18第十八章 机械制造工艺过程概述

1第十八章机械制造工艺过程概述2本章重点讨论如何根据零件结构、技术要求、生产批量和生产条件选择毛坯材料，并制定经济可行的加工方案。制定零件机械加工工艺方案时要考虑和解决的主要问题典型零件的加工工艺过程分析3机械制造工艺过程的基本概念几个基本概念生产过程工艺过程机械加工工艺过程工艺规程4机械制造过程是将原材料转变为成品的全过程，也就是产品生产过程，它分为工艺过程和辅助过程两部分。生产过程包括原材料购买、运输、管理、生产准备、毛坯制造、机械加工、热处理、检验、装配、试车、油漆、包装等。工艺过程是指改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性能等，使其变为成品或半成品的过程。例如，铸造、锻压、焊接、热处理、机械加工、装配等，均属于工艺过程。采用机械加工方法直接改变毛坯的形状、尺寸和表面质量，使之成为产品零件，则此过程称为机械加工工艺过程。辅助过程是指与原材料改变为成品间接有关的过程，如运输、保管、检验、设备维修、购销等。5第一节毛坯材料及其加工方法的选择6机械零件毛坯的选择机械零件制造：毛坯成形切削加工毛坯选择影响：制造质量使用性能生产周期制造成本机械零件在机器中的作用7一、零件毛坯的类型机械零件毛坯的选择毛坯类型铸件锻件冲压件焊接件轧材成形特点液态下成形塑性变形塑性变形永久性连接同锻件结构特征复杂简单轻巧、复杂轻巧简单工艺性要求流动性好，收缩率低塑性好，变形抗力小塑性好，变形抗力小强度高，塑性好同锻件常用材料铸铁、铸钢、铝合金等中碳钢及合金结构钢等低碳钢、有色金属薄板低碳钢、低合金钢等碳钢、合金结构钢等组织特征晶粒粗大、疏松晶粒细小、致密拉深时流线有变化接头组织不均匀同锻件机械性能较差好好降低较好材料利用率高低高较高较低生产周期长短/长长较短短生产成本较低较高较低中——应用举例机架、床身轴、齿轮油箱、车身，船体丝杠、螺栓8机械零件毛坯的选择二、毛坯材料选择的一般原则材料的实用性形状精度尺寸精度表面质量材料的工艺性制造成本——消耗的燃料和动力费、工资、设备费用等成分、组织力学性能物理性能、化学性能外部质量内部质量材料的经济性材料购置费用—包括材料本身的价格、运费等9机械零件毛坯的选择二、零件毛坯成型方法的选择铸造,是用来获得箱体类、支座类及大型零件（如大型齿轮、机床床身等）、结构复杂零件的毛坯。锻造，是用于获得结构比较简单、工作应力较大的零件毛坯,如重载荷作用下的轴类、齿轮类、凸轮、杆等。焊接，是用来制造一些结构复杂、受力较大的箱体类、支座类零件，当生产批量不大，或采用铸造方法不能满足其力学性能要求时，常用焊接方式来获得毛坯。直接从型材上截取，对于轴类、中小型齿轮类及盘类、板类零件，也可直接从型材上截取一部分材料来充当其毛坯。10第二节材料的合理使用一、铸铁与钢的合理使用铸铁在耐磨性、减震性等方面优于钢，几何形状复杂，中空的壳体零件、汽缸盖、汽缸体、变速箱体等多采用铸铁制造。钢在强度、塑性、韧性等方面均优于铸铁，故轴类、齿轮类及其它在重载荷下工作的零件或构件多采用钢材制造。11二、碳钢、低合金钢和合金钢的合理使用碳钢价格低廉，在使用性能能够满足要求的前提下应优先选用碳钢，尽量不采用合金钢。如下列情况下尽量选择碳钢：（1）小截面零件（2）在退火或正火状态下使用的零件（3）承受纯弯曲或纯扭转的零件当零件尺寸较大，载荷复杂，碳钢不能满足使用要求时，再选择合金钢。12三、非全属材料的合理使用非金属材料具有多种特殊的性能，对于载荷不大，有特殊性能要求的零件可考虑选择塑料、橡胶、陶瓷等非金属材料。13第三节典型零件选材实例14机械零件毛坯的选择一、齿轮类零件的选材齿轮毛坯应用材料热处理及工艺锻件机床齿轮45，40Cr调质处理，轮齿高频淬火+低温回火汽车齿轮20CrMnTi轮齿渗碳处理，淬火+低温回火圆钢小齿轮（d100）（单件,小批量）45调质处理铸件大齿轮（d500）ZG35QT600-2调质处理受力小，低速齿轮HT200仪器仪表齿轮ZL108压力铸造冲压件仪器仪表齿轮08，1015机械零件毛坯的选择二、轴杆类零件的选材功用:主要起支承传动件和传递转矩的作用。16机械零件毛坯的选择传动轴、机床主轴、丝杠、光杠、曲轴、偏心轴、凸轮轴等轴类毛坯应用材料热处理及工艺锻件机床主轴45，40Cr调质处理，轴颈高频淬火高速柴油机曲轴38CrMoAl调质处理，轴颈氮化铸件解放汽车柴油机曲轴QT600-2轴颈高频淬火锻焊结合件汽车排气阀45，4Cr9Si2分段锻造，粗加工，对焊铸焊结合件万吨水压机立柱（80t）ZG35分段铸造，粗加工，电渣焊拼焊17机械零件毛坯的选择3、机架、箱体类零件MB2000版辊磨床18机械零件毛坯的选择3、机架、箱体类零件特点：结构复杂，重量从几千克到数十吨，工作条件相差很大。箱体毛坯应用性能及特点材料铸铁件机床床身，齿轮箱，阀体，泵体具有较好的刚度和减振性HT200铸钢件重型水压机横梁，大型轧钢机机架可承受重载荷及冲击载荷ZG35,必须进行退火或正火铝合金铸件航空发动机箱体摩托车发动机箱体仪表罩壳受力不大，自重轻，导热性好ZL105ZL108焊接件(单件,小批量)版辊磨床床身形状简单，可承受较大应力Q23519四、常用工具的选材硬度和耐磨性强度和韧性热硬性（红硬性）工艺性经济性20刀具材料的类型切削部分工具钢碳素工具钢：（典型牌号：T10A、T12A)60~64HRC；200~250℃；切削速度：V10m/min合金工具钢：（典型牌号：9SiCr、CrWMn)；60HRC以上；300~350℃；切削速度：提高10％～40％。高速钢硬质合金涂层刀具其它刀具材料陶瓷超硬刀具材料金刚石立方氮化硼（CBN）刀杆部分普通碳钢或合金钢（如45、40Cr）合金工具钢（如9CrSi、GCr15）21高速钢总的性能特点冲击韧性好、热处理变形小、能锻造、能磨出锋利的刃口等；硬度62~66HRC；耐热600℃应用结构复杂的成形刀具常见类型通用型高速钢（主要牌号：W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2、W9Mo3Cr4V）高生产率高速钢粉末冶金高速钢22硬质合金总体性能硬度：HRA89～94，相当于HRC74～81；热硬性：800～1000℃、切削速度：比高速钢提高4～10倍；但较脆，抗弯强度低，韧性也很低；主要制作刃形简单，速度较高的刀具。23第四节机械加工工艺过程的概述工序划分工序的关键工步安装工位多工位加工的好处走刀一、工艺过程的组成24二、生产类型生产纲领年产量生产类型企业生产的专业化程度单件生产成批生产大量生产不同生产类型具备不同的工艺特征所用设备所用夹具所用刀量具毛坯的制造方法和加工余量工艺规程的详细程度对工人的要求25第五节工件的安装与定位基准一、安装方式工件的安装方式有两种：一种是利用夹具来进行安装；另一种是找正安装。26二、基准的种类基准是指用来确定生产对象上几何要素间的几何关系所依据的那些点、线、面。根据基准的作用不同，可将基准分为设计基准和工艺基准两大类。27三、基准的选择粗基准在最初的工序中，工件只能选择未经加工的毛坯表面作定位基准，这种基准称为粗基准。精基准采用经过加工的表面作为定位基准，称之为精基准28粗基准的选择非加工表面原则如果首先必须保证工件上加工表面与不加工表面之间的位置要求，则应选择工件上的不加工表面为粗基准。余量最小原则重要表面原则不重复使用原则大而平原则29精基准的选择“基准重合”原则“基准统一”原则“自为基准”原则“互为基准”原则30举例分析技术要求定位方案1-化线不加工表面定位，画下加工面、φ20H7的孔中心线以底面和φ20H7的孔定位，画凹槽加工线以底面和φ20H7的孔定位画φ12H8的孔的中心线2-粗、精铣底面和凹槽侧面以画线找正3-粗、精镗φ20H7的孔以底面和凹槽侧面定位4-钻、扩、铰φ12H8的孔底面和凹槽定位底面和φ20H7的孔定位31第六节机械加工工艺路线的制定一、遵循原则1.基准先行的原则加工前应先将定位基准加工出来，前道工序必须为后道工序准备好定位基准。2.粗精分开的原则粗加工时由于切除的余量较大，切削力和切削热所引起的变形也较大，对于零件上具有较高精度要求的表面，在全部粗加工完成后再进行精加工才能保证质量。32二、工艺阶段的划分大多数零件的加工工艺阶段可分为四个：（1）毛坯制造（2）粗加工（3）半精加工（4）精加工个别有些特殊要求的零件表面还需进行光整加工33三、辅助工序的安排辅助工序指检验、去毛刺、清洗等。检验：在工序前和后都要进行检验。去毛刺：工序后。清洗：工序后，入库前。34四、零件加工工艺路线举例（以轴类零件为例）轴类零件结构特点和主要技术要求功用、组成表面、常见类型主要表面及主要技术要求轴类材料、毛坯和热处理中碳钢、40Cr、20Cr、20CrMnTi、38CrMoAlA棒料、锻件正火或退火、调质、淬火35以一个7级精度，表面粗糙度Ra0.8~0.4μm的一般传动轴为例，其典型工艺路线为：毛坯制造（或下料）—正火（或退火）—车端面钻中心孔—粗车各表面—精车各表面—铣花键（或键槽）—热处理—修研中心孔—粗磨外圆—精磨外圆主要工艺问题定位基准确定加工方法选择加工阶段划分工序分散或集中程度的确定