第十一章工艺过程的基本知识pptConvertor.docx
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第十一章工艺过程的基本知识pptConvertor
第一节机械加工工艺基本概念
第二节零件加工工艺分析
第三节毛坯的选择
第四节工艺规程的拟定
第五节典型零件加工工艺过程分析
第十一章工艺过程的基本知识
1
一、生产过程和工艺过程
生产过程——由原材料制成各种零件,并装配成机器的全部过程。
包括:
运输、保管、生产准备、毛坯制造、机械加工、装配、检验、试车、油漆、包装等。
工艺过程——生产过程中,直接改变原材料的形状、尺寸和性能,使之变为成品的过程。
工艺过程是由若干道工序组成。
第一节机械加工工艺基本概念
2
二、机械加工工艺过程的组成
机械加工工艺过程——由若干个顺次排列的工序组成。
工序——一个(或一组)工人,在一个工作地点(或一台机床上),对同一个零件(或一组零件)进行加工所连续完成的那部分工艺过程。
工序是组成工艺过程的基本单元。
划分工序的主要依据是:
工作地点(或机床)是否改变
加工是否连续
3
4
工序号
工序内容
设备
1
车端面,打中心孔
车床
2
车两外圆及倒角
车床
3
铣键槽,去毛刺
铣床
大批量生产的工艺过程
单件小批生产的工艺过程
工序号
工序内容
设备
1
铣端面,打中心孔
铣端面打中心孔机床
2
车大外圆及倒角
车床
3
车小外圆及倒角
车床
4
铣键槽
铣床
5
去毛刺
钳工台
5
2.工位——工件在机床上占据每一个位置所完成的加工。
为了减少工件的安装次数,
提高生产效率,常采用多
工位夹具或多轴(或多工
位)机床,使工件在一次
安装后先后经过若干个不
同位置顺次进行加工。
1.安装——工件在一次装夹中所完成的内部分工序。
安装次数增多,会增加辅助时间和安装误差。
6
3.工步——指在加工表面、刀具和切削速度和进给量均保持
不变的情况下完成的部分内容。
有时为提高生产率,常用几把刀具同时分别加工几
个表面,该工步称为复合工步。
7
4.走刀——刀具在加工表面上切削一次所完成的内容。
工序、安装、工位、工步和走刀之间的关系如下:
8
第二节零件加工工艺分析
在满足使用要求的前提下,设计的结构和规定的技术要求必须能适应相应制造工艺的水平,是生产过程便于实现并能保证在其经济性。
一、零件的结构工艺性
1.结构工艺性——指设计的结构在具体的生产条件下便于制造,可采用最有效的工艺方法的可能性。
9
2.示例
1.减少切削加工量
序号
改进前
改进后
说明
1
铸出凸台,以减少切去金属的体积
2
将中间部位多粗镗一些,减少精镗长度
3
如只有一小段有公差要求,则可设计成阶梯形,以减少磨削面积
10
2.工件要便于安装
序号
改进前
改进后
说明
1
为了安装方便,在零件上设计了工艺凸台,可在精加工后切除
2
增加夹紧边缘或夹紧孔
3
改进后,工件与卡爪的接触面积增大,安装较易
11
减少工件的安装次数
序号
改进前
改进后
说明
1
改进后只需一次安装
2
改为通孔,可减少安装次数,保证孔的同轴度
3
原设计须从两端进行加工,改进后可省去一次安装
12
3.工件要便于加工
序号
改进前
改进后
说明
1
箱体上同一轴线各孔:
应都是通孔,无台阶,孔径向同一方向递减(也可以从两边向中间递减),端面在同一平面上
2
不通孔或阶梯孔的孔底形状,应与钻头形状相符
3
槽的形状(直角、圆角)和尺寸应与立铣刀形状相符
13
加工时要便于进刀和退刀
序号
改进前
改进后
说明
1
对车到头的螺纹,应设计出退刀槽
2
磨削时,各表面间的过渡部位,应设计出越程槽
14
序号
改进前
改进后
说明
3
孔内中断的键槽,应设退刀孔或退刀槽
4
双联齿轮中间必须留有让刀槽
15
简化零件的形状并避免内表面加工
序号
改进前
改进后
说明
1
把阶梯孔改成简单的孔,减少了加工的劳动量
2
由于采用了轴套,箱体零件内端面不与齿轮端面接触,可以不加工
16
提高钻头的刚性和寿命
序号
改进前
改进后
说明
1
设计出工艺孔,便于选用标准钻头和攻丝工具
2
孔的位置应使标准钻头能够加工,应尽量避免用加长钻头
3
避免在曲面或斜壁上钻孔,以免钻头单边切削
17
四、提高切削效率
采用标准刀具和减少刀具种类的例子
序号
改进前
改进后
说明
1
轴的沉割槽或键槽的形状与宽度应尽量一致
2
精车时,轴上的过渡圆角应尽量一致
18
减少刀具的调整数及空程时间
序号
改进前
改进后
说明
1
被加工表面应尽量设计在同一平面上
2
锥度相同,只需作一次调整
3
改进后,可减少刀具的空程时间,并提高了工件的刚度,可采用较大的切削用量加工
19
便于加工和测量
20
21
轴承盖结构的改进
22
外加工面代替内加工面
23
薄壁套增设凸缘
床身导轨增设加强肋
24
二、定位基准的选择
(一)基准的概念
基准——是确定零件上某些点、线、面位置时所依据的那些点、线、面(或者说是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)
25
(二)基准的分类
1.设计基准——零件图上用以确定其它点、线、面位置的基准
2.工艺基准——零件加工、测量、装配过程中采用的基准
(1)定位基准——加工时用以确定零件在机床夹具中的正确位置所采用的基准。
(2)工序基准——用以标定被加工表面位置(或者说确定某加工精度)的基准。
26
(3)测量基准——用以测量已加工表面尺寸和位置的基准。
(4)装配基准——装配时用以确定零件在机器中位置的基准。
说明:
基准有的是轮廓要素,可直接接触;有的是中心要素,不可触摸,常由某些具体存在的基面来体现。
27
(三)定位基准的选择原则
1.粗基准的选择(保证加工余量,保证非加工面符合要求)
选有技术要求、加工余量小的重要非加工表面作为粗基准;
选加工余量要求均匀的表面作粗基准;
选余量和精度要求最小的表面作粗基准;
选表面光洁、平整、夹持稳定的面作粗基准;
粗基准不能重复使用。
28
不加工面作
粗基准可使内外圆柱面同轴
29
可保证本工序的所有加工面相对粗基准的位置精度!
30
31
2.精基准的选择(减少误差,提高定位精度):
基准重合原则:
即选择设计基准作为定位基准。
基准统一原则:
即采用同一基准加工尽可能多的表面。
32
自为基准原则:
即精加工某些余量小而均匀的重要表面时,以其自身作为基准。
互为基准原则:
即加工位置精度要求高的两表面时,以二表面互相作为基准,反复进行加工。
准确可靠原则:
即保证定位准确,夹紧可靠,设计简单,操作方便。
33
选K面作精基准符合基准重合原则
本工序要加工D孔,其设计基准是K面。
选M面作精基准,会产生基准不重合误差!
选H面作精基准,会产生基准不重合误差!
34
选择毛坯的基本任务:
选定毛坯的制造方法及其制造精度。
毛坯的种类:
铸件、锻件、冲压件、压制件、型材、焊接件。
第三节毛坯的选择
35
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
一、零件毛坯的类型
36
1、毛坯选择的原则
保证零件的使用要求
形状精度
尺寸精度
表面质量
降低制造成本
制造成本——材料费、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
二、毛坯选择的原则和依据
37
2、毛坯选择的依据
(1)零件的用途和工作条件
(2)零件的结构、形状与外形尺寸
(3)生产批量
(4)生产条件(设备、人员、技术水平、管理水平等)
(5)充分考虑利用新技术、新工艺、新材料的可能性
38
毛坯分类:
轴杆类、盘套类、机架、箱体类
三、常用机械零件毛坯分类及制造方法
39
1、轴杆类零件
(1)功用:
主要起支承传动件和传递转矩的作用。
40
(2)零件分类:
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
41
2、盘套类零件
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(d<100)(单件,小批量)
45
调质处理
铸件
大齿轮(d>500)
ZG35
QT600-2
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
08,10
42
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
ZL105
ZL108
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
Q235
43
第四节工艺规程的拟定
工艺规程——是规定产品或零部件机械加工工艺过程和操作方法等的技术文件。
主要内容
44
一、表面加工方法的选择
根据技术要求确定加工方案以及分几次加工
考虑材料的性质
考虑生产类型
考虑本厂的现有设备及技术条件
考虑工件的形状、重量、物理特性
作加工经济精度和经济粗糙度分析
45
二、加工阶段的划分
工艺过程的四个加工阶段:
粗加工阶段——切除各表面大部分余量;考虑劳动效率。
半精加工阶段——完成次要表面的加工;为精加工作准备。
精加工阶段——保证达到图纸要求。
光整阶段——提高尺寸精度,降低粗糙度。
46
划分加工阶段应考虑的因素:
保证加工质量
粗加工切削力、切削热、夹紧力、变形都大,不可能达到高精度
合理利用机床设备
合理安排热处理和检验工序
及时发现毛坯缺陷,及时修补或报废
47
三、加工顺序的安排
(一)切削加工安排顺序四原则:
基准先行(便于定位)
先粗后精(防止变形)
先主后次(加工方便)
先面后孔(保证孔的位置精度)
48
(二)热处理工序的安排:
预备热处理:
目的:
改善切削性能,为最终热处理作好准备和消除内应力。
退火,正火,调质,时效处理。
最终热处理:
目的:
提高力学性能。
调质,淬火,渗碳淬火,碳氮共渗,渗氮。
49
检验是主要的辅助工序,一般安排在:
粗加工之后,精加工之前
重要工序前后
零件转换车间前后
特殊性能检验前(如磁力探伤)
零件全部加工完毕,入库之前
(三)辅助工序的安排:
包括:
检验、去毛刺、倒棱、清洗、防锈、表面强化、退磁、平衡等。
50
四、工序的集中与分散
工序集中——即将工件的加工,集中在少数
几道工序内完成。
工序分散——即将工件的加工,分散在较多
的工序内完成。
51
工序集中的特点是:
(1)可减少工件装夹次数,易保证位置精度;
(2)工序数少,减少了设备数量、操作工人和
生产面积;
(3)可采用高效专用设备、工艺装备,提高加
工精度和生产率;
(4)设备的一次性投资大、工艺装备复杂。
52
工序分散的特点是:
(1)设备、工装比较简单,调整、维护方便,
生产准备工作量少。
(2)每道工序的加工内容少,便于选择最合理
的切削用量,对操作工人的技术水平要求
不高。
(3)工序数多,设备数量多、操作人员多、占
用生产面积大。
53
五、设备与工艺装备的选择
(一)设备的选择
工序集中时,应选高效自动加工设备;
工序分散时,应选简易设备;
机床精度与工件精度应相适应;
机床规格与工件的外形尺寸应相适应;
应与现有加工条件相适应。
54
(二)工艺装备的选择
1.夹具的选择
单件、小批生产采用通用夹具和附件
大批、大量生产应采用专用高效夹具
多品种、小批量可采用可调夹具或成组夹具
55
2.刀具的选择
优先选用标准刀具
机械(工序)集中时,应采用高效专用夹具、复合刀具、多刃刀具
刀具类型、规格、精度等级应符合加工要求
3.量具的选择
单件、小批生产采用通用量具
大批、大量生产应采用极限量规和高效专用检验量仪
量具精度必须与加工精度相适应
56
六、工艺文件的编制
一般按照生产类型编制工艺卡。
1.机械加工工艺过程卡片——适合单件小批生产。
2.机械加工工序卡片——用于大批量生产。
3.机械加工工艺(综合)卡片——适合于成批生产。
57
58
59
60
七、加工余量及工序尺寸的确定
(一)加工余量的确定
加工余量——加工时从加工表面切去的金属层厚度。
工序余量——指某一表面在一道工序中切除的金属层厚度。
61
1.工序余量的计算
工序余量等于前后两道工序尺寸之差。
旋转表面的加工余量为对称的双边余量。
工序余量确定方法——估算法、查表法、计算法。
62
双边余量
外圆表面2Zb=da-db,内圆表面2Zb=Db-Da
单边余量:
Zb=la-lb
单边余量和双边余量
63
工序尺寸公差一般按“入体原则”标注
Zmax=la–(lb–Tb)=Zb+Tb
Zmin=(la–Ta)–lb=Zb–Ta
Zmax、Zmin为最大、最小工序余量。
工序余量变动范围
Tz=Zmax–Zmin
=Tb+Ta
Ta、Tb为上道工序、本道工序公差。
工序余量又分为公称余量Zb、最大余量Zmax、最小余量Zmin
对于被包容面,本工序的公称余量:
Zb=la-lb
64
对于包容尺寸(孔径、槽宽),下偏差为0,其最小尺寸就是基本尺寸,本工序的公称余量Zb=lb-la
Zmax=(lb+Tb)–la=Zb+Tb
Zmin=lb–(la+Ta)=Zb–Ta
工序余量变动范围
Tz=Zmax–Zmin
=Tb+Ta
65
2.工序尺寸及其公差的确定
1)工艺基准与设计基准重合
同一表面经多次加工达到图纸尺寸要求,其中间工序
尺寸根据零件图尺寸加上或减去工序余量即可得到,
即从最后一道工序向前推算,得出相应的工序尺寸,
一直推算到毛坯尺寸。
2)工艺基准与设计基准不重合
必须通过工艺尺寸的计算才能得到。
66
67
尺寸链:
由相互联系、按一定顺序首尾相接排
列的尺寸封闭图。
根据用途不同分为工艺尺寸链和装配尺寸链。
工艺尺寸链:
是由单个零件在工艺过程中有关尺寸形成的;
装配尺寸链:
指机器在装配过程中由相关零件的尺寸或相互位置关系所组成的尺寸链。
3.工艺尺寸的计算
68
(1)极值法解工艺尺寸链
1)工艺尺寸链的基本概念
A1和A2是在加工过程中直接获得,尺寸A0是间接保证的,
A1、A2和A0构成一个封闭的尺寸组,都叫尺寸链的环。
组成环:
加工过程中直接获得的尺寸如A1、A2是组成环;
封闭环:
间接获得的尺寸A0称为封闭环;
增环:
它增大将使封闭环随之增大的组成环如A2叫增环;
减环:
它增大反使封闭环随之减小的组成环如A1叫减环。
69
尺寸链计算的关键:
正确画出尺寸链图,找出封闭环,确定增环和减环
①作尺寸链图按照加工顺序依次画出各工序尺寸及零件
图中要求的尺寸,形成一个封闭的图形。
②找封闭环根据工艺过程,找出间接保证的尺寸A0为
封闭环。
③确定增环和减环可用以下简便的方法得到:
从封闭环开始,给每一个环画出箭头,最后再回到封
闭环,像电流一样形成回路。
凡箭头方向与封闭环方
向相反者为增环(如A2),箭头方向与封闭环方向相
同者为减环(如A1)。
70
2)尺寸链的基本计算公式
用极值法解尺寸链的基本计算公式如下:
a)封闭环的基本尺寸等于增环的基本尺寸之和减去减环
的基本尺寸之和,即
b)封闭环的最大极限尺寸等于增环最大极限尺寸之和减
去减环最小极限尺寸之和,即
c)封闭环的最小极限尺寸等于增环最小极限尺寸之和减
去减环最大极限尺寸之和,即
71
d)封闭环的上偏差等于增环上偏差之和减去减环下偏差之
和,即
e)封闭环的下偏差等于增环下偏差之和减去减环上偏差之
和,即
f)封闭环的公差等于组成环公差之和,即
72
封闭环的公差比任何一个组成环的公差都大,应尽量选
择最不重要的尺寸作封闭环;
为减小封闭环公差,应尽量减少组成环数及其公差。
计算尺寸链时,常遇到两种类型的问题:
1)已知全部组成环的极限尺寸,求封闭环基本尺寸及
公差,称为“正计算”,结果唯一。
2)已知封闭环的极限尺寸,求一个或几个组成环的极
限尺寸,称为“反计算”。
通常在制定工艺规程时,
由于基准不重合而需要进行的尺寸换算属于这类计
算,结果不唯一,需优化计算。
73
例:
如图活塞上加工销孔,要求保证尺寸A0,设计基准
为活塞顶面。
为加工方便常用B面定位,按工序尺
寸A1加工销孔。
试确定工序尺寸A1及其公差。
(3)几种工艺尺寸链的分析与计算
1)定位基准与设计基准不重合的尺寸换算
解:
①作出尺寸链图;②按照加工顺序确定封闭环A0;
③画箭头分出增环A2和减环A1;
④进行尺寸链计算
A1的基本尺寸A0=A2-A199=155-A1得A1=56mm
验算封闭环公差T0=T1+T2T0<T2修正T2=0.063
A1上偏差EIA0=EIA2–ESA1ESA1=(-0.063)-(-0.087)=0.024
A1下偏差ESA0=ESA2–EIA1EIA1=0–0=0
故工序尺寸A1为:
A1=56+0.024mm
0
74
2)一次加工满足多个设计尺寸要求时工序尺寸
及公差的计算
解:
①作出尺寸链图;②按照加工顺序确定封闭环A0;
③画箭头分出增环A1、A3和减环A2;
④中间工序尺寸A1的计算
A1基本尺寸A0=A1+A3-A243.3=A1+20–19.8得A1=43.1
验算公差T0=T1+T3+T2T1=0.2–0.031–0.0195=0.1495
A1上偏差0.2=ESA1+0.0195–0ESA1=0.2–0.0195=0.1805
A1下偏差0=EIA1+0–0.031EIA1=0.031
故插键槽时的工序尺寸A1=43.1+0.1805
+0.031
75
3)保证渗碳或渗氮层深度的工序尺寸及公差的计算
解:
①作出尺寸链图;②按照加工顺序确定封闭环A0;
③画箭头分出增环A1、t和减环A2;
76
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