工艺基础(二)

工程技术人员基础培训系列二机械制造工艺基础（1）工艺实际上就上一种方法。工艺是保证质量的有效手段。机械加工工艺过程是由一系列工序组成的,毛坯依次通过这些工序变为成品；工序是工艺过程的基本组成部分。工序是指在同一地点，对一个或一组工件进行加工所进行的一系列连续的工作。工序可繁可简，工序又可以划成若干个工步；工步是指被加工表面、切削工具及机床用量均不变的条件下所进行的加工工作。随着机床技术的发展，为提高工作效，常将几个工步合并成一个复合工步，例如多孔钻、多刀多轴车等；工步又可分为多次走刀，当需要切削的金属太厚时，就需要多次走刀。完成一道工序常需要许多工作，包括基本的切削工作和辅助工作（如装夹、找正、测量、对刀等）。一个工件在一道工序内经过多次装夹，往往会降低加工质量，还会花费大量的装夹、找正时间。因此，在零件设计及制定工艺路线时，要尽可能减少装夹次数，必要时可采用专用的夹具。下面以一个简单的销轴单件生产工艺过程实例进行说明：设计工艺过程的基本要求设计零件的工艺过程，是生产前技术准备工作的重要部分。一个零件可以采用不同的工艺过程制造，但合理的工艺过程应满足以下要求：1、保证产品的质量符合图纸和技术条件所规定的要求；2、保证高的生产率；3、保证经济性合理；4、注重改善劳动条件。随着生产技术的发展，工艺过程也要不断地改进。同时，工艺过程要能够保证产品质量的稳定。即产品的质量尽可能不依赖于操作者技艺，而靠工艺过程就能可靠地实现图纸和技术条件所规定的要求。设计工艺过程的依据1、图纸（含技术要求）；2、生产批量；3、生产条件（设备生产能力、设备过程能力、员工人数、员工素质等）。基准在制图基顾中提到过设计基准和工艺基准。这里只讲工艺基准，最常用的工艺基准有原始基准、定位基准和测量基准。1、原始基准是在工序单（或其它工艺文件）上标定被加工表面位置的点、线、面；2、定位基准是工件上的一个面，当工件在夹具上（或直接在机床上）定位时，它使工件在原始尺寸方向上获得确定的位置；3、测量基准是工件上的一个表面、表面的母线或一个点，据此测量被加工表面的位置。工件在机床上的定位方法一般有两种：校正法和非校正法。校正法是工件在机床上靠找正来的方法来获得所需位置。这种方法效率低，主要用于单件小批量生产，或精度要求特别高的情况。非校正法是工件上的定位表面与工装夹具的表面接触即能获得所需的位置。这种方法生产效率高，主要用于大批量生产。精度精度是机械产品制造过程中重要重要的质量指标之一。保证零件达到规定的精度是设计工艺过程的首要任务。机械零件的精度包括：1、尺寸精度（如长度、直径等）；2、形状精度（如直线度、圆度、圆柱度等）；3、相对位置精度（如对称度、垂直度等）；4、表面粗糙度。误差加工精度在数值一般通过加工误差的大小来表示，误差越小则加工精度超高。加工误差产生的原因通常有以下几个方面：1、理论误差理论误差是由于采用近似的加工方法产生的。例如用加工中心加工曲面时，其曲面是采用插补法用近似的小平面代替实际曲面；又如用插齿法加工齿轮时，为了减少刀具数量，同一模数通常只做几把刀，每把刀加工一定齿数范围内的齿轮，其渐开线就是近似的。2、机床误差机床误差主要有：1）主轴回转误差；2）导轨导向精度；3）传动系统精度。3、夹具误差夹具的误差包括夹具的制造误差及磨损。4、刀具误差刀具的误差包括刀具的制造误差及磨损。5、定位误差定位误差首先与定位基准及定位方法的选择有关，也与定位面的精度有关。6、调整误差如对刀误差、装夹找正误差。7、受力变形如装夹时工件受力变形、切削时的受力（切削力、重力、惯性力）变形等。8、热变形如环境温度变化产生的变形、切削产生的热变形等。9、振动由于刀削过程中的振动引起的误差。10、内应力变形工件加工过积累的内应力引起的变形。11、测量误差如间接测量引起的误差、测量工具制造误差等。引起加工误差的原因很多也很复杂，在设计工艺路线时需要进行误差分析，设法减小误差，保证零件的精度。经常采用统计的方法对误差进行分析，常用的统计方法有分布曲线法、点图法和相关分析法。分布曲线法简单的说就是一批工件按一定的步距进行分组，绘制直方图，计算平均值及标准差，进一步计算工艺过程能力指数。（属于统计学的知识）点图法简单的说是过程控制图法，将工件按加工顺序逐个测量尺寸，然后以工件加工顺序号为横坐标，以尺寸为纵坐标，在控制图中描点，根据控制图的理论进行误差分析。相关分析法主要用于研究某个具体因素对误差定量的影响。大致过程是：先让该因素按一定规律变化，测一批误差的变化量，然后描点，对照标准图形进行变换成近似的直线，按照最小二乘法求出直线关系，再经反变换后得出近似公式。对误差分析还可以采用正交试验法，这里不再叙述。几种加工方法所能达到的精度一、表面粗糙度首先简单介绍几个概念1、表面粗糙度反映加工表面微观平整程度1.1、轮廓算术平均偏差Ra在取样长度L内轮廓偏距绝对值的算术平均值。1.2、微观不平度十点高度Rz在取样长度L内5个最大的轮廓峰高的平均值与5个最大的轮廓谷深的平均值之和。1.3、轮廓最大高度Ry在取样长度L内轮廓峰顶线和轮廓谷底线之间的距离。2、表面缺陷层深度加工引起的表面一层组织变化的深度T。加工方法RyT加工方法RyT加工方法RyT粗车外圆15～10040～60粗铰25～10025～30粗插25～10050～60精车外圆5～4530～40精铰8.5～10010～20精插5～4535～50粗车端面15～22540～60磨外圆1.7～1515～25拉削1.7～8.510～20精车端面5～5430～40磨内孔1.7～1520～30研磨0.012～1.63～5切断45～22560～70磨端面1.7～1515～35抛光0.012～1.63～5钻孔45～22540～60磨平面1.7～1515～25超级光磨0.012～0.80.2～0.3粗扩孔25～22540～60粗铣15～22540～60闭式模煅110～225500～600精扩孔25～10030～40精铣5～4525～40冷拉25～10080～100粗镗25～22530～50粗刨15～10040～50精碾压100～225300～500精镗5～2525～40精刨5～4525～40不同加工方法的Ry和T值(μm)规定粗糙度值时必须给出取样长度L，当取样长度符合GB/T1031-1995时，图样中可不标注取样长度。轮廓算术平均偏差Ra是各国普遍采用的一个参数，Ra既能反映加工表面微观几何形状特征又能反映凸峰高度。Rz概念较严密、直观，应用也较多。Ry只能反映表面轮廓的最大高度，不能反映轮廓的微观几何特征。Ry可和Ra或Rz同时选用，以控制多功能要求，但Rz和Ra不能同时选用。加工方法Ra加工方法Ra加工方法Ra加工方法Ra铸造砂模铸造≥6.3镗孔粗6.3～50精0.4～1.6切割气割≥6.3型壳铸造≥6.3半精0.8～6.3磨外圆粗0.8～6.3锯≥1.6金属模铸造1.6～50精0.4～1.6半精0.2～1.6车3.2～25离心铸造1.6～25金刚镗孔0.05～0.4精0.025～0.4铣12.5～50精密铸造0.8～12.5铰孔粗1.6～12.5磨平面粗1.6～3.2磨1.6～6.3蜡模铸造0.4～12.5半精0.4～3.2半精0.4～1.6螺纹加工丝锥板牙0.8～6.3压力铸造0.4～6.3精0.1～1.6精0.025～0.4梳洗0.8～6.3压力加工热轧≥6.3拉削半精0.4～3.2珩磨平面0.025～1.6滚0.2～0.8模煅≥1.6精0.1～0.4圆柱0.012～0.4车0.8～12.5冷轧0.2～12.5滚铣粗3.2～25研磨粗0.2～1.6搓丝0.8～6.3挤压0.4～12.5半精0.8～6.3半精0.05～0.4滚压0.4～3.2冷拉0.2～6.3精0.4～1.6精0.012～0.1磨0.2～1.6锉0.4～25端面铣粗3.2～12.5抛光一般0.1～1.6研磨0.05～1.6刮削0.4～12.5半精0.4～6.3精0.012～0.1齿轮及花键加工刨0.8～6.3刨粗6.3～25精0.2～1.6滚压抛光0.05～3.2滚0.8～6.3半精1.6～6.3车外圆粗6.3～25超精加工平面0.012～0.4插0.8～6.3精0.4～1.6半精1.6～12.5柱面0.012～0.4磨0.1～0.8插削1.6～25精0.2～1.6化学磨0.8～25剃0.2～1.6钻孔0.8～25金刚车0.025～0.2电解磨0.012～1.6扩孔粗6.3～25车端面粗6.3～25电火花加工0.8～25精1.6～6.3半精1.6～12.5不同加工方法的Ra(μm)表面粗糙度符号及其意义基本符号，表示表面可用任何方法获得。当不加注粗糙度参数值或有关说明（例如：表面处理、局部热处理状况等）时，仅适用于简化代号标注。表示表面是用去除材料的方法获得。例如：车、铣、钻、磨、刨、抛光、腐蚀、电火花、气割等。表示表面是用不去除材料的方法获得。例如铸、煅、热轧、粉末冶金等。或者是用于保持原供应状况的表面（包括保持上道工序的状况）。长边所加横线用于标注有关参数和说明。在长边和横线相交处增加小圆圈，表示所有表面具有相同的表面粗糙度要求。表面粗糙度对零件功能的影响影响类别影响情况对配合性质的影响配合性质要求稳定的结合面、动配合间隙较小的表面、要求连接牢固可靠承受载荷大的静配合表面Ra值要低。尺寸要求愈精确、公差值愈小的表面Ra值要求愈低。同一公差等级的小尺寸比大尺寸或轴比孔的Ra值要低。零件尺寸愈小，表面的Ra值愈低。同一零件上工作表面比非工作表面Ra值要低。对摩擦面的影响摩擦表面比非摩擦表面、滚动摩擦表面比非滚动摩擦表面、运动速度高的表面比运动速度低的表面、单位压力大的摩擦面比单位压力小的摩擦面的Ra值要低。对抗疲劳强度的影响受循环载荷的表面及易引起应力集中的部分如圆角、沟槽处的Ra值要低。粗糙度对零件疲劳强度的影响程度随其材料不同而异，对铸铁件的影响不明显，对于钢件则强度愈高影响愈大。对接触刚度的影响两粗糙表面接触时，在外力作用下，易产生接触变形，所以降低Ra值可以提高接触刚度。对冲击强度的影响钢件表面的冲击强度随Ra值的降低而提高，在低温状态下，尤为明显。对抗腐蚀性的影响在粗糙的表面上腐蚀性介质易积聚，且向零件表层渗透，加剧腐蚀。因此降低Ra值可以提高零件抗腐蚀性能。对密封性能的影响表面愈粗糙，泄漏愈厉害。对于滑动表面，微观不平度为4～5μm时较为合适，表面太光滑不但不利于储存润滑油，反而会引起摩擦磨损。另外，密封性能也和加工纹理有关。对振动和噪声的影响运动副表面粗糙，运动中会产生振动及噪声，运动速度高时更为明显。因此，运动副表面Ra值愈低，运动愈平稳无声。对表面电流的影响当高频电流在导体表面流通时，电流聚集在导体表面1μm深的薄层中，由于表面粗糙度的影响，表面电阻的实际值要超过理论值。对表面涂镀质量的影响工件镀锌、铬、铜后，表面微观不平度的深度比镀前增加一倍，而镀镍后，则会比镀前减小一倍。粗糙的表面能吸收喷涂金属层冷却时产生的拉伸应力，不易产生裂纹，故在喷涂金属前须使其表面有一定的粗糙度。常用工作表面的Ra值要求μm配合表面公差等级表面基本尺寸/mm～5050～5005轴/孔0.2/0.40.4/0.86轴/孔0.4/0.4～0.80.8/0.8～1.67轴/孔0.4～0.8/0.80.8～1.6/1.68轴/孔0.8/0.8～1.61.6/1.6～3.2密封材料处的孔轴表面密封材料速度/m·s-1～355橡胶0.8～1.6抛光0.4～0.8抛光0.2～0.4抛光毛毡0.8～1.6抛光迷宫式3.2～6.3涂油槽3.2～6.3V带轮和平带轮工作表面带轮直径/mm～120120～3153151.63.26.3键连接类型键键槽不动结合工作面3.21.6～3.2非工作面6.3～12.56.3～12.5导向键工作面1.6～3.21.6～3.2非工作面6.3～12.56.3～12.5与其它零件接触但不配合的表面3.2～6.3齿轮、链轮和蜗轮的非工作表面3.