工业生产过程10机械加工工艺规程设计(中)

2014-10-28工业生产过程机械加工工艺规程设计（中）ZZQ2014-10-28本节课内容：拟定机械加工工艺路线的相关问题。各种非传统加工方法和新工艺、新技术。毛坯和定位基准的选择。2014-10-28今天的课程学完后，预期学习结果：熟悉拟定机械加工工艺路线的各相关问题；了解确定机床设备和工艺装备时的要求；了解各种常见非传统加工方法以及新工艺、新技术；了解零件毛坯的种类与选择；了解毛坯图的要求；掌握定位基准中粗基准和精基准的定义及其选择原则。2014-10-28CDIO相关能力在今天课程中的培养：应用基础科学知识与工程基础知识，实行工程推理和解决问题的能力；通过对机械加工工艺过程和工艺规程各相关问题的了解，理解系统思维的方法，了解企业目标和计划，提高在企业和社会环境中，完成设计实施过程、零件制造过程和实施过程管理的各种具体能力；通过对各种常见非传统加工方法以及新工艺、新技术的了解，思考如何立足于现代工程师世界；对各项学习任务进行合理的时间安排，有效高质量地完成。2014-10-28平面的加工路线2014-10-28宽刀精刨2014-10-28刮削2014-10-28三块平板对研(或对刮)2014-10-28平面研磨2014-10-28喷丸成形2014-10-28滚轧成形2014-10-28加工阶段的划分为保证加工质量和合理地使用资源，对零件上精度要求较高的表面，应划分加工阶段来加工，即先安排所有表面的粗加工，再安排半精加工和精加工，必要时安排光整加工。（1）粗加工阶段主要任务是尽快切去各表面上的大部分加工余量，要求生产率高，可用大功率、刚度好的机床和较大的切削用量进行加工。（2）半精加工阶段在粗加工的基础上，可完成一些次要表面的终加工，同时为主要表面的精加工准备好基准。（3）精加工阶段保证达到零件的图纸要求，此阶段的主要目标是保证加工质量。（4）光整加工阶段对于质量要求很高（IT6级以上，表面粗糙度Ra0.2μm以下）的表面，还应增加光整加工阶段，以进一步提高尺寸精度和减小表面粗糙度。2014-10-28注意:2014-10-28机械加工工序顺序安排2014-10-28机械加工工序顺序安排零件的加工顺序包括机械加工工序顺序、热处理先后顺序及辅助工序。在拟定工艺路线时，工艺人员要全面地把三者一起加以考虑。机械加工工序顺序的安排原则零件上需要加工的表面很多，往往不是一次加工就能达到要求。表面的加工顺序对基准的选择及加工精度有很大的影响，在安排加工顺序时一般应遵循以下原则：2014-10-28机械加工工序顺序安排基准先行——同一方向上，若已有表面在前面工序被加工，则选作定位基准的表面，必须是已加工的表面，即从第二道工序开始就必须用精基准作主要定位面。所以，前工序必须为后工序准备好基准。先粗后精——指先安排各表面的粗加工，后安排半精加工、精加工和光整加工。从而逐步提高被加工表面的精度和表面质量。2014-10-28机械加工工序顺序安排先主后次——指先安排主要表面的加工，再安排次要表面的加工。次要表面的加工可适当穿插在主要表面的加工工序之间进行。当次要表面与主要表面之间有位置精度要求时，必须将其加工安排在主要表面的加工之后。先面后孔——当零件上有平面（或大的圆柱面等）和孔要加工时，应先加工面，再加工孔。这样，不仅孔的精度容易保证，还不会使刀具引偏。对于箱体类零件尤为重要。2014-10-28热处理等工序的安排2014-10-28热处理工序的安排在制订工艺路线时，应根据零件的技术要求和材料的性质，合理地安排热处理工序。按照热处理的目的，分为预备热处理和最终热处理。预备热处理正火和退火——在粗加工前通常安排退火或正火处理，消除毛坯制造时产生的内应力，稳定金属组织和改善金属的切削性能。调质——淬火后高温回火。经调质的钢材，可得到较好的综合力学性能。时效处理——主要目的是消除毛坯制造和机械加工中产生的内应力。2014-10-28热处理工序的安排最终热处理：淬火——提高零件的硬度和耐磨性。零件淬火后，会出现变形，所以淬火工序应安排在半精加工后精加工前进行，以便在精加工中纠正其变形。渗碳淬火——对于用低碳钢和低碳合金钢制造的零件，为使零件表面获得较高的硬度及良好的耐磨性，常用渗碳淬火的方法提高表面硬度。渗碳淬火容易产生变形，应安排在半精加工和精加工之间进行。渗氮——向零件的表面渗入氮原子的过程。渗氮不仅可以提高零件表面的硬度和耐磨性，还可提高疲劳强度和耐腐蚀性。渗氮层很薄且较脆，故渗氮处理安排尽量靠后，另外，为控制渗氮时变形，应安排去应力处理。渗氮后的零件最多再进行精磨或研磨。表面处理（表面镀层和氧化）——提高零件的抗腐蚀性和耐磨性，并使表面美观。通常安排在工艺路线最后。2014-10-28辅助工序的安排辅助工序包括检验、去毛刺、清洗、防锈、去磁、平衡等。其中检验工序是主要的辅助工序，对保证加工质量，防止继续加工前道工序中产生的废品，起着重要的作用。除了在加工中各工序操作者自检外，在粗加工阶段结束后、关键工序前后、送往外车间加工前后、全部加工结束后，一般均应安排检验工序。零件机械加工的一般工艺路线为：毛坯制造→退火或正火→主要表面的粗加工→次要表面加工→调质（或时效）→主要表面的半精加工→次要表面加工→淬火（或渗碳淬火）→修基准→主要表面的精加工→表面处理。2014-10-28工序集中与工序分散工序集中是将零件的加工集中在少数几道工序内完成，每一工序的加工内容比较多。其特点是便于采用高生产率的专用设备和工艺装备，减少了工件的装夹次数，缩短了辅助时间，可有效地提高劳动生产率；由于工序数目少、工艺路线短，便于制订生产计划和生产组织；使用的设备数量少，减少了操作工人和车间面积；由于在一次装夹中可以加工出较多的表面，有利于保证这些表面间相互位置精度。工序集中时所需设备和工艺装备结构复杂，调整和维修困难，投资大、生产准备工作量大且周期长，不利于转产。2014-10-28工序集中与工序分散工序分散与工序集中正好相反。拟定工艺路线时，应根据零件的生产类型、产品本身的结构特点、零件的技术要求等来确定采用工序集中还是分散。一般批量较小或采用数控机床、多刀、多轴机床、各种高效组合机床和自动机床加工加工时，常用工序集中原则。而大批量生产时，常采用工序分散的原则。2014-10-28工序集中2014-10-28工序分散2014-10-28机床及工艺装备的选择机床设备的选择机床设备的选择应做到四个适应：即所选机床设备的尺寸规格应与工件的形体尺寸相适应；机床精度等级应与本工序加工要求相适应；电动机功率应与本工序加工所需功率相适应；机床设备的自动化程度和生产效率应与工件生产类型相适应。工艺装备的选择工艺装备（夹具、刀具、辅具、量具和工位器具等简称工装）是产品制造过程中所用各种工具的总称。工艺装备的选择应根据零件的精度要求、结构尺寸、生产类型、加工条件、生产率等合理选用。2014-10-28常见非传统加工方法电火花加工电火花线切割加工电化学加工（电解、电铸）激光加工电子束、离子束加工超声加工机械设计制造及其自动化专业在高年级还将开出一门选修的专业课：“特种加工”，具体介绍各种“特种”即非传统的机械加工方法。2014-10-28激光切割激光能切割的材料除金属外，还有塑料、木材、纸张、橡胶、皮革、陶瓷、混凝土、纤维以及复合材料等。切割效果：割缝宽度0.2~0.3mm；热影响区宽度0.04~0.06mm；割缝形状平行；切割速度快，设备费很高；运转费低。激光切割适合多品种小批量生产。在激光切割机上配以数控工作台，可切割复杂形状的产品。2014-10-28用聚焦离子束进行单晶硅三维纳米制造聚焦离子束加工所获得的多级结构AFM图像2014-10-28新工艺、新技术快速原型制造技术微机械的制造技术高速切削技术快速原型制造技术和微机械的制造技术在专业选修课：“特种加工”中将进一步具体介绍。高速切削技术在前面（第八次课）中已具体介绍。2014-10-28快速原型制造应用实例发动机用连杆快速模具的开发制作：某厂通过制作连杆RP模型，采用石墨电极整体成型技术制作连杆石墨电极，通过电火花加工制造连杆钢模具。制作生产周期为3周。2014-10-28零件毛坯的种类零件是由毛坯按照其技术要求经过各种加工而最后形成的。毛坯选择的正确与否，不仅影响产品质量，而且对制造成本也有很大的影响。因此，正确地选择毛坯有着重大的技术经济意义。毛坯的种类毛坯的种类很多，同一种毛坯又有多种制造方法。机械制造中常用的毛坯有以下几种:铸件形状复杂的毛坯，宜用铸件作毛坯。根据铸造方法不同可分为：1）砂型铸造2）离心铸造3）压力铸造4）精密铸造2014-10-28零件毛坯的种类锻件机械强度要求高的钢制件，一般要用锻件毛坯。锻件有自由锻造锻件和模锻件两种。自由锻造锻件是在锻锤或压力机上用手工操作而成形的锻件。它的精度低，加工余大，生产率也低，适于单件小批生产及大型锻件。型材型材按截面形状可分为：圆钢、方钢、六角钢、扁钢、角钢、槽钢及其他特殊截面的型材，有冷拉和热轧两种。热轧的精度低，价格较冷拉的便宜，用于一般零件的毛坯。冷拉钢尺寸较小，精度高，易于实现自动送料，但价格贵，多用于批量较大在自动机床上进行加工的情况。2014-10-28零件毛坯的种类焊接件将型钢或钢板，焊接成所需的结构，适于单件小批生产中制造大型毛坯，其优点是制造简便，周期短，毛坯重量轻；缺点是焊接件抗振性差，由于内应力重新分布引起的变形大，因此在进行机械加工前需经时效处理。冲压件在冲床上用冲模将板料冲制而成。冲压件的尺寸精度高，可以不再进行加工或只进行精加工,生产效率高。适于批量较大而零件厚度较小的中小型零件。2014-10-28零件毛坯的种类冷挤压件在压力机上通过挤压模挤压而成。生产效率高。冷挤压毛坯精度高，表面粗糙度值小，可以不再进行机械加工。但要求材料塑性好，主要为有色金属和塑性好的钢材。适于大批量生产中制造形状简单的小型零件。如仪表上和航空发动机中的小型零件。粉末冶金以金属粉末为原料，在压力机上通过模具压制成型后经高温烧结而成。生产效率高，零件精度高，表面粗糙度值小，一般可不再进行精加工，但金属粉末成本较高，适于大批大量生产中压制形状较简单的小型零件。2014-10-28毛坯的选择毛坯的种类和制造方法对零件的加工质量、生产率、材料消耗及加工成本都有影响。提高毛坯精度，可减少机械加工的劳动量，提高材料利用率，降低机械加工成本，但毛坯制造成本增加，两者是相互矛盾的。选择毛坯应综合考虑下列因素:零件的材料及对力学性能的要求当零件的材料确定后，毛坯的类型也就大致确定了。零件的结构形状与外形尺寸钢质的一般用途的阶梯轴，如台阶直径相差不大，可用棒料；若台阶直径相差大，则宜用锻件，以节约材料和减少机械加工工作量。2014-10-28毛坯的选择生产类型大批大量生产时，应选毛坯精度和生产率都高的先进的毛坯制造方法，使毛坯的形状、尺寸尽量接近零件的形状、尺寸，以节约材料，减少机械加工工作量，由此而节约的费用会远远超出毛坯制造所增加的费用，获得好的经济效益。生产条件选择毛坯时，应考虑现有生产条件，如现有毛坯的制造水平和设备情况，外协的可能性等。考虑新工艺、新技术和新材料随着毛坯制造专业化生产的发展，目前毛坯制造方面的新工艺、新技术和新材料的应用越来越多，如精铸、精锻、冷轧、冷挤压、粉末冶金和工程塑料的应用日益广泛，这些方法可大大减少机械加工量，节约材料，有十分显著的经济效益，我们在选择毛坯时，应于充分考虑，在可能的条件下，尽量采用。2014-10-28实例2009年全国大学生工程训练综合能力竞赛要求设计两个机械加工工艺规程，分别针对单件小批量生产和大批大量生产。我校参赛队在针对大批大量生产的机械加工工艺规程中选用精铸新工艺生产毛坯，大大简化了工艺规程设计的工作量，完成了似乎不可能完成的任务。2