热能与动力机械制造工艺学

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,热能与动力机械制造工艺学,第,1,章 金属切削过程的基本知识,1.1,基本定义,金属切削过程,刀具从工件上切除多余的金属材料，使工件获得规定的,加工精度,与,表面质量,的过程。,加工精度,：尺寸、形状、位置精度。,表面质量,：表面粗糙度、表面层的物理机械性能。,切削运动,工件与刀具之间的相对运动（完成切削过程所需要 的）,机械加工系统,：机床、夹具、工件、刀具。,1.1.1,切削运动与切削用量,待加工表面,：工件上即将被切去金属层的表面（面积由大小）,加工表面,：切削刃正在切削着的表面。 （待加工表面,加工表面,已加工表面）。,已加工表面,：刀具切削后在工件上形成的新表面（面积由小大）。,图,1,.1,车削时的表面与切削运动,分析图,1.2,中三种加工方法中的三个表面,图,1.2,刨、钻、铣削加工,1.1.,1.1,切削运动,切削运动,分类：,按运动形式分：,直线运动、回转运动。,按运动在切削加工中的作用分：,主运动,、,进给运动,。,(1),主运动,切削金属所必须的最主要的运动。,只有一个，且速度最快、消耗机床功率最多。,刀具与工件之间主要的相对运动。,使刀具切削刃及其邻近的刀具表面切入工件材料。,使被切削层转变为切屑，从而形成工件的新表面。,切削运动中，主运动,速度最高,，,消耗功率最多,。,主运动,方向,切削刃上选定点相对于工件的瞬时主运动方向。,切削速度,V,c,切削刃上选定点相对于工件的主运动的瞬时速度。,(2),进给运动,使新的金属不断投入切削的运动。,有一个或多个，可为连续运动或间歇运动。,机床进给运刀具与工件之间附加的相对运动。,配合主运动依次地或连续不断地切除切屑。,可由刀具完成,车削、工件完成,铣削,可以是间歇的,刨削、连续的,车削,进给运动,方向,切削刃上选定点相对于工件的瞬时进给方向。,进给速度,V,f,切削刃上选定点相对于工件的进给运动的瞬时速度,(3),合成运动与合成运动速度,合成运动,刀具切削刃上某一点相对工件的运动。,主运动和进给运动合成的运动称为合成切削运动。,合成运动,=,主运动,+,进给运动。,合成切削速度：,图,1.3,合成切削速度,刨削：,主运动,刨刀的直线运动,进给运动,工件移动,钻削：,主运动,钻头旋转,进给运动,钻头轴向移动,插齿：,主运动,插齿刀上下运动,进给运动,工件分度运动等,车外圆：,主运动,工件高速旋转,进给运动,车刀轴向运动,磨外圆：,主运动,砂轮旋转,进给运动,工件转动，砂轮轴向移动,铣平面：,主运动,铣刀旋转,进给运动,工件移动,镗孔：,主运动,刀具旋转（绕工件轴线）,进给运动,刀具径向移动,1.1.1.2,切削用量三要素,：,V,c,、,f,、,a,p,(1),切削速度,V,c,切削加工时，切削刃上,选定点,相对于工件主运动的速度,(,主运动的线速度,),。,选定点,不同点，,V,c,可能不同,(,取,Max,V,c,),。,主运动为回转运动时：,回目录页,(2),进给速度、进给量和每齿进给量,进给速度,V,f,切削加工时，切削刃上,选定点,相对于工件进给运动的速度，或单位时间的进给量,(mm/s,或,mm/min),。,进给量,f,主运动每回转一周或每一行程时工件和刀具沿进给运动方向的相对位移,(mm/r,或,mm/,双行程,),。,每齿进给量,f,z,每一个刀齿的进给量,(,即后一个刀齿相对前一个刀齿的进给量，,mm/z),。,进给速度,V,f,、,进给量,f,、每齿进给量,f,z,之间的关系,回目录页,图,1.4,周铣和端铣,(3),背吃刀量,a,p,(,切削深度,),定义在垂直于主运动方向和进给运动方向的工作平面内测量的刀具切削刃与工件切削表面的接触长度,(mm),。,对车削、刨削，背吃刀量,a,p,等于工件上已加工表面和待加工表面间的垂直距离。,车削时的背吃刀量,a,p,钻削（盲孔）时的背吃刀量,a,p,回目录页,(4),切削时间,t,m,切削时间是反映切削效率高低的一种指标,车外圆时切削时间,t,m,可由下式计算,l,刀具行程长度,A,半长方向加工余量,提高切削用理,a,p,、,f,、,V,f,中任何一个要素，都可缩短切削时间，提高生产效率。,图,1.5,车削外圆切削时间,(5),金属切除率,Q,Z,在金属切削过程中，切削用量三要素选配的大小，将影响切削效率的高低，通常用三要素的乘积作为衡量指标，称为材料切除率；,每分钟切下工件材料的体积；,是衡量切削效率高低的另一种指标。,（,mm,3,/min,）,1.1.2,刀具切削部分的基本定义,1.1.2.1,刀具切削部分的构造要素,刀具切削部分的基本形态：外圆车刀的切削部分,前刀面,Ar,：切屑流过的表面,后刀面,:,主后刀面,A,：,与工件上加工表面相对的刀具表面。,副后刀面：与工件上已加工表面相对的刀具表面,。,切削刃：,主切削刃,前刀面与主后刀面相交的锋边,切削刃,前刀面与副后刀面相交的锋边,。,刀尖,主、副切削刃相交的交点或一小段切削刃,。,回目录页,外圆车刀构造,回目录页,图,1.6,外圆车刀切削部分构成,回目录页,1.1.2.2,刀具标注角度的参考系,刀具,工作角度,刀具在使用状态下的角度,(,与工件和具体切削运动有关）。,刀具,标注角度,刀具处于尚未使用状态下的角度,(,刀具与工件和切削运动的关系尚未确定，即在假设的运动条件和刀具安装条件下确定的刀具角度）。,假设运动条件：只考虑主运动影响，而不考虑进给运动影响。,假设安装条件：刀具标注角度的参考系的诸平面与刀具上便于,制造、刃磨和测量时定位与调整,的,平面或轴线,。,车刀底面、车刀刀杆轴线、铣刀和钻头的轴线等,刀具标注角度的用途：,刀具的设计、制造、刃磨、测量用。,回目录页,刀具标注角度的参考系组成,(1),基面,P,r,通过切削刃上某,选定点,，垂直于,假定主运动方向,的平面。,图,1.7,车刀的基面,图,1.8,钻头的基面,回目录页,(2),切削平面,P,s,通过切削刃上某,选定点,，,与,主切削刃相切,，并,垂直于基面,P,r,的平面,(,与工件上的加工表面相切的平面,),，即由主切削刃与切削速度方向构成的平面。,图,1.9 主剖面与法剖面参考系,图,1.10,进给、背平面参考系,回目录页,(3),主剖面,P,o,和,主剖面参考系,主剖面,P,o,通过切削刃上某,选定点,，,并与主切削刃在基面,P,r,上的投影相垂直,的平面,(P,o,同时垂直于,P,r,和,P,s,),。,主剖面参考系,:,由,P,r,、,P,s,和,P,o,构成的正交参考系。,图,1.9 主剖面与法剖面参考系,回目录页,(4),法剖面,P,n,和,法剖面参考系,法剖面,Pn,通过切削刃上某,选定点,，,且垂直于切削刃,的平面。,法剖面参考系,:,由,Pr,、,Ps,和,Pn,构成的参考系,(Pn,不一定垂直于,Pr),。,图,1.9 主剖面与法剖面参考系,回目录页,(5),进给剖面,P,f,和,背平面,P,p,及其组成的,进给、背平面参考系,进给剖面,P,f,通过切削刃上某,选定点,，,平行于进给运动方向并垂直于基面,P,r,的平面。,背平面,P,p,通过切削刃上某,选定点,，,同时垂直于基面,P,r,和,P,f,的平面。,进给、背平面参考系,:,由,P,r,、,P,f,和,P,p,构成的正交参考系。,图,1.10 进给、背平面参考系,回目录页,1.1.2.4,刀具的标注角度,刀具的标注角度,在刀具标注角度参考系中确定的刀具切削刃和刀面的方位角度。,主剖面参考系,(P,r,、,P,s,、,P,o,),里的标注角度及其定义：,前角,o,在主剖面,P,o,中测量的前刀面与基面,P,r,之间的夹角。它表征了前刀面的倾斜程度,（“,+”,、“,0”,、“,-”,）,，,副刃前角,后角,o,在主剖面,P,o,中测量的后刀面与切削平面,P,s,之间的夹角。它表征了主后刀面的倾斜程度,（“,+”,）,，,副刃后角,主偏角,r,在基面,P,r,中测量的主切削刃与进给运动方向的夹角,（“,+”,）,，,副偏角,刃倾角,s,在切削平面,P,s,中测量的主切削刃与基面,P,r,之间的夹角。它表征了主切削刃的倾斜程度,（“,+”,、“,0”,、“,-”,）,，,副刃倾角,(,o,，,s,) =,前刀面,的方位,(,r,，,o,) =,后刀面,的方位,(,r,，,s,) =,主切削刃,的方位,与,副切削刃,及其相关前、后刀面关联的角度：,o,、,o,、,r,、,s,外圆车刀,独立的标注角度,：,o,、,o,、,r,、,s,、,o,、,r,。,三个刀面、两条刀刃、六个独立角度,回目录页,刀具角度标注实例,刀具的派生角度,：,楔角,o,在主剖面,P,o,中测量的前刀面与后刀面之间的夹角,刀尖角,r,在基面,P,r,中测量的主切削刃与副切削刃之间的夹角。,o,=90-(,o,+ ,o,),r,=180-(,r,+ ,r,),图,1.11 主剖面系标注的刀具角度,图,1.11 主剖面系标注的刀具角度,图,1.12 刀具角度大小,1.1.2.3,刀具工作角度的参考系,刀具工作角度的参考系,同时考虑主运动和进给运动的影响，即用合成切削运动方向,v,e,取代主运动方向,v,c,，并考虑刀具实际安装位置所确定的参考系。,(1),实际基面,P,re,通过切削刃上某,选定点,，,垂直于合成切削运动方向,v,e,的平面。,(2),实际切削平面,P,se,通过切削刃上某,选定点,，,并与工件上的实际加工表面相切的平面,。,(3),实际主剖面,P,oe,通过切削刃上某,选定点,，同时垂直于,P,re,和,P,se,的平面。,刀具的工作角度,由刀具工作角度参考系,(P,re,、,P,se,、,P,oe,),所确定的刀具角度。,分析图,1.1,3,的刀具工作角度,oe,及其对加工的影响。,图,1.13 刀具的工作角度,1.1.4,刀具工作角度,同时考虑主运动和进给运动（合成运动）,考虑刀具的实际安装情况。,v,f,=,oe,(,oe,有可能变为负值,),回目录页,图,1.14横向进给运动对工作角度的影响,（,2,）,纵车,(,车螺纹或丝杠,),在工件,进给剖面内的工作角度为,：,fe,f,+,fe,f,合成切削速度角,。,上述角度变化换算至主剖面内，有,：,oe,o,+,0,oe,o,0,式中,回目录页,图,1.15外圆车刀的工作角度,1.1.4.2,刀具安装对工作角度的影响,（,1,）,刀尖安装高低,对工作角度的影响,回目录页,图,1.16 刀尖安装高低对工作角度的影响,由图,1.1,6,可以看出：在刀具背平面内，有,式中,换算至工作主剖面内，有：,式中,符号规定：当刀尖,高于,工件中心时，取上方符号；,当刀尖,低于,工件中心时，取下方符号。,注意：,镗孔,时，符号规定与外圆车削,相反,。,回目录页,（,2,）,刀杆安装倾斜对工作角度的影响,当车刀刀杆与进给运动方向不垂直（如车圆锥面）时，,G,进给运动方向的垂线与车刀刀杆中心线间的夹角。,符号规定：,当刀杆中心线向进给运动反方向倾斜时，取上方符号；,反之，取下方符号。,回目录页,图,1.17 刀杆中心线不垂直于进给方向,思考题：,1,、,在正交平面参考系内绘出切断、镗孔时刀具的标注角度。,2,、,举例说明工作角度和标注角度有何区别和联系？,1.1.5,切削层参数与切削形式,1.1.5.1,切削层,切削层,刀具正在切削的材料（金属）层。,在基面,P,r,内观察和测量切削层形状和尺寸。,切削层参数：,(1),切削厚度,h,D,垂直于加工表面度量的切削层尺寸。,外圆纵车,(,s,0),时：,(2),切削宽度,b,D,沿加工表面度量的切削层尺寸。,外圆纵车,(,s,0),时：,回目录页,图,1.18 外圆纵车时切削层的参数,图,1.,19,可见：当,a,p,、,f,一定时，,r,=h,D,、,b,D,。,当主切削刃为曲线时，不同点的,h,D,也不同（图,1.2,0）,。,回目录页,图,1.19,r,不同时,h,D,、,b,D,的变化,图,1.20 曲线切削刃工作时的,h,D,、,b,D,(3),切削面积,A,D,(,名义切削面积,),切削层在基面,Pr,的尺寸。,对车削：,实际切削面积,名义切削面积残余面积,残余面积,当,r,0,时，经过刀具切削后残留在已加工表面上的,不平部分,（,ABE,）的剖面面积。,回目录页,图,1.21 残余面积,1.1.5.2,切削形式,(1),正切削与斜切削（图,1.2,2,）,正切削,(,直角切削,),切削刃垂直于合成切削运动方向的切削形式,(,s,=,0),。,斜切削,(,斜角切削,),切削刃不垂直于合成切削运动方向的切削形式,(,s,0),。,(2),自由切削与非自由切削,自由切削,只有直线形主切削刃参与切削工作，而副切削刃不 参与切削工作的切削形式。,非自由切削,曲线形主切削刃或主、副切削刃都参与切削工作的切削形式。,回目录页,图,1.22 正切削与斜切削,回目录页,1.2,刀具材料,刀具材料,是指刀具切削部分的材料（承受切削压力、切削温度、摩擦、振动）。刀具材料影响：,（1）,切削加工生产率,（2）,刀具耐用度,（3）,刀具消耗和加工,（4）,加工精度和表面质量,1.2.1,刀具材料应具备的性能,（,1,）,高的,硬度和耐磨性,：,H,刀具,H,工件,常温硬度,HRC62,。,耐磨性,抵抗磨损的能力。取决于硬质点的硬度、数量、大小、分布状况。,（,2,）,足够的,强度和韧性,：以抵抗切削力冲击和振动。,（,3,）,高的,耐热性,（热稳定性）,耐热性（红硬性）,刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度和韧性的能力。,（,4,）,良好的,工艺性,刀具材料的可加工性（切削加工性、铸造性、锻造性、焊接、热处理性能）,=,便于制造。,（,5,）,良好的,经济性,（性价比高、本国资源、单件成本与多件效益）,（,6,）,可,预测性,（适应自动化或柔性制造）。,回目录页,1.2.2,常用的刀具材料,碳素工具钢,(T10A,、,T12A),、合金工具钢,(9SiCr,、,CrWMn,等,),、,高速钢、硬质合金,、陶瓷、,CBN,、金刚石等。,1.2.2.1,高速钢,加入较多,钨、钼、铬、钒,等合金元素的高合金工具钢。,高速钢的特点,：,较高的热稳定性,：切削温度高达,500-650,，与碳素工具钢，合金工具钢相比，切削速度提高,1-3,倍，耐用度提高,10-40,倍，可加工有色金属至高温合金（范围广）。,高强度，韧性,：抗弯强度为硬质合金的,2-3,倍数，是陶瓷的,5-6,倍，韧性比它们高几十倍。,一定的硬度,（,HRC63-70,）,：耐磨性好，适合各类切削刀具的要求，也可用于在刚性较差的机床上加工。,刀具制造工艺简单,：能锻造，制作形状复杂刀具，大型成型刀具（如钻头、丝锥、成型刀具、拉刀、齿轮刀具。,材料性能较硬质合金和陶瓷稳定，在自动机床上使用可靠。,高速钢的,分类,按,用途,：,通用型高速钢、高性能,高速钢。,按,制造工艺,：,熔炼高速钢、粉末冶金,高速钢。,1,、,通用型高速钢,（普通）：分钨钢，钨钼钢两类,(1),钨钢：,W18Cr4V,（,1841,）,此牌号国内普遍使用，性能稳定，刃磨、热处理工艺控制较方便，国外钨价高，很少使用。,简称：,W18(18%,、,4% Cr,、,1%V),综合性能好，,600,，,HRC48.5,，,用以制造,各种复杂刀具,。,优点：,1),淬火时过热倾向,小,。,2,）,含钒,少,，磨加工性好。,3,）,碳化物含量,高,，塑性变形抗力较大。,缺点：,1,）,碳化物分布,不均匀,，剩余碳化物颗粒大,（,最大,30m,），,影响薄刃刀具或小截面刀具的耐用度。,2,）,强度和韧性显得,不够,，,30mm,棒料,，抗弯强度,33.5GPa,而,6080mm,棒料，抗弯强度为,22.3GPa,，对小截面刀具，此时强度，韧性才较满意。,3,）,热塑性,差,，很难用作热成形法制造的刀具（如热轧钻头）。,（,2,）,钨钼钢,在钨钢中用,钼取代部分钨,而得到的高速钢。,典型牌号：,W6Mo5Cr4V2,（,6,W,、,5%Mo,、,4%Cr,、,2,V,），,简称,M2,。,优点：,1,）,合金元素,少,，,减少了碳化物数量分布不均匀性,，有利于提高高温塑性、抗弯强度、冲击韧性，抗弯强度比,W18,高,1015,%,，韧性高,5060%,。,2,）,可加大截面刀具，可做尺寸较大，承受冲击力较大的刀具。,缺点：,淬火温度范围窄，脱碳，过热敏感性大，主要用于,热轧刀具,（麻花钻）,回目录页,2,、,高性能高速钢：,在通用型高速钢中再增加,C,、,V,、,Co,、,Al,等元素。,耐热性好,(,在,630,650,时,HRC60),高热稳定性高速钢,典型牌号：,9W18Cr4V,(,高碳高速钢,):,C, =,强度 ，韧性,。,W6MoCr4V3(,高钒高速钢,): V =,磨加工性,。,W6MoCr4V2Co8,(,钴高速钢,):,Co =,成本 。,W2Mo9Cr4VCo8(,超硬高速钢,),:,V =,磨加工性, ，,Co =,成本,。,比通用型高速钢具有更,好的切削性能,，适合于,奥氏体不锈钢、高温合金、钛合金和高强度钢等难加工材料的加工,。,3,、,粉末冶金高速钢：,采用粉末冶金方法，得到细小均匀 的碳化物组织,=,机械性能。,性能：,强度和韧性高,强度是熔炼高速钢的,2,倍，韧性是其,2.5,倍;磨加工性好;物理机械性能各向同性好，淬火变形小。耐磨性好：,20,30,。,用途：,适合于制造切削难加工材料的刀具、大尺寸刀具,(,如滚刀等,),、精密刀具、复杂刀具、高压动载荷下使用的刀具等。,高速钢的表面处理与涂层,（,1,）,表面化学处理,：提高刀具的切削性能,氧氮化处理,：将刀具成品置于氨气和水蒸气的混和体中，,540560,保温,12,小时，形成,0.003mmFe,3,O,4,氧化膜，内层为氧、氮、碳扩散层：厚,0.03-0.05mm,。,HV1000,以上，耐用度提高,60%-70%,。,（,2,）,涂层,：物理气相沉积,TiN,涂层,550,以下高真空下进行，钛气化与氮反应，生成,TiN,（,0.002mm,），,HRC80,以上，切削力，切削温度下降,25%,，,V,f,提高一倍，耐用度显著提高。重磨后，性能仍优于普通高速钢。,回目录页,1.2.2.2,硬质合金,由,难熔金属化合物,(,如,WC,、,TiC),和金属粘结剂,(Co),经粉末冶金方法制造而成。,性能：,耐用度比高速钢,高,几十倍，切削速度比高速钢,提高,4,10,倍。,硬度高：,HRA8993,。,耐热性好：工作温度可达到,800,1000,。,耐磨性好。抗弯强度，冲击韧性差。,原因：,含有大量熔点高、硬度高、化学稳定性好、热稳定性好的金属碳化物。,金属碳化物和金属粘结剂含量对硬质合金刀具性能的影响：,碳化物含量,=,硬度,抗弯强度。,粘结剂含量,=,硬度,抗弯强度 。,回目录页,硬质合金刀具分类,(ISO),（,1,）,YG(K),类,：,WC,Co,类硬质合金,性能：韧性，耐磨性，导热性。,典型牌号：,YG6,、,YG8,、,YG3X,、,YG6X,等。,数字,含,钴量,。钴量, ,粗加工；含钴量, ,精加工。,X,细晶粒。,适应加工,：,脆性材料,和,有冲击载荷的加工,情况。,如铸铁、有色金属及其合金、导热系数低的不锈钢。,（,2,）,YT(P),类,：,WC,TiC,Co,类硬质合金,性能：,TiC ,Co ,硬度、耐磨性、抗粘结扩散能力、 抗氧化能力、 抗弯强度、磨削性能、导热系数、 冲击韧性 。,典型牌号：,YT5,、,YT14,、,YT15,、,YT30,等。,数字,含,TiC,量,，,Co,含量依次降低,（,10,，,8,，,6,，,4,）,。,含钴量, ,粗加工；含钴量, ,精加工。,适应加工,：,长切屑的塑性金属材料如普通碳钢、合金钢,等。,注意,:,Ti,元素亲和力, ,粘刀,刀具磨损, , YT,类硬质合金，不适合于加工不锈钢和钛合金。,回目录页,（,3,）,YW(M),类,：,WC,TiC,TaC,Co,类硬质合金,性能,：,TaC (NbC),抗弯强度、疲劳强度、冲击韧性、 高温硬度、强度、抗氧化能力、耐磨性。,典型牌号：,YW1,、,YW2,（前者,WC,稍高，硬度也稍高）等。,适应加工对象：,具有较好的,综合切削性能，适宜加工长切屑或短切屑的金属材料,，如普通碳钢、铸钢、冷硬铸铁、耐热钢、高锰钢、有色金属等。,YW(M),类硬质合金,通用,硬质合金。,YG,、,YT,、,YW,类硬质合金,WC,基,硬质合金。,YN,类硬质合金,TiC,基,硬质合金。以,TiC,为主（有些加碳或氮化物）的,TiC,Ni,Mo,合金。,硬度高（达陶瓷水平），很高的耐磨性和抗月牙洼磨损能力，较高的耐热性和抗氧化能力，化学稳定性好，与材料亲合力、摩擦小，抗粘结力较强。,1.2.2.3,硬质合金刀具选用,YG,类,：主要加工铸铁、有色金属及非金属材料。,切屑呈崩碎块粒，对刀具冲击大，切削力、切削热集中于刀尖,YG,类,合金抗弯强度和冲击韧性较高，导热性较好，可切削崩刃，传出切削热，切削温度。,低速中速范围切削，,YG,类耐用度比,YT,类高。,YG,类,磨加工性,较好，可磨出较锐的刃，适合加工有色金属和纤维层压材料。,因,YG,类,耐热,性,1200,）,。切削速度快：比硬质合金高,2,5,倍。,化学稳定性好：与金属亲合力小，抗粘结、抗扩散能力好。,脆性大，抗弯强度 ，冲击韧性,=,崩刃。,回目录页,（,3,）,金刚石,性能：硬度高,（,HV10000,）,，耐磨性好；,刀具耐用度高：比硬质合金提高几倍至几百倍。可用于加工高硬度、高耐磨性的材料（如硬质合金、陶瓷、高硅铝合金）。,切削刃锋利,=,加工冷硬现象少。,摩擦系数小,=,不产生粘结，不产生积屑瘤。,热稳定性差,=,切削温度,不宜于加工黑色金属。,强度低，脆性大,=,对振动敏感。,（,4,）,立方氮化硼,（,CBN,）,性能：,硬度高,（,HV80009000,）,，耐磨性好。热稳定性好,（,1400,）,=,优于金刚石，可用于加工高温合金。,化学惰性大：与铁族金属直至,1300 ,也不易发生化学反应,=,可用于 加工淬硬钢和冷硬铸铁。,导热性好，摩擦系数小。,种类,：整体聚晶立方氮化硼和立方氮化硼复合片。,热能与动力机械制造工艺学（2）,引言,1,.机械制造工艺技术的主要研究对象,（1）机械制造行业为国民经济及自身技术改造提供先进技术装备,包含：矿山、工程机械、冶金、轧制机械、发电设备、石油、天然气与化工机械，机床与刀具，通用机械，农业和农副产品机械，仪器与仪表，电工电气，食品与包装，纺织等轻工业机械，交通（汽车、铁路、飞机、轮船）运输、航空航天、国防机械等等。,（2）,加速技术进步，振兴机械行业，提高产品质量，赶超国际水平，解决机电产品,“,质量差、品种少、水平低,”,的主要矛盾,大力发展机械制造工艺及装备技术。,途径：,四技术（开发，引进，推广，改造）；,狠抓三基础（件，技术，机械）；,保证三上一提高（质量，品种，水平，提高经济效益）,（3）,零件-机械产品,零件（轴、套、活塞、连杆、齿轮、螺杆、凸轮等等）,不同材料,热加工,毛坯,机械加工（冷加工）,达到图纸规定的几何形状和质量要求,经组件、部件和整机装配而满足产品的性能要求,。,课程研究对象：,机械零件的冷加工和装配工艺中具有的共同性的规律（生产实践和科学研究成果的积累与总结）,作用：,发展品种、保证质量、提高生产率，节约能源和降低原材料消耗，取得更大的技术经济效益以及改善企业管理,解决工艺问题的衡量指标,：,优质、高产、低消耗（质量、生产率、经济性）,（4）,掌握零件制造过程中的共同性规律和解决具体工艺问题的知识和能力，涉及诸多课程内容:,金属工艺学,毛坯的制造工艺；,金属切削原理及刀具和机床,（含概论、设计、电气与液压传动）,金属切削与磨削加工原理和刀具、磨料与磨具和机床；,金属学与热处理,毛坯与工件在机械加工过程中的材质控制；,公差和技术测量,零件加工质量和装配质量；,本门课程是以上课程基础上的综合,核心专业课,。,2.内容和任务,（,1）,加工工艺规程制定,，,零件制造工艺过程相关概念：工序、工步、走刀、安装、工位、生产类型、工艺规程格式（综合卡、工艺卡、工序卡），工艺规程设计步骤（图纸审查、生产类型及毛坯确定、工艺路线拟定,生产率，位置精度,(,一次装夹完成，,无安装误差,),。,工步,在被加工表面、切削用量,(,背吃刀量除外,),、切削刀具均保持不变的情况下所完成的那部分工序。,5.1,工序,1,有两次安装，每次安装有两个工步（车端面和钻中心孔）。工步是工序的组成单位。 复合工步,同时对一个零件的几个表面进行加工时的工步。,走刀,被加工的某一表面，由于加工余量较大或其它原因，在切削用量不变的条件下，用同一把刀具对它进行多次加工，每加工一次，称为一次走刀。,5.1.2.2,生产类型对加工过程的影响,生产类型,(,生产纲领,),生产同一种产品,(,或零件,),的数量,(/,年,),。,生产类型分类,单件生产,：单个生产，,很少重复,。,成批生产,：分批制造相同产品，,有一定重复性,。,大量生产,：产品数量很大，,经常重复,。,回目录页,各种生产类型工艺过程的,特点,：表,5.2,生产类型的划分应考虑生产纲领、零件体积、零件重量等因素。,回目录页,5.2,工艺规程的作用及设计步骤,工艺规程,规定产品或零部件制造工艺过程和操作方法等的工艺文件。包括,工序顺序,、,加工尺寸,、,公差及技术要求,、,工艺装备及工艺措施,、,切削用量,、,工时定额,、,工人等级等,。,5.2.1,工艺规程的格式,工艺过程综合卡片,(,过程卡,),工艺卡片工序卡片。,(,单件小批生产,) (,成批生产,) (,大批、大量生产,),简单复杂、详细,5.2.2,工艺规程的作用, 是指导生产的主要技术文件。, 是生产组织和生产管理工作的依据。, 是新建、扩建或改建机械制造厂的主要技术资料。,5.2.3,工艺规程设计的步骤,研究和分析零件的工作图。,回目录页,示例,:,方头销材料,T8A,方头部分局部淬火,HRC55-60,直径为,2H7,的小孔在装配时与另一零件配作。,分析上述技术条件是否,合理,?,显然,由于零件较小,局部淬火时,会整体,淬硬,则在,装配,时,不能,与另一零件配作。,改进意见,:材料改为,20#,钢,方头局部淬火,对,2H7,的小孔处镀铜保护。改进后,既能满足原要求,又能在装配时,能够与另一零件配作。,便于加工,避免内表面的加工,应有退刀槽,减少安装次数,减少机床调整次数,减少加工面积,提高工件加工时的刚度,减少加工困难,根据零件的生产纲领确定零件的生产类型,。,回目录页,确定毛坯的种类及制造方法。,毛坯种类：铸件、锻件、型材、焊接件、工程塑料等。,制造方法：,大批、大量生产,采用精度和生产率高的毛坯制造方法,(,金属型铸造、精密铸造、模锻等,),切削加工余量小,切削加工劳动量小，材料利用率，机械加工成本。,单件、小批生产,采用精度低的毛坯制造方法,(,木模手工砂型铸造、自由锻等,),切削加工余量大,切削加工劳动量大，材料利用率,，废品率,，成本,。,回目录页,常用毛坯种类:,铸件,:,结构复杂零件的毛坯,1),木模砂型手工造型,铸件重量不受限制，毛坯的尺寸精度低，加工余量大，生产效率低，多用于单件小批生产。,2 ),金属模砂型机器造型,铸件最大重量可达,250,Kg,，,毛坯的尺寸精度高，加工余量小，生产效率高，多用于大批大量生产。,3 ),金属型浇铸法,铸件重量小于,100,Kg,，,毛坯的尺寸精度高，机械性能好，多用于大批大量生产。,4 ),离心浇铸法,铸件重量达,200,Kg,，,效率高，材料消耗低，多用于大批大量生产。,5 ),熔模铸造,多用于形状复杂小型零件的毛坯，尺寸精度高，无需或少许机械加工，生产周期长，成本高。,退 出,6 ),压力铸造,采用专用设备把液态或半液态的金属压入金属型腔而形成的毛坯，多用外形复杂或薄壁的零件。,退 出,退 出,锻件,对强度有一定要求,结构较简单零件的毛坯,1),自由锻,锻件的形状简单，尺寸精度低，加工余量大。,2 ),模锻,可锻出复杂形状，锻件的纤维组织好，尺寸精度高，加工余量小。,3 ),精密模锻,锻件的尺寸精度高，可直接进行精加工。,退 出,型材,如钢板，管材，圆钢等，便于实现自动上料。,组合毛坯,将型材、锻件等经一定的加工在组合在一起。,冲压挤压件,拟定零件加工的工艺路线。,定位基准面的选择。,各表面的加工方法。,加工阶段的划分。,各表面的加工顺序。,工序集中或分散的程度。,热处理及检验工序的安排。,其它辅助工序,(,倒角、去毛刺、清洗等,),的安排等。,拟定各工序的机床、工艺装备,(,刀、夹、量具,),和辅助工具。,确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差。,确定各工序的切削用量及工时定额。,技术经济分析。,填写工艺文件。,思考题：,1,、,工序、工步、工位、走刀、安装的概念和联系？,2,、,工艺规程有何作用，设计时要注意哪些问题？,5.3,定位基准的选择,基准,零件或零件图上用来确定一些点、线、面位置所依据的那些点、线、面。,5.3.1,基准的分类：根据用途分：,5.3.1.1,设计基准,设计人员在零件图上标注尺寸或相互位置关系时所依据的那些,点、线、面,。图,5.3(,a,),的,C,面和,OO,中心线。,回目录页,5.3.1.2,工艺基准,(,制造基准,),零件在加工或装配过程中所使用的基准。,工序基准,在工序图上标注被加工表面尺寸,(,工序尺寸,),和相互位置关系时所依据的那些点、线、面。图,5.3(,b,),的,A,面,(,l,4,),定位基准,工件在机床上加工时，工件上用以确定被加工表面相对机床、夹具、刀具位置的点、线、面。图,5.3 (,c,),的,d,的轴心线,O,。,定位,确定被加工表面相对机床、夹具、刀具正确加工位置的过程。,定位面,作为定位基准用的表面。,定位基准的表示方法：图,5.4,测量基准,工件上用以测量已加工表面位置时所依据的点、线、面。图,5.3 (,a,),的,C,面，图,5.3 (,c,),的,D,的母线,F,。,装配基准,在装配时，用来确定零件或部件在机器中的位置时所依据的点、线、面。,回目录页,回目录页,5.3.2,工件的装夹与获得加工精度的方法,5.3.2.1,工件的装夹,直接找正定位的装夹：找正困难、费时。, 按划线找正的装夹：增加了划线工序，装夹精度低。, 在夹具中装夹：,工件夹具机床,。,5.3.2.2,获得加工精度的方法,机械加工中获得工件,尺寸精度,的方法,试切法,试切测量调整试切测量,定尺寸刀具法,钻头、铰刀、扩孔钻、内孔拉刀、切槽刀等。,调整法,预先调整好刀具相对于机床或夹具的位置,(,利用机床上的定程装置如行程开关或预先调整好的刀架、夹具上的对刀元件等,),，然后加工一批工件。, 自动控制法,利用机床上的自动测量或数字控制装置来控制工件的加工尺寸,(,即控制加工的进行和停止,),。,a.,自动测量法,在线测量加工。,b.,数字控制,数字程序控制,(,步进电机、滚珠丝杠,) ,加工。, 机械加工中获得工件,形状精度,的方法, 轨迹法,利用切削运动中刀尖的运动轨迹形成工件被加工表面的形状。,形状精度取决于,成形运动精度,。, 成形法,利用成形刀具切削刃的几何形状切削出工件的形状。,形状精度取决于,成形刀具切削刃的形状精度与刀具的装夹精度,。, 展成法,利用刀具和工件作展成切削运动时，刀刃在工件被加工表面上的包络面形成成形表面。,如齿轮加工形状精度取决于,机床展成运动的传动链精度与刀具的制造精度及精度保持性,。,回目录页,5.3.3,定位基准的选择,定位基准选择正确与否是关系到工艺路线和夹具结构设计是否合理的主要因素之一，并直接影响工件的,加工精度,、,生产率,和,加工成本,。,分类:,粗基准,以工件上未加工过的表面进行定位的基准,(,而非：,粗加工用的基准,),。,精基准,以工件上已加工过的表面进行定位的基准,(,而非：,精加工用的基准,),。,辅助基准,在零件的装配和使用过程中无用处，只是为了零件的加工需要而设置的基准,(,而非：,辅助定位用的基准,),，如顶尖孔、工艺孔等。,选择定位基准的一般,方法,从零件上有相互位置精度要求的表面间去寻找。,选择定位基准的,目的,保证零件各加工表面之间以及加工表面与不加工表面之间的相互位置精度。,回目录页,5.3.3.1,精基准的选择：应考虑保证加工精度，使工件装夹方便、准确、可靠。,精基准的选择原则：,5,条,基准重合原则,尽量选择工序基准,(,设计基准,),为定位基准加工误差,(,称为基准不重合误差，基准不准确,),。,图,5.7 (,b,),、,(,c,),两种定位方案的比较。,回目录页,基准不变,(,基准统一,),的原则,尽可能使各个工序的定位基准相同。,优点,:,夹具统一,设计和制造夹具时间、费用 ,生产准备时间 ，生产成本 。,基准转换误差可避免,相互位置精度。,一次装夹，多面加工,装夹误差，装夹时间 ,生产率。,例如：轴类零件：两顶尖孔；齿轮：内孔端面；箱体：一面两孔。,回目录页,互为基准,，反复加工的原则,当两个表面相互位置精度要求较高时，则两个表面互为基准反复加工，可以不断提高定位基准的精度，保证两个表面之间的相互位置精度。,例如，当套筒类零件的内外圆柱面同轴度要求较高时，采用这种原则。,自为基准的原则,以要加工的表面本身为精基准来进行加工，以保证加工质量，提高生产率。,应能使工件装夹稳定可靠，夹具简单,对定位面的要求：面积大，精度高，粗糙度低。,5.3.3.2,粗基准的选择：,应考虑保证加工精度，使工件装夹方便、准确、可靠。,粗基准的选择原则：,应选择要求加工余量小而均匀的重要表面为粗基准,加工余量足够、均匀。,例如，床身导轨面的加工，采用这种原则。图,5.9(,a,),、,(,b,),与图,5.9(,c,),、,(,d,),。,床身的铸造方法：导轨面朝下,导轨面组织细化均匀,机械性能好,(,铸造缺陷少,气孔、夹渣、组织疏松,),。,回目录页, 应选择与加工表面有相互位置精度要求的不需加工的表面为粗基准,保证不加工表面与加工表面间的尺寸、位置精度要求 。, 应选择比较平整、光滑、有足够大面积的表面为粗基准,能使工件装夹安全、可靠，误差小。,在一个方向上，粗基准通常只能使用一次，尽量避免重复使用,。,粗基准精度低，粗糙度大,加工误差大。,回目录页,5.4,工,艺路线的拟定,内容：, 零件各表面加工方法和设备的选择；, 加工阶段的划分（粗、精加工）；, 工序的集中与分散；, 工序的安排。,5.4.1,零件各表面加工方法和使用设备的的选择,5.4.1.1,加工方法的选择,(1),各种加工方法的经济加工精度和粗糙度,一种表面可能有多种加工方法。,加工方法不同，加工精度和粗糙度也不同。,同一种,加工方法,，加工条件不同，能达到的,加工精度,和,粗糙度,也不同。,加工误差（精度）与加工成本的关系，图,5.11,。,回目录页,加工成本与加工精度的关系,段： 加工精度,加工成本，但存在极限加工误差,(,即加工成本 ,加工精度不变,),。,段：加工成本,加工精度 ,(,加工误差 ,),，但存在极限最低成本,S,(,即加工精度 ,加工成本,S,不变,),。,段和,段都不经济,（加工成本 或加工精度 ）。,段：可较经济地达到一定地加工精度。,段的精度范围即为这种加工方法的经济精度。,加工误差,1,/,加工成本或加工精度加工成本。,某种加工方法的经济精度,在正常的工作条件下所能达到的加工精度。,某种加工方法的经济表面粗糙度,在正常的工作条件下所能达到的表面粗糙度。,回目录页,(2),加工方法和加工方案的选择, 根据加工表面的技术要求确定加工方法及加工方案。表,5.7,5.9,。, 决定加工方法时要考虑被加工材料的性能。,精加工：淬火钢,磨削；有色金属,金刚镗或高速精密车削根据生产类型选择加工方法,生产率，经济性好。, 根据本厂,(,车间,),的现有设备情况及技术条件来选择加工方法。, 其它因素：如工件形状、质量以及加工方法所能达到的表面物理机械性能等。例,5.1,：,p138,。,5.4.1.2,设备的选择, 根据零件的外形轮廓尺寸来选择机床的形式和规格。, 根据工件的加工精度来选择机床的精度。, 根据最合理的切削用量选择机床的功率、刚度及工作参数。,根据生产类型选择机床生产率。,大批、大量生产,：采用高效率机床、专用机床、组合机床或自动机床。,单件、小批生产,：采用普通机床。,回目录页,5.4.2,加工阶段的划分,加工精度要求,较高,、表面粗糙度,较低,的零件：粗加工精加工。,加工精度要求,很高,、表面粗糙度,很低,的零件：粗加工半精加工精加工光整加工,粗加工,：从毛坯上去除大部分余量=生产率。,半精加工,：为主要表面的精加工作准备，并完成些次要表面的加工。,精加工,：去除余量很少，加工精度 ,(IT710),、粗糙度,(Ra0.83.2,m),。,光整加工,：去除余量极少，加工精度,(IT59),、粗糙度,(Ra避免浪费。,粗加工：加工余量 ，切削用量切削力，切削热，夹紧力 变形(力、热、内应力分布)。,精加工：加工余量,，切削用量,消除变形。, 可合理使用机床。,粗加工：切削力，消耗功率，精度, 选用功率大、精度低的机床。,回目录页,精加工：切削力,，消耗功率,，精度选用功率小、精度高的机床。,可在各个阶段插入必要的热处理工序。,粗加工时效处理,(,去应力,),半精加工淬火,(,硬度,),精加工,5.4.3,工序的划分,便于组织生产、安排计划、均衡机床负荷。,划分工序的原则：,工序分散的原则、工序集中的原则,。,工序集中：,若干个工序集中在一个工序内完成。,好处：,工件装夹次数,相互位置精度。,机床数量,工人数量,，占地面积,缺点：,设备复杂，操作和调整复杂。范例：加工中心。,工序分散,：每道工序所包含的工步少=工序数量=工艺路线长。,优点：,设备和工艺装备结构简单，调整容易，操作简单。,缺点：,设备专用性强。范例：自动流水线。,回目录页,工序集中,与,工序分散,的选择：,应考虑生产规模、零件的结构特点、技术要求和设备条件等。,单件小批量生产：,采用通用设备和工装,工序集中 。,大批大量生产：,采用高效设备与工装,工序集中,生产率，加工质量。,采用专用机床与工装,工序分散,(,流水生产线,),生产率。,5.4.4,工序的安排,5.4.4.1,加工顺序的确定,原则：,先粗后精；先基面后其他；先主后次；先面后孔。,5.4.4.2,热处理及表面处理工序的安排,根据热处理的目的进行安排。,退火和正火切削加工