742 電風扇旋鈕注射模設(shè)計（有cad圖）

742 電風扇旋鈕注射模設(shè)計（有cad圖）,742,電風扇旋鈕注射模設(shè)計（有cad圖）,電風扇,旋鈕,注射,設(shè)計,cad 《機械制造技術(shù)基礎(chǔ)》讀書筆記 第三章 切削與磨削原理 3.1.3 前刀面上刀-屑的摩擦與積屑瘤 1.摩擦面上的接觸狀態(tài) 1）峰點型接觸（ F 不太大時）：m= f/F=tsAr/ss Ar=ts/ss=常數(shù) 此時的摩擦狀態(tài)為滑動摩擦（外摩擦）。 ss--材料的拉壓屈服極限 ts--材料的剪切屈服極限 Aa--名義接觸面積 Ar--實際接觸面積 2）緊密型接觸（F 很大時）： m= f/F= tsAa/F=ts/sav≠常數(shù) 此時的摩擦狀態(tài)為粘結(jié)摩擦（內(nèi)摩擦）。 2.前刀面上刀-屑的摩擦：既有粘結(jié)摩擦，也有滑動摩擦，以粘結(jié)摩擦為主。 前刀面上的平均摩擦系數(shù)可以近似用粘結(jié)區(qū)的摩擦系數(shù)表示：m= ts/sav≠常數(shù) 當前刀面上的平均正應(yīng)力sav增大時，m 隨之減小。 4.積屑瘤 1）現(xiàn)象：中速切削塑性金屬時，在前刀面上切削刃處粘有楔形硬塊（積屑瘤）。 2）形成原因： （1）在一定的溫度和很大壓力下，切屑底面與前刀面發(fā)生粘結(jié)（冷焊）； （2）由于加工硬化，滯流層金屬在粘結(jié)面上逐層堆積（長大）。 3)對切削過程的影響 （1）積屑瘤穩(wěn)定時，保護刀具（代替刀刃切削）； （2）使切削輕快（增大了實際前角）； （3）積屑瘤不穩(wěn)定時，加劇刀具磨損； （4）降低尺寸精度； （5）惡化表面質(zhì)量（增大粗糙度、加深變質(zhì)層、產(chǎn)生振動）。 --粗加工時可以存在，精加工時一定要避免。 4）抑制方法 （1）避免中速切削； （2）提高工件材料的硬度（降低塑性）； （3）增大刀具前角（至30~35o）； （4）低速切削時添加切削液。 5.剪切角公式 ∵第一變形區(qū)的剪切變形是前刀面擠壓摩擦作用的結(jié)果， ∴切削合力Fr的方向就是材料內(nèi)部主應(yīng)力的方向， 剪切面的方向就是材料內(nèi)部最大剪應(yīng)力的方向。根據(jù)材料力學，二者夾角應(yīng)為p/4，即： p/4= c+ b- go （tgb= Ff/ Fn= m ） f= p/4- b+ go --李和謝弗的剪切角公式（1952） 由公式可知：go ↗ → f ↗ → Lh ↘ b(m)↘ →f ↗ → Lh ↘ -前刀面上的摩擦直接影響剪切面上的變形。 3.1.4 影響切削變形的因素 1.工件材料： 強度、硬度↗→sav↗→ m (=ts/sav) ↘→ f↗→ Lh↘ 2.刀具幾何參數(shù)：主要是前角的影響。 go ↗ → f↗ → Lh ↘ 3.切削用量 1)切削速度 低速、中速，主要是積屑瘤的影響： 積屑瘤長大時，實際前角gb ↗→ f↗→Lh↘；積屑瘤變小時，實際前角gb↘→f↘→Lh↗； 高速：vc↗→ts↘→m (=ts/sav)↘→ f↗→Lh↘ 2)進給量 f↗→hD(=f?sinkr) ↗→f↗→Lh↘； 3)背吃刀量 ap ↗→bD(= ap/ sinkr) ↗ 參加切削的刀刃長度增加了，其它條件未改變，所以：Lh基本不變。（見圖3.14） 以上分析均有實驗結(jié)果為證。 3.1.5 切屑類型及切屑控制 1.切屑類型（p80 圖3.16） 2.切屑的控制-通過合理選擇刀具角度、設(shè)計卷屑槽或斷屑臺，可以控制切屑的流向、卷曲程度和使其折斷。 3.1.6 硬脆非金屬材料切屑形成機理 1.刀具對材料的撕裂作用： 刃口前方的材料受到擠壓，刃口下方的材料受到拉伸，所以裂紋多數(shù)是向刀刃的前下方裂開。向下延伸的裂紋當能量耗盡后終止，轉(zhuǎn)而向上的裂紋最終到達自由表面形成斷裂（越靠近自由表面能量消耗越?。?。 2.斷裂碎塊的大小與刃口距附近自由表面的深度有關(guān)，距離越深則碎塊越大。 3.硬脆材料的切削過程大致可分4個階段。（見圖3.20，c、d可能會反復(fù)進行多次。 §3.2 切削力 3.2.1 切削合力F及其分力 F的來源：作用在前刀面、后刀面、副後刀面處的正壓力和摩擦力的合力。 其大小、方向與切削條件有關(guān)。為測量和應(yīng)用方便，通常需將它分解為三個相互垂直的分力，即： 1.主切削力Fc(切向力)：做功最多，用于驗算刀具強度、設(shè)計機床零件、確定切削功率等； 2.背向力Fp(吃刀抗力、徑向力)：不做功，對加工精度影響很大，用于驗算工藝系統(tǒng)的強度、剛度。也是引起切削振動的主要作用力。 3.進給力Ff（走刀抗力、軸向力）：用于計算進給功率和驗算進給機構(gòu)的強度。 3.2.2 切削力與切削功率的計算 用理論公式計算切削力，由于推導公式時采用的切削模型過于簡化，所以公式不夠精確，計算誤差較大。生產(chǎn)實踐中多用經(jīng)驗公式（把切削實驗得到的大量數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)學處理得到）計算切削力。 1.指數(shù)形式的切削力經(jīng)驗公式： 主切削力： （3.10） 進給力： （3.11） 背向力： （3.12） 對于常用材料，式中的系數(shù)CF （與工件材料有關(guān)）、指數(shù)XF 、YF 、ZF 及切削條件變化時的修正系數(shù)KF（共8個） 均可從切削用量手冊中查出。 2.由單位切削力計算主切削力 單位切削力kc-作用在單位切削面積上的主切削力，單位：N/mm2 kc可以通過實驗從下式求得： （3.13） 各種工件材料的kc可從手冊中查出并按下式計算Fc: Fc=kc Ac KFc （3.14） 式中： KFc-切削條件修正系數(shù) 3. 切削功率Pc的計算(此處與教材p84不同） 切削功率即各切削分力所做功之和，可按下式計算： Pc= Fc vc+Ff vf = Fc vc+Ff f n × 10-3 ≈ Fc vc (W) (3.15) 計算Pc主要用于驗算機床電機功率Pm，驗算公式： Pm﹥ Pc / hm (3.16) 式中：hm --傳動效率，新機床取為0.85，舊機床0.75。 3.2.3 影響切削力的因素 影響因素的具體體現(xiàn)就是經(jīng)驗公式中的系數(shù)、指數(shù)和修正系數(shù)。 1.工件材料的影響 強度、硬度↗→切削力↗ 塑性、韌性↗，硬化嚴重→切削力↗ 2.切削用量的影響 1）背吃刀量ap: ap↗→bD(=ap/sinkr) ↗→切削力↗（正比） ∴ ap的指數(shù)XF≈1,對ap不需修正。 2)進給量f: f↗→hD(=f?sinkr) ↗（正比）→f↗→Lh↘ 切削力↗但不成正比 ∴ f 的指數(shù)YF≈0.75～0.9， 當f≠0.3時，需乘以修正系數(shù)Kf。 3）切削速度vc:主要與變形程度改變有關(guān)。vc≠1.33m/s時，需乘以修正系數(shù)Kv。 切脆性材料時，F(xiàn)基本不變。指數(shù)ZF≈0 ?切削用量三要素對切削力的影響程度： ap影響最大，f其次，vc影響最小。 3.刀具幾何參數(shù)的影響（對各分力影響不同，需分別修正） 1）前角go : go ↗ → f↗ → Lh ↘ →切削力↘ 切脆性材料如鑄鐵、青銅時，切削力基本不變。 go ≠15O時，需乘以修正系數(shù)KgFc 、KgFp 、KgFf 。 2）負倒棱bg:可以在增大前角的同時，兼顧刀刃的強度。 bg /f ↗ →切削力 ↗ bg≠0時，需乘以修正系數(shù)KbgFc 、KbgFp 、KbgFf 。 3）主偏角Kr: 對Fc影響不超過10%, Kr=60～75時，F(xiàn)c最??； 對兩個水平分力影響大 Fp↓≈ FD CosKr↑ Ff↑≈ FD sinKr↑ Kr ≠75O時，需乘以修正系數(shù)KKFc 、KKFp 、KKFf 。 4)刀尖圓弧半徑re: re ↗ →平均Kr↘→Fp↗， Ff↘ re≠0.25時，需乘以修正系數(shù)KrFc 、KrFp 、KrFf 。 5）刃傾角ls： ls↗→Fc基本不變，F(xiàn)p↘ ，F(xiàn)f ↗ ls≠0o時，需乘以修正系數(shù)KlFc 、KlFp 、KlFf 。4.刀具材料的影響： 影響刀具-工件間的摩擦系數(shù)。m：高速鋼＞硬質(zhì)合金＞涂層刀具＞陶瓷＞CBN 5.切削液的影響：潤滑作用越強，切削力越?。ǖ退亠@著）。 6.後刀面磨損量VB: VB ↗→Fc、Fp、Ff均↗， Fp最顯著。 VB＞0時，需乘以修正系數(shù)KVBFc 、KVBFp 、KVBFf 。 §3.3 切削熱和切削溫度 切削過程中溫度的變化對切削過程、刀具磨損、加工精度、表面質(zhì)量等均有重要影響。 3.3.1 切削熱的產(chǎn)生和傳出 1.產(chǎn)生：切削力做功轉(zhuǎn)變成熱能。 三個變形區(qū)就是三個熱源。生熱率：Q≈ Pc ≈ Fc vc (J/S) 2.傳出：Q =Q屑 + Q刀 + Q工+Q介 車外圓：Q屑 ＞80%， Q刀 ＜10%， Q工＜10%， Q介≈1% 鉆孔：Q屑 ≈ 28%， Q刀 ≈ 14.5%， Q工≈ 52.5%， Q介≈5% 熱量的傳遞使各部分溫度q升高。如： q屑↗有利于減小切削力但不利于斷屑； q刀 過高過低都不好（各種刀具材料都有其適宜工作溫度范圍）； q工↗使工件產(chǎn)生熱變形，從而影響加工精度；…… ?以上分析意在說明：影響切削過程的直接原因不是產(chǎn)生熱量的多少，而是各處溫度的高低。 3.3.2 切削區(qū)的溫度分布 由圖3.24可知： 1）切削區(qū)內(nèi)各處溫度不同（形成溫度場）； 2）材料經(jīng)過剪切面時，溫度基本一致，經(jīng)過前、後刀面時，接觸面上的溫度迅速升高； 3）最高溫度區(qū)是在離刃口一段距離的前刀面上； 4）刀刃切過時，已加工表面受到一次熱沖擊。 ?常用的測溫方法有： ●紅外膠片照相法：測溫度場； ●人工熱電偶法：測各點溫度（溫度場）； ●自然熱電偶法：測刀-工接觸區(qū)內(nèi)的"平均溫度"，即通常所說的切削溫度。該方法可以用來研究： 3.3.3 影響切削溫度的主要因素 切削區(qū)內(nèi)溫度的升高，是受到熱量的產(chǎn)生和傳出雙重影響的動態(tài)平衡過程。 其主要影響因素有： 1.切削用量：經(jīng)驗公式為 (3.20) 式（3.20）表明，切削用量三要素對切削溫度的影響： vc影響最大，f其次，ap影響最小。 2.刀具幾何參數(shù)： 1）前角： go ↗ → f↗ →Lh ↘ → Q ↘ → q ↘ 但go＞18o～20o時，go↗→楔角bo↘→散熱慢，q↘不顯著 2）主偏角：kr ↘ → bD(= ap/ sinkr) ↗(影響小), hD(= f sinkr) ↘ (影響大)→ q ↘ 其它參數(shù)影響不大。 3.工件材料： 4.刀具磨損：後刀面磨損量VB ↗ → q ↗ 達到一定值后升溫劇烈。 5.切削液：降溫效果與液溫、導熱率、比熱、流量、粘度、 澆注方式等有關(guān)。 §3.4 刀具磨損、破損與使用壽命 切削金屬時，刀具本身也會發(fā)生磨損或破損。這對加工質(zhì)量、刀具使用壽命、生產(chǎn)率、經(jīng)濟效益等均有影響。此項研究對正確設(shè)計、使用刀具及正確選擇切削用量也具有重要意義。（本節(jié)重點是討論磨損。） 3.4.1 磨損形式 1.前刀面月牙洼磨損:vc較高、hD較大、切塑性金屬時發(fā)生,衡量指標：KT； 2.后刀面磨損:衡量指標：VB； 3.邊界磨損 3.4.2 磨損原因 1.磨料磨損 是低速切削刀具（拉刀、絲錐、板牙等）磨損的主要原因 工件材料內(nèi)的硬質(zhì)點：高硬度金屬碳化物、氮化物、氧化物等。 2.粘結(jié)磨損（冷焊磨損） 中速切削時最嚴重，與刀-工化學成分、刃磨質(zhì)量有關(guān)。 3.擴散磨損 在緊密接觸的表面之間原子會從密度較大的一方擴散到密度較小的一方；擴散速度隨切削溫度升高而按 指數(shù)規(guī)律增加（詳見P91）； 加入TiC可以減緩擴散速度。擴散結(jié)果使表層的耐磨性降低，從而加速磨損。 4.化學磨損 原因有二： 1）高溫下氧化； 2）切削液使用不當（極性添加劑中S、Cl的腐蝕作用）。 化學磨損在邊界處最嚴重。 3.4.3 磨損過程及磨鈍標準 1.刀具的磨損過程三階段（如圖） 研磨可減緩初期磨損。 2.刀具的磨鈍標準-所允許的刀具最大磨損限度（多用VB）。 ● ISO規(guī)定了刀具的實驗室磨鈍標準； ●生產(chǎn)中應(yīng)根據(jù)刀具種類、加工要求、切削條件合理確定磨鈍標準（查有關(guān)手冊）。如： 粗加工應(yīng)以正常磨損階段終點處的VB； 精加工、切難加工材料時VB應(yīng)小些； 自動化加工應(yīng)以刀具徑向磨損量NB作為磨鈍標準（如圖）。 3.4.4 刀具使用壽命及其與切削用量的關(guān)系 1. 刀具使用壽命（刀具耐用度）T--刃磨后的刀具達到磨鈍標準所需的總切削時間。 T是間接反映刀具是否達到磨鈍標準的量（在固定條件下）； 刀具總壽命 = T × 可刃磨次數(shù) 刀具使用壽命也可用刀具刃磨一次可切削的總路程Lm衡量： Lm = vc ? T 2. T與切削用量的關(guān)系（可通過切削實驗求得） 1）T-vc經(jīng)驗公式（泰勒公式）： vc Tm=Co (3.21) 式中：Co-與刀具、工件材料等切削條件有關(guān)的常數(shù)；m-指數(shù)(即圖中直線的斜率)。 刀具材料：高速鋼 硬質(zhì)合金 陶瓷 m 值：0.1~0.125 0.2~0.3 0.2~0.4 ● m值越大，說明該刀具材料耐熱性能越好。 ●式（3.21）反映了vc對T的影響程度（一般很大）。 例：用YT15車刀切中碳鋼，m=0.2，當v1=100m/min時，T1=160min ,則當v2=122m/min時，∵v1T1m= v2T2m = Co ∴T2=(v1/v2)1/m?T1=(100/122)1/0.2×160≈60min 當v3=200m/min時，T3=(v1/v3)1/m?T1=(100/200)5×160≈5min --結(jié)論：vc提高一點，則T顯著下降。 2) f、ap與T的關(guān)系： 綜合式（3.21~23），可得T與切削用量的一般關(guān)系式： 用硬質(zhì)合金切中碳鋼時：x =5 y =2.25 z =0.75 --三要素對T的影響程度：vc最大，f其次，ap最小。這一規(guī)律與切削溫度有關(guān)。 3.4.5 刀具的破損 ●磨損是連續(xù)的、漸進的發(fā)展過程；脆性破損（如崩刃、掉尖、片狀剝落、刀片碎裂或刀具折斷等）主要發(fā)生在硬質(zhì)合金、陶瓷等脆性刀具材料，具有突發(fā)性，屬隨機事件；塑性破損（如塑性變形、卷刃等）則主要是當切削用量選擇不當時高速鋼刀具的損壞形式。 在自動化加工中，脆性破損如不能及時發(fā)現(xiàn)，將會導致嚴重后果，所以日益受到重視。 1. 刀具破損的主要形式及原因 （1）工具鋼和高速鋼刀具： 1）燒刀-由于切削速度過高，使切削溫度超過了刀具材料的相變溫度而退火，喪失切削能力。 2）卷刃-由于刀具硬度低而工件整體或局部硬度高導致的刀刃塑性變形。 3）折斷-由于刀具設(shè)計、使用不當或負荷過重所致，常見于鉆頭、絲錐、拉刀、立銑刀等。 （2）硬質(zhì)合金、陶瓷、立方氮化硼和金剛石刀具： 1）崩刃-由于前角過大、刃磨質(zhì)量差、斷續(xù)切削、振動、工件余量不均勻、有硬皮、切屑撞擊等原因引起的刃口崩落。 2）掉尖或刀片斷裂-由于刀具材料有缺陷、裂紋擴展、后角過大、切削用量過大、沖擊載荷過大、操作不當?shù)仍蛟斐伞? 3）片狀剝落-主要與切屑與刀具間的粘結(jié)有關(guān)，多見于斷續(xù)切削。 4）微裂紋-分為機械疲勞裂紋（平行于刀刃）和熱烈紋（垂直于刀刃），主要與焊接應(yīng)力、交變載荷、受熱不均勻等有關(guān)。 2. 刀具破損壽命的分布規(guī)律 刀具破損壽命N -刀具從開始使用，到發(fā)生破損不能使用為止所承受的沖擊載荷數(shù)。 破損雖是隨機現(xiàn)象，卻并非無規(guī)律可循。大量實驗研究表明：硬質(zhì)合金和陶瓷刀具斷續(xù)切削條件下的破損壽命接近威布爾分布（詳見p94）。只要確定了分布規(guī)律，就可以在破損大概率發(fā)生之前換刀。 3.刀具破損的防止措施 1）合理選擇刀具材料（選強度高、韌性好的）； 2）合理確定刀具幾何參數(shù)（提高刀尖、刀刃的強度）； 3）合理選擇切削用量（避免超負荷）； 4）提高刀具焊接和刃磨質(zhì)量以減少微裂紋； 5）減少沖擊、避免振動。 3.4.6 刀具磨損、破損的檢測與監(jiān)控 ●這對于自動化加工十分重要，是保證順利加工的前提。常用方法有： 1.常規(guī)方法 磨損：記錄每把刀具實際切削時間，達到規(guī)定耐用度值后發(fā)出信號換刀。 破損：離線檢測刀具是否破損及破損程度以決定是否換刀。 2.切削力（或切削功率）檢測法 由測力傳感器（安裝在主軸前軸承上或刀桿上）在線測量切削力，其增大值反映刀具磨損程度，其突變反映破損。（需通過實驗確定磨損與破損的"閾值"） 3）聲發(fā)射檢測法 利用切削過程中聲發(fā)射信號的大小和階躍突變判斷磨損程度和是否破損。 其裝置如p96圖3.30所示。 §3.6 磨削原理 磨削是精加工的主要手段，可加工多種材料，包括淬火鋼、合金鋼、硬質(zhì)合金、陶瓷、非金屬等難加工材料；可加工多種表面，包括螺紋、齒面、花鍵、各種成形面等。其特點是精度高，可達IT6~IT5甚至更高；粗糙度小，可達Ra0.32~0.04甚至更小。發(fā)達國家磨床可占到機床總數(shù)的30~40%，軸承業(yè)高達60%。磨削也可用于粗加工，一些高效磨削的金屬去除率已超過了切削。 3.6.1 砂輪特性 砂輪可視為具有許多細小刀齒的銑刀，它是由磨料加結(jié)合劑經(jīng)壓坯、干燥、焙燒而成，氣孔起容屑、散熱作用。決定其特性的因素有： 1.磨料-起切削作用，分氧化物系（韌性好，硬度較低，磨各種鋼材）、碳化物系（硬、脆，磨鑄鐵、硬質(zhì)合金及非金屬材料）、高硬磨料系三類，詳見p106表3.6。 2.粒度-即磨料顆粒大小。大的用篩子分級，粒度號即每英寸長度上的網(wǎng)眼數(shù)；小于40mm的為微粉，粒度以其尺寸表示。 粒度細，則粗糙度小，但生產(chǎn)率低，易燒傷。一般是粗磨、磨軟材料選粗粒度；精磨、磨硬脆材料選細粒度。詳見下表： 3.結(jié)合劑-作用是粘合磨粒，使砂輪成形。常用的有： 1）陶瓷結(jié)合劑（代號V）：性質(zhì)穩(wěn)定、成本低，用于大多數(shù)砂輪。 2）樹脂結(jié)合劑（代號S）：強度高、彈性好、耐熱性差（自銳性好），用于薄片砂輪、高速磨削和容易發(fā)生磨削燒傷、磨削裂紋的工序（如磨薄壁件、超精磨、磨硬質(zhì)合金等）。 3）橡膠結(jié)合劑（代號R）：彈性最好。用于無心磨床的導輪、薄片砂輪及拋光砂輪。 4）金屬結(jié)合劑（代號M）：多為青銅。強度高、成形性好但自銳性差，主要用于金剛石砂輪。 4.硬度-在磨削力作用下，磨粒脫落的難易程度。與結(jié)合劑、氣孔多少有關(guān)，影響砂輪的成形性和自銳性。 粗磨、磨硬材料選軟砂輪，精磨、成形磨、磨軟材料選硬砂輪。常用硬度為軟2至中2。 5.組織-磨粒、結(jié)合劑、氣孔三者間的比例關(guān)系。分緊密、中等、疏松三大類（詳見表3.9）。 接觸面積大、易燒傷工序、粗磨選疏松組織，以利于冷卻和容屑；一般用中等組織。 3.6.2 磨削加工特點 1.磨粒隨機分布：間隔不等，高低不齊，形狀各異、隨時變化。 --有效磨粒只占總數(shù)的一小部分（5~20%）。 2.磨削過程復(fù)雜--是磨粒對工件表面進行滑擦、刻劃和切削三種作用的綜合。 1）初接觸時-滑擦階段。 由于磨粒鈍圓（頂角為900~1200）、負前角（平均為-700~-880）、系統(tǒng)變形退讓的影響，并未切入工件，但發(fā)熱嚴重（占功耗的70~80%），兼有拋光作用。 2）切入到一定深度時-刻劃階段。 材料塑性變形，向兩側(cè)隆起，形成刻痕。 3）切入深度超過臨界值后-切削階段。 此時仍伴有側(cè)向隆起。 ●并非所有有效磨粒都經(jīng)歷此三個階段。 3.背（徑）向力FP最大--約是切向力Fc的2~2.5倍，導致系統(tǒng)變形，延長了初磨 和光磨時間，使生產(chǎn)率降低。（可采用"控制力磨削"） 4.磨削溫度高--接觸區(qū)平均溫度可達500~8000C,磨削點溫度可達10000C。表面瞬時高溫會惡化表面質(zhì)量（燒傷、裂紋、內(nèi)應(yīng)力、硬度變化等），工件平均溫度升高使加工精度難于控制。（所以應(yīng)重視冷卻液的使用和砂輪的修整。） 修整砂輪的目的：剝除已鈍化的磨粒；使磨粒具有等高性和微刃性；恢復(fù)砂輪正確廓形。 3.6.3 磨削燒傷及其控制（見P155） 1.磨削燒傷--由于工件表層溫度達到或超過其相變溫度而導致的 表層金相組織和顯微硬度變化、殘余應(yīng)力及微裂紋。磨削淬火鋼時，可能產(chǎn)生三種燒傷： 1）回火燒傷；2）淬火燒傷（如圖4.58所示）；3）退火燒傷（干磨削時發(fā)生）。 2.控制措施 1）合理選擇磨削用量；2）提高冷卻效果；3）正確選用砂輪；4）選用新結(jié)構(gòu)和新工藝（如開槽砂輪、砂輪粗修整工藝等）。