分功率器殼體雙面臥式攻絲專用組合機床設(shè)計說明書
分功率器殼體雙面臥式攻絲專用組合機床設(shè)計說明書,功率,殼體,雙面,臥式,專用,組合,機床,設(shè)計,說明書,仿單
分功率器殼體雙面臥式攻絲專用組合機床設(shè)計
目 錄?
第一章 緒論……………………………………………1
第二章 通用部件簡介…………………………………3
一. 通用部件的分類…………………………………………3
二.動力滑臺與動力箱………………………………………4
三.組合機床支承部件………………………………………4
第三章 組合機床的總體設(shè)計…………………………6
一. 組合機床工藝方案的制定………………………………6
二.確定切削用量及選擇刀具………………………………7
三.組合機床總體設(shè)計—三圖一卡……………………………8
1.被加工零件工序圖……………………………………8
2.加工示意圖……………………………………………8
3.尺寸聯(lián)系圖……………………………………………10
4.機床生產(chǎn)率計算卡……………………………………13
第四章 組合機床多軸箱設(shè)計…………………………14.
1 概述…………………………………………………14
2 多軸箱的設(shè)計………………………………………14
第五章 夾具的設(shè)計………………………………………19
附錄A 綜述報告………………………………………………21
附錄B 調(diào)研報告………………………………………………23
第一章 緒論
組合機床是以通用部件為基礎(chǔ)，配以少量專用部件，對一種或若干中工件按預(yù)先確定的工序進行加工的機床。它能夠?qū)ぜM行多刃多軸多面多工位同時加工。在組合機床上可以完成鉆孔、擴孔、鏜孔、攻絲、車削、銑削、磨削及液壓等工序，隨著組合機床的發(fā)展它能完成的工藝范圍將日益擴大。
組合機床所使用的通用部件具有特定功能，按標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化原則設(shè)計制造的組合機床基礎(chǔ)部件，每種通用部件有合理的規(guī)格尺寸系列，有適用的技術(shù)參數(shù)和完善的配套關(guān)系。
組合機床與通用機床、其它機床比較具有以下特點：
（1）組合機床上的通用部件和特征零件越占全部機床零部件的70%-80%，因此設(shè)計和制造周期短，經(jīng)濟效益好。
（2）用于組合機床采用多刀加工，機床自動化程度高，因此比通用機床生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，勞動強度低。
（3）組合機床的通用部件是經(jīng)過周密設(shè)計和長期生產(chǎn)實踐考驗的，又有專門廠家成批生產(chǎn)，它與一般專用機床比較，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，工作可靠，使用和維修容易。
（4）組合機床加工工件，采用專用夾具，組合刀具和導(dǎo)向裝置等，產(chǎn)品加工質(zhì)量靠工藝裝備保證，對操作工人的技術(shù)水平要求不高。
（5）當(dāng)機床被加工的產(chǎn)品更新時，專用機床的大部分的部件報廢，組合機床的通用部件是根據(jù)國家檢驗設(shè)計的，并等效于國際檢驗，因此其通用部件可以重復(fù)使用，不必另行設(shè)計和制造。
（6）組合機床易于聯(lián)成組合機床自動線，以適應(yīng)大規(guī)模和自動化生產(chǎn)需要。目前，我國組合機床以廣泛用于大批量生產(chǎn)和使用，例如：汽車、拖拉機、柴油機等。
第二章 通用部件簡介
一.通用部件的分類
通用部件已列為國家標(biāo)準(zhǔn)，并等效為國際標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計時應(yīng)貫徹執(zhí)行國家標(biāo)準(zhǔn)。我國有些企業(yè)有內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)，但其主要技術(shù)參數(shù)及部件和聯(lián)系尺寸必須統(tǒng)一執(zhí)行國家標(biāo)準(zhǔn)，以實現(xiàn)部件通用化標(biāo)準(zhǔn)。
1.動力部件
（1）主運動動力部件—用來實現(xiàn)組合機床的切削運動。例如：刀具的回轉(zhuǎn)運動。
動力箱：1DT121DT25，適用小型組合機床；1 DT321DT80，適用大型組合機床。
多軸箱：主軸固定多軸箱；主軸可調(diào)多軸箱。
（2）進給運動部件—實現(xiàn)刀具的進給運動。
液壓滑臺：1HY系列液壓滑臺；1HYA系列長臺面型液壓滑臺；1HYS系列液壓十字滑臺。
機械滑臺：1HJ系列機械滑臺；1HJC系列機械滑臺；NC-1HJ系列交流伺服數(shù)
機械滑臺。
（3）既能實現(xiàn)主運動，又能實現(xiàn)進給運動的部件。
動力頭：1LHJb系列機械滑套式動力頭；1LXJB系列箱體移動式機械動力頭；LHF系列風(fēng)動動力頭；1LZY系列多軸轉(zhuǎn)塔動力頭。
（4）為單軸頭變化主軸轉(zhuǎn)速的跨系列通用部件：1XG系列傳動裝置。
2.輸送部件
輸送部件是將工件由一個工位輸送到另一個工位的部件：1AHY系列液壓回
轉(zhuǎn)臺工作臺；1HYA系列長臺面型液壓滑臺。
3.支承部件
支承部件是可用來安裝組合機床其它部件，它包括1CC系列滑臺，側(cè)底座；
1CD系列立柱側(cè)底座；1CL系列立柱及中間底座等。
4.控制部件
控制部件用來控制組合機床行動循環(huán)。
5.輔助部件
除上述部件外的部件稱輔助部件，主要指用于潤滑、冷卻和排屑等部件。
二.動力滑臺與動力箱
1.動力滑臺是由滑座、滑鞍和驅(qū)動裝置等組成，是實現(xiàn)組合機床直線進給運動的動力部件。
動力滑臺的用途：根據(jù)被加工工件的工藝要求，可以在滑臺上安裝動力箱、鉆削頭、銑削頭和鏜孔車端面頭等各種部件，以完成對工件的鉆孔、擴孔、鉸孔、螳孔、倒角、削端面、車端面、銑削及攻絲等工序，有時也作為輸送部件使用，配置多工位組合機床。
2.1TD系列動力箱的用途
動力箱是將電動機的動力傳遞給多軸箱的動力部件。動力箱安裝在滑臺或其它進給部件的結(jié)合面上，動力箱前端結(jié)合面上安裝多軸箱，動力箱的輸出軸驅(qū)動動力箱的每個主軸及傳動軸，使多軸箱完成各種工藝切削運動。
1DT系列動力箱分兩種：第一種根據(jù)用于配置小型組合機床，其型號為1DT121DT25，本規(guī)格的動力箱輸出軸有兩種傳動形式，I型用輸出軸安裝的平鍵，齒輪輸出轉(zhuǎn)矩；II型用輸出軸端面鍵輸出轉(zhuǎn)矩。第二種動力箱用于配置大型組合機床，其規(guī)格為1DT321DT80，其輸出軸只有平鍵，齒輪一種輸出轉(zhuǎn)矩的形式。
三.組合機床支承部件
組合機床支承部件包括中間底座，側(cè)底座，立柱，立柱底座，支架及墊塊等。支承部件主要用來安裝動力部件及其它工作部件是組合機床的基礎(chǔ)部件。支承部件應(yīng)用于足夠的剛度，以保證各部件之間相對位置精度長期正確，從而保證組合機床的加工精度。
組合機床的支承部件采用組合式，例如：臥式組合機床的床身，由中間底座與側(cè)底座裝配而成，而立式組合機床的床身由立柱及立柱底座裝配而成。此種裝配結(jié)構(gòu)優(yōu)點是加工和裝配工藝性好，調(diào)整和運輸比較方便。但是，組合式結(jié)構(gòu)減弱了床身的整體剛性，這一缺點通常用加強部件之間的連接剛度來補償。
1.1CC系列滑臺側(cè)底座
1CC系列滑臺側(cè)底座用于安裝1HY系列液壓滑臺及各種機械滑臺側(cè)底座長度按滑臺行程長度分型并與其配套。滑座安裝在側(cè)底座上，側(cè)底座與中間底座用螺釘及銷（或鍵）連接成一體，滑臺與側(cè)底座之間裝有5mm厚的調(diào)整墊。采用調(diào)整墊鐵對機床的制造和維修都方便。因為當(dāng)滑座導(dǎo)軌磨損后，或重新組裝機床時，只須取下滑臺將導(dǎo)軌面重新修刮或修磨，再重新更換調(diào)整墊厚度，可使機床達(dá)到應(yīng)有精度。
側(cè)底座的頂面具有與滑座結(jié)合的平面外在其周圍有收集冷卻液或潤滑油用的溝槽，用管道將油液引回存儲槽中，側(cè)底座的另一側(cè)面有電氣壁盒，以供安裝電器元件用。一般電器壁盒與冷卻液存儲箱不應(yīng)靠近，以防電氣元件潮濕。
為了便于支承部件及整臺機床運輸，側(cè)底座應(yīng)用走絲吊孔或吊環(huán)螺釘孔及放入撬杠用的底面凹槽。
2.中間底座
中間底座用于安裝運輸部件和夾具等的支承部件。它可以與側(cè)底座支架和立柱等相接。
中間底座在配置組合機床時，往往不能用一種系列滿足不同使用要求，因此，中間底座無標(biāo)準(zhǔn)化系列，尚須根據(jù)具體情況設(shè)計專用的中間底座。
中間底座分為安裝固定夾具和安裝回轉(zhuǎn)工作臺的兩種類型。
根據(jù)組合機床配置形式的不同，中間底座多種多樣?？傊?，隨著組合機床形式不同，中間底座在結(jié)構(gòu)，尺寸方面就有不同的要求。
中間底座的高度為56mm，也可選用630mm或710mm。
第三章 組合機床的總體設(shè)計
一.組合機床工藝方案的制定
工藝方案制定的正確與否，將決定機床能否達(dá)到體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡單。為了使工藝方案制定得合理，先進，必須認(rèn)真分析被加工零件圖紙開始，深入現(xiàn)場全面了解被加工零件的結(jié)構(gòu)特點，加工部位，尺寸精度，表面粗糙度和技術(shù)要求，定位、夾緊要求，工藝方法和加工過程所采用的刀具、輔具，切削用量及生產(chǎn)率要求等，分析優(yōu)缺點。
1.零件的工藝分析
被加工零件為分功率器殼體，加工兩面攻絲，且要一次加工完成，因此需在專用組合機床上加工，并要保證它們之間的粗糙度和位置精度要求。
2.工藝方案的制定
采用一面兩銷的定位方案：鉆孔后擴孔，余量為1.52.0，粗?jǐn)U后精擴，余量為0.51.0。使Ф16的銷孔達(dá)到Ra=3.2，精度達(dá)到H7，并且使兩銷孔之間的公差為0.03。
3.夾緊方案的制定
夾緊機構(gòu)由夾緊動力，中間傳動機構(gòu)，夾緊元件三部分組成，夾緊動力用于產(chǎn)生力源，并將作用力傳給中間傳動機構(gòu)。采用中間傳動機構(gòu)可改變作用力的大小和方向，同時能產(chǎn)生的鎖作用，以保證在加工過程中，當(dāng)力源消失時，工件在切削力或振動作用下仍能可靠夾緊。夾緊元件剛用以承受由中間傳動機構(gòu)傳遞的夾緊力。并與工件直接接觸而執(zhí)行夾緊動作。工件夾緊時，夾緊裝置應(yīng)重點解決下列問題：
（1）夾緊裝置在對工件夾緊時，不應(yīng)破壞工件的定位應(yīng)正確選擇夾緊力的方向及著力點。
（2）夾緊力的大小應(yīng)可靠，適當(dāng)。要保證工件在夾緊后的變形和受壓表面的損壞不能超過允許的范圍。
（3）結(jié)構(gòu)簡單合理，夾緊動作迅速，操作方便，省力，安全。
（4）夾緊力或夾緊行程在一定范圍內(nèi)可調(diào)整或補償。
因為工序是雙面攻絲，所以采用對角雙邊液壓夾緊的方案。
二.確定切削用量及選擇刀具
切削用量選擇是否合理，對組合機床的加工精度、生產(chǎn)率、刀具的耐用度、機床的布局及正常工作均有很大的影響。
組合機床切削用量的選擇特點：
1.在大多數(shù)情況下，組合機床為多軸，多刀，多面同時加工，因此切削用量，根據(jù)經(jīng)驗應(yīng)比一般萬能機床單刀加工低30%左右。
2.組合機床多軸箱下，所有刀具共用一個進給系統(tǒng)，通常為標(biāo)準(zhǔn)動力滑臺，工作時，要求所以的刀具的每分鐘進給量相同，且等于動力滑臺的分鐘進給量。
由于工件材料：HT200 =220
用計算圖簡化計算得:
<1>求刀具耐用度T
D=12螺距1.75JV (6)T(刀具耐用度)=26分
D=8螺距1.25JV (6)T(刀具耐用度)=23分
<2>求扭矩(公斤.米)
D=12螺距1.75M(扭矩)＝1.5kg.m
D=8螺距1.25M(扭矩)＝0.5kg.m
<3>求切削功率（千瓦）
D=12螺距1.75 J V (6) JＮ＝0.25kw
D=8螺距1.25 J V (6) JＮ＝0.135kw
總切削功率Ｎ＝100.251.5+80.1351.8=5.694kw
總切削功率Ｎ＝60.251.9+80.1351.8=4.794kw
多軸箱傳動功率，加工黑色金屬時＝0.8-0.9 ?。?.8
Ｐ＝＝7.1kw Ｐ＝＝6kw
刀具的選擇要求考慮工件加工尺寸精度，切削的排除，及生產(chǎn)率要求等因素。
選擇絲錐：
Ｍ8 螺距Ｐ＝1.25 d=6.3 l=22 L=72 a=5.0 l=8
Ｍ12 螺距Ｐ＝1.75 d=9 l=29 L=89 a=7.1 l=10
三.組合機床總體設(shè)計—三圖一卡
1.被加工零件工序圖
被加工零件的工序圖是根據(jù)選定的工藝方案，表示一臺組合機床或自動線完成的工藝內(nèi)容，加工部位尺寸、精度、表面粗糙度及技術(shù)要求，加工用定位基準(zhǔn)，夾緊符號及被加工零件的材料、硬度、重量等表示。不能用客戶提供的圖紙，而需在原零件圖的基礎(chǔ)上，突出被加工的內(nèi)容，加上必要的說明繪制而成的，它是組合機床設(shè)計的主要依據(jù)，也是制造，使用，檢驗和調(diào)整機床的重要技術(shù)元件，圖上應(yīng)表示出：
（1）被加工零件的形狀和輪廓尺寸及本機床設(shè)計有關(guān)的部位的結(jié)構(gòu)形狀及尺寸。
（2）加工用定位基準(zhǔn)，夾緊部位及夾緊方向，以便依此進行夾具的定位支承，限位，夾緊，導(dǎo)向裝置的設(shè)計。
（3）本道工序加工部位尺寸、精度、表面粗糙度、形狀位置尺寸及技術(shù)要求，還包括本道工序?qū)η暗拦ば蛱岢龅囊蟆?
（4）必要的文字說明，如被加工零件的編號名稱，硬度，重量，加工余量等。
耐酸陶瓷沙漿泵殼體的工序圖見圖1。
2.加工示意圖
1.加工示意圖的作用和內(nèi)容
零件的加工工藝方案要通過加工示意圖反映出來，加工示意圖表示被加工零件在機床尚的加工過程，刀具輔具的布置狀況以及工件，夾具，刀具等機床各部件間的相對位置關(guān)系，機床的工作行程及工作循環(huán)等。因此，加工示意圖是組合機床設(shè)計的主要圖紙之一。在總體設(shè)計中占據(jù)重要地位。它是刀具，輔具，夾具，多軸箱，液壓電氣裝置設(shè)計及通用部件選擇的主要原始資料；也是整臺組合機床布局和性能的原始要求，同時還是調(diào)整機床刀具及成車的依據(jù)，其內(nèi)容為：
（1）應(yīng)反映機床的加工方法，加工條件及加工過程。
（2）根據(jù)加工部位特點及加工要求，決定刀具類型，數(shù)量，結(jié)構(gòu)，尺寸（直徑
和長度），包括鏜削加工是膛桿直徑和長度。
（3）決定主軸的結(jié)構(gòu)類型，規(guī)格尺寸及外伸長度。
（4）選擇標(biāo)準(zhǔn)或設(shè)計專用的接桿，浮動卡頭，導(dǎo)向裝置，攻絲靠模裝置，刀桿
托架等，并決定它們的結(jié)構(gòu)參數(shù)及尺寸。
（5）標(biāo)明主軸，接桿，夾具（導(dǎo)向）與工件之間的聯(lián)系尺寸，配合及精度。
（6）根據(jù)機床要求的生產(chǎn)率及刀具，材料特點等，合理正確定并標(biāo)注各主軸的
切削用量。
2.加工示意圖零件的選擇
（1）初定主軸類型、尺寸、外伸長度和選擇接桿主軸形式主要取決于進給力和主軸－刀具系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的需要。主軸尺寸規(guī)格應(yīng)根據(jù)選定的切削用量計算出切削轉(zhuǎn)矩， 由d=M12 M(扭矩)＝1.5kg.m
查表得：確定主軸直徑d=12mm. 取d=20mm。
切削用量f=1.25m/r
f=1.75m/r
V=6m/min=
n=238.9r/min
n=159.2r/min
進給速度v= f n=4.98mm/s
進給速度v= f n=4.64mm/s
（2）選攻絲靠模規(guī)格為：T0281圖2-11 1號。接桿莫氏圓錐號： 2號。
（3）絲錐用彈簧漲套：T0631-51 圖3-3 。
（4）除剛性主軸外，組合機床主軸與刀具之間常用兩種連接：一是接桿連接，也稱剛性連接，用于單導(dǎo)向進行鉆、擴、鉸及倒角加工；二是浮動卡頭連接，也稱浮動連接，用于長導(dǎo)向、雙導(dǎo)向和多導(dǎo)向進行鏜、擴、鉸孔，以減少主軸位置誤差及主軸徑向跳動對加工精度的影響。
由圖3-5 選接桿： T0637 A型。
（5）大型組合機床用攻絲卡頭： T0637-03 圖3-5 卡頭號：1號。
分功率器殼體的加工示意圖見圖紙。
3.影響聯(lián)系尺寸的關(guān)鍵刀具
保證加工終了時，多軸箱端面到工件端面之間的尺寸最小，來確定全部刀具，接桿，導(dǎo)向，刀具托架及工件之間的聯(lián)系尺寸。其中，須標(biāo)注主軸端部外徑和內(nèi)孔徑，外伸長度，刀具各段直徑及長度，導(dǎo)向的直徑，長度配合，工件至夾具之間須標(biāo)注工件距離導(dǎo)套端面的距離，還需標(biāo)注刀具托架與夾具之間的尺寸，工件本身及加工部位的尺寸和精度等。
4.動力部件的工作循環(huán)
動力部件的工作循環(huán)是指：加工時，動力部件從原始位置開始到加工終了位置又返回到原始位置的動力過程。一般包括快速引進，工作進給，快速退回等動作，有時還有中間停止，多次往復(fù)進給，跳躍進給，死擋鐵停留等特殊要求，這是根據(jù)具體的加工工藝需要確定的。
5.動力部件的工作行程
（1）工作進給長度L應(yīng)等于工件加工部位長度與刀具切入長度和切出長度之和。參考《組合機床設(shè)計》表3－17得：
Ｍ12 切入長度 =8mm. 切出長度?。?mm. L＝32mm
Ｍ8 切入長度 =14.82mm L＝29.82mm
(2)快速退回和攻退長度之和等于快速引進和進給長度之和。其長度按加工具體要求而定。
。
Ｍ12 快進取150mm；攻進取32mm；攻退取32mm；快退取150mm
Ｍ8 快進取150mm；攻進取29.82mm；攻退取29.82mm；快退取150mm
（3）動力部件總行程長度除了應(yīng)保證要求的工作循環(huán)工作過程外，還要考慮裝卸調(diào)整刀具方便，及考慮前后備量。前備量取20mm;后備量取20mm.
3.尺寸聯(lián)系圖
一般來說，組合機床是由標(biāo)準(zhǔn)的通用部件—動力滑臺、動力箱、各種工藝、切削頭、側(cè)底座、立柱底座及中間底座加上專用部件—多軸箱、刀具、輔具系統(tǒng)、夾具、液電、冷卻、潤滑、排屑系統(tǒng)組合裝配而成的。
聯(lián)系尺寸圖的主要內(nèi)容為：
（1）以適當(dāng)數(shù)量的視圖按同一比例畫出機床各主要組成部件的外形輪廓及相關(guān)位置，表明機床的配置型式及總體布局，主視圖的選擇應(yīng)與機床實際加工狀態(tài)一致。
（2）圖上應(yīng)盡量減少在必要的線條及尺寸應(yīng)標(biāo)注，但反映部件的聯(lián)系，專用部件及主要輪廓尺寸，運動部件的極限位置及行程尺寸必須完全。
（3）為便于開展局部設(shè)計，聯(lián)系尺寸圖上應(yīng)標(biāo)注通用部件的規(guī)格，代號，電動機型號，功率及轉(zhuǎn)速，并說明機床部件的分組情況及總行程。
組合機床的動力部件是配置組合機床的基礎(chǔ)，它主要包括用以實現(xiàn)刀具主軸旋轉(zhuǎn)主運動的動力箱，各種工藝切削用量及進給運動的運功動滑臺。
影響動力部件選擇的主要因素為：切削功率，進給力，進給速度，行程，多軸箱輪廓，尺寸，動力滑臺的精度和導(dǎo)軌材料，綜合這些因素，根據(jù)具體加工要求正確合理選擇動力部件—動力滑臺和動力箱，并以其為基礎(chǔ)進行通用部件配置。
根據(jù)前面算的再查《組合機床設(shè)計》表2－14選1DT50動力箱，電機型號:Y160M-6,電動機功率：P7.5KW,電動機轉(zhuǎn)速：n=960r/min,驅(qū)動軸轉(zhuǎn)速：n=485r/min.附表7，選 H=200 動力箱輸出軸距多軸箱底面高度為199.5mm。
附表1:選液壓動力滑臺型號：1HY50，臺面寬:B=500mm，臺面長:1440mm，行程長:H＝400mm，導(dǎo)軌為鑄鐵材料，滑臺及滑座總高:360mm，滑座長:1000mm；快速行程速度:12mm，工進速度32～800mm/min。
配套通用部件：滑臺側(cè)底座，附表18:其型號：1CC501,高度h=560mm，寬度=700mm，長度L＝1550mm
計算多軸箱輪廓尺寸
標(biāo)準(zhǔn)的通用鉆，鏜類多軸箱的厚度有兩種尺寸規(guī)格，臥式為325mm，立式為340mm
繪制機床聯(lián)系尺寸圖時，重要確定的尺寸是多軸箱的寬度B和高度H及最低主軸高度：
B=b+ H=h++
式中：b—工件再寬度方向相距最遠(yuǎn)的兩孔距離（mm）
—最邊緣主軸中心距箱外壁的距離（mm）
h—工件在高度方向相距最遠(yuǎn)的兩孔距離（mm）
—最低主軸高度。
為保證多軸箱有排布齒輪的足夠空間，推薦b1>70100 mm，取b1=100mm，=34mm,H=992mm,h3=360mm,h4=560mm,h7=5mm,推薦>85140 mm。
=h2+H-(0.5+h3+h7+h4)＝34＋992－(0.5+360+5+560)=100.5mm
B=b+2b1=420+1002=620mm
H=h++b1==420+100.5+100=620.5mm
根據(jù)上述計算值，按多軸箱輪廓尺寸系列標(biāo)準(zhǔn)最后確定多軸箱輪廓尺寸由P012表4－1，取B*H=630630mm。
動力箱以及底面與動力滑臺定位連接，在機床長度方向上，通常動力箱后端面應(yīng)與滑臺后端面平齊安裝。動力滑臺與滑座在機床長度方向的相對位置由加工終了時滑臺前端面到滑座前面的距離決定，是在機床長度方向上各部件聯(lián)系尺寸的可調(diào)環(huán)節(jié)；對于通用的標(biāo)準(zhǔn)動力滑臺，尺寸的最大范圍為50mm，是動力滑臺，滑座本身結(jié)構(gòu)決定的滑臺前端面到滑臺前端面的最小距離與前備量兩者之和。前者通常不應(yīng)小于15－20mm，后者用補償?shù)毒咧啬ズ筝S向可調(diào)的尺寸并用于彌補機床制造和安裝誤差前備量取20mm；剛＝20＋20＝40mm。
為便于機床的調(diào)整和維修，滑臺與側(cè)底座在機床長度方向上的相對位置由滑座前端面到側(cè)底座前端面的距離決定。若采用的側(cè)底座為標(biāo)準(zhǔn)型，則可由組合機床通用部件聯(lián)系尺寸標(biāo)準(zhǔn)中查得；若不能采用標(biāo)準(zhǔn)型側(cè)底座則可根據(jù)具體情況而定，取110mm。
中間底座輪廓尺寸其長度方向尺寸安下式確定：
L=(+＋2＋)－2（＋＋）
＝(657.5+657.5+2325+320)-2(370+40+100) ＝1265mm
4.機床生產(chǎn)率計算卡
機床負(fù)荷率等。根據(jù)選定得機床工作循環(huán)所需要的工作行程長度，切削用量，動力部件的速度及工進速度等；就可以計算機床的生產(chǎn)率并編制生產(chǎn)率計算卡；用以反映機床的加工過程；完成每一動作所需的時間，切削用量，機床生產(chǎn)率等
1.理想生產(chǎn)率Q1
指定成年生產(chǎn)綱領(lǐng)A（包括備量及廢品率在內(nèi)）所需求的機床生產(chǎn)率。它與全年工時總數(shù)有關(guān)，一般情況下，單班制生產(chǎn)K取2350h，兩班制生產(chǎn)取4600h，則Q1=（件/h）
單班： Q1＝ ＝=21.28(件/h)
兩班：則Q1= =50000/4600=10.86（件/h）
2.實際生產(chǎn)率Q
指所設(shè)計機床每小時實際可以生產(chǎn)的零件數(shù)量
Q=60/
求出：—生產(chǎn)一個零件所需的時間（min）
=t切+t輔=（L1/Vf1+L2/Vf2+T停）+（L順進/Vfk+L快退/Vfk+T移+t卸裝）=1.684min
Q=60/=60/1.684=35.63（件/h）
3.機床負(fù)荷率μ負(fù)
當(dāng)Q1〈Q時，計算二者的比值即為負(fù)荷率
h負(fù)=Q1/Q
則h負(fù)=21.28/35.63=0.597
4.機床生產(chǎn)率計算卡
機床生產(chǎn)率計算卡 見表1
第四章 組合機床多軸箱設(shè)計
1.概述
多軸箱是組合機床的主要部件之一，按專用要求進行設(shè)計，由通用零件組成。其主要作用是根據(jù)被加工零件的加工要求，安排各主軸位置，并將動力和運動由電機或動力部件傳給各工作主軸，使之得到要求的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。
多軸箱按其結(jié)構(gòu)大小，可分為大型多軸箱和小型多軸箱兩類。大型又分為通用多軸箱和專用多軸箱兩種。
通用多軸箱主要由箱體，主軸，傳動軸，齒輪，軸套等零件和通用（專用）的附加機構(gòu)組成。
在多軸箱體前后壁之間可安排厚度為24mm的齒輪三排或32mm的齒輪兩排；在多軸箱體后壁之間可安排一或兩排齒輪。
通用多軸箱體厚度為180mm，用于臥式的多軸箱前蓋厚度為55mm（基型），用于立式的多軸箱前蓋并作油池，加厚為70mm，基型后蓋厚度為90mm，其余三種厚度的后蓋（50，100，125mm),可根據(jù)多軸箱內(nèi)傳動系統(tǒng)安排動力部件與多軸箱的具體連接情況而定。
2.多軸箱的設(shè)計
多軸箱是組合機床的重要部件之一，它關(guān)系到整臺組合機床質(zhì)量的好壞。
具體設(shè)計時，需根據(jù)“三圖一卡”，仔細(xì)分析研究零件的加工部件，工藝要求，確定多軸箱與被加工零件，機床其它部分的相互關(guān)系。
1.繪制多軸箱設(shè)計原始依據(jù)圖
根據(jù)“三圖一卡”整理編匯，內(nèi)容包括多軸箱設(shè)計的原始要求和已知條件。
在編制此圖時從“三圖一卡”中已知：
（1）多軸箱輪廓尺寸630mm630mm
（2）工件輪廓尺寸及各孔位置尺寸
（3）工件與多軸箱相對位置尺寸
多軸箱圖一般應(yīng)包括以下內(nèi)容:
（1）所有主軸的位置尺寸及工件與多軸箱的相對尺寸,在標(biāo)注主軸的位置及相關(guān)尺寸時,首先要注意多軸箱和被加工零件在機床上是面對面擺放的,因此多軸箱橫截面上的水平方向尺寸因與被加工零件工序圖的水平方向相反;其次,多軸箱上的坐標(biāo)尺寸基準(zhǔn)和被加工零件工序圖的尺寸基準(zhǔn)相常不相重合,應(yīng)根據(jù)多軸箱和被加工零件的相對位置找出統(tǒng)一基準(zhǔn),并標(biāo)注出其相對位置關(guān)系尺寸.
（2）在圖中標(biāo)注主軸轉(zhuǎn)向由于標(biāo)注刀具多為右旋,因此要求主軸一般為逆時針旋轉(zhuǎn)。
（3）圖中應(yīng)標(biāo)出多軸箱的外形尺寸.
（4）列表標(biāo)明工件材料,加工表面要求,并標(biāo)出各主軸的工序內(nèi)容,主軸外伸部分尺寸和切削用量等.
（5）注明動力箱型號,功率P,轉(zhuǎn)速機和其它主要參數(shù).
2.主軸直徑和齒輪模樹的初步確定
m≥(30-32) （mm）
3.主軸的動力計算
多軸箱傳動功率，加工黑色金屬時＝0.8-0.9 ?。?.8
Ｐ＝＝7.1kw Ｐ＝＝6kw
4.傳動系統(tǒng)的設(shè)計與計算
（1）對傳動系統(tǒng)的一般要求
1) 盡量用一根中間軸帶動很多根主軸,當(dāng)齒輪齒合中心距不符合標(biāo)準(zhǔn)時,可用變位齒輪或略變傳動比的方法解決.
2) 一般情況下,盡量不采用主軸帶動主軸的方案,因為會增加主動軸的負(fù)荷,如遇到主軸分布密集而切削負(fù)荷又不大時,為了減少中心軸,也可用一根主軸帶1-2根或更多根主軸的傳動方案.
3) 為使結(jié)構(gòu)緊湊多軸箱體的齒輪傳動副的最佳傳動比為1-1.5,在多軸箱后蓋內(nèi)的第IV排(或第V排)齒輪,根據(jù)需要,其傳動比可以取大些,但一般不超過33.5。
4) 根據(jù)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)距成反比的道理，一般情況下如驅(qū)動軸轉(zhuǎn)速較高時，可采
用逐步降速傳動，如驅(qū)動軸轉(zhuǎn)速較低時可先使速度升高一點再降速，這樣可使傳動鏈前面幾根軸齒輪上的齒輪應(yīng)盡量安排靠近前支承，以減少主軸的扭轉(zhuǎn)變形。
5）粗加工切削力大，主軸上的齒輪應(yīng)盡量安排靠近前支承，以減少主軸的扭轉(zhuǎn)變形。
6）齒輪安排數(shù)可按下面方法安排：
不同軸上齒輪不相碰，可放在箱體內(nèi)同一排上。
不同軸上齒輪與軸或軸套不相碰，可放在箱體內(nèi)不同排上。
齒輪與軸相碰，可放在后蓋內(nèi)。
2 計算主軸和傳動軸的齒數(shù)
驅(qū)動軸上齒數(shù)有一定限制（＝21－26） ?。?1，m=4
M12總傳動比：＝
M8總傳動比：＝
驅(qū)動軸轉(zhuǎn)速n=485r/min
(1) M12
n=485=240r/min
(2)M8
n=485=159.1r/min
各齒輪齒數(shù)及模數(shù)見多軸箱設(shè)計圖
多軸箱坐標(biāo)圖：
軸坐標(biāo)值：
O(265.00,169.5)
軸：1(446.80,385.50)
2(370.00,462.37)
3(265,490.5)
4(160,462.37)
5(83.14,385.50)
6(83.14, 175.5)
7(160.00,98.64)
8(265.00,70.50)
9(370.00,98.64)
10(446.87,175.50)
11(227.50,280.50)
12(185.00,238.00)
13(142.50,280.50)
14(185.00,238.00)
15(387.50,280.50)
16(345.00,323.00)
17(302.50,280.50)
18(345.00,238.00)
19(349.00,392.43)
20(181.01,392.43)
21(181.01,168.57)
22(349.00,168.57)
23(448.09,463.59)
24(81.91,97.41)
25(81.91,97.41)
26(448.09,97.41)
27(330.31,36.78)
28(199.69,524.23)
29(275.00,392.43)
30(185.00,290.50)
31(345.00,310.50)
第五章 夾具的設(shè)計
機床夾具是在機床上所使用的一種輔助裝置，用它來準(zhǔn)確迅速地確定工件與機床刀具間地相對位置，即將工件定位及夾緊，以完成加工所需地相對運動。
使用夾具地最終目的是保證產(chǎn)品質(zhì)量，改善工人勞動條件，提高生產(chǎn)效率，降低產(chǎn)品成本。
1分功率器殼體的定位基準(zhǔn)的選擇
由零件圖可知，采用一面兩銷的定位方法，以分功率器殼體的下表面作為主要定位基準(zhǔn)面，加上底面上的兩個孔。為了提高加工效率，決定采用雙面加工的方法，同時為了縮短輔助時間采用液壓自動夾緊和手動結(jié)合。
2 夾緊力的計算
查《機床夾具設(shè)計手冊》表1－2－11 工件以平面定位，夾緊力與切削力方向垂直。
其中為基本安全系數(shù)1，2 為加工性質(zhì)系數(shù)1，2
為刀具鈍化系數(shù)1 為斷續(xù)切削系數(shù)1
＝0.16 ＝0.7
＝2.5
則＝＝2750N
現(xiàn)選用地腳式的液壓缸，查《機床夾具設(shè)計手冊》：
故本夾具可安全工作。
結(jié)論
經(jīng)過四年的學(xué)習(xí)，這是在學(xué)校最重要的設(shè)計——畢業(yè)設(shè)計。設(shè)計的題目是組合機床，組合機床以前機床以前從沒有碰到過，經(jīng)過這幾個月的摸索，終于了解到其中的一些知識。從繪制零件圖到主軸箱裝配圖，使我對設(shè)計組合機床的工藝過程有了深刻了解。我相信以后碰到相同或類似的問題，我會做得更好！
致謝
這次設(shè)計是在范真導(dǎo)師的精心指導(dǎo)下完成的。范老師雖然很忙，但她還是抽出大量寶貴時間來關(guān)心我們。每當(dāng)我們在設(shè)計上遇到什么問題或是有什么想不通的，她都會細(xì)心的講解，直到我們懂為止，在此，獻(xiàn)上誠摯的謝意。還要謝謝在設(shè)計中幫助我的同學(xué)，以及幫我答辯的各位老師！
參考文獻(xiàn)
【1】 金正華主編 《組合機床及其調(diào)整與使用》 機械工業(yè)出版社 1990
【2】 黑龍江人民出版社 《組合機床設(shè)計與制造》 1982
【3】 趙如福主編 《金屬機械加工工藝人員手冊》第三版 上?？萍汲霭嫔? 1982
【4】 周澤華主編 《金屬切削原理》第二版 上海科學(xué)出版社 1993
【5】 《金屬切削機床設(shè)計》 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 1980
【6】 大連組合機床研究所編 《組合機床與自動化加工技術(shù)》
【7】 叢鳳延，遲建山主編 《組合機床設(shè)計》 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社
【8】 組合機床編寫小組編 《組合機床講義》 北京：國防工業(yè)出版社 1975
【9】 大連組合機床研究所編 《組合機床設(shè)計參考圖冊》 北京：機械工業(yè)出版社 1990
【10】中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn) GB 6477.1-6477.16 _86 《金屬切削機床術(shù)語》 北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社 1988
附錄A（綜述報告）
組合機床技術(shù)及其發(fā)展
1．機床及自動線
組合機床是以通用部件為基礎(chǔ)，配以少量專用部件，對一種或若干種工件按預(yù)先確定的工序進行加工的機床。它能夠?qū)ぜM行多刀、多軸、多面、多工位同時加工。在組合機床上可以完成鉆孔、擴孔、鉸孔、樘孔、攻絲、車削、銑削、磨削及滾壓等工序，隨著組合機床技術(shù)的發(fā)展，它能完成的工藝范圍日益擴大。在組合機床自動線上可以完成一些非切削工序，例如：打印、清洗、熱處理、簡單的裝配、試驗和在線自動檢查等工序。
組合機床及自動線所使用的通用部件是具有特定功能，按標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化原則設(shè)計、制造的組合機床基礎(chǔ)部件。每種通用部件有合理的規(guī)格尺寸系列，有適用的技術(shù)參數(shù)和完善的配套關(guān)系。
許多大型、形狀復(fù)雜的工件，需要的加工工序很多，不可能在一臺組合機床上全部加工完成，這就需要用多臺組合機床加工，按工件加工順序依次排列，組成組合機床流水線，在組合機床流水線的基礎(chǔ)上，發(fā)展成組合機床自動線。
組合機床與通用機床、其它專用機床比較，具有以下特點：
（1）組合機床上的通用部件和標(biāo)準(zhǔn)零件約占全部機床零、部件總量的70%~80%，因此，設(shè)計和制造周期短，經(jīng)濟效益好。
（2）由于組合機床采用多刀加工，機床自動化程度高，因此比通用機床生產(chǎn)率高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，勞動強度低。
（3）組合機床的通用部件是經(jīng)過周密設(shè)計和長期生產(chǎn)實踐考驗的，又有專門廠家成批生產(chǎn)，它與一般專用機床比較，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，工作可靠，使用和維修方便。
（4）組合機床加工工件，由于采用專用夾具、組合刀具和導(dǎo)向裝置等，產(chǎn)品加工質(zhì)量靠工藝裝備保證，對操作工人的技術(shù)要求不高。
（5）當(dāng)機床被加工的產(chǎn)品更新時，專用機床的大部分部件要作廢。組合機床的通用部件是根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的，并等效于國家標(biāo)準(zhǔn)，因此其通用部件可以重復(fù)使用，不必另行設(shè)計和制造。
（6）組合機床易于連接組合機床自動線，以適應(yīng)大規(guī)模和自動化生產(chǎn)需要。
2．組合機床加工精度
由于采用了新的結(jié)構(gòu)、新刀具、新工藝方法、刀具自動補償系統(tǒng)、專用刀具的復(fù)合工藝，直接利用軟件進行誤差補償方法，組合機床加工精度正在不斷提高。
現(xiàn)階段在組合機床上加工大平面的平面度已達(dá)到1m長上0.02~0.04mm。粗糙度達(dá)到Ra0.4~0.8um；孔徑精度達(dá)到0.0015~0.055mm。定位銷孔的中心距精度達(dá)到±0.013mm；一般孔位置精度達(dá)到±0.02~±0.025mm；單向鏜孔的同軸度達(dá)到0.005~ 0.01mm。雙向鏜孔的同軸度達(dá)到0.015~0.02mm；一些特種加工工藝的精度：如止口精度可達(dá)到0.015~0.02mm。缸蓋閥座及導(dǎo)管孔的同軸度達(dá)到0.00750~0.01mm。
3．通用部件技術(shù)的發(fā)展
除了傳統(tǒng)的通用部件以外，各主要通用部件制造廠相繼發(fā)展了直流伺服驅(qū)動滑臺、數(shù)控滑臺、數(shù)控三坐標(biāo)加工模塊、多軸箱儲存和多軸箱更換裝置等新一代通用部件。采用模塊化設(shè)計原則將常規(guī)組合機床的通用部件和加工中心的組成模塊統(tǒng)籌設(shè)計，組成新的型譜，也是一種新的趨勢。為了適應(yīng)組合機床制造廠發(fā)展柔性制造系統(tǒng)等綜合自動化的需要，誕生了像可編程伺服驅(qū)動位置控制裝置、計算機數(shù)控滑臺、機器人裝卸料系統(tǒng)、帶誤差信息屏幕顯示的診斷裝置、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)等配套性通用部件模塊。
4組合機床應(yīng)用范圍的擴展
現(xiàn)代組合機床已經(jīng)逐漸打破了通常認(rèn)為只適用于箱體類零件加工的模式，其功能和應(yīng)用范圍正在不斷地延伸和擴展。
組合機床加工旋轉(zhuǎn)體零件的情況下，采用組合機床加工軸類和盤類零件具有明顯的優(yōu)越性。一些軸件，尤其是大型軸件，可以用旋轉(zhuǎn)夾具夾持中部，在組合機床或?qū)Ｓ脵C床上進行兩端同時加工，其優(yōu)點是工序集中，省去調(diào)頭加工，增加了刀具及其驅(qū)動部件的布置空間。
現(xiàn)代成批大量生產(chǎn)的儀表、精密機械、家用電器、鐘表等工業(yè)部門，常有小型箱體類、蓋罩類、連桿撥叉類、雜件等小型異形零件。這類零件由于廣泛采用先進高效的毛坯制造工藝，金屬切除量較小，且大部分零件的材質(zhì)是鋁合金或銅合金，加工時，切削力較小。由于生產(chǎn)節(jié)拍短，要求有極高的生產(chǎn)率。用組合機床加工這類零件時，要作專門的設(shè)計，以適應(yīng)這類零件構(gòu)造和加工上的特殊性。通常加工這類零件的組合機床稱為小型組合機床，自成體系，發(fā)展迅速。
5．組合機床自動化技術(shù)的發(fā)展
組合機床自動線主要用于大批量生產(chǎn)。雖然技術(shù)已很成熟，但一般利用率低、缺乏柔性，難以適應(yīng)現(xiàn)代中批量輪番生產(chǎn)的需要，現(xiàn)代柔性自動化技術(shù)給組合機床綜合自動化技術(shù)的發(fā)展，帶來根本性的變革。其中，自動裝配機也得到了發(fā)展。
現(xiàn)代自動裝配機廣泛采用了組合機床原理及相關(guān)技術(shù)，現(xiàn)代機電產(chǎn)品的生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大，裝配工作量占據(jù)愈來愈大的比重。為此，裝配作業(yè)自動化技術(shù)得到了迅速發(fā)展。目前，國外自動化裝配工藝、已從零件緊固連接、壓入、扭合、鉚接、粘接、焊接等基本作業(yè)方式，發(fā)展到去毛刺、清洗、檢測及產(chǎn)品總裝后的試車、檢驗、注油、噴漆、包裝等工序，一些綜合自動化加工系統(tǒng)內(nèi)通常設(shè)有自動裝配工序。
一個現(xiàn)代化自動裝配系統(tǒng)。由裝配元件及裝配主體件的供料及輸送系統(tǒng)，裝配裝置及控制和檢測裝置所組成。這些系統(tǒng)裝置的設(shè)計原則和組合機床及其相似：結(jié)構(gòu)典型，部件和組件通用，形式統(tǒng)一。用于不同裝配對象時只是夾具不同。自動裝配機的通用部件中也有裝配工作頭、裝配機主體、供料裝置及檢測裝置等。目前，世界各國都大力發(fā)展通用化程度較高的直線或回轉(zhuǎn)型間歇輸送式裝配機來替代連續(xù)輸送式裝配機，發(fā)展具有柔性及可進行多品種裝配的自動裝配線。該種裝配線廣泛采用：“功能模塊式結(jié)構(gòu)技術(shù)”，采用柔性連接的輸送方式。工業(yè)機器人由于可在一次動作循環(huán)中靈活完成各種動作，可代替裝配機許多復(fù)雜部件的動作，從而大大簡化裝配機自身的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。工業(yè)機器人有固定程序的，也有計算機控制的，其采用大大增加了自動裝配線的柔性。
參考文獻(xiàn)
[1]叢鳳延，遲建山主編，組合機床設(shè)計，上海科學(xué)技術(shù)出版社，1994年10月第2版。
[2]金振華，組合機床與自動線，北京，機械工業(yè)出版社，1990。
[3]潘鬼善，淺談實現(xiàn)組合機床柔性化的技術(shù)發(fā)展途徑。組合機床與自動化加工技術(shù)，1992（2）
附錄B（調(diào)研報告）
調(diào)研報告
我的畢業(yè)設(shè)計是組合機床雙面攻絲，加工的零件是分功率器殼體，它是用HT200材料制造成的。我要攻的是M８和M12孔，攻深15毫米。加工量是年加工五萬件，是大批量的生產(chǎn)。
接到任務(wù)的第二天就帶上筆記本到圖書館查資料。首先，我確定了左面法蘭基準(zhǔn)面粗銑下端面，達(dá)到Ra。再采用一面兩銷的定位，液壓夾緊的方案。
然后，我通過《機械加工工藝設(shè)計手冊》查到刀具的一系列參數(shù)，通過計算得到刀具的耐用度，切削功率等。我還確定了主軸的一系列參數(shù)。
通過這次調(diào)研，使我知道組合機床有組合鉆床、組合鏜床、鉆擴組合機床、鉆擴鉸組合機床等，
組合機床是以通用部件為基礎(chǔ)，配以少量專用部件，對一種或若干種工件按預(yù)先確定的工序進行加工的機床。它能夠?qū)ぜM行多刀、多軸、多面、多工位同時加工。在組合機床上可以完成鉆孔、擴孔、鉸孔、鏜孔、攻絲、車削、銑削、磨削及滾壓等工序。隨著組合機床技術(shù)的發(fā)展，它能完成的工藝范圍日益擴大。在組合機床自動線上可以完成一些非切削工序，例如：打印、清洗、熱處理、簡單的裝配、試驗和在線自動檢查等工序。
組合機床及其自動線所使用的通用部件是具有特定功能，按標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化原則設(shè)計、制造的組合機床基礎(chǔ)部件。每種通用部件有合理的規(guī)格尺寸系列，有適用的技術(shù)參數(shù)和完善的配套關(guān)系。
1990年前后的幾年中,楊柴集團從大連組合機床研究所、大連機床廠、常州機床廠、保定機床廠、豫西機床廠等十余個生產(chǎn)組合機床的廠家訂購了200多臺組合機床及自動線, 其中使用量最大的第二發(fā)動機廠用于索菲姆缸體、缸蓋、連桿等零件生產(chǎn)的組合機床120多臺, 包括12條自動線。這批設(shè)備普遍采用了引進德國Hubller - H ille公司的通用部件制造技術(shù), 使組合機床的產(chǎn)品技術(shù)提高到了一個新水平。在機床控制系統(tǒng)方面, 改變了傳統(tǒng)常規(guī)繼電器、接觸器控制系統(tǒng), 普遍應(yīng)用了微機控制, 大大提高了機床的先進性和使用的可靠性。從總體上看, 組合機床行業(yè)的總體水平, 經(jīng)過幾十年的發(fā)展有了很大的提高, 特別是自動線的技術(shù)水平比“六五”期間又大大前進了一步。從用戶的角度看, 這些設(shè)備與引進的組合機床的水平差距還較大
在組合機床上攻制螺紋時，根據(jù)工件加工部位的分布情況和工藝要求，通常使用的攻絲方法有三種：用攻絲動力頭攻絲；用攻絲靠模裝置攻絲；用活動攻絲模板攻絲。攻絲靠模裝置由攻絲主軸箱與攻絲靠模兩個部分組成。為減輕體力勞動強度，縮短輔助時間，提高生產(chǎn)機械化、自動化水平，在組合機床及其自動線上，都廣泛地使用各種型式的自動扳手。自動扳手主要用來旋緊或松開夾緊機構(gòu)中的螺母或螺桿，以實現(xiàn)自動夾緊、松開工件或裝配零件的目的。根據(jù)扳手的傳動方式，又可分為“機械扳手”“氣動扳手”和“液壓扳手”三種。
通過這次調(diào)研，我對組合機床有了一定的了解，對我的畢業(yè)設(shè)計會有很大的幫助。
附錄Ｃ（英文翻譯）
利用ECAP裝置進行連續(xù)超細(xì)晶粒加工
烏克蘭航空技術(shù)大學(xué), 高級材料物理研究所, 烏克蘭，俄國材料科學(xué)和技術(shù)部, 洛斯阿拉莫斯國家實驗室, 洛斯阿拉莫斯,美國
摘要：
在本文里, 我們介紹一個新的高效的塑性變形技術(shù), 結(jié)合等通道轉(zhuǎn)角技術(shù)(ECAP)和一致性技術(shù), 以連續(xù)的方式來加工超細(xì)顆粒材料。ECAP的原始裝置只能加工短的金屬棒料并且耗能。 一致性技術(shù)是使用連續(xù)的形式加工金屬成各種各樣的形狀。結(jié)合這兩個技術(shù), 我們能加工出UFG 結(jié)構(gòu)的Al 導(dǎo)線并且極大地增加它的強度。
關(guān)鍵詞: 嚴(yán)厲塑性變形(SPD); 一致性; 超細(xì)顆粒結(jié)構(gòu); 鋁
1介紹
在10多年前，強烈塑性變形(SPD)技術(shù)被證明是一種生產(chǎn)超細(xì)顆粒狀 (UFG) 金屬的有效途徑, 并且在SPD技術(shù)發(fā)展和過程參數(shù)的建立以及制作UFG金屬及合金的有效模具方面做了廣泛的研究。到目前為止, 在所有SPD 技術(shù)之中, 等通道轉(zhuǎn)角擠壓(ECAP), 或有時被叫作等通道轉(zhuǎn)角擠壓(ECAE),受到了很大的關(guān)注, 因為它是非常有效的產(chǎn)生UFG 結(jié)構(gòu)而且能夠生產(chǎn)足夠大的UFG塊用以各種結(jié)構(gòu)應(yīng)用。正因為ECAP能夠?qū)崿F(xiàn)大尺寸大批量的UFG結(jié)構(gòu)金屬的加工能力，使它成為最有前途的商業(yè)化SPD技術(shù)。
但是,原始的 ECAP 技術(shù)有它的局限性。具體地,工件的長度被二個因素所限制: (1) 長寬比需要小于一個臨界值以便于在加工的過程中不發(fā)生彎曲(2) 擠壓頭有長度限制，由于工件長度的限制使ECAP成為一個不連續(xù)的過程, 生產(chǎn)效率低而且費用高。
另外, 在大長度的工件的末端通常有不均勻的微結(jié)構(gòu)或者裂縫必須被廢棄。浪費了具有意義的部份并且進一步增加了UFG 材料費用。不連續(xù)和浪費材料的的特點使得由ECAP制備UFG 材料變得非常昂貴, 限制了它們在高端市場的應(yīng)用，譬如醫(yī)療植入管和設(shè)備, 材料費用不是最主要的。
使UFG 材料廣泛商品化的關(guān)鍵是通過連續(xù)的過程降低他們的加工成本和減少廢料消耗。為此做了很多嘗試。例如, 反復(fù)起皺和校直RCS, 最近被用來連續(xù)加工金屬片和棒料。
但是,在改良晶粒方面 RCS 比ECAP的效率還低，并且每一次加工材料時在長度方向和局部會產(chǎn)生不均勻的形變。 最近報道有一種新的方法加工薄板UFG結(jié)構(gòu)的方法。兩個方法都是使用摩擦輪使工件通過一個設(shè)計好的ECAP模具中。但是,要加工截面為正方形或者矩形的材料，需要強大的摩擦力才能使材料通過ECAP 模具。
1974 年, Etherington [ 21 ] 開發(fā)了一個有效的裝置, 一致性裝置, 用來對為金屬進行連續(xù)的擠壓。它用來處理"硬幣" 原料, 以圓導(dǎo)線或粉末的形式, 置入一個有凹槽的轉(zhuǎn)動的輪子中。凹槽的三面與輪子一起轉(zhuǎn)動, 提供摩擦驅(qū)動力。凹槽上固定了一個套筒用來固定原料。他們之間通過摩擦力來結(jié)合。所以, 原料存儲罐有三個推進和一個返回裝置。原料裝置在正向或者垂直的方向被一個擋銷停止。出口橫斷面通常在形狀上與凹槽不同因為一致性的原理是改變原料的幾何形狀或鞏固粉末, 通常要求只有一個過程。原料的變形在擠壓期間是與常規(guī)擠壓過程相似的。
這項研究的宗旨是結(jié)合一致性過程與ECAP使連續(xù)處理UFG 材料成為大規(guī)模商業(yè)化。在這個發(fā)明中, 使用摩擦力推進一個工件通過ECAP 模具與一致性方法是相似的, 利用一個被改良過的ECAP 模具使工件可以被反復(fù)處理成UFG 結(jié)構(gòu)。
2. 實驗過程
我們設(shè)計了一個ECAP-CONFORM裝置， 在圖1中作了簡要的示意。按圖所示, 轉(zhuǎn)動的軸的中心有一條凹槽, 工件被卷向前。工件被接觸的三個面產(chǎn)生的摩擦力驅(qū)動向前，使工件與軸一起轉(zhuǎn)動。工件被強制送入一個固定的模具。固定的模具使工件在內(nèi)部發(fā)生與常規(guī)ECAP一樣的轉(zhuǎn)角剪切變形。在當(dāng)前的模具中，轉(zhuǎn)角為90度，此角度是在ECAP中常用的。此裝置使ECAP過程得以連續(xù)，并且其它的ECAP過程參數(shù)同樣可以被采用。
用直徑3.4mm 和超過1m 長度的純凈度為99.95%的鋁導(dǎo)線，在室溫下用ECAP裝置進行4道處理。在ECAP通道中樣品被轉(zhuǎn)動了180。剛開始鋁線的晶粒的尺寸在5-7um之間。 使用長度測試來研究樣品的伸長和延展情況。樣品在開始時為長5mm 直徑為1mm 。在縱向之間樣品和成品基本接近。電子顯微鏡被用來驗證樣品微結(jié)構(gòu)的變化。用機械制備的方法來制作顯微樣品，并進行拋光處理，用AJEM-100B來研究微結(jié)構(gòu)。
圖1. ECAP-CONFORM裝置
3. 實驗結(jié)果和討論
圖2顯示了一個鋁工件在ECAP的每個階段的狀況， 經(jīng)過ECAP后從最初的圓形截面變成了矩形截面，工件從最初的直徑為3.4mm的圓形截面變成了3.86mm×2.78mm的矩形截面。從圓與直徑3.4mm 對長方形以維度 3.86mm □2.78mm 在第一ECAP 通行證以后?？梢院苊黠@地看到進入模具的金屬絲截面很快變成了矩形狀。這是一致性加工的主要特點。這一過程是靠兩個摩擦輪和工件表面的摩擦實現(xiàn)的。摩擦力使工件進入模具，使工件變成槽的形狀，這就是所謂的一致性過程。在導(dǎo)線橫斷面變成了長方形以后, 每單位導(dǎo)線長度的摩擦力變得更大因為在凹槽和導(dǎo)線之間的摩擦力不斷變大?？偟哪Σ亮ν七M鋁線從凹槽進入固定的模具, 與凹槽的交角為90度。這部分跟傳統(tǒng)的ECAP有相似之處。這就是為什么我們稱它為ECAP-Conform。
透射電子顯微鏡顯示，ECAP-CONFORM過程具有ECAP過程的典型性。經(jīng)過1到2次過程，斷層結(jié)構(gòu)和低角度晶界開始形成。經(jīng)過4次過程，大量的UFG結(jié)構(gòu)形成。圖4，顯示了經(jīng)過4次ECAP-CONFORM的鋁材的斷面微觀結(jié)構(gòu)。在圖4a中很明顯地可以看出，尺寸在650nm的UFG結(jié)構(gòu)晶粒已形成。在一個直徑2.5um的區(qū)域的電子衍射圖顯示了大量衍射斑紋的存在，表明有大量大角度的晶界存在。晶粒是朝著各個方向的，并且晶界分明。具有ECAP的特征。圖3 與圖4.a顯示了經(jīng)過4次過程的晶粒比經(jīng)過2次過程的晶粒有了很大改善。圖4c顯示了有斷層在一些晶粒中存在，并且在晶粒內(nèi)部斷層密度會更高。哪些有斷層存在的晶粒的直徑通常在0.6-1.1nm。我們知道，在UFG金屬中當(dāng)晶粒尺寸小于某個值時位錯是很容易形成的。 圖4 清楚地表明 ECAP-CONFORM過程可以有效地改良晶粒和產(chǎn)生UFG結(jié)構(gòu)。
圖2. 在ECAP-CONFORM過程中的鋁件。
圖4.
圖3.
表1列舉了鋁樣品在經(jīng)過1-4次擠壓過程的拉伸機械性能。很明顯, ECAP-CONFORM 過程極大地增強了屈服強度和極限強度, 這些結(jié)果與鋁的常規(guī)ECAP處理是一致的。而且, 下一步的延展性并沒有比上一步的減少，與先前的過程是一致的。表1 顯示在經(jīng)過第一過程后機械性能并沒有很大的改變。原因目前還不清楚。目前這方面的研究正在進行，結(jié)果將在最近的刊物發(fā)表。
在ECAP-CONFORM與CONFORM之間是有一些區(qū)別的。首先，最主要的是在模具通道的交叉形狀存在差別。ECAP-CONFORM是與傳統(tǒng)的ECAP一樣使工件發(fā)生純剪切變形。CONFORM是使工件發(fā)生與常規(guī)擠壓一樣的復(fù)合應(yīng)變。另外，一次ECAP-CONFORM比一次CONFORM對微觀結(jié)構(gòu)的改變要明顯得多。其次, ECAP-CONFORM不改變工件截面的大小，除了在某些情況下。這可以使得ECAP-CONFORM可以反復(fù)地對工件進行加工從而改良晶粒。而CONFORM過程是通過復(fù)合應(yīng)變來改良晶粒，只在第一次過程中發(fā)揮作用。第三, ECAP-CONFORM要經(jīng)過好多次加工才能達(dá)到效果，而CONFORM只需經(jīng)過一次過程便可達(dá)到效果。第四, CONFORM連續(xù)擠壓過程, 它的模具設(shè)計通常包含一個不可移動的區(qū)域，用來存儲原料，而這一區(qū)域在ECAP-CONFORM中是不存在的。
與傳統(tǒng)的ECAP也是有區(qū)別的。除了有連續(xù)的特點以外，ECAP-CONFORM在發(fā)生轉(zhuǎn)角擠壓以前發(fā)生了塑性變形。進一步研究是需要研究這些是怎么影響UFG 材料結(jié)構(gòu)演變和機械性能的變化。
4. 總結(jié)
我們開發(fā)了一個新的連續(xù)的SPD 技術(shù), ECAP-CONFORM用來制造UFG結(jié)構(gòu)材料 。連續(xù)過程的特性使它能夠以大規(guī)模, 高效率和有效的方式來生產(chǎn)UFG 材料。我們的初步結(jié)果表明, ECAP-CONFORM過程可以有效地改良鋁晶粒并提高它的機械性能
收藏