)次，鑄件有較好的精度（達到IT12~IT14），表面光潔，少加工或不加工即可使用，可機械化生產(chǎn)。
�、蹓毫﹁T造：壓鑄機壓室內澆注液態(tài)或半液態(tài)金屬，充填鑄型，并在高壓下成形和結晶。常用壓鑄比壓為5~150MPa，金屬流速達5~100m/s。效率高易實(shí)現自動(dòng)化，產(chǎn)品質(zhì)量好，實(shí)現少屑和無(wú)屑加工，成本低。
�、艿蛪鸿T造。
�、蓦x心鑄造：金屬液加入旋轉的鑄型中。
�。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
將坯料放在設備（自由鍛錘或水壓機）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。
按使用設備和鍛造力性質(zhì)不同，自由鍛分為錘上自由鍛和水壓機上自由鍛，大型鍛件要在水壓機上進(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，使工件壓力成形。按照使用設備不同，模鍛分為錘上模鍛，曲柄壓力機上模鍛、平鍛機上模鍛，螺旋壓力機上模鍛及其他專(zhuān)用設備上模鍛。
模鍛生產(chǎn)率高，工件表面光潔，尺寸精度高，材料利用率高，鍛件內部，鍛造流線(xiàn)分布更加合理，提高了使用壽命，可鍛軟復雜零件，操作簡(jiǎn)單，易于實(shí)現機械化，成本較低，常用于中小型鍛件的批量生產(chǎn)。
3、板料沖壓
利用裝在沖壓機床上的沖模對金屬板料加工，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、結構輕巧、質(zhì)量穩定，互換性好。操作簡(jiǎn)單，易于機械化和自動(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、機械性能好，可機械化自動(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械加工兩大類(lèi)。
鉗工一般為手工操作，主要有劃線(xiàn)、鏨削、鋸削、銼削、刮削、鉆孔和鉸孔、攻絲和套扣等，機械裝配和修理也屬鉗工范圍。
機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)削加工用機床有普通機床、立式車(chē)床、轉塔車(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、內圓、錐面、螺紋、回轉成形面、回轉溝槽及滾花等，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
�、巽@床加工：常用設備有臺式鉆床、立式鉆床和搖臂鉆床等，能進(jìn)行鉆孔、擴孔、鉸孔、攻絲、锪孔和锪凸臺等。
�、阽M床加工：主要設備是臥式鏜床。
鏜床可鉆孔、擴孔、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，適合對箱體機座、支架等形狀復雜大型零件孔系進(jìn)行定位和加工，是機械加工的關(guān)鍵性設備，是其他設備不能取代的。
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(xiàn)成形面。
刨削機床的主運動(dòng)為往復直線(xiàn)運動(dòng)，有空引程，且每一往復中伴有兩次沖擊，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。插削使用的設備是插床。
�、劾鞯脑O備是拉床。拉刀的直線(xiàn)移動(dòng)為主運動(dòng)。拉削無(wú)進(jìn)給運動(dòng)，其進(jìn)給是靠接刀的每齒升高量來(lái)實(shí)現的。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、較準和修光工作，是一種精加工方法、效率高。但拉刀制造復雜、成本高，不能加工臺階孔、盲孔和特大孔，只適宜加工一種規格的孔或鍵槽。
4、銑削加工合
銑削加工是用銑刀的旋轉和工件的移動(dòng)來(lái)實(shí)現的，是平面加工的主要方法之一。設備有臥式銑床、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、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甚多的磨料進(jìn)行切削的。磨削方法有：外圓磨、內圓磨、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，研具手持來(lái)回軸向移動(dòng)，經(jīng)常檢測，至合格為止。研磨液由煤油、植物油或煤油加機油。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對工作進(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)機械設備和儀表中，是傳遞運動(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)機構運轉精確，工作平穩可靠，必須選擇合適的齒形輪廓曲形，即齒形曲線(xiàn)，目前使用的齒形曲線(xiàn)主要有漸開(kāi)線(xiàn)、擺線(xiàn)和圓弧線(xiàn)等，用的最多的是漸開(kāi)線(xiàn)。
若一動(dòng)直線(xiàn)在平面內沿半徑為rb的圓作無(wú)滑動(dòng)的純滾動(dòng)時(shí)，則動(dòng)直線(xiàn)上任一點(diǎn)a的軌跡稱(chēng)為半徑為rb圓的漸開(kāi)線(xiàn)，半徑為rb的圓稱(chēng)為基圓，動(dòng)直線(xiàn)稱(chēng)之為發(fā)生線(xiàn)。漸開(kāi)線(xiàn)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(xiàn)組成。
漸開(kāi)線(xiàn)上任一點(diǎn)a1的法線(xiàn)必與基圓相切，漸開(kāi)線(xiàn)的形狀與基圓半徑大小有關(guān)，半徑愈小，漸開(kāi)線(xiàn)的曲率愈小，反之亦然，當其半徑為無(wú)窮大時(shí)，漸開(kāi)線(xiàn)便成為一直線(xiàn)，齒條的直線(xiàn)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(xiàn)。
�。�1）直齒圓柱齒輪各部名稱(chēng)、基本參數和主要尺寸
�、俑鞑棵Q(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——標準齒輪中，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，是計算齒輪尺寸的依據。
分度圓齒厚——分度圓上一個(gè)輪齒所占的弧長(cháng)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(cháng)稱(chēng)分度圓齒間，用e表示。
周節——分度圓上相鄰兩齒對應點(diǎn)之間的弧長(cháng)稱(chēng)為周節（分度圓周節），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
機械設計基礎-金屬制造工藝簡(jiǎn)介△模數=當齒輪的齒數為Z時(shí)，分度圓直徑d和周節P有如下關(guān)系：
機械設計基礎-金屬制造工藝簡(jiǎn)介或此時(shí)令機械設計基礎-金屬制造工藝簡(jiǎn)介，則d=mZ
式中：m——稱(chēng)為模數，單位為mm。
設計齒輪時(shí)將m定為基本參數，使齒輪的計算、加工及測試大為方便。M的大小反映齒輪輪齒的厚薄，大小和承載能力。
模數值m已標準化，如0.1，0.5，1，1.5，2，3………設計根據齒輪強度計算得出的模數值，再按國家標準中選取。
△壓力角：
漸開(kāi)線(xiàn)齒線(xiàn)上任一點(diǎn)K的法向力F與其速度機械設計基礎-金屬制造工藝簡(jiǎn)介之間的夾角稱(chēng)為K點(diǎn)的壓力角機械設計基礎-金屬制造工藝簡(jiǎn)介k。
已確定的漸開(kāi)線(xiàn)，基圓半徑rb為定值，漸開(kāi)線(xiàn)上多點(diǎn)的壓力角是不同的，距基圓越遠，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，用機械設計基礎-金屬制造工藝簡(jiǎn)介表示。其數值已標準化，常取機械設計基礎-金屬制造工藝簡(jiǎn)介=20°。
漸開(kāi)線(xiàn)齒輪的正確嚙合條件是兩齒輪的模數和壓力角應分別相等，在齒形加工中，刀具的模數m和壓力角機械設計基礎-金屬制造工藝簡(jiǎn)介也必須與被加工的齒輪相同。
當齒數Z和模數m確定后，齒輪多部幾何尺寸即可確定，計算公式從略。
�。�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。對直齒圓柱齒輪，當m<8時(shí)，一般用盤(pán)狀模數銑刀在臥式銑床上進(jìn)行。當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動(dòng)，在專(zhuān)用機床上切出齒形。常用的有插齒機上插齒及滾齒機上滾齒。
�。�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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