机械制造工艺.docx
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机械制造工艺
第一章机械制造工艺过程概述
1生产过程和工艺过程
设计、制造一个产销对路的机械产品，应当经过以下几个阶段。
产品设计―――工艺准备――－毛坯制造―――机械加工―――装配试验
生产过程就是指由原材料或半成品制造成品的全过程。
工艺过程在全部生产过程中，占主导地位的是直接改变工件形状、尺寸及其材料性能而最后成为零件，以及将零件、部件装配成机器的部分生产过程。
这部分的生产过程称为工艺过程，它主要包括铸造、锻造、焊接、冲压、机械加工、热处理、装配工艺过程等。
机械加工工艺过程是指利用机械加工方法逐步改变毛坯的形态的工艺过程。
在产品生产中，它起着十分重要的作用，因为它是获得复杂构形和高精度零件的主要技术手段。
2机械加工过程的组成
用机械加工方法改变毛坯形状的机械加工工艺过程，是由如干个按一定顺序排列的工件次序（工序）组成，毛坯依次通过这些工序被加工成零件。
工序一名工人在一台机床上，对一个工件连续完成的那部分工艺过程。
工位在加工表面，为了减少安装次数，往往采用回转夹具、回转工作台或移动卡具，将工件在一次安装中先后处于几个不同位置进行加工。
在每个加工位置上所完成的那部分工作就称为工位
工步在加工表面、切削刀具及切削用量中的转速与进给量不变的条件下所完成的那部分工艺过程。
3基准的概念与分类
设计基准它是设计零件图样时用以确定其它面、线或点的位置所依据的基准。
工艺基准在制造过程（包括加工、测量和装配）中采用的各种基准，总称为工艺基准。
工艺基准又可分为工序基准、定位基准、度量基准及装配基准。
定位基准定位基准是工件在卡具上（或在机床上）定位时，用以使工件在工序尺寸方向上相对于刀具得到确定位置的基准。
度量基准用以度量加工表面位置的基准。
装配基准当零件装配成部件和机器时，用以确定零部件在机器中位置的基准。
4生产纲领和类型
生产纲领工厂或产品的生产纲领是指包括备品和废品在内的该产品的年产量
零件的生产纲领可按下式计算
N=nQ（1+α）（1＋β）
生产类型根据生产纲领、产品的复杂程度和质量的大小，其生产方式可以分为单件生产、成批生产、大量生产三种类型。
就其工艺过程的特点而言，小批生产和单件生产类似，大批生产和大量生产类似；因此，通常也可分为单件小批量生产、成批（中批）生产、大批大量生产三种类型。
第二章毛坯的选择
常用金属机械零件的毛坯有铸件、锻压件、焊接件以及型材等。
5各种毛坯的特点
铸件
铸件是最常用的毛坯生产方式，它是液态成形，因此能生产从几克到200多吨复杂的各类铸件。
锻压件
锻压件是机械行业中的另一中常用毛坯。
它是塑性变形的结果，因此锻压件晶粒较细，没有铸造的粗大组织和内部缺陷，其力学性能较好，所以一些要求强度高、耐冲击、抗疲劳的重要零件多采用锻件毛坯。
焊接件
焊接件的特点是可以以小拼大，气密性好，生产周期端，不需要重型和专用设备，可以生产有较好的强度和刚度，而且质量轻、材料利用率高的毛坯；缺点是抗振性差，易变形。
因此对一些要求高的重要机械零件选用焊接件为毛坯时，机械加工前应采用退火处理，以消除应力、防止变形。
型材
机械零件有相当大的部分采用型材为毛坯，常用的型材有圆钢、方钢、钢板、六角钢、角钢及槽钢等
常用圆钢、六角钢制造短轴、短轴、螺栓、螺母、垫圈等；用槽钢和工子钢、及钢板来制造焊接件、冲压件；用方钢和圆钢为坯料制作各种杆件、锻件；用线材制作弹簧等。
6毛坯选择原则
毛坯选择一般应考虑以下原则：
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。
零件的使用要求具体体现在零件的形状、尺寸、精度及工件条件、受力情况等，只有满足使用要求的毛坯，才具有实际价值。
因此保证使用要求是选择毛坯的首要原则。
经济性所谓经济性原则，主要就是降低毛坯的成本。
选择毛坯时，应在保证使用要求的前提下，尽量减少消耗、降低毛坯成本，满足市场竞争的需要。
降低成本的主要途径如下：
1）选择合适的毛坯生产工艺
2）选择合适的材料
3）批量和生产周期
实际生产条件
7常用零件的毛坯选择
轴类零件
轮盘类零件
套类零件
箱体类零件
第三章机械加工基础知识和机械加工质量
1金属切削加工设备
2机械加工精度与加工误差
机器是由零件组成的，机器的精度一般取决于零件的加工精度。
零件的加工精度是指零件在机械加工以后的尺寸、几何形状和各表面间的相互位置等实际数值与理想数值相接近的程度。
零件在加工过程中，由于种种原因总会存在一定的误差，这就是加工误差。
加工精度的具体内容
尺寸精度
形状精度
位置精度
3加工表面质量的基本概念
表面质量是指机械加工以后，零件表面的几何形状（主要是表面粗糙度）和表面层的物理性能两个方面。
3各种加工方法所能够达到的经济精度和表面粗糙度
1）经济精度
工件经机械加工获得的表面，不论是尺寸，位置，总会存在一定的加工误差。
在正常的生产条件下，不同的加工方法所能达到的尺寸、形状和位置精度是一定的。
当改变生产条件，如采用提高精度的设备，适当降低切削用量等措施，虽可获得更高的精度，却增加了生产成本，这是不经济的。
在机械加工中，用经济加工精度表示某一种加工方法能达到的精度等级。
2）表面粗糙度
在产品设计时，根据零件的工作条件，在确定加工精度的同时，也需要合理地确定零件的表面粗糙度。
第四章典型表面的加工方法
1外圆面加工
1）外园面的车削
粗车粗车后一般可达到IT11~IT13级精度，表面粗糙度值为Ra50~12.5
半精车半精车后一般可达到IT8~IT10级精度，表面粗糙度值为Ra6.3~3.2
精车精车后一般可达到IT6~IT9级精度，表面粗糙度值为Ra1.6~0.8
细车细车后一般可达到IT5~IT6级精度，表面粗糙度值为Ra0.8~0.2
2）外园面的磨削
粗磨一般可达到IT7~IT8级精度，表面粗糙度值为Ra0.8~0.4
精磨一般可达到IT5~IT6级精度，表面粗糙度值为Ra0.4~0.2
细磨小于IT5级精度，表面粗糙度值为Ra0.2~0.1
4）外园面的光整加工
研磨可达到IT5~IT3级精度表面粗糙度值为Ra0.1~0.008μm
抛光不提高精度表面粗糙度值为Ra0.2~0.025μm
2孔加工
1）钻孔可达到IT12~IT13级精度，表面粗糙度值为Ra12.5
2）扩孔可达到IT10~IT11级精度，表面粗糙度值为Ra12.5~6.3
3）铰孔可达到IT7~IT8级精度，表面粗糙度值为Ra3.2~0.8
4）镗孔可达到IT7~IT8级精度，表面粗糙度值为Ra1.6~0.8
5）磨孔
内园磨床磨孔可达到IT6~IT8级精度，表面粗糙度值为Ra0.1~0.8
珩磨孔可达到IT6~IT4级精度，表面粗糙度值为Ra0.2~0.05
6）深孔加工
3平面加工
1）车削平面
可达到IT7~IT8级精度，表面粗糙度值为Ra1.6~0.8
2）铣削平面
可达到IT7~IT9级精度，表面粗糙度值为Ra1.6~0.8
3）磨削平面
可达到IT7~IT5级精度，表面粗糙度值为Ra0.2~0.8
4）平面的光整加工
4特形表面加工
5零件结构的切削加工工艺性
1）尽量采用标准化参数和标准化零件
2）要便于在机床或卡具上安装
3）要便于加工，提高切削效率
6零、部件结构的装配工艺性
第五章典型零件的制造工艺
1发动机曲轴的机械加工
1）曲轴的主要技术要求
尺寸方面的技术要求
形状精度方面的技术要求
位置精度方面的技术要求
2）曲轴加工工艺过程概述
2发动机机体的机械加工
1）机体的主要技术要求
8图纸中出现的工艺问题汇总
8.1材料的选择
8.1.1焊接件选材及技术要求
焊接件一般选用低碳钢，因为其焊接性能好，不容易产生裂纹。
一般焊接件多使用板材，材料的选择应为普通碳素结构钢Q235：
不要选择优质碳素结构钢如15号、20号等，因为这些钢不但价格高，而且使用不普遍，批量较小时很难购买。
焊后一般要进行去应力退火处理，然后喷砂处理，如需要防锈，可进行氧化或镀锌处理。
8.1.2固定件选材及技术要求
图6-1某型号转子总成示意图
此件为某型号离心滤的上的一个部件，图中压紧螺母，与它相配的两件下转子体和转子均为铝体。
而压紧螺母的设计图样如下：
图6-2压紧螺母示意图
该零件材料要求40Cr，调质处理30～35HRC，因为它相配的两件下转子体和转子均为铝体，因此这样的设计是不合理的。
如果将材料改为Q235，不要求热处理，则更合理。
因为该两种材料相比，价格相差在一倍左右；如果进行热处理，加工工序也增加，加工难度加大，使得成本大大增加。
如用材料改为Q235加工工艺如下：
下料――车
如用材料40Cr，调质处理30～35HRC加工工艺如下：
下料――粗车――热处理――精车（因硬度较高，很难加工）
两则总的成本相差2倍以上。
因此选材时要考虑在满足使用要求的前提下，使用廉价的材料，并规定合理的热处理要求。
一般对简单的固定件选择的选择顺序如下：
Q235（不热处理，螺栓强度4.8级）――45（调质28～32HRC，螺栓强度8.8级）或40Cr（调质30～35HRC，螺栓强度大于8.8级）――42CrMo（调质33～37HRC，螺栓强度10.9级；39～44HRC，螺栓强度12.9级）
8.1.3需要表面处理零件选材及技术要求
1）渗碳件，下图为某型号水泵轴的示意图，材料20CrMnTi，技术要求除螺纹、中心孔、锥面和Φ21圆柱圆柱面外全部渗碳。
图6-3水泵轴示意图
该件实际只有A面与水封、油封有摩擦接触外，其余表面没有摩擦接触，因此该件的渗碳要求不太合理。
因此在设计时一定要考虑那些面需要渗碳，那些面不需要渗碳。
但要注意以下几项要求：
材料一般选用低碳钢如20、20Cr、20CrMnTi、12CrNi3等；
轴类零件的中心孔不渗碳；
螺纹、键槽等需要进行车、铣加工的表面不渗碳；
第三检查组要求不合适，因为零件上无法进行硬度检查。
2）氮化件，下图为某型号机油泵齿轮示意图
图6-4齿轮示意图
氮化往往是工件加工的最后一道工序，一般软氮化零件变形为0.01～0.02左右，氮化材料的选择一般为中碳钢，氮化前要进行调质处理。
要注意以下几项要求
氮化钢一般常用材料为40Cr、38CrMoAlA、35CrMo等；
因为氮化为最后热处理，一般为整体氮化。
8.2粗糙度的选择
粗糙度的选择首先要满足使用要求的前提下，选用较高的粗糙度等级
下图为某型号的一个限压阀。
件号1（柱塞）和3（柱塞座）组合形成密封带密封高压油，当压力达到一定要求时，阀打开。
而件号1和3的图如下：
图6-6柱塞座示意图
图6-7柱塞示意图
从图中可以看出，两个锥面的粗糙度要求均为Ra0.8。
如果使用锥面密封，这样的粗糙度也是合理的，但仔细看一下角度，两种零件是不一样的，因此A线，并不是一个面密封。
因此柱塞座锥面的粗糙度选择不合适。
因为柱塞座锥面是靠车床来保证的，车削锥面不能自动进给，靠手动进给，无法保证粗糙度Ra0.8，必须用砂纸抛光，在抛光的过程将破坏密封带，致使在部件装配后试验无法密封。
柱塞座的图应该改为下图比较合理图6-8
图6-8改进后柱塞座示意图
关于各种加工方法能够达到的粗糙度等级见下表：
8.3精度的选择
8.3.1未注公差的选择
未注公差我所目前使用两个标准GB/T1804-2000及Q/BD1-2002，这两个标准最大的区别是标准GB/T1804-2000对所有的尺寸均使用±公差，而Q/BD1-2002是对孔、轴及长度使用了不同的偏差，从工程设计的角度，Q/BD1-2002更合理，建议在设计时使用该标准。
但是不论是那个标准，未注公差并不是没有公差，而且公差也很严。
下图为某型号中冷器出气盖的示意图：
图6-9中冷器出气盖示意图
图中外端外缘图纸要求为12，未注公差，大结合面为加工面，后面为不加工面，按照加工面和不加工面的未注公差为±0.315，由于该零件长度为562，宽度为250，平面面积很大，有在生产过程中容易变形，因此厚度12尺寸很难保证。
这种变形主要发生在铸造和热处理，对这样大的平面，变形很大，特别是热处理变形，很难控制。
因此改尺寸标注成未注公差是不合理的，应该标注成12+2.0-1.0或12±1.5。
对某些加工面与加工面，毛坯面与毛坯面之间的未注公差也应该考虑将公差放大。
8.3.2加工部位公差的选择
下图为某型号离心滤座及外罩的示意图，离心滤座上的外圆尺寸Φ134-0.043-0.083，而外罩内孔尺寸为Φ134+0.0630，两者相配。
从图上看，也没有问题，但从使用的角度，该配合部位中间有一个O型密封圈，主要是为了密封，对定位的要求不是很严格。
由于Φ134-0.043-0.083很短，且里边有一个台阶，千分尺无法测量，卡尺测量精度不够，加工时很难测量。
且该零件为薄壁零件，壁厚为5mm，加工时很容易变形。
因此该尺寸很难控制。
如果将该尺寸改为与外边的尺寸相同Φ133.5，这样加工简单，且不影响使用，较为合理。
图6-10离心滤座示意图
图6-11外罩示意图
针对各种工艺能够达到的加工精度请参考粗糙度部分的表格。
在选择时尽量使用较少的加工方式。
在满足使用要求的前提下，选择较低的精度。
8.3.3形位公差的选择
1）容易变形零件平面度的选择
下图是中冷器出气盖的示意图，平面度要求为0.05，该零件长666，宽250。
且为薄壁零件，加工装卡时很容易变形，要保证平面度为0.05是非常困难的。
实际该零件是固定在中冷器芯子上，中间加一个石棉垫密封，使用周围的23个螺栓压紧，对于这样一个薄壁的大零件，如果平面在0.2左右，使用螺栓紧固后，出气盖的结合面将贴在中冷器芯子上，由于中间有石棉垫，是可以密封的。
因此保证平面度0.05要求是不合适的。
图6-12中冷器出气盖示意图
2）定位基准较短时同轴度的选择
下图为某型号连接管示意图
图6-13连接管示意图
该连接管一端外圆基准为A，另一端相对基准A的同轴度为0.08，因为基准A长为33，相对于整个长度595太小了，过595长再检查相对于A的同轴度误差非常大。
如果在基准端产生0.01的误差，则另一端将产生的误差为H=595×0.01/33=0.18mm，一般三座标的测量误差为0.004，可见测量误差是非常大的。
由于加工中也存在的误差，因此如果这样标注H值应该是非常大的。
图6-14误差示意图
从使用的角度看，如果以两端外圆共建一个基准，然后以该基准检查两端的同轴度更为合理见下图，但国标没有明确这种标注方式。
图6-15以公共基准建轴线的标注方式
在其它位置公差标注，有时也存在基准太短，有的基准仅为6mm，这样是无法建立起基准的，这应当在设计时注意。
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