机械制造工艺学课件第1章机械制造工艺预备

第1章工艺预备机械制造工艺学常同立等清华大学出版社第1章机械制造工艺预备1.1机械产品开发及生产过程概述1.2生产类型及其工艺特点1.3机械加工质量1.4加工精度的获得方法1.5机械加工工艺过程组成1.6设计基准与工艺基准1.7基本尺寸链理论第1章工艺预备机械制造工艺学常同立等清华大学出版社1.1机械产品开发及生产过程概述1.机械产品开发及改进过程现代机械产品的开发与改进是极其复杂的持续的动态过程，大致可以描述为一个负反馈系统，它描述了机械产品依据用户需求反馈信息，不断改进和不断发展的动态过程。机械产品开发与改进系统中包含产品决策、产品设计、工艺编制、产品制造、市场检验等环节。上述环节之中任何一个环节的断裂，都会导致系统的崩溃。因此上述环节都具有与系统同等的重要性，每个组成环节都具有无可替代的重要性。因此学习机械制造工艺学很重要，很有意义。第1章工艺预备机械制造工艺学常同立等清华大学出版社2.机械产品生产过程机械制造过程是机械产品从原材料开始到成品之间各相互关联的劳动过程的总和。它包括毛坯制造、零件机械加工、热处理、机器的装配、检验、测试和油漆包装等主要生产过程，也包括专用夹具和专用量具制造、加工设备维修、动力供应（电力供应、压缩空气、液压动力以及蒸汽压力的供给等）。工艺过程是指在生产过程中，通过改变生产对象的形状、相互位置和性质等，使其成为成品或半成品的过程。机械产品生产工艺过程又可分为铸造、锻造、冲压、焊接、机械加工、热处理、装配、涂装等。其中与原材料变为成品直接有关的过程，称为直接生产过程，是生产过程的主要部分。而与原材料变为产品间接有关的过程，如生产准备、运输、保管、机床与工艺装备的维修等，称为辅助生产过程。第1章工艺预备机械制造工艺学常同立等清华大学出版社直接机械生产过程可以大致可分为毛坯制造、零件机械加工与热处理、机器装配和调试等阶段。第1章工艺预备机械制造工艺学常同立等清华大学出版社机械制造工艺方法与分类JB/T5992-92——按大、中、小和细分类四个层次划分大类中类代码代码名称0123456789中类名称0铸造砂型铸造特种铸造1压力加工锻造轧制冲压挤压旋压拉拔其他2焊接电弧焊电阻焊气焊压焊特种焊接钎焊3切削加工刃具加工磨削钳加工4特种加工电物理加工电化学加工化学加工复合加工其他5热处理整体热处理表面热处理化学热处理6覆盖层电镀化学镀真空沉积热侵镀转化膜热喷涂涂装其他78装配包装装配试验与检验包装9其他粉末冶金冷作非金属成形表面处理防锈缠绕编织其他表2-1机械制造工艺方法类别划分及代码（JB/T5992-92）第1章工艺预备机械制造工艺学常同立等清华大学出版社1.2生产类型及其工艺特点1.2.1生产纲领和生产类型1．生产纲领生产纲领是指企业在计划期内应当生产的产品产量和进度计划。计划期通常为1年，所以生产纲领也称为年产量。零件的生产纲领应按下式计算：N＝Qn(1+a％)(1+b％)N为零件的年产量，单位件/年；Q为产品的年产量，单位台/年；n为每台产品中该零件的数量，单位件/台；a％为该零件的备品率；b％为该零件的废品率。第1章工艺预备机械制造工艺学常同立等清华大学出版社2．生产类型生产类型是指企业生产专业化程度的分类。人们按照产品的生产纲领、投入生产的批量，可将生产分为：单件生产、批量生产和大量生产三种类型。⑴单件生产是指单个生产不同结构和尺寸的产品，产品生产很少重复甚至不重复的生产类型。其生产特点是：产品的种类较多，而同一产品的产量很小，工作地点的加工对象经常改变。⑵大量生产是指同一产品的生产数量很大，大多数工作地点经常按一定节奏重复进行某一零件的某一工序加工的生产类型其生产特点是：同一产品的产量大，工作地点较少改变，加工过程重复。⑶批量生产是指一年中分批轮流制造几种不同的产品，每种产品均有一定的数量，工作地点的加工对象周期性地重复的生产类型。其生产特点是：产品的种类较少，有一定的生产数量，加工对象周期性地改变，加工过程周期性地重复。根据批量的大小又可分为大批量生产、中批量生产和小批量生产。小批量生产的工艺特征接近单件生产，大批量生产的工艺特征接近大量生产。第1章工艺预备机械制造工艺学常同立等清华大学出版社生产类型划分第1章工艺预备机械制造工艺学常同立等清华大学出版社第1章工艺预备机械制造工艺学常同立等清华大学出版社1.3机械加工质量机械零件的加工质量主要包括零件的加工精度和零件的表面加工质量。1.3.1加工精度的含义加工精度是指零件加工后的实际几何参数(包括尺寸、形状和位置)对理想几何参数的符合程度。加工精度包括尺寸精度、形状精度和位置精度。(1)尺寸精度尺寸精度是指加工后零件表面本身或表面之间实际尺寸与理想尺寸之间的符合程度。其中理想尺寸是指零件图上所标注的有关尺寸的平均值。(2)形状精度形状精度是指加工后零件表面实际形状与表面理想形状之间的符合程度。其中表面理想形状是指绝对准确的表面形状，如圆柱面、平面、球面、螺旋面等。(3)位置精度位置精度是指加工后零件表面之间实际位置与表面之间理想位置的符合程度。其中表面之间理想位置是绝对准确的表面之间位置，如两平面垂直、两平面平行、两圆柱面同轴等。第1章工艺预备机械制造工艺学常同立等清华大学出版社1.3.2加工表面质量的含义加工表面质量包括两个方面的内容：加工表面的几何形状误差和表面层的物理力学性能。1．加工表面的几何形状误差加工表面的几何形状误差主要包括表面粗糙度、波度和纹理方向等。(1)表面粗糙度表面粗糙度是加工表面的微观几何形状误差，表面粗糙度的波距小于1mm。(2)波度加工表面不平度中波距在1～10mm的几何形状误差，它是由机械加工中的振动引起的。宏观几何形状误差是波距大于10mm的加工表面不平度，例如圆度误差、圆柱度误差等，它们属于加工精度范畴，宏观几何形状误差不在本章讨论之列。(3)纹理方向纹理方向是机械加工时在零件加工表面形成的刀纹方向。它取决于表面形成过程中所采用的机械加工方法。第1章工艺预备机械制造工艺学常同立等清华大学出版社第1章工艺预备机械制造工艺学常同立等清华大学出版社零件表面质量表面粗糙度表面波度表面物理力学性能的变化表面微观几何形状特征表面层冷作硬化表面层残余应力表面层金相组织的变化表面质量的含义（内容）第1章工艺预备机械制造工艺学常同立等清华大学出版社2．表面层的物理力学性能由于机械加工中力因素和热因素的综合作用，使工件加工表面的物理力学性能将发生一定的变化，主要反映在以下几个方面。(1)表面层金属的冷作硬化表面层金属硬度的变化用硬化程度和深度两个指标来衡量。在机械加工过程中，工件表面层金属都会有一定程度的冷作硬化，使表面层金属的显微硬度有所提高。一般情况中，硬化层的深度可达0.05～0.30mm；若采用滚压加工，硬化层的深度可达几个毫米。(2)表面层金属的金相组织变化机械加工过程中，切削热会引起表面层金属的金相组织发生变化。(3)表面层金属的残余应力由于切削力和切削热的综合作用，表面层金属晶格会发生不同程度的塑性变形或产生金相组织的变化，使表层金属产生残余应力。第1章工艺预备机械制造工艺学常同立等清华大学出版社1.3.3加工表面质量对使用性能的影响1.表面质量对耐磨性的影响1）表面粗糙度对耐磨性的影响表面越粗糙，有效接触面积就越小，这样微观凸峰很快就会被磨掉。若被磨掉的金属微粒落在相配合的摩擦表面之间，则会加速磨损过程，即使在有润滑液存在的情况下，也会因为接触点处压强过大，破坏油膜，产生磨粒磨损。一般说来，表面粗糙度值越小，其耐磨性越好。但是表面粗糙度值太小，有效接触面积会随着磨损增加而增大。这是因为表面粗糙度值过小，零件间的金属微观粒子间亲和力增加，表面的机械咬合作用增大，且润滑液不易储存，磨损反而增加。图1.4表示表面粗糙度数值与起始磨损量的关系曲线。第1章工艺预备机械制造工艺学常同立等清华大学出版社表面粗糙度数值与起始磨损量的关系曲线第1章工艺预备机械制造工艺学常同立等清华大学出版社2)表面纹理对耐磨性的影响表面纹理形状及刀纹方向会影响有效接触面积与润滑液的存留，它们对耐磨性也有一定影响。一般来说，尖峰状的表面纹理的摩擦副接触面压强大，零件表面的耐磨性较差；圆弧状、凹坑状表面纹理的摩擦副接触面压强小，零件表面耐磨性好。在运动副中，两相对运动零件表面的刀纹方向均与运动方向相同时，耐磨性较好；两者的刀纹方向均与运动方向垂直时，耐磨性最差；其余情况居于上述两种状态之间。3)表面层的物理力学性能对耐磨性的影响表面层金属的冷作硬化能够提高零件的耐磨性。一般地，冷作硬化可以提高表层显微硬度，减少接触部分变形，从而提高耐磨性。第1章工艺预备机械制造工艺学常同立等清华大学出版社2．表面质量对耐疲劳性的影响1)表面粗糙度对耐疲劳性的影响表面粗糙度对承受交变载荷零件的疲劳强度影响很大。在交变载荷作用下，表面粗糙度值大，容易产生疲劳裂纹，其抵抗疲劳破坏的能力较差；表面粗糙度值小，表面缺陷少，工件耐疲劳性较好。2)表面层的物理力学性能对耐疲劳性的影响表面层金属的冷作硬化一定会存在残余压应力，残余压应力在一定程度上能够阻止疲劳裂纹的生长，可提高零件的耐疲劳强度。第1章工艺预备机械制造工艺学常同立等清华大学出版社3．表面质量对耐蚀性的影响1)表面粗糙度对耐蚀性的影响零件的表面粗糙度对耐蚀性影响很大。表面粗糙度值小，有助于减少加工表面与外界气体、液体接触的面积，有助于减少腐蚀物质沉积，因此有助于提高耐蚀性能。2)表面层力学物理性能对耐蚀性的影响当零件表面层有残余压应力时，能够阻止表面裂纹的进一步扩大，有利于提高零件表面抵抗腐蚀的能力。4．表面质量对零件配合质量的影响零件的表面粗糙度一方面会影响零件磨损，间接影响零件配合质量；另一方面零件的表面粗糙度会影响配合表面的实际有效接触面积，影响接触刚度。当承受较大载荷时，两表面相配合表面微观变形较大，对零件配合产生影响。第1章工艺预备机械制造工艺学常同立等清华大学出版社表面质量对零件使用性能的影响零件表面质量粗糙度太大、太小都不耐磨适度冷硬能提高耐磨性对疲劳强度的影响对耐磨性影响对耐腐蚀性能的影响对工作精度的影响粗糙度越大，疲劳强度越差适度冷硬、残余压应力能提高疲劳强度粗糙度越大、工作精度降低残余应力越大，工作精度降低粗糙度越大，耐腐蚀性越差压应力提高耐腐蚀性，拉应力反之则降低耐腐蚀性第1章工艺预备机械制造工艺学常同立等清华大学出版社1.工件尺寸精度获得方法在机械加工中，获得尺寸精度的方法主要有下面四种。1)试切法试切法是最早采用的获得零件尺寸精度加工方法，同时也是目前常用的能获得高精度尺寸的主要加工方法之一。试切法是在零件加工过程中不断对已加工表面的尺寸进行测量，以测量数据为依据调整刀具相对工件加工表面的位置，进行尝试切削，直至达到工件要求尺寸精度的加工方法。例如轴类零件上轴颈尺寸的试切车削加工和轴颈尺寸的在线测量磨削、箱体零件孔系的试镗加工及精密量块的手工精研等都是采用试切法加工。2)调整法调整法是在成批生产条件下经常采用的一种加工方法。调整法是按试切好的工件尺寸、标准件或对刀块等调整并确定刀具相对工件定位基准的准确位置，在保持此准确位置不变的条件下，对一批工件进行加工的方法。例如在多刀车床或六角自动车床上加工轴类零件、在铣床上铣槽、在无心磨床上磨削外圆及在摇臂钻床上用钻床夹具加工孔系等都是采用调整法加工。1.4加工精度的获得方法第1章工艺预备机械制造工艺学常同立等清华大学出版社3)定尺寸刀具法定尺寸刀具法是在加工过程中依靠刀具或组合刀具尺寸保证被加工零件尺寸精度的一种加工方法。如用方形拉刀拉方孔，用钻头、扩孔钻或铰刀加工内孔，用组合铣刀铣工件两侧面和槽面等。4)自动控制法自动控制法是在加工过程中，通过由尺寸测量装置、动力进给装置和控制机构等组成的自动控制系统，使加工过程中的尺寸测量、刀具的补偿调整和切削加工等一系列工作自动完成，从而自动获得所要求尺寸精度的一种加工方法。例如在无心磨床上磨削轴承圈外圆时，通过测量装置控制导轮架进行微量的补偿进给，从而保证工作的尺寸精度；在数控机