機械制造工藝學(xué) 第3版 課件 模塊一 機械加工工藝規(guī)程+6工藝路線的擬定

機械制造工藝學(xué)機械制造工藝課程組圖1-1所示為一支架套零件，結(jié)構(gòu)特點和技術(shù)要求如下：內(nèi)孔尺寸精度分別為

mm和

mm，表面粗糙度Ra分別為0.10?和0.40?，因轉(zhuǎn)動要求精度較高，所以兩孔的圓度要求很高，均為0.0015mm，同軸度為0.002mm，

孔內(nèi)安放滾針軸承的滾針及儀器主軸頸，同時該支架套的外圓和內(nèi)孔均有臺階，并有徑向孔需要加工。試制定該零件的機械加工工藝文件。任務(wù)模塊一工藝路線的擬定一、加工方法的選擇(一)經(jīng)濟精度與經(jīng)濟表面粗糙度在正常的加工條件下（使用符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備、工藝裝備和標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)等級的工人、合理的工時定額）所能達到的加工精度和表面粗糙度。任何一種加工方法的加工精度與加工成本之間有如圖所示關(guān)系。各種加工方法的大致加工精度加工方法公差等級（IT）01012345678910111213141516研磨珩圓磨平磨金剛石車金剛石鏜拉削鉸孔車鏜銑刨、插鉆孔各種加工方法所能達到的表面粗糙度（μm）加工方法Ra值加工方法Ra值車削外圓：粗車半精車精車細車＞10~80＞2.5~10＞1.25~10＞0.16~1.25刨削：粗刨精刨細刨（光整加工）槽的表面＞5~20＞1.25~10＞0.16~1.25＞2.5~10車削端面：粗車半精車精車細車＞5~20＞2.5~10＞1.25~10＞0.32~1.25插削：拉削：精拉細拉推削：精推細推＞2.5~20＞0.32~2.5＞0.08~0.32＞0.16~1.25＞0.02~0.63車削割槽和切斷：一次行程二次行程＞10~20＞2.5~10螺紋加工：用板牙、絲錐、自動張開板牙頭車工或梳刀車、銑磨螺紋研磨搓絲模搓螺紋滾絲模滾螺紋＞0.63~5＞0.63~10＞0.16~1.25＞0.04~1.25＞0.63~2.5＞0.16~2.5鏜孔：粗鏜半精鏜精鏜細鏜（金剛鏜床鏜孔）＞10~80＞2.5~10＞1.25~10＞0.16~1.25鉆孔＞1.25~20加工方法Ra值加工方法Ra值鉸孔：一次鉸孔：鋼黃銅二次鉸孔（精鉸）：鑄鐵鋼、輕合金黃銅、青銅細鉸：鋼輕合金黃銅，青銅＞2.5~10＞1.25~10＞0.63~5＞0.63~2.5＞0.32~1.25＞0.16~1.25＞0.32~1.25＞0.08~0.32齒輪及花鍵加工：粗滾精滾精插精刨拉剃齒磨齒研齒＞1.25~5＞0.63~2.5＞0.63~2.5＞0.63~5＞1.25~5＞0.16~1.25＞0.08~1.25＞0.16~0.63外圓及內(nèi)圓磨削：半精磨（一次加工）精磨細磨鏡面磨削平面磨削：精磨細磨珩磨：粗珩（一次加工）精珩超精加工：精細鏡面的（兩次加工）拋光：精拋光細（鏡面）拋光砂帶拋光電拋光＞0.63~10＞0.16~1.25＞0.08~1.25＞0.01~0.08＞0.16~5＞0.04~0.32＞0.16~1.25＞0.02~0.32＞0.08~1.25＞0.04~0.16＞0.01~0.04＞0.08~1.25＞0.02~0.16＞0.08~0.32＞0.01~2.5擴孔：粗擴（有毛面）精擴＞5~20＞1.25~10锪孔，倒角＞1.25~5銑削：圓柱銑刀粗銑精銑細銑端銑刀粗銑精銑細銑高速銑削粗銑精銑＞2.5~20＞0.63~5＞0.32~1.25＞2.5~20＞0.32~5＞0.16~1.25＞0.63~2.5＞0.16~0.637

典型表面加工路線研磨IT5Ra0.008~0.32超精加工IT5Ra0.01~0.32砂帶磨IT5Ra0.01～0.16精密磨削IT5Ra0.008~0.08拋光Ra0.008~1.25金剛石車IT5～6Ra0.02~1.25滾壓IT6～7Ra0.16~1.25精磨IT6～7Ra0.16~1.25精車IT7～8Ra1.25～5粗磨IT8～9Ra1.25～10半精車IT10～11Ra2.5～12.5粗車IT12～13Ra10～80圖外圓表面的典型加工工藝路線8

圖孔的典型加工工藝路線珩磨IT5～6Ra0.04~1.25研磨IT5～6Ra0.008~0.63粗鏜IT12～13Ra5～20鉆IT10～13Ra5～80半精鏜IT10～11Ra2.5～10粗拉IT9～10Ra1.25～5擴IT9～13Ra1.25~40精鏜IT7～9Ra0.63～5粗磨IT9～11Ra1.25～10精拉IT7～9Ra0.16~0.63推IT6～8Ra0.08~1.25餃IT6～9Ra0.32~10金剛鏜IT5～7Ra0.16~1.25精磨IT7～8Ra0.08~0.63滾壓IT6～8Ra0.01~1.25手餃IT5Ra0.08~1.259圖平面典型加工工藝路線拋光Ra0.008?1.25研磨IT5～6Ra0.008?0.63精密磨IT5～6Ra0.04?0.32半精銑IT8～11Ra2.5?10精銑IT6～8Ra0.63～5高速精銑IT6～7Ra0.16?1.25導(dǎo)軌磨IT6Ra0.16?1.25精磨IT6～8Ra0.16?1.25寬刀精刨IT6Ra0.16?1.25粗磨IT8～10Ra1.25?10精刨IT6～8Ra0.63～5半精刨IT8～11Ra2.5～10半精車IT8～11Ra2.5～10粗銑IT11～13Ra5～20粗刨IT11～13Ra5～20砂帶磨IT5～6Ra0.01?0.32金剛石車IT6Ra0.02?1.25刮研Ra0.04?1.25精車IT6～8Ra1.25～5粗車IT12～13Ra10～80精拉IT6～9Ra0.32～2.5粗拉IT10～11Ra5～20(二)平面輪廓和曲面輪廓加工方法的選擇1)平面輪廓常用的加工方法有數(shù)控銑、線切割及磨削等。如圖1-34a所示的內(nèi)平面輪廓，當(dāng)曲率半徑較小時，可采用數(shù)控線切割方法加工。對圖1-34b所示的外平面輪廓，可采用數(shù)控銑削方法加工，常用粗銑—精銑方案，也可采用數(shù)控線切割方法加工。2)立體曲面加工方法主要是數(shù)控銑削，多用球頭銑刀，以“行切法”加工，如圖1-35所示。圖1-35立體曲面的行切法加工圖1-34平面輪廓類工件a)內(nèi)平面輪廓b)外平面輪廓（三)選擇加工方法時考慮的因素(1)選擇相應(yīng)能獲得經(jīng)濟精度的加工方法。(2)工件材料的性質(zhì)。(3)工件的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸大小。(4)結(jié)合生產(chǎn)類型考慮生產(chǎn)率與經(jīng)濟性。選擇表面加工方法時的注意事項：（1）加工方法選擇的步驟總是首先確定被加工零件主要表面的最終加工方法，然后依次向前選定各預(yù)備工序的加工方法。（2）在被加工零件各表面加工方法分別初步選定以后、還應(yīng)綜合專慮為保證各加工表面位置精度要求而采取的工藝措施。（3）熟悉和掌握這些典型表面各種加工方案。二、加工階段的劃分為保證加工質(zhì)量和合理地使用設(shè)備、人力，工件的加工過程通常按工序性質(zhì)不同，可分為粗加工、半精加工、精加工和光整加工四個階段。(1)粗加工階段其任務(wù)是切除毛坯上大部分多余的金屬，使毛坯在形狀和尺寸上接近成品，主要目標(biāo)是提高生產(chǎn)率。(2)半精加工階段其任務(wù)是使主要表面達到一定的精度，留有一定的精加工余量，為主要表面的精加工(如精車、精磨)做好準(zhǔn)備，并可完成一些次要表面加工，如擴孔、攻螺紋、銑鍵槽等。(3)精加工階段其任務(wù)是保證各主要表面達到規(guī)定的尺寸精度和表面粗糙度要求，主要目標(biāo)是全面保證加工質(zhì)量。(4)光整加工階段對工件上精度和表面粗糙度要求很高(IT6級以上，表面粗糙度Ra為0.2μm以下)的表面，需進行光整加工，其主要目標(biāo)是提高尺寸精度、減小表面粗糙度，但一般不用來提高位置精度。劃分加工階段的目的：（1）利于保證加工質(zhì)量（2）便于合理使用設(shè)備（3）便于安排熱處理工序（4）便于及時發(fā)現(xiàn)毛坯缺陷對加工質(zhì)量要求不高、工件剛性好、毛坯精度高、加工余量小、生產(chǎn)綱領(lǐng)不大時，可不必劃分加工階段。對剛性好的重型工件，由于裝夾及運輸很費時，也常在一次裝夾下完成全部粗、精加工。對于不劃分加工階段的工件，為減少粗加工中產(chǎn)生的各種變形對加工質(zhì)量的影響，在粗加工后，松開夾緊機構(gòu)，停留一段時間，讓工件充分變形，然后再用較小的夾緊力重新夾緊，進行精加工。三、工序的劃分(一)工序劃分的原則工序的劃分可以采用兩種不同原則，即工序集中原則和工序分散原則。工序集中就是將工件的加工集中在少數(shù)幾道工序內(nèi)完成,每道工序的加工內(nèi)容較多。工序分散就是將工件的加工分散在較多的工序內(nèi)進行,每道工序的加工內(nèi)容較少,有些工序只包含一個工步。(二)工序劃分方法工序集中與工序分散各有利弊,應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)類型、現(xiàn)有生產(chǎn)條件、企業(yè)能力、工件結(jié)構(gòu)特點和技術(shù)要求等進行綜合分析。在數(shù)控機床上加工的工件，一般按工序集中原則劃分工序，劃分方法如下。(1)按所用刀具劃分即以同一把刀具完成的那一部分工藝過程為一道工序。(2)按安裝次數(shù)劃分即以一次安裝完成的那一部分工藝過程為一道工序。(3)按粗、精加工劃分即粗加工中完成的那一部分工藝過程為一道工序，精加工中完成的那一部分工藝過程為一道工序。(4)按加工部位劃分即以完成相同型面的那一部分工藝過程為一道工序，對于加工表面多而復(fù)雜的工件，可按其結(jié)構(gòu)特點(如內(nèi)形、外形、曲面和平面等)劃分成多道工序。四、加工順序的安排工件的加工工序通常包括切削加工工序、熱處理工序和輔助工序(包括表面處理、清洗和檢驗等)。(一)切削加工工序的安排1）基面先行2）先粗后精3）先主后次4）先面后孔5）就近不就遠(二)熱處理工序的安排熱處理的目的是提高材料的力學(xué)性能，消除殘余應(yīng)力和改善金屬的加工性能。常用的熱處理工藝有退火、正火、調(diào)質(zhì)、時效、淬火、回火、滲碳淬火和滲氮等。按照熱處理的不同目的，上述熱處理工藝可分為兩類，即預(yù)備熱處理和最終熱處理。(1)預(yù)備熱處理

預(yù)備熱處理的目的是改善加工性能、消除內(nèi)應(yīng)力和為最終熱處理準(zhǔn)備良好的金相組織。預(yù)備熱處理工藝有退火、正火、時效、調(diào)質(zhì)等。1)退火和正火。退火和正火用于經(jīng)過熱加工的毛坯。碳的質(zhì)量分數(shù)大于0.5%的碳鋼和合金鋼，為降低金屬的硬度易于切削，常采用退火處理；碳的質(zhì)量分數(shù)低于0.5%的碳鋼和合金鋼，為避免硬度過低切削時粘刀而采用正火處理。退火和正火尚能細化晶粒，均勻組織，為以后的熱處理做好準(zhǔn)備。退火和正火常安排在毛坯制造之后，粗加工之前進行。2)時效處理

時效處理主要用于消除毛坯制造和機械加工過程中所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，最好安排在粗加工之后、半精加工之前進行。為了避免過多的運輸工作量，對于精度要求不太高的工件，一般在粗加工之前安排一次時效處理即可。但對于高精度的復(fù)雜鑄件(如坐標(biāo)鏜床的箱體等)，應(yīng)安排兩次時效工序，即鑄造—粗加工—時效—半精加工—時效—精加工。簡單鑄件一般可不進行時效處理。除鑄件外，對于一些剛性差的精密工件(如精密絲杠)，為消除加工中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定工件的加工精度，常在粗加工、半精加工、精加工之間安排多次時效處理。有些軸類工件加工在校直工序后也要求安排時效處理。3)調(diào)質(zhì)

調(diào)質(zhì)即在淬火后進行高溫回火處理。它能獲得均勻細致的索氏體組織，為以后的表面淬火和滲氮處理時減少變形做好組織準(zhǔn)備，因此調(diào)質(zhì)可以作為預(yù)備熱處理。由于調(diào)質(zhì)后工件的綜合力學(xué)性能較好，對某些硬度和耐磨性要求不高的工件，也可以作為最終熱處理工序。調(diào)質(zhì)處理常安排在粗加工之后，半精加工之前進行。(2)最終熱處理

最終熱處理的目的是提高工件材料的硬度、耐磨性和強度等力學(xué)性能。最終熱處理工藝包括淬火、滲碳淬火、滲氮等。1)淬火

淬火分為整體淬火和表面淬火兩種，其中表面淬火因為變形、氧化及脫碳較小而應(yīng)用較多，而且表面淬火還具有外部硬度高，耐磨性好而內(nèi)部保持良好的韌性，抗沖擊能力強的優(yōu)點。為提高表面淬火工件心部的力學(xué)性能和獲得細馬氏體的表層組織，常需預(yù)先進行調(diào)質(zhì)及正火處理。一般工藝路線為下料—鍛造—正火(退火)—粗加工—調(diào)質(zhì)—半精加工—表面淬火—精加工。2)滲碳淬火

滲碳淬火適用于低碳鋼和低合金鋼，其目的是先使工件表層含碳量增加，經(jīng)淬火后使表層獲得高的硬度和耐磨性，而心部仍然保持一定的強度和較高的韌性和塑性。滲碳處理分局部滲碳和整體滲碳兩種。局部滲碳時對不滲碳部分要采取防滲措施(鍍銅或涂防滲材料)。由于滲碳淬火變形大，且滲碳層深度一般為0.5~2mm之間，所以滲碳工序一般安排在半精加工與精加工之間。一般工藝路線為下料—鍛造—正火—粗、半精加工—滲碳