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1、学习情景六 典型零件的加工 授课日期 年 月 日第 周授课形式工艺工装实训室车 间授课时数 18H授课方式课堂讲授、现场教学、项目教学法、引导文法学习情景典型零件的加工教学目标通过典型零件的案例教学掌握接头类零件的加工工艺设计及其主要表面的加工方法；掌握套类零件的加工工艺设计及其主要表面的加工方法；掌握支架类零件的加工工艺设计及其主要表面的加工方法；掌握飞机零件的加工特点与特殊工艺。教学重点难点通过典型零件的工艺工程设计锻炼综合应用能力，为后续课程设计打下坚实基础。操作与练习1、到车间实际加工完成零件。学习情景六 典型零件的加工61接头类零件的加工一、概述接头类零件的功用与结构特点接头类零件主
2、要是指飞机的机身与机身、机翼与机身、机翼与机翼、尾翼与机身等相连接的各种接头，几种常用接头如图1所示。接头主要起连接作用，其特点是：零件结构复杂、刚性差、协调难度大，加工工序多、工艺过程长。 图61常用接头2接头类零件的材料由于飞机接头承受较大的各种应力，所以接头应具有较高的强度、刚度、韧性，以保证飞机在飞行中承受复杂应力时所具有高的安全性和可靠性。（1）尾翼接头常用材料尾翼与机身的连结接头，目前常用材料是下列两种：1）低合金超高强度钢30CrMnSiNi2A该钢是在30CrMnSiA钢的基础上提高了锰和铬含量，并且添加了1.41.8%镍，使其淬透性得到明显的提高，改善了钢的韧性和抗回火稳定性
3、；经热处理后可获得高的强度，好的塑性和韧性，良好的抗疲劳性能和断裂韧度，低的疲劳裂纹速率。30CrMnSiNi2A结构钢的抗拉强度为16001800 Mpa，适于制造飞机起落架，机翼主梁、接头、承力螺栓，轴类等重要受力结构件。2）300M钢300M钢（40CrNi2Si2MnVA）是一种超高强度钢，它是在4340钢的基础（CrNiMo）上添加了1.5%左右的硅而发展起来的，这样赋予了300M钢经热处理后（油淬加回火），钢的抗拉强度最高可达1860Mpa以上，相对于30CrMnSiNi2A，其横向塑性高、断裂韧性强、疲劳性能优良、抗应力腐蚀性能好等明显优点。它的含碳量为0.40%0.45%、含锰
4、量为0.65%0.90%、镍1.65%2%、硅1.45%1.80%、铬0.65%0.90%、钼0.30%0.45%等。300M钢的高温塑性很好，可锻性良好。从热处理工艺性方面分析，300M钢的淬透性很强。该材料承受载荷的能力很强，主要用于制造飞机的起落架、接合螺栓、主要承力结构件等极为重要的零件。（2）机身、机翼接头常用材料机身与机身、机翼与机翼、机翼与机身的连结接头，目前常用材料有以下几种：）LD5（号锻铝）或LD10（10号锻铝）机翼与机身、机翼与机翼、翼梁的接头材料通常选用LD5（号锻铝）或LD10（10号锻铝），该材料属于铝镁硅铜系列合金，铝合金不但保持了铝的基本物理、化学性能，如：比
5、重较小，比强度较大，导电性、导热性及耐腐蚀性能较好，抗疲劳性能优良，机械加工工艺性较好，并且可以通过热处理强化，提高它的机械性能。铝合金的铸造性能良好，适于制造大截面铸锭，作为热锻大型零件的毛坯之用。热加工性能良好，适于制造形状复杂及承受中等载荷的锻件。 ）L4（号超硬铝）、LY12（12号硬铝）机身与机身、机翼与机翼的对结处常用L4（号超硬铝）、LY12（12号硬铝）。3接头类零件的毛坯毛坯选择是否合适对零件的质量、材料消耗和零件的加工过程都有很大影响。根据零件的使用要求，结合零件的形状尺寸，接头类零件的毛坯确定为模锻件。模锻件不仅能避免铸造毛坯的气孔、缩松、微裂纹等缺陷，而且可以细化金属晶
6、粒，改善金属内部组织，尺寸精确，节省金属，且毛坯锻造流线清晰、流线分布合理，金属纤维分布符合零件的受力特点，大大提高了零件材料的力学性能，提高了零件的承载能力。二、接头零件加工工艺设计零件的工艺分析（）设计基准的分析由72所示零件图看出：该零件的主设计基准为：底平面，头部耳片槽中心线，对接孔中心线。（a）三视图（b）立体图图62 零件图（）加工技术要求分析从图2可以看出：水平尾翼是控制飞机的左、右偏摆方向，并使飞机纵向具有必要的稳定性和操纵作用的关健受力件。主要承受拉应力，左右方向的剪切应力及弯扭矩，承受较大的疲劳载荷。由零件图和装配图以及零件的功用可知此零件的主要表面为：1）头部双耳片两侧；
7、2）头部20H8孔；3）长槽；4）底平面。主要表面的尺寸精度为：IT8IT10，表面粗糙度Ra3.20.8，各个表面之间有较高的位置精度。次要表面的尺寸精度为：IT12IT13，表面粗糙度Ra3.26.3。底板的最小壁厚为4mm，槽的最小壁厚为6mm，因此，在加工中如何防止零件变形是加工中的难点和关键。该零件在加工中与其它零件相互协调比较复杂，如何保证零件与零件之间的协调也是加工中的关键，主要是通过夹具或样板解决零件与零件之间的协调问题。2毛坯的选择（1）毛坯类型的确定该零件的毛坯确定为模锻件。模锻件不仅能避免铸造毛坯的气孔、缩松、微裂纹等缺陷，而且可以细化金属晶粒，改善金属内部组织，尺寸精确
8、，节省金属，且毛坯锻造流线清晰、分布合理，金属纤维分布符合零件的受力特点，大大提高了零件材料的力学性能，而且适合批量生产。图63 毛坯图（2）毛坯分模面的确定，拔模斜度，圆角的设计在毛坯制造时，首先要选择一个合理的分模面（如图3所示），它是上下模的分界面。分模面的确定应遵循几个原则：应使金属易充填型槽，锻件易从型槽内取出；应简化锻模及切边模制造，且易检查上、下模错移；还应避开受最大载荷的截面。它的选择是否合理将关系到锻件的生产工艺和锻模制造，从而影响锻件质量及生产成本和经济效益。通过对零件的受力和形状分析，将此锻件的分模面选在底平面上。为了便于锻件出模，垂直于分模面的表面必须设计一定斜度（模压
9、斜角），按HB607786斜度确定为7。 根据被选材料的特性，为了减少金属流入模腔的摩擦力，避免锻件被撕裂和锻造流线被拉断，并且使金属易于充满模腔及减少模稍凸角处的应力集中，提高模具寿命，对于锻件上面与面相交处设计成圆角过渡。此锻件上圆滑过渡处外圆半径r确定为3mm，内圆半径定为12mm。3加工阶段的划分零件在加工中划分阶段的目的是：保证加工质量、合理使用设备、便于安排热处理工序和及时发现毛坯的内部缺陷。因为该零件结构复杂、相对刚性较差、加工过程中易变形、零件还要进行热处理，所以该零件的加工过程应划分为粗加工阶段、半精加工阶段、精加工阶段三个阶段。4工序集中与分散该零件的加工采用工序集中的原则
10、。因为零件结构复杂、零件装夹困难，为了提高生产效率，保证加工质量，将尽可能将多的加工表面集中到一道工序内进行，使总工序数目减少，同时减少了安装定位次数，减少了装夹时间和夹具数量，有利于提高零件的质量和生产率。5定位基准的选择制定机械加工工艺规程时，正确选择定位基准对保证零件表面间的位置要求（位置尺寸和位置精度）和安排加工顺序都有很大影响，在选择定位基准时，应从保证工件质量出发，合理选择定位基准。 （1）精基准的选择 图2 所示零件的设计基准为底平面、头部耳片槽中心线、对接孔中心线。在编制零件加工工艺规程时是以工件的底平面、头部耳片槽中心线以及对接孔中心线作为加工其它表面的工序基准，但在工件的加
11、工过程中是以工件的底平面、长槽中心以及头部耳片对接孔中心线，这样工序基准与设计基准重合，定位基准与工序基准基本重合，不但遵循基准重合的原则，而且避免尺寸链换算，同时提高了零件的加工精度。（2）粗基准的选择 粗基准选择的主要目的是定位稳定、可靠，应能保证加工面与不加工面之间的位置要求，各加工面的余量尽量均匀合理，同时为后续工序提供精定位基准（或精定位基面）。对于图2 所示零件在开始加工时，选用底平面作为作为粗基准，加工筋板两侧斜平面，再以两侧斜平面为定位加工底平面；在后面的加工中，均以底平面为精基准加工其它表面，这样不但定位基准与工序基准重合，而且定位面大且稳定可靠。6热处理及表面处理工序的安排
12、（1）热处理热处理是用于提高材料的力学性能，改善金属的加工性能以及消除残余应力。制订工艺规程时要根据设计和工艺要求合理安排热处理。根据热处理的目的和功用不同，可把热处理分为两大类，即最终热处理和预备热处理。1）最终热处理的目的是提高材料的力学性能，一般应安排在精加工前后，对于变形较大的材料的热处理，应安排在精加工前进行热处理，以便在精加工时纠正热处理的变形，对于变形较小的材料的热处理，应安排在精加工后进行热处理。图2 所示零件的最终热处理就是安排在精加工之前进行，这是因为零件热处理时变形较大，这样由于零件热处理的变形可以在精加工磨削时给予纠正，同时在热处理时为了防止工件变形，在工件头部两耳片之
13、间和长槽中放入工艺垫圈来控制槽口变形。2）预备热处理的目的是改善材料的加工性能，为最终热处理做准备和消除消除残余应力，它应安排在粗加工前后和需要消除应力处。图2 所示零件在精加工磨削后也安排一道热处理工序低温回火，之所以要安排这道工序就是为了消除磨削后产生的新的内应力。（2）表面处理材料表面处理的目的是利用各种表面涂镀层及表面改性技术，赋予基体材料本身所不具备的特殊力学、物理和化学性能，从而满足工程上对材料及其制品提出的各种要求。1）喷丸处理喷丸是利用压缩空气流、高压水或离心力使磨料（砂粒、铁丸等）冲击工件表面，以除去锈迹、高温氧化皮、旧漆、污垢等同时可使工件表面强化的一种工艺方法。喷丸是一种
14、表面强化方法，零件表面通过喷丸产生形变强化层，使零件表层产生残余压应力，从而提高零件疲劳强度和承载能力。2）磷化处理磷化处理是将钢铁零件放入含有磷酸盐的溶液中，获得一层不溶于水的磷酸盐膜的过程。零件经过磷化处理后，在零件表面一层保护膜层，这膜层能保护基体金属不受水和其它腐蚀介质的影响，提高零件的抗腐蚀能力，也能提高对有机涂膜的附着力和耐老化性。7辅助工序的安排辅助工序包括检验、去毛刺、涂漆、防锈等。虽是辅助工序确是必不可少的工序，若安排不当或遗漏，将会给后续工序带来困难，影响产品质量。零件加工过程中，检验工序种类较多，如中间检验、特检和表面保护、称重等。一般检验工序安排的原则如下：（）普通检验
15、检验工序是必不可少的工序，它对保证产品质量、防止产生废品起到重要作用。除了工序中自检外，一般在下列情况下需要单独安排检验工序：1）重要工序的前后；2）零件加工中车间周转时，如热处理、焊接等；3）零件全部加工完成后。（）特检特检是通过磁力探伤、萤光、X光、超声波等方式发现材料缺陷的物理方法的简称又称为无损探伤，它是现代工业生产中应用最为普遍，同时也是较为成熟的检验方法。一般在下列情况下需要安排特检工序：1）重要零件在精加工之后，表面处理之前；2）粗加工之前；3）重要工序之后。（）称重飞机零件对重量有严格的要求，所以在零件加工之后，表面处理之前要安排称重工序。对于图62 所示的零件，在工件的整个加工过程中，辅助工序如下：普通检验四次，分别是0工序、315工序、350工序和390工序；特检两次，分别是325工序、360工序，还有去毛刺和涂漆等辅助工序。8零件加工工艺过程表61为图6
