《机械制造基础教学课件作者徐从清 第12章 机械零件和工具的选材及加工工艺设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械制造基础教学课件作者徐从清 第12章 机械零件和工具的选材及加工工艺设计（66页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第12章 机械零件和工具的选材 及加工工艺设计 12 1 零件的失效形式和选材原则 12 1 1 机械零件的失效形式 零件在使用过程中 由于尺寸 形状或材料的组 织与性能发生变化而失去原设计的效能称为失效 零件失效的具体表现为 完全破坏而不能工作 严重损伤不能安全工作 虽能工作 但已不能 完成规定的功能 零件的失效 特别是那些没有 明显征兆的失效 往往会带来巨大的损失 甚至 导致重大事故 一般机器零件常见的失效形式有以下三种 1 断裂 包括静载荷或冲击载荷下的断裂 疲劳断裂 应 力腐蚀破裂等 2 表面损伤 包括过量磨损 表面腐蚀 表面疲劳 点蚀或剥 落 等 3 过量变形 包括过量的弹性变形 塑
2、性变形和 蠕变等 第12章 机械零件和工具的选材 及加工工艺设计 12 1 2 选材的基本原则 1 材料的使用性能应满足零件的使用要求 使用性能是指零件在正常使用状态下 材料应具 备的性能 包括力学性能 物理性能和化学性能 使用性能是保证零件工作安全可靠 经久耐用 的必要条件 应注意以下几点 第一 材料的性能不单与化学 成分有关 也与加工 处理后的状态有关 第二 材料的性能还与试样的尺寸有关 且随试 样截面尺寸的增大 其力学性能一般是降低的 第三 材料的化学成分 加工 处理的工艺参数 本身都有一定的波动范围 所以其力学性能数据 也有一个波动范围 第12章 机械零件和工具的选材 及加工工艺设计
3、几种零件 工具 的工作条件 失效形式及要求 的主要力学性能 见表12 1所示 零件 工具 工作条件常见失效形式要求的主要力学性能 应力种类载荷性质其它 紧固螺 栓 拉 切应 力 静 过量变形 断裂强度 塑性 传动轴弯 扭应 力 循环 冲 击 轴颈处 摩 擦 振动 疲劳破坏 过量 变形 轴颈处 磨 损 综合力学性能 轴颈处 硬度 传动齿 轮 压 弯应 力 循环 冲 击 摩擦 振动齿折断 疲劳断裂 磨损 接触疲劳 点蚀 表面高硬度及疲劳强度 心部较高强度 韧性 弹簧扭 弯应 力 交变 冲 击 振动弹性丧失 疲劳 破坏 弹性极限 屈强比 疲劳 极限 冷作模 具 复杂应 力交变 冲 击 强烈摩擦磨损
4、脆断硬度 足够的强度 韧性 压铸 模复杂应 力循环 冲 击 高温 摩擦 金属液腐蚀 热疲劳 脆断 磨 损 高温强度 抗热疲劳性 足够的韧性与热硬性 滚动轴 承 压应 力交变 冲 击 滚动 摩擦疲劳断裂 磨损 接触疲劳 点蚀 接触疲劳强度 硬度 耐 蚀性 足够的韧性 第12章 机械零件和工具的选材 及加工工艺设计 2 材料的工艺性应满足加工要求 材料的工艺性是指材料适应某种加工的能力 在 选材中 与使用性能比较 材料的工艺性能常处 于次要地位 但在某些特殊情况下 工艺性能也 会成为选材的主要依据 3 选材时 还应充分考虑经济性 选材时应注意降低零件的总成本 零件的总成本 包括材料本身的价格 加工
5、工资 管理费及其它 附加费用 如零件的维修费等 据资料统计 在一般的工业部门中 材料的价格要占产品价格 的30 70 因此 在保证使用性能的前提下 应尽可能选用价廉 货源充足 加工方便 总 成本低的材料 第12章 机械零件和工具的选材 及加工工艺设计 12 2 零件毛坯的选材及热处理的技术条件和工 序位置 12 2 1 零件毛坯的选择原则 除了少数要求不高的零件外 机械上的大多数零 件都要通过铸造 锻压或焊接等加工方法先制成 毛坯 然后再经切削加工制成成品 因此 零件 毛坯选择是否合理 不仅影响每个零件乃至整部 机械的制造质量和使用性能 而且对零件的制造 工艺过程 生产周期和成本也有很大的影响
6、 第12章 机械零件和工具的选材 及加工工艺设计 1 保证零件的使用要求 毛坯的使用要求 是指将毛坯最终制成机械零件 的使用要求 零件的使用要求包括对零件形状和 尺寸的要求 以及工作条件对零件性能的要求 工作条件通常指零件的受力情况 工作温度和接 触介质等 2 降低制造成本 满足经济性 零件的制造成本包括其本身的材料费以及所消 耗的燃料费 动力费用 人工费 各项折旧费和 其它辅助费用等分摊到该零件上的份额 在选择 毛坯的类别和具体的制造方法时 通常是在保证 零件使用要求的前提下 选择成本低廉的方案 第12章 机械零件和工具的选材 及加工工艺设计 3 考虑实际生产条件 根据使用性要求和制造成本分
7、析所选定的毛坯 制造方法是否能实现 还必须考虑企业的实际生 产条件 只有实际生产条件能够实现的生产方案 才是合理的 因此 在考虑实际生产条件时 应 首先分析本厂的设备条件和技术水平能否满足毛 坯制造方案的要求 上述三条原则是相互联系的 考虑时应在保证使 用要求的前提下 力求做到质量好 成本低和制 造周期短 第12章 机械零件和工具的选材 及加工工艺设计 12 2 2 热处理的技术条件和工序位置 热处理是机械制造过程中的重要工序 对于改善 金属材料的切削加工性能 保证零件的质量 满 足使用性能要求 具有重要的意义 1 零件热处理的技术条件及标注 需要热处理的零件 设计者应根据零件的性能 要求 在
8、图样上标明零件所用材料的牌号 并应 注明热处理的技术条件 以供热处理生产和检验 时使用 第12章 机械零件和工具的选材 及加工工艺设计 2 热处理的工序位置 热处理可分为预先热处理和最终热处理两大类 1 预先热处理的工序位置 预先热处理包括退火 正火 调质等 其工序位 置一般均紧接毛坯生产之后 切削加工之前 或 粗加工之后 精加工之前 退火 正火的工序位置 通常退火 正火都安排在毛坯生产之后 切削 加工之前 以消除毛坯的内应力 均匀组织 改 善切削加工性 并为最终热处理作组织准备 对 于精密零件 为了消除切削加工的残余应力 在 切削加工工序之间还应安排去应力退火 第12章 机械零件和工具的选材
9、 及加工工艺设计 调质处理的工序位置 调质工序一般安排在粗加工之后 精加工或半精 加工之前 目的是为了获得良好的综合力学性能 或为以后的表面淬火或易变形的精密零件的整 体淬火作好组织准备 调质一般不安排在粗加工 之前 是为了避免调质层在粗加工时大部分被切 削掉 失去调质的作用 这对淬透性差的碳钢零 件尤为重要 调质零件的加工路线一般为 下料 锻造 正火 退火 切削粗加工 调质 切削精加工 在实际生产中 灰铸铁件 铸钢件和某些轧钢件 锻钢件经退火 正火或调质后 往往不再进行 其它热处理 这时上述热处理也就是最终热处理 第12章 机械零件和工具的选材 及加工工艺设计 2 最终热处理的工序位置 最终
10、热处理包括各种淬火 回火及表面热处理等 淬火 回火的工序位置 整体淬火 回火与表面淬火工序位置安排基本相同 整体淬火零件的加工路线一般为 下料 锻造 退 火 正火 粗切削加工 半精切削加工 淬火 回 火 低 中温 磨削 感应加热表面淬火零件的加工路线一般为 下料 锻造 退火 正火 粗切削加工 调质 半精切 削加工 感应加热表面淬火 低温回火 磨削 第12章 机械零件和工具的选材 及加工工艺设计 渗碳的工序位置 渗碳分整体渗碳和局部渗碳两种 当零件局部不 允许渗碳处理时 应在图样上予以注明 该部位 可镀铜以防渗碳 或采取多留余量的方法 待零 件渗碳后淬火前再切削掉该处渗碳层 整体渗碳件的加工路线
11、一般为 下料 锻造 正 火 粗 半精切削加工 渗碳 淬火 低温回火 精切削加工 磨削 局部渗碳件的加工路线一般为 下料 锻造 正 火 粗 半精切削加工 非渗碳部位镀铜 留防 渗余量 渗碳 去除非渗碳部位余量 淬火 低温回火 精加工 磨削 第12章 机械零件和工具的选材 及加工工艺设计 12 3 零件加工工艺基础知识 12 3 1 生产过程和工艺过程 1 生产过程 任何一种产品的生产 都必须经过一定的生产过 程 生产过程指原材料转变为成品的全过程 就 机械制造而言 它包括 生产前的技术准备 原 材料和半成品的运输和保管 毛坯的确定和制造 零件的机械加工和热处理 产品装配 整机的 检验和试运行 油
12、漆和包装等 第12章 机械零件和工具的选材 及加工工艺设计 2 工艺过程 工艺过程是指按一定的次序改变生产对象的形状 尺寸 相对位置和力学性能使其成为成品的过程 1 工序 一个或一组工人 在一个工作地点 在一台设备上 对同一个 或同时对几个 工件所连续完成的工 艺过程 2 安装 工件经一次装夹所完成的那部分工序 3 工位 一次装夹后 工件与夹具 或设备 的可动部分相 对刀具 或设备 的固定部分所占据的每个位置 第12章 机械零件和工具的选材 及加工工艺设计 工艺过程实例如图12 2和表12 3 图12 2 阶梯轴 工序 号 工序名称工作地点 1车端面 钻中心孔车床 2车外圆车床 3铣键 槽立式
13、铣床 4磨外圆磨床 5去毛刺钳工台 表12 3 阶梯轴加工工艺过程 第12章 机械零件和工具的选材 及加工工艺设计 4 进给 在一个工步内 若被加工表面需切去的金 属层很厚 需要分几次切削 则每进行一次切削 就是一次进给 5 工步 工序中零件的加工表面和加工刀具在不变 的条件下所连续完成的工艺过程 为简化工艺文 件 对于那些连续进行的若干个相同的工步通常 都当作一个工步 生产中把用几把刀具同时加工 几个表面称做复合工步 如图12 3所示 图12 3 复合工步 第12章 机械零件和工具的选材 及加工工艺设计 12 3 2 生产纲领与生产类型 产品 或零件 的生产纲领 是指企业在计划期 内生产的产
14、品产量和进度计划 计划期一般为一 年 零件的生产纲领可按下式计算 N Qn 1 a b 式中N 零件的生产纲领 Q 产品的生产纲领 n 每台产品中该零件的数量 a 备品的百分率 b 废品的百分率 生产类型是指工厂或车间生产专业化程度的分类 分为三种 单件生产 成批生产和大量生产 第12章 机械零件和工具的选材 及加工工艺设计 1 单件生产 单件生产特点是生产产品品种繁多 每种产品仅制 造一个或少数几个 很少再重复生产 重型机械 新产品试制 2 成批生产 成批生产基本特点是生产的产品品种较多 每种产 品均有一定数量 各种产品是分期分批地轮番进 行生产 机床制造 机车制造和电机制造 3 大量生产
15、大量生产的基本特点是产品产量大 品种少 大多 数工作地长期重复进行某一零件某一工序的加工 例如 汽车制造 第12章 机械零件和工具的选材 及加工工艺设计 12 3 3 机械加工工艺规程 把工艺过程中指导各类生产的工艺要点制成文件称 为工艺规程 它是规定产品或零部件制造工艺过 程和操作方法的工艺文件 1 工艺规程的内容 工件加工工艺路线及所经过的车间和工段 各工序 的具体加工内容 工件的检验项目及方法 切削 用量 工时定额和工人技术等级 所采用的机床 和工艺装备 2 工艺规程的作用 工艺规程是指导生产的主要技术文件 是生产组织 和管理的基本依据 是新建和扩建工厂和车间的 基本资料 第12章 机械
16、零件和工具的选材 及加工工艺设计 3 制定工艺规程的原则 制定工艺规程的原则是 在一定的生产条件下 以 最少的劳动消耗和最低的费用 按计划规定的速 度 正确的加工出符合图纸和技术要求的零件 这一基本要求体现在技术上先进 工艺上合理 并且有良好的劳动条件 编制工艺规程时应注意 合理解决质量 生产率和经济性之间的矛盾 4 原始资料 原始资料包括 零件图 生产纲领和其他工艺文 件 如 毛坯资料 机床和工艺装备资料 各种 标准等 第12章 机械零件和工具的选材 及加工工艺设计 5 制定工艺规程的步骤 1 分析研究产品的装配图和零件图 2 确定毛坯 3 拟定工艺路线 4 确定各工序的尺寸 公差 设备 刀 夹 量 具和辅助工具 5 确定切削用量和时间定额 6 确定各主要工序的的技术要求及检验方法 7 填写工艺文件 6 制定机械加工工艺规程实例 现以中批生产的车床开合螺母外壳下半部为例 进 行工艺文件的填写 见表12 4 表12 5所示 第12章 机械零件和工具的选材 及加工工艺设计 12 3 4 工件的定位 机械加工时 为使工件的被加工表面获得规定的 尺寸和位置要求 确定工件在机床上或夹具中占 有
