第4章机械加工工艺规程设计b

LOGO北京航空航天大学工程训练中心第4章机械加工工艺规程设计B史成坤第4章机械加工工艺规程设计工艺过程的基本概念零件结构工艺性分析基准与定位工艺路线的制订加工余量与工序尺寸工艺尺寸链典型零件加工工艺分析工艺路线设计是指拟定将毛坯制成所需零件的整个加工路线，是制订工艺规程的总体布局。四、工艺路线的制定确定零件主要表面最终工序的加工方法工件材料的性质工件结构形状和尺寸各加工方法可达到的经济精度和表面粗糙度外圆、孔、平面、螺纹、齿形……在选择加工方法时，首先根据零件主要表面的技术要求和工厂具体条件，先选定它的最终工序的加工方法，然后再逐一选定该表面各有关前导工序的加工方法。经济加工精度：在正常加工条件下（采用符合质量标准的设备和工艺装备，以及标准技术等级的工人不延长加工时间）所能保证的加工精度，简称经济精度。P193表4-12淬火钢：磨削有色金属：精车、精镗加工方法的选择确定零件主要表面前导工序的加工方法零件主要表面最终工序的加工方法确定后，用倒推法，逐一确定零件主要表面前导工序（准备工序）的加工方法。外圆表面加工的零件种类轴类、套筒类、盘类零件外圆表面加工的加工方法车削、磨削和各种光整加工方法外圆表面加工的技术要求尺寸精度：直径形状精度：圆度、圆柱度位置精度：同轴度、垂直度、跳动表面质量：Ra、Rz外圆表面加工研磨IT5~3Ra0.2~0.008超精加工IT5Ra0.1~0.01砂带磨IT5~6Ra0.4～0.1精密磨削IT5Ra0.008~0.2抛光Ra0.1~0.012金刚石车IT6～5Ra0.8~0.2精磨IT6～5Ra0.4~0.2精车IT8～7Ra1.6～0.8粗磨IT8～7Ra0.8～0.4半精车IT8～7Ra1.6～0.8粗车IT12～11Ra25～12.5外圆表面的典型加工工艺路线外圆加工方法注：加工有色金属时，表面粗糙度Ra取小值。内圆表面的适用范围螺钉、螺栓的紧固孔；套筒、法兰盘及齿轮等回转体零件上的孔；箱体类零件上的主轴及传动轴的轴承孔；炮筒、空心轴的深孔（一般l/d≥10）；保证零件间配合准确性的圆锥孔等。内圆表面的技术要求一般情况下，加工孔比加工同样尺寸、精度的外圆表面要困难当一个零件要求内圆表面与外圆表面必须保持某种确定关系时，一般总是先加工内圆表面，然后再以内圆表面定位加工外圆表面。内圆表面加工珩磨IT6～4Ra0.8~0.05研磨IT6～4Ra0.1~0.008粗镗IT12～11Ra25～12.5钻IT12～11Ra25～12.5半精镗IT10～9Ra6.3～3.2粗拉IT8～7Ra1.6～0.8扩IT10～9Ra6.3~3.2精镗IT8～7Ra1.6～0.8粗磨IT8～7Ra1.6～0.8精拉IT7～6Ra0.8~0.4铰IT8～6Ra1.6~0.4金刚镗IT7～6Ra0.8~0.2精磨IT7～6Ra0.4~0.2滚压IT6～8Ra0.01~1.25手铰IT6~5Ra0.8~0.4孔的典型加工路线中、小孔大孔、位置精度要求高的孔系淬硬工件大批大量平面加工方案平面加工的零件种类导向平面、结合平面、精密量具平面、非配合外观面平面加工的加工方法刨削、铣削、拉削、磨削和各种光整加工方法平面加工的技术要求形状精度：平面度、直线度位置精度：位置尺寸、平行度、垂直度表面质量：Ra、Rz平面典型加工工艺路线抛光Ra0.2~0.1研磨IT5～3Ra0.1~0.008精密磨IT5Ra0.2¬0.008半精铣IT10～9Ra6.3~3.2精铣IT8～7Ra3.2～1.6高速精铣IT7～6Ra0.8~0.6导轨磨IT6Ra0.8~0.2精磨IT6～5Ra0.4~0.2宽刀精刨IT6Ra0.8~0.4粗磨IT8～7Ra1.6~0.4精刨IT8～7Ra6.3～3.2半精刨IT10～9Ra6.3～3.2半精车IT10～9Ra6.3～3.2粗铣IT13～11Ra25～12.5粗刨IT13～11Ra25～12.5砂带磨IT6～5Ra0.4¬0.1金刚石车IT6Ra0.8~0.2刮研Ra0.8~0.4精车IT8～7Ra3.2～1.6粗车IT13～11Ra25～12.5精拉IT9～6Ra1.6～0.4粗拉IT11～10Ra6.3～3.2超精加工IT5Ra0.1~0.05大批量、大型工件小批量淬硬件大批量轴类端面有色金属螺纹的加工方法（表4-10））切削加工•车螺纹•铣螺纹•旋风切削•攻丝和套丝•磨螺纹滚压加工（塑性变形）•搓丝•滚丝小直径外螺纹、大量生产齿形的加工方法（切削加工，表4-11）成形法（仿形法）•铣齿•磨齿展成法（范成或包络法）•滚齿•插齿•剃齿•珩齿•磨齿•研齿齿轮齿形加工方法的选择，主要取决于：齿轮精度齿面粗糙度的要求齿轮的结构、形状、尺寸、材料及热处理状态等齿轮精度等级齿面粗糙度Ra/μm热处理齿形加工方案生产类型9级以下6.3-3.2不淬火铣齿单件小批8级3.2-1.6不淬火滚齿或插齿淬火滚（插）齿-淬火-珩齿7级或6级0.8-0.4不淬火滚齿-剃齿单件小批淬火滚（插）齿-淬火-磨齿滚齿-剃齿-淬火-珩齿6级以上0.4-0.2不淬火滚（插）齿-磨齿滚（插）齿-淬火-磨齿齿形加工方案工序顺序的安排切削加工工序安排热处理工序的安排辅助工序的安排切削加工工序的安排基准先行——先加工基准面，再加工其他表面先面后孔1）当零件上有较大的平面可以作定位基准时，先将其加工出来，再以面定位加工孔，可以保证定位准确、稳定2）在毛坯面上钻孔或镗孔，容易使钻头引偏或打刀，先将此面加工好，再加工孔，则可避免上述情况的发生先主后次1）先考虑主要表面加工，再安排次要表面加工，次要表面（键槽、螺孔、紧固小孔等）和主要表面之间往往有相互位置要求，常常要求在主要表面加工后，以主要表面定位进行加工2）主要表面的最终精加工安排在工艺过程的最后先粗后精热处理工序的安排常用热处理方法的工艺曲线示意图退火用于含碳量高于0.5%的碳钢和合金钢毛坯，降低硬度、利于切削加工，常安排在毛坯制作之后、粗加工之前进行。退火的目的：降低硬度，以利于切削加工；细化晶粒，改善组织，提高机械性能；消除内应力，为下一道热处理作好准备（铸件、锻件）；提高金属材料的塑性、韧性，便于进行冷冲压或冷拉拔加工正火用于含碳量低于0.5%的碳钢和合金钢毛坯，为避免其硬度过低切削时粘刀，而采用正火处理，常安排在毛坯制作之后、粗加工之前进行。正火的作用与退火相似，与退火不同之处是：正火是在空气中冷却，冷却速度快，所获得的组织更细。正火后的强度、硬度较退火后的稍高，而塑性、韧性则稍低。不占用设备；生产率高。时效处理为消除毛坯制造和机械加工中产生的内应力而进行的热处理工序，有自然时效和人工时效两种。时效处理工序的安排一般铸件，常在粗加工前安排一次时效处理；刚度差、精度要求较高的零件，多次时效处理，在每个加工阶段之间，都安排一次时效处理工序；简单零件一般可以不安排时效处理。淬火将零件加热到这种金属的临界温度以上30～50℃，经保温一定时间，随后在水或油中快速冷却，以获得高硬度组织的一种热处理工艺。淬火的特点：提高金属材料的强度和硬度，增加耐磨性，塑性、韧性降低；组织不稳定，易变形，淬火后应进行回火，以获得高强度和一定韧性相配合的性能。淬火的工序安排钢制零件，半精加工以后，精加工（磨削）以前进行。铝合金及某些零件材料淬火后硬度、强度不太高，可在粗加工之前就安排淬火并时效调质在淬火后进行高温回火处理，通常安排在粗加工之后、半精加工之前进行渗碳适用于低碳钢和低合金钢，该工艺方法先提高零件表面层的含碳量，经淬火后使表面获得高的硬度，而心部仍保持一定的强度和较高的韧性和塑性。由于渗碳淬火变形大，且渗碳深度一般在0.5～2mm之间，故常将渗碳工序放在精加工之前；其工艺路线一般为：下料→锻造→正火→粗、半精加工→渗碳淬火→精加工渗氮使氮原子深入金属表面获得一层含氮化合物的处理方法。渗氮层可以提高零件表面的硬度、耐磨性、疲劳强度和抗蚀性；渗氮处理温度较低、变形小、且渗氮层较薄（一般不超过0.6～0.7mm），渗氮工序应安排在精加工以后进行。毛坯退火、正火：安排在粗加工之前。调质：通常安排在粗加工之后；若加工路线较简单，也可在粗加工之前。淬火及低温回火：一般安排在磨之前。渗碳：精加工之前渗氮：精加工以后。热处理工序的安排除每道工序中操作工人自检外，下列情况应安排检验工序：各加工阶段（粗、半精加工等）结束之后；零件换车间前后，特别是进行热处理工艺前后；某些关键工序或较长的工序之后；零件全部加工完毕进行总检。特种检验：超声波探伤、Ｘ射线检验用于材料的内部质量检验，安排在粗加工之前（毛坯去外皮后）；磁力探伤、荧光检验，表层质量检验，安排在精加工以后进行。其他工序的安排去毛刺工序（倒钝锐角边)通常安排在切削加工之后，淬火之前和总检之前。清洗工序在零件加工后装配之前，研磨、珩磨等光整加工工序之后，以及采用磁力夹紧加工去磁后，总检之前应对工件进行认真地清洗。防锈：在气候潮湿的地区或工序间周转时间较长时，特别是对铝镁合金件，为防止氧化生锈，经常在有关工序中安排防锈。检验工序辅助工序的安排工序集中将几个简单工序合并成一个工序，使工艺过程的每个工序中包括尽可能多的加工内容1）有利于保证工件各加工面之间的位置精度；2）减少设备数量和操作人员；3）缩小生产规模，有利于管理。适应于各表面间具有较高相对位置要求的工件的加工，也适应于一般零件的单件、小批或中等批量工件的加工工序分散将一个复杂工序分解成几个简单工序，尽量减少每个工序的加工内容1）采用比较简单的机床和工艺装备2）对工人的技术水平要求低3）加工中的辅助性时间花费较多常用于大批、大量生产的流水线工艺过程。工序的集中与分散加工阶段的划分粗加工切除毛坯的大部分加工余量，提高生产率半精加工减小粗加工后留下的误差和表面缺陷层，为主要表面的精加工做好准备精加工达到图样的全部技术要求，全面保证加工质量光整加工减小表面粗糙度值或进一步提高尺寸精度、一般不用于纠正形状误差和位置误差荒加工阶段划分加工阶段的原因：⑴保证加工质量⑵合理使用机床设备⑶便于安排热处理工序⑷有利于及早发现毛坯的缺陷应用：工件刚度很低时，阶段划分必须严格精度要求较高的零件，其加工阶段的划分也要严格零件需要热处理，自然地把工艺过程划分为若干个阶段航空、航天产品的零件，阶段划分一般都比较严格注意：加工阶段的划分是就零件加工的整个过程而言，不能以某个表面的加工或某个工序的性质来判断。同时在具体应用时，也不可以绝对化，对有些重型零件或余量小、精度不高的零件，则可以在一次装夹后完成表面的粗精加工。工序号工序内容设备1车小端面，钻小端中心孔，粗车小端外圆，倒角；大端面，钻大端中心孔，粗车大端外圆，倒角；精车外圆车床2铣键槽，手工去毛刺铣床工序号工序内容设备1车小端面，钻小端中心孔，粗车小端外圆，倒角车床12车大端面，钻大端中心孔，粗车大端外圆，倒角车床23精车外圆车床34铣键槽，手工去毛刺铣床五、加工余量及工序尺寸的确定工序余量上道工序基本尺寸本道工序基本尺寸六、工艺尺寸链L=80-50=30mmL=？工艺尺寸链的作用:①工艺基准与设计基准不重合时，进行尺寸换算。②对装配间隙或过盈进行验算。③为加工和装配方便，对公差进行调整、分组。A1A2123A1A2A1A1A2A2特点：封闭性：组成尺寸链的各个尺寸按一定顺序构成一个封闭系统关联性：其中一个尺寸变动将影响其他尺寸变动一组相关的尺寸按一定顺序排列组成的封闭链环尺寸链尺寸链的概念环—组成尺寸链的每一个尺寸封闭环组成环增环：与封闭环同向变动减环：与封闭环反向变动间接得到，被其他尺寸所保证除封闭环以外的其余各环组成因素尺寸链的建立与分析•确定封闭环•绘制尺寸链•判断增减环确定封闭环封闭环加工中最后自然形成的环，加工顺序确定后才能确定封闭环A1A0A2ABC与加工过程有关一个尺寸链中只有一个封闭环。在建立尺寸链时应遵守“最短尺寸链