工艺学材料

工艺过程：在生产过程中凡属直接改变生产对象的形状、尺寸、性能和相对位置关系的过程。工艺过程中的机械加工、装配与调试称为机械制造工艺过程。基准是指用以确定生产对象几何要素间的几何关系所依据的点、线、面。基准分为设计基准、工艺基准。工艺基准又分为工序基准、定位基准、测量基准和装配基准。定位基准：用以确定工件在机床上或夹具中的正确位置所采用的基准。工序基准：用以确定本工序被加工表面加工后的尺寸、形状、位置所采用的基准。基面：因为作为基准的点、线、面在工件上不一定具体的存在（例如中心线、轴心线），而由某些具体的表面来变现出来，这些表面称为基面。装夹：为了保证工件加工表面的尺寸、几何形状和相互位置精度的要求，需要解决一个重要的问题：使工件在加工前相对于刀具和机床占有正确的加工位置，并且在加工过程中始终保持加工位置的稳定可靠，这一工艺过程称为装夹。工件的装夹包括定位和夹紧。定位是指确定工件在机床或夹具中占有正确位置的工艺过程。定位的实质就是限制工件的自由度，使工件在夹具中占有某个确定的正确加工位置。六点定位原理：在夹具中来合理布置六个支撑点与工件的定位基准相接触来限制工件的六个运动自由度，使工件在夹具中完全定位，称为六点定位原理。夹紧是指将工件定位后三维位置固定下来，使在加工过程中保持定位位置不变的工艺过程。夹紧的实质，就是在机床上对工件进行定位和夹紧。夹紧工件的目的是，通过和夹紧使工件在加工过程中始终保持正确的加工位置，以保证达到该工序所规定的加工技术要求。装夹的方法：直接找正装夹、划线找正装夹、夹具装夹、自位支承常用于：毛坯表面、断续表面、阶梯表面以及有角度误差的平面定位。只限制一个自由度。机器装配单元可划分为零件、套件、组件、部件和机器五个等级。毛坯选择：零件的材料及其力学性能、零件的结构形状和尺寸、生产类型、车间的生产能力、充分注意应用新工艺、新技术、新材料工序：是指一个（或一组）工人在一个工作地点对一个（或同时对几个）工件连续完成的那一部分工艺过程。粗基准的选择原则：重要表面余量均匀原则、工件表面间相互位置要求原则、余量足够原则、定位可靠原则、不重复使用原则、总的材料去除量最小原则（重点是保证各加工表面有足够的余量，保证不加工表面与加工表面间尺寸、位置符合零件图设计要求）精基准的选择原则：基准重合原则、基准统一原则、自为基准原则、互为基准反复加工原则、定位可靠原则（重点是如何减少误差，保证加工精度和安装方便）加工经济精度和表面粗糙度是在正常加工条件下（采用符合质量标准的设备、工艺装备和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和表面粗糙度。机械加工工序：先基面后其他、先粗后精、先主后次、先面后孔热处理工序：预备热处理（安排在机械加工之前，以改善切削性能消除毛坯制造时的内应力为主要目的）、最终热处理（半精加工之后和磨削之前，提高材料强度和硬度）、去除应力处理（粗加工之后，精加工之前）加工阶段的划分：粗加工阶段（获得高的生产率）、半精加工阶段、精加工阶段、光整加工阶段尺寸链是指又相互联系的按一定顺序排列的封闭尺寸组。尺寸链的特征：封闭性、关联性。尺寸链按功能分：工艺尺寸链和装配尺寸链。按相互位置分：直线、平面、空间尺寸链。按几何量分：长度、角度尺寸链封闭环：最终被间接保证的精度的那个环。组成环：除封闭环以外的其他环，分为增环和减环。按尺寸首尾相接的原则，顺着一个方向在尺寸线终端画箭头，凡是箭头方向与封闭环方向相同的尺寸为减环，反之为增环。提高封闭环的精度的两个途径：一是减小组成环的公差，即提高组成环的精度，二是减少组成环的环数，这一原则通常称为“尺寸链最短原则”尺寸链的计算方法：极值法、概率法。尺寸链计算情况：正计算、反计算（1、按等公差的原则分配封闭环的公差2、按等公差等级的原则分配封闭环的公差3、按具体情况来分配封闭环的公差）、中间计算提高生产率的工艺措施：1、缩短基本时间2、缩短辅助时间3、..服务..4、..准备结束..缩短基本时间方法：提高切削用量、减少切削行程长度、合并工步、采用多件加工多件加工的方法：顺序多件加工、平行多见加工、平行顺序多见加工机械加工质量包括加工精度和表面质量加工精度就是指零件加工后在形状、尺寸、表面相互位置精度等几何参数与理想零件的相符程度。零件加工后实际几何参数与理想零件几何参数的不符合程度称为加工误差。保证和提高加工精度的途径：误差预防，误差补偿。表面质量指零件表面的几何特征和表面的物理、力学性能。表面的几何特征包括表面粗糙度和波度，物理力学性能包括塑性变形、组织变形和表层变形中的残余内应力。表面粗糙度对使用性能的影响：1、对耐磨性的影响2、对耐疲劳性的影响3、对耐腐蚀性的影响4、对零件配合质量的影响5、对零件接触刚度的影响尺寸精度的获得方法：试切法、定尺寸刀具法、调整法、自动控制法形状精度的获得方法：轨迹法、成形法、展成法位置精度获得方法：1.一次装夹获得法2.多次装夹获得法原始误差：能直接引起加工误差的各种因素都称为原始误差。包括：1、静误差（主要是机床误差、刀具及夹具误差），2、动误差（工艺系统受力变形引起的误差，工件内应力引起的变形、刀具磨损及工艺系统受热变形引起的误差）3、加工原理误差4、工件装夹误差5、调整误差6、度量误差。加工原理误差是采用了近似的成形运动和近似的刀刃轮廓进行加工而产生的误差。允许存在机床误差包括机床的制造误差、安装误差和磨损等。主轴回转误差、导轨误差和传动链误差对加工精度影响比较大。主轴回转精度主要影响被加工零件的几何形状精度、位置精度和表面粗糙度。主轴回转误差是指主轴实际回转线相对其理想回转线的漂移。实际上，理想回转轴线虽然客观存在，但却无法确定其位置，因此通常是以平均回转轴线来代替。主轴回转轴线的运动误差可以分解为纯径向跳动、纯轴向跳到和纯倾角摆动3种基本形式。主轴回转误差对加工精度的影响，取决于不同截面内主轴瞬时回转轴线相对于刀尖位置的变化情况。主轴的径向圆跳动会使工件产生圆度误差不会产生圆柱度误差，但径向圆跳动的方式和规律不同，加工方法不同（车削、镗削），对加工精度影响也不同。主轴的轴向窜动对圆柱面的加工精度没有影响，但在加工端面时，会使车出的端面与圆柱面不垂直。主轴的倾角摆动对加工精度的影响：主轴的倾角摆动嘴加工精度的影响与径向圆跳动对加工精度的影响相似，其区别在于倾角摆动不仅影响加工表面的圆度误差，而且影响加工表面的圆柱度误差。影响主轴回转误差的因素：轴承的误差，轴承的间隙，与轴承配合零件的误差及轴承转速。主轴采用滑动轴承时，对于工件回转类机床，影响主轴回转精度的主要是主轴轴颈的圆度和波度。对于刀具回转类机床，影响主轴回转精度较大的是轴承孔的圆度。当采用滚动轴承工件回转时主要是内圈外滚道圆度，刀具回转时主要是外圈内滚道。提高主轴回转精度的措施：提高主轴部件的设计与制造精度、对滚动轴承进行预紧、采用误差转移法工件外圆出现锥形误差：导轨水平面内的直线度误差、导轨轴线与主轴轴线在水平方向不平行、刀具线形磨损、误差复映现象工件外圆出现双曲线误差：导轨在水平面内的直线度、前后导轨扭曲、导轨中心线在垂直面内不平行、误差复映、工件刚度远大于机床刚度工件外圆出现鼓形误差：导轨垂直面直线度误差、工件刚度较小、误差复映现象、刀具磨损与热变形非线形工件外圆出现喇叭形误差：导轨在水平面内的直线度、导轨与回转轴线在水平面不平行、主轴在垂直面内抬高、误差复映、工件刚度低、导轨在垂直面内的直线度、刀具非线性热伸长影响机床导轨导向误差的因素：机床制造误差、机床安装误差、导轨磨损减小传动链传动误差的措施：缩短传动链长度、采用降速传动链、提高传动元件（特别是末端传动元件的制造装配精度）、采用误差补偿的方法机床部件刚度的特点：1、作用力与变形不是线性关系2、加载与卸载曲线不重合3、卸载后曲线不回到原点4、部件的实际刚度比按实际估算的小刀具误差包括刀具的制造误差、安装误差和磨损毛坯误差部分的反映在工件上的现象叫做“误差复映”为了减少套筒因夹紧变形造成的加工误差，可采用开口过渡环或采用圆弧面卡爪夹紧，使夹紧力均匀分布。残余应力产生的原因：毛坯制造和热处理过程中产生的残余应力、冷校直带来的残余应力（结果上部外层产生残余拉应力，上部里层产生残余压应力；下部外层产生残余压应力，下部里层产生残余拉应力）、切削加工带来的残余应力。减小残余应力的措施：增加时效处理工序、合理安排工艺过程、合理设计零件结构工艺系统的热源：切削热、摩擦热、环境温度及辐射等机床热变形主要表现在：主轴部件、导轨、床身、立柱、工作台部件上。在顺序加工一批工件中，如果加工误差的大小和方向都保持不变，或者按一定规律变化，则称为系统误差。系统误差分为常值误差和变值误差。加工原理误差、机床的制造误差、系统静力变形等引起的加工误差均与加工时间无关，其大小和方向在一次调整中也基本不变属于常值误差。机床、刀具和夹具等在热平衡前的热变形误差以及刀具的磨损等，随加工过程而有规律的变化，由此产生的加工误差称为变值误差在顺序加工的一批工件中，如果加工误差的大小和方向呈不规则的变化，则称为随机误差。定位误差、夹紧误差、多次调整的误差、残余应力引起的工件变形误差等都属于随机误差。分布曲线分析法的应用：判别加工误差性质、确定工序能力及其等级、估算合格品率或不合格品率影响加工表面粗糙度的因素主要有：几何因素、物理因素、机械加工震动切削速度对冷硬程度的影响是力因素和热因素综合作用的结果。当切削速度增大时，刀具与工件的作用时间减少，使塑性变形的扩展深度减小，因而有减小冷硬程度的趋势。但切削速度增大时，切削热在工件表面上的作用时间也缩短了，又有使冷硬程度增加的趋势。砂轮对表面粗糙度的影响：砂轮粒度、砂轮硬度、砂轮组织、砂轮磨粒材料、砂轮修整磨削加工表面冷却硬化的因素：a，工件材料性能的影响b，磨削用量的影响c砂轮的影响。为什么提高砂轮的速度能降低磨削表面的粗糙度值，而提高工件速度却得到相反的结果？答：砂轮的速度越高，单位时间内通过被磨表面的磨粒就越多，因而工件表面的粗糙度值就越小，另一方面，砂轮的速度越高，就有可能使表面塑性变形的传播速度小于切削速度，工件材料来不及变形，致使表层金属的塑性变形减小，磨削表面粗糙度值也会减小；工件速度对表面粗糙度的影响则与砂轮速度的影响相反，增大工件速度时，单位时间内通过被磨表面的磨粒数减少，表面粗糙度值将增加。在相同条件下为什么切削铜材料比切削钢材料得到工件加工硬化现象轻？答：因为铜导热性好，熔点低易回复。工件材料的苏醒越大，冷硬倾向越大，冷硬程度也越严重。碳钢中含碳量越大，强度越高，其塑性越小。非铁合金材料的熔点越低，易回复，冷作硬化现象比钢材轻得多。怎样分析工件表面的残余应力状态？答：塑性大的材料，切削加工后表面层一半产生残余拉应力；脆性材料如铸铁，切削时由于后到面的挤压与摩擦，表面层产生残余压应力。在一般的磨削过程中，若热因素起主导作用，工件表面将产生拉伸残余应力。若塑性变形起主导作用，工件表面将产生压缩残余应力。为什么说同时提高砂轮速度既能降低工件表面粗糙度减少烧伤，又能提高生产率？答：砂轮的速度越高，单位时间内通过被磨表面的磨粒就越多，因而工件表面的粗糙度值就越小，另一方面，砂轮的速度越高，就有可能使表面塑性变形的传播速度小于切削速度，工件材料来不及变形，致使表层金属的塑性变形减小，磨削表面粗糙度值也会减小。磨削深度ap对磨削温度影响很大，从减轻烧伤的角度考虑，ap不易过大，平磨时，加大横向进给量有助于减轻烧伤。加大工件回转速度Vw,磨削表面的温度升高，但其增长速度与磨削深度ap的影响相比小得多；且Vw越大，热量越不容易传入工件内层，具有减少烧伤层深度的作用。但增大工件速度Vw会使表面粗糙度增大，为了弥补这一缺陷，可以相应提高砂轮速度Vs。实践证明，同时提高砂轮速度Vs和工件速度Vw，可以避免烧伤。从减轻烧伤而同时又尽可能地保持较高的生产率考虑，在选择磨削用量时，应选用较大的工件速度Vw和较小的磨削深度ap.影响切削层表面残余应力的因素：切削用量，刀具角度和工件材料在一般的磨削过程中，若热因素起