第12章機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計(jì)

1、第12章 機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計(jì),12.1 零件的失效形式和選材原則12.1.1 機(jī)械零件的失效形式零件在使用過(guò)程中，由于尺寸、形狀或材料的組織與性能發(fā)生變化而失去原設(shè)計(jì)的效能稱(chēng)為失效。零件失效的具體表現(xiàn)為：完全破壞而不能工作；嚴(yán)重?fù)p傷不能安全工作；雖能工作，但已不能完成規(guī)定的功能。零件的失效，特別是那些沒(méi)有明顯征兆的失效，往往會(huì)帶來(lái)巨大的損失，甚至導(dǎo)致重大事故。,一般機(jī)器零件常見(jiàn)的失效形式有以下三種：(1) 斷

2、裂 包括靜載荷或沖擊載荷下的斷裂、疲勞斷裂、應(yīng)力腐蝕破裂等。 (2) 表面損傷 包括過(guò)量磨損、表面腐蝕、表面疲勞（點(diǎn)蝕或剝落）等。(3) 過(guò)量變形 包括過(guò)量的彈性變形、塑性變形和蠕變等。,第12章 機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計(jì),12.1.2 選材的基本原則1. 材料的使用性能應(yīng)滿(mǎn)足零件的使用要求使用性能是指零件在正常使用狀態(tài)下，材料應(yīng)具備的性能，包括力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能。使用性能是保證零件工作安全可靠、經(jīng)

3、久耐用的必要條件。應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：第一，材料的性能不單與化學(xué)成分有關(guān)，也與加工、處理后的狀態(tài)有關(guān)。第二，材料的性能還與試樣的尺寸有關(guān)，且隨試樣截面尺寸的增大，其力學(xué)性能一般是降低的。第三，材料的化學(xué)成分、加工、處理的工藝參數(shù)本身都有一定的波動(dòng)范圍，所以其力學(xué)性能數(shù)據(jù)也有一個(gè)波動(dòng)范圍。,第12章 機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計(jì),幾種零件（工具）的工作條件、失效形式及要求的主要力學(xué)性能，見(jiàn)表12.1所示。,第12章 機(jī)械零件和工

4、具的選材及加工工藝設(shè)計(jì),2. 材料的工藝性應(yīng)滿(mǎn)足加工要求材料的工藝性是指材料適應(yīng)某種加工的能力。在選材中，與使用性能比較，材料的工藝性能常處于次要地位。但在某些特殊情況下，工藝性能也會(huì)成為選材的主要依據(jù)。3. 選材時(shí)，還應(yīng)充分考慮經(jīng)濟(jì)性選材時(shí)應(yīng)注意降低零件的總成本。零件的總成本包括材料本身的價(jià)格、加工工資、管理費(fèi)及其它附加費(fèi)用（如零件的維修費(fèi)等）。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，在一般的工業(yè)部門(mén)中，材料的價(jià)格要占產(chǎn)品價(jià)格的30％～70％。因此，

5、在保證使用性能的前提下，應(yīng)盡可能選用價(jià)廉、貨源充足、加工方便、總成本低的材料。,第12章 機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計(jì),12.2 零件毛坯的選材及熱處理的技術(shù)條件和工序位置12.2.1 零件毛坯的選擇原則除了少數(shù)要求不高的零件外，機(jī)械上的大多數(shù)零件都要通過(guò)鑄造、鍛壓或焊接等加工方法先制成毛坯，然后再經(jīng)切削加工制成成品。因此，零件毛坯選擇是否合理，不僅影響每個(gè)零件乃至整部機(jī)械的制造質(zhì)量和使用性能，而且對(duì)零件的制造工藝過(guò)程、

6、生產(chǎn)周期和成本也有很大的影響。,第12章 機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計(jì),1. 保證零件的使用要求毛坯的使用要求，是指將毛坯最終制成機(jī)械零件的使用要求。零件的使用要求包括對(duì)零件形狀和尺寸的要求，以及工作條件對(duì)零件性能的要求。工作條件通常指零件的受力情況、工作溫度和接觸介質(zhì)等。2. 降低制造成本，滿(mǎn)足經(jīng)濟(jì)性 零件的制造成本包括其本身的材料費(fèi)以及所消耗的燃料費(fèi)、動(dòng)力費(fèi)用、人工費(fèi)、各項(xiàng)折舊費(fèi)和其它輔助費(fèi)用等分?jǐn)偟皆摿慵系姆?/p>

7、額。在選擇毛坯的類(lèi)別和具體的制造方法時(shí)，通常是在保證零件使用要求的前提下，選擇成本低廉的方案。,第12章 機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計(jì),3. 考慮實(shí)際生產(chǎn)條件 根據(jù)使用性要求和制造成本分析所選定的毛坯制造方法是否能實(shí)現(xiàn)，還必須考慮企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)條件。只有實(shí)際生產(chǎn)條件能夠?qū)崿F(xiàn)的生產(chǎn)方案才是合理的。因此，在考慮實(shí)際生產(chǎn)條件時(shí)，應(yīng)首先分析本廠的設(shè)備條件和技術(shù)水平能否滿(mǎn)足毛坯制造方案的要求。上述三條原則是相互聯(lián)系的，考慮時(shí)應(yīng)

8、在保證使用要求的前提下，力求做到質(zhì)量好、成本低和制造周期短。,第12章 機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計(jì),12.2.2 熱處理的技術(shù)條件和工序位置熱處理是機(jī)械制造過(guò)程中的重要工序。對(duì)于改善金屬材料的切削加工性能，保證零件的質(zhì)量，滿(mǎn)足使用性能要求，具有重要的意義。 1. 零件熱處理的技術(shù)條件及標(biāo)注 需要熱處理的零件，設(shè)計(jì)者應(yīng)根據(jù)零件的性能要求，在圖樣上標(biāo)明零件所用材料的牌號(hào)，并應(yīng)注明熱處理的技術(shù)條件，以供熱處理生產(chǎn)和檢驗(yàn)時(shí)使

9、用。,第12章 機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計(jì),2. 熱處理的工序位置 熱處理可分為預(yù)先熱處理和最終熱處理兩大類(lèi)。（1） 預(yù)先熱處理的工序位置預(yù)先熱處理包括退火、正火、調(diào)質(zhì)等。其工序位置一般均緊接毛坯生產(chǎn)之后，切削加工之前；或粗加工之后，精加工之前。 ① 退火、正火的工序位置 通常退火、正火都安排在毛坯生產(chǎn)之后、切削加工之前，以消除毛坯的內(nèi)應(yīng)力，均勻組織，改善切削加工性，并為最終熱處理作組織準(zhǔn)備。對(duì)于精密零件，為了消除切

10、削加工的殘余應(yīng)力，在切削加工工序之間還應(yīng)安排去應(yīng)力退火。,第12章 機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計(jì),② 調(diào)質(zhì)處理的工序位置調(diào)質(zhì)工序一般安排在粗加工之后，精加工或半精加工之前。目的是為了獲得良好的綜合力學(xué)性能，或?yàn)橐院蟮谋砻娲慊鸹蛞鬃冃蔚木芰慵恼w淬火作好組織準(zhǔn)備。調(diào)質(zhì)一般不安排在粗加工之前，是為了避免調(diào)質(zhì)層在粗加工時(shí)大部分被切削掉，失去調(diào)質(zhì)的作用，這對(duì)淬透性差的碳鋼零件尤為重要。調(diào)質(zhì)零件的加工路線一般為：下料→鍛造→正火（

11、退火）→切削粗加工→調(diào)質(zhì)→切削精加工。在實(shí)際生產(chǎn)中，灰鑄鐵件、鑄鋼件和某些軋鋼件、鍛鋼件經(jīng)退火、正火或調(diào)質(zhì)后，往往不再進(jìn)行其它熱處理，這時(shí)上述熱處理也就是最終熱處理。,第12章 機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計(jì),（2）最終熱處理的工序位置 最終熱處理包括各種淬火、回火及表面熱處理等。① 淬火、回火的工序位置 整體淬火、回火與表面淬火工序位置安排基本相同。整體淬火零件的加工路線一般為：下料→鍛造→退火（正火）粗切削加工、半精

12、切削加工→淬火、回火（低、中溫）→磨削。感應(yīng)加熱表面淬火零件的加工路線一般為：下料→鍛造→退火（正火）→粗切削加工→調(diào)質(zhì)→半精切削加工→感應(yīng)加熱表面淬火、低溫回火→磨削。,第12章 機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計(jì),② 滲碳的工序位置滲碳分整體滲碳和局部滲碳兩種。當(dāng)零件局部不允許滲碳處理時(shí)，應(yīng)在圖樣上予以注明。該部位可鍍銅以防滲碳，或采取多留余量的方法，待零件滲碳后淬火前再切削掉該處滲碳層。整體滲碳件的加工路線一般為：下料→鍛

13、造→正火→粗、半精切削加工→滲碳、淬火、低溫回火→精切削加工（磨削）。局部滲碳件的加工路線一般為：下料→鍛造→正火→粗、半精切削加工→非滲碳部位鍍銅（留防滲余量）→滲碳（去除非滲碳部位余量）→淬火、低溫回火→精加工（磨削）。,第12章 機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計(jì),12.3 零件加工工藝基礎(chǔ)知識(shí)12.3.1 生產(chǎn)過(guò)程和工藝過(guò)程1. 生產(chǎn)過(guò)程任何一種產(chǎn)品的生產(chǎn)，都必須經(jīng)過(guò)一定的生產(chǎn)過(guò)程。生產(chǎn)過(guò)程指原材料轉(zhuǎn)變?yōu)槌善返娜?/p>

14、過(guò)程。就機(jī)械制造而言，它包括：生產(chǎn)前的技術(shù)準(zhǔn)備、原材料和半成品的運(yùn)輸和保管、毛坯的確定和制造、零件的機(jī)械加工和熱處理、產(chǎn)品裝配、整機(jī)的檢驗(yàn)和試運(yùn)行、油漆和包裝等。,第12章 機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計(jì),2. 工藝過(guò)程工藝過(guò)程是指按一定的次序改變生產(chǎn)對(duì)象的形狀、尺寸、相對(duì)位置和力學(xué)性能使其成為成品的過(guò)程。(1) 工序 一個(gè)或一組工人，在一個(gè)工作地點(diǎn)（在一臺(tái)設(shè)備上）對(duì)同一個(gè)（或同時(shí)對(duì)幾個(gè)）工件所連續(xù)完成的工藝過(guò)程。 (2

15、) 安裝 工件經(jīng)一次裝夾所完成的那部分工序。(3) 工位 一次裝夾后，工件與夾具（或設(shè)備）的可動(dòng)部分相對(duì)刀具（或設(shè)備）的固定部分所占據(jù)的每個(gè)位置。,第12章 機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計(jì),工藝過(guò)程實(shí)例如圖12.2和表12.3。,圖12.2 階梯軸,,表12.3 階梯軸加工工藝過(guò)程,第12章 機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計(jì),(4) 進(jìn)給 在一個(gè)工步內(nèi)，若被加工表面需切去的金屬層很厚，需要分幾次切削，則每進(jìn)行一次切削

16、就是一次進(jìn)給。(5) 工步 工序中零件的加工表面和加工刀具在不變的條件下所連續(xù)完成的工藝過(guò)程。為簡(jiǎn)化工藝文件，對(duì)于那些連續(xù)進(jìn)行的若干個(gè)相同的工步通常都當(dāng)作一個(gè)工步，生產(chǎn)中把用幾把刀具同時(shí)加工幾個(gè)表面稱(chēng)做復(fù)合工步，如圖12.3所示。,圖12.3 復(fù)合工步,第12章 機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計(jì),12.3.2 生產(chǎn)綱領(lǐng)與生產(chǎn)類(lèi)型 產(chǎn)品（或零件）的生產(chǎn)綱領(lǐng)：是指企業(yè)在計(jì)劃期內(nèi)生產(chǎn)的產(chǎn)品產(chǎn)量和進(jìn)度計(jì)劃。計(jì)劃期一般為一年。零

17、件的生產(chǎn)綱領(lǐng)可按下式計(jì)算：N=Qn（1＋a％＋b％）式中N ——零件的生產(chǎn)綱領(lǐng) Q——產(chǎn)品的生產(chǎn)綱領(lǐng)；n——每臺(tái)產(chǎn)品中該零件的數(shù)量a％——備品的百分率；b％——廢品的百分率。生產(chǎn)類(lèi)型是指工廠或車(chē)間生產(chǎn)專(zhuān)業(yè)化程度的分類(lèi)。分為三種；單件生產(chǎn)，成批生產(chǎn)和大量生產(chǎn)。,第12章 機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計(jì),1. 單件生產(chǎn) 單件生產(chǎn)特點(diǎn)是生產(chǎn)產(chǎn)品品種繁多，每種產(chǎn)品僅制造一個(gè)或少數(shù)幾個(gè)，很少再重復(fù)生產(chǎn)。重型機(jī)械、新產(chǎn)品試

18、制。2. 成批生產(chǎn) 成批生產(chǎn)基本特點(diǎn)是生產(chǎn)的產(chǎn)品品種較多，每種產(chǎn)品均有一定數(shù)量，各種產(chǎn)品是分期分批地輪番進(jìn)行生產(chǎn)，機(jī)床制造、機(jī)車(chē)制造和電機(jī)制造。3. 大量生產(chǎn) 大量生產(chǎn)的基本特點(diǎn)是產(chǎn)品產(chǎn)量大，品種少，大多數(shù)工作地長(zhǎng)期重復(fù)進(jìn)行某一零件某一工序的加工。例如，汽車(chē)制造。,第12章 機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計(jì),12.3.3 機(jī)械加工工藝規(guī)程把工藝過(guò)程中指導(dǎo)各類(lèi)生產(chǎn)的工藝要點(diǎn)制成文件稱(chēng)為工藝規(guī)程，它是規(guī)定產(chǎn)品或零部件

19、制造工藝過(guò)程和操作方法的工藝文件。1. 工藝規(guī)程的內(nèi)容工件加工工藝路線及所經(jīng)過(guò)的車(chē)間和工段；各工序的具體加工內(nèi)容；工件的檢驗(yàn)項(xiàng)目及方法；切削用量；工時(shí)定額和工人技術(shù)等級(jí)；所采用的機(jī)床和工藝裝備。2. 工藝規(guī)程的作用工藝規(guī)程是指導(dǎo)生產(chǎn)的主要技術(shù)文件；是生產(chǎn)組織和管理的基本依據(jù)；是新建和擴(kuò)建工廠和車(chē)間的基本資料。,第12章 機(jī)械零件和工具的選材 及加工工藝設(shè)計(jì),3. 制定工藝規(guī)程的原則制定工藝規(guī)程的原則是：在

20、一定的生產(chǎn)條件下，以最少的勞動(dòng)消耗和最低的費(fèi)用，按計(jì)劃規(guī)定的速度，正確的加工出符合圖紙和技術(shù)要求的零件。這一基本要求體現(xiàn)在技術(shù)上先進(jìn)、工藝上合理，并且有良好的勞動(dòng)條件。編制工藝規(guī)程時(shí)應(yīng)注意合理解決質(zhì)量、生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)性之間的矛盾。 4. 原始資料原始資料包括：零件圖，生產(chǎn)綱領(lǐng)和其他工藝文件，如：毛坯資料、機(jī)床和工藝裝備資料、各種標(biāo)準(zhǔn)等。,第12章 機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計(jì),5. 制定工藝規(guī)程的步驟(1) 分析研究產(chǎn)品

21、的裝配圖和零件圖；(2) 確定毛坯；(3) 擬定工藝路線；(4) 確定各工序的尺寸、公差、設(shè)備、刀、夾、量具和輔助工具；(5) 確定切削用量和時(shí)間定額；(6) 確定各主要工序的的技術(shù)要求及檢驗(yàn)方法；(7) 填寫(xiě)工藝文件。6. 制定機(jī)械加工工藝規(guī)程實(shí)例現(xiàn)以中批生產(chǎn)的車(chē)床開(kāi)合螺母外殼下半部為例，進(jìn)行工藝文件的填寫(xiě)，見(jiàn)表12.4、表12.5所示。,第12章 機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計(jì),12.3.4 工件的定位

22、 機(jī)械加工時(shí)，為使工件的被加工表面獲得規(guī)定的尺寸和位置要求，確定工件在機(jī)床上或夾具中占有正確的位置過(guò)程，稱(chēng)為定位。1. 基準(zhǔn)及其分類(lèi)用來(lái)確定生產(chǎn)對(duì)象（工件）上幾何要素間的幾何關(guān)系所依據(jù)的那些點(diǎn)、線、面稱(chēng)為基準(zhǔn)。基準(zhǔn)分為兩大類(lèi)：設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和工藝基準(zhǔn)。（1）設(shè)計(jì)基準(zhǔn) 在設(shè)計(jì)圖樣上所采用的基準(zhǔn)為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。如圖12.4所示的軸套零件，外圓和內(nèi)孔的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)是它們的軸心線；端面A是端面B、C的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)；內(nèi)孔D的軸心線是φ25h6外圓徑向圓

23、跳動(dòng)的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。,第12章 機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計(jì),圖12.4 軸套,對(duì)于某一個(gè)位置要求（包括兩個(gè)表面之間的尺寸或者位置精度）而言，在沒(méi)有特殊指明的情況下，它所指向的兩個(gè)表面之間常常是互為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)的。如圖12.4中，對(duì)于尺寸40mm來(lái)說(shuō)，A面是C面的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，也可以認(rèn)為C面是A面的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。,第12章 機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計(jì),（2）工藝基準(zhǔn) 在工藝過(guò)程中所采用的基準(zhǔn)，稱(chēng)為工藝基準(zhǔn)、按其用途不同又分為定位基準(zhǔn)

24、、測(cè)量基準(zhǔn)、裝配基準(zhǔn)和工序基準(zhǔn)。 ① 定位基準(zhǔn)：在加工中用作定位的基準(zhǔn)，稱(chēng)為定位基準(zhǔn)。 ② 測(cè)量基準(zhǔn)：測(cè)量工件時(shí)所采用的基準(zhǔn)，稱(chēng)為測(cè)量基準(zhǔn)。 ③ 裝配基準(zhǔn)：裝配時(shí)用來(lái)確定零件或部件在產(chǎn)品中的相對(duì)位置所采用的基準(zhǔn)；稱(chēng)為裝配基準(zhǔn)。 ④ 工序基準(zhǔn)：在工序圖上，用來(lái)確定本工序所加工表面加工后的尺寸、形狀、位置的基準(zhǔn)稱(chēng)為工序基準(zhǔn)。,第12章 機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計(jì),2. 工件的定位方法 根據(jù)定位特點(diǎn)

25、不同，工件在機(jī)床上的定位一般有三種方法：直接找正法、劃線找正法和夾具安裝法。 (1) 直接找正法：工件定位時(shí)，用量具或量?jī)x直接找正工件上某一表面，使工件處于正確的位置，稱(chēng)為直接找正裝夾。在這種裝夾方式中，被找正的表面就是工件的定位基準(zhǔn)。如圖12.5所示的套筒零件，,圖12.5 直接找正裝夾,第12章 機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計(jì),(2) 劃線找正法：這種裝夾方式是先按加工表面的要求在工件上劃線，加工時(shí)在機(jī)床上按線找正以

26、獲得工件的正確位置。圖12.6所示為在牛頭刨床上按劃線找正裝夾。,圖12.6 劃線找正裝夾,第12章 機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計(jì),(3) 在夾具上定位：機(jī)床夾具是指在機(jī)械加工工藝過(guò)程中用以裝夾工件的機(jī)床附加裝置。常用的有通用夾具和專(zhuān)用夾具兩種、車(chē)床的三爪自定心卡盤(pán)和銑床用平口臺(tái)虎鉗便是最常用的通用夾具。圖12.7所示的鉆模是專(zhuān)用夾具的一個(gè)例子。,,圖12.7 用夾具裝夾工件1-夾具體；2-定位銷(xiāo)；3-鉆套；4-工件,第1

27、2章 機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計(jì),3. 工件定位的基本原理(1) 六點(diǎn)定則 任何一個(gè)工件，如果對(duì)其不加任何限制，那么，它的位置都是不確定的。這種位置的不確定性，放在空間直角系中來(lái)描述，如圖12.8所示，具有六個(gè)自由度。,,,圖12.8 工件的六個(gè)自由度,,圖12.9 定位支承點(diǎn)分布,第12章 機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計(jì),在分析工件定位時(shí)，通常是用一個(gè)支承點(diǎn)限制工件的一個(gè)自由度，用合理分布的六個(gè)支承點(diǎn)限制工件

28、的六個(gè)自由度，使工件的位置完全確定的原則就是“六點(diǎn)定則”。 需要注意的是，底面上布置的三個(gè)支承點(diǎn)不能在一條直線上，且三個(gè)支承點(diǎn)所形成的三角形的面積越大越好。側(cè)面上兩支承點(diǎn)所形成的連線不能垂直于三點(diǎn)所形成的平面，且兩點(diǎn)的連線越長(zhǎng)越好。,第12章 機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計(jì),使圖12.10a)所示軸類(lèi)零件在坐標(biāo)系中取得完全確定的位置，把支承釘按圖12.10b)所示分布.,,圖12.10 軸類(lèi)零件六點(diǎn)定位,第12章 機(jī)械

29、零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計(jì),使圖12-11a）所示盤(pán)類(lèi)零件在坐標(biāo)系中取得完全確定的位置，把支承釘按圖12-11b）所示分布.,,圖12.11 盤(pán)類(lèi)零件六點(diǎn)定位,第12章 機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計(jì),(2) 限制工件自由度與加工要求的關(guān)系 當(dāng)被加工面只有一個(gè)方向的位置要求，需限制三個(gè)自由度、有兩個(gè)方向位置要求，需限制五個(gè)自由度、有三個(gè)方向位置要求時(shí)，需限制六個(gè)自由度。另外，為確保被加工要素對(duì)基準(zhǔn)要素的距離尺寸要求，所限

30、制的自由度與工件定位基準(zhǔn)的形狀有關(guān)，而位置公差要求所需限制的自由度卻與被加工要素及基準(zhǔn)要素的形狀均有關(guān)系。其具體確定方法是：獨(dú)立擬出確保各單項(xiàng)距離尺寸或位置公差要求而應(yīng)限制的自由度后，再按綜合疊加但不重復(fù)的方法便可得到確保多項(xiàng)精度要求應(yīng)限制的自由度。,第12章 機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計(jì),12.4 典型零件材料和毛坯的選擇及加工工藝分析 機(jī)械零件按形狀和用途分為軸類(lèi)、套類(lèi)、輪盤(pán)類(lèi)、箱座類(lèi)零件四大類(lèi)。12.4.1

31、 軸類(lèi)零件 軸類(lèi)是回轉(zhuǎn)體零件，其長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于直徑，常見(jiàn)的有光滑軸、階梯軸、凸輪軸和曲軸等。軸類(lèi)零件主要用來(lái)支承傳動(dòng)零件（如齒輪、帶輪）和傳遞轉(zhuǎn)矩，它是各種機(jī)械設(shè)備中重要的受力零件。,第12章 機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計(jì),分析圖12.13所示的C616車(chē)床主軸。,,圖12.13 C616車(chē)床主軸簡(jiǎn)圖,第12章 機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計(jì),1. 車(chē)床主軸的工作條件和性能要求（1）承受交變的彎曲應(yīng)力與扭切應(yīng)力，

32、有時(shí)受到?jīng)_擊載荷作用。（2）主軸大端內(nèi)錐孔和錐度外圓經(jīng)常與卡盤(pán)、頂尖和刀具錐體有摩擦。（3）花鍵部分與齒輪經(jīng)常有磕碰或相對(duì)滑動(dòng)。由于該主軸是在滾動(dòng)軸承中運(yùn)動(dòng)，承受中等載荷，轉(zhuǎn)速中等，有裝配精度要求，且受一定沖擊力。由此確定其性能要求如下：① 主軸應(yīng)具有良好的綜合力學(xué)性能；② 內(nèi)錐孔和外錐圓表面、花鍵部分應(yīng)有較高的硬度和耐磨性。,第12章 機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計(jì),2. 材料選擇軸類(lèi)零件的材料一般選碳素鋼、合金鋼

33、或鑄鐵。根據(jù)上述主軸的工作條件和性能要求，確定主軸材料選擇45鋼。3. 毛坯選擇該軸為階梯軸，最大直徑（φ100mm）與最小直徑（φ43mm）相差較大，選圓鋼毛坯不經(jīng)濟(jì)，故應(yīng)選鍛造毛坯為宜。,第12章 機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計(jì),12.4.2 輪盤(pán)類(lèi)零件 輪盤(pán)類(lèi)零件的軸向尺寸一般小于徑向尺寸，或兩個(gè)方向尺寸相差不大，屬于這一類(lèi)的零件有齒輪、帶輪、飛輪、鍛造模具、法蘭盤(pán)和聯(lián)軸器等。1. 齒輪的工作條件和性能要

34、求(1) 工作條件① 由于傳遞扭矩，齒根承受較大的交變彎曲應(yīng)力。② 齒的表面承受較大的接觸應(yīng)力，在工作中相互滾動(dòng)和滑動(dòng)。③ 由于換檔、啟動(dòng)或嚙合不良，輪齒會(huì)受到?jīng)_擊。,第12章 機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計(jì),(2) 性能要求根據(jù)齒輪工作條件，要求齒輪材料應(yīng)具備以下性能① 齒面有高的硬度和耐磨性。② 齒面具有高的接觸疲勞強(qiáng)度和齒根具有高的彎曲疲勞強(qiáng)度。③ 輪齒心部要有足夠的強(qiáng)度和韌度。2. 齒輪材料和毛坯的選擇

35、由以上分析可知，齒輪一般應(yīng)選用具有良好力學(xué)性能的中碳結(jié)構(gòu)鋼和中碳合金結(jié)構(gòu)鋼；承受較大沖擊載荷的齒輪，可選用合金滲碳鋼；一些低速或中速低應(yīng)力、低沖擊載荷條件下工作的齒輪，可選用鑄鋼、灰鑄鐵或球墨鑄鐵；一些受力不大或在無(wú)潤(rùn)滑條件下工作的齒輪，可選用塑料（如尼龍、聚碳酸脂等）。,第12章 機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計(jì),3. 典型齒輪材料和毛坯選擇及加工工藝路線舉例(1) 機(jī)床齒輪C6132車(chē)床的變速箱齒輪，如圖12.14所示。該

36、齒輪工作時(shí)受力不大，轉(zhuǎn)速中等，工作較平穩(wěn)且無(wú)強(qiáng)烈沖擊，工作條件較好。性能要求：對(duì)齒面和心部的強(qiáng)度、韌性要求均不太高；齒輪心部硬度220～250HBS，齒面硬度45～50HRC。,第12章 機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計(jì),適用材料：根據(jù)齒輪的工作條件和性能要求，查表12.6可知，該齒輪材料選45鋼或40Cr、40MnB為宜。毛坯制造方法：該齒輪形狀簡(jiǎn)單，厚度差別不大，可選圓鋼作毛坯，但齒輪的性能稍差，故應(yīng)選鍛造毛坯為宜。在單件小

37、批生產(chǎn)時(shí)，可采用自由鍛生產(chǎn)；在成批大量生產(chǎn)時(shí)，宜采用胎模鍛等方法生產(chǎn)。工藝路線：齒輪毛坯采用鍛件時(shí)，其加工工藝路線一般為：下料→鍛造→正火→粗加工→調(diào)質(zhì)→精加工→齒部表面淬火十低溫回火→精磨。,第12章 機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計(jì),(2) 汽車(chē)變速箱齒輪 某載貨汽車(chē)變速箱一速齒輪，如圖12.15所示。 性能要求：齒輪表面有較高耐磨性和疲勞強(qiáng)度，心部較高的強(qiáng)度與韌度，要求根部бb＞1000MPa，αk＞

38、60J／cm2，齒面硬度 58～64HRC，心部硬度30～45HRC之間。適用材料確定該齒輪材料為20CrMnTi或20MnVB。,,圖12.15 某載貨汽車(chē)變速箱一速齒輪簡(jiǎn)圖,第12章 機(jī)械零件和工具的選材 及加工工藝設(shè)計(jì),毛坯生產(chǎn)方法：該齒輪形狀比機(jī)床齒輪復(fù)雜，性能要求也高，故不宜采用圓鋼毛坯，應(yīng)采用模鍛制造毛坯，以使材料纖維合理分布，提高力學(xué)性能。單件小批生產(chǎn)時(shí)，也可用自由鍛生產(chǎn)毛坯。 工藝路線及分析

39、：根據(jù)所選材料，制定該齒輪的加工工藝路線為：下料→鍛造→正火→粗、半精切削加工（內(nèi)孔及端面留余量）→滲碳（內(nèi)孔防滲）、淬火、低溫回火→噴丸→拉花鍵孔→磨端面→磨齒→最終檢驗(yàn)。,第12章 機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計(jì),該工藝路線中熱處理工序的作用是： ① 正火。主要是為了消除毛坯的鍛造應(yīng)力，獲得良好的切削加工性能；均勻組織，細(xì)化晶粒，為以后的熱處理作組織上的準(zhǔn)備。② 滲碳 提高齒輪表面的碳含量，保證淬火后得到高硬度和良好耐磨

40、性的高碳馬氏體。③ 淬火。其目的是為了使齒輪表面具有高硬度，同時(shí)使心部獲得足夠的強(qiáng)度和韌性。由于20CrMnTi是細(xì)晶粒合金滲碳鋼，故可在滲碳后經(jīng)預(yù)冷直接淬火，也可采用等溫淬火以減小齒輪的變形。,第12章 機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計(jì),12.4.3 箱座類(lèi)零件 這類(lèi)零件一般結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有不規(guī)則的外形和內(nèi)腔，且壁厚不均。這類(lèi)零件包括各種機(jī)械設(shè)備的機(jī)身、底座、支架、橫梁、工作臺(tái)，以及齒輪箱、軸承座、閥體、泵

41、體等。重量從幾千克至數(shù)十噸，工作條件也相差很大。 中等尺寸的減速器箱體，如圖12.16所示。由圖可以看出，其上有三對(duì)精度較高的軸承孔，形狀復(fù)雜。該箱體要求有較好的剛度、減振性和密封性，軸承孔承受載荷較大，故該箱體材料選用HT250，采用砂型鑄造，鑄造后應(yīng)進(jìn)行去應(yīng)力退火。單件生產(chǎn)也可用焊接件。,第12章 機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計(jì),,圖12.16 雙級(jí)圓柱齒輪減速器箱體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖1-蓋；2-對(duì)合面；3-

42、定位銷(xiāo)孔；4-底座；5-出油孔；6-油面指示器孔,該箱體的工藝路線為：鑄造毛坯→去應(yīng)力退火→劃線→切削加工。其中去應(yīng)力退火是為了消除鑄造內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定尺寸，減少箱體在加工和使用過(guò)程中的變形。,第12章 機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計(jì),12.5 典型表面的加工分析12.5.1 外圓表面的加工1. 外圓表面的技術(shù)要求外圓表面的技術(shù)要求主要有：（1）外圓表面本身的尺寸精度；（2）外圓表面的形狀精度（圓度、圓柱度等）；（3

43、）外圓表面與其他表面的位置精度（與內(nèi)圓表面之間的同軸度、與端面之間的垂直度等）；（4) 表面完整性（表面粗糙度、表面殘余應(yīng)力、表面硬度、金相組織等）。,第12章 機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計(jì),2. 外圓表面加工方案的選擇 外圓表面的加工方法主要有：車(chē)削、磨削、精密磨削、研磨和超級(jí)光磨。,,表12.7 外圓表面加工方案,第12章 機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計(jì),12.5.2 孔的加工1. 孔

44、的技術(shù)要求（1）孔的尺寸精度和形狀精度（圓度、圓柱度）；（2）孔的位置精度（如孔與孔，孔與外圓的同軸度，孔的軸線與平面或端面之間的平行度或垂直度）；（3）孔的表面完整性（如孔的表面粗糙度、表面殘余應(yīng)力、表面加工硬化等）。,第12章 機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計(jì),孔的主要加工方法有：鉆、擴(kuò)、鉸、鏜、拉、磨、電解加工、電火花加工、激光加工等?？椎母鞣N加工方法所能達(dá)到的精度、表面粗糙度和加工順序如圖12.18所示。對(duì)于工件材料硬

45、度大于32 HRC的孔，一般采用特種加工，然后根據(jù)需要進(jìn)行光整加工。對(duì)于平底盲孔一般采用鉆-鏜加工方案。,第12章 機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計(jì),,,,,,,圖12.18 孔加工順序（單位：µm）,第12章 機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計(jì),12.5.3 平面的加工方案選擇 平面是盤(pán)形、板形、箱體及支架零件的主要表面，是其他表面的基準(zhǔn)面。（1）技術(shù)要求有：平面本身尺寸精度和形狀精度；平面的位置精度（如

46、平面與平面、外圓軸線、內(nèi)孔軸線的平行度或垂直度）；平面的表面完整性，如表面粗糙度、表面殘余應(yīng)力、表面加工硬化等。（2）加工方案選擇 平面的加工方法有：銑削、刨削、磨削、車(chē)削、拉削等。平面的各種加工方法所能達(dá)到的精度、表面粗糙度和加工順序如圖12.19所示。加工方案見(jiàn)表12.9。如果需要光整加工，可采用表中序號(hào)為3的加工方案，然后進(jìn)行光整加工，如研磨、超級(jí)光磨或超精密磨削。,第12章 機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計(jì),圖 12.1

47、9 平面加工順序（單位：µm）,第12章 機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計(jì),12.6 機(jī)械零件的結(jié)構(gòu)工藝性12.6.1 零件結(jié)構(gòu)工藝性的概念 零件結(jié)構(gòu)工藝性是指制造和裝配時(shí)的可行性和經(jīng)濟(jì)性。要使零件在切削加工過(guò)程中具有良好的工藝性，應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面的問(wèn)題。(1) 滿(mǎn)足使用要求。(2) 統(tǒng)籌兼顧、全面考慮產(chǎn)品的制造包括毛坯生產(chǎn)、切削加工、熱處理和裝配等工藝過(guò)程。(3) 零件結(jié)構(gòu)工藝性的優(yōu)劣隨生產(chǎn)條件的

48、不同而異：在進(jìn)行零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮現(xiàn)有設(shè)備條件、生產(chǎn)類(lèi)型和技術(shù)水平等生產(chǎn)條件。,第12章 機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計(jì),例如，圖12.20(a)所示的銑床工作臺(tái)的T形槽，在單件、小批量生產(chǎn)時(shí)，其結(jié)構(gòu)工藝性良好，但在大批、大量生產(chǎn)時(shí)，則不便在龍門(mén)刨床上一次同時(shí)加工若干個(gè)工件，若將結(jié)構(gòu)改為如圖12.20(b)所示，則可多件同時(shí)加工，提高了生產(chǎn)效率。,,圖12.20 銑床工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)工藝性,第12章 機(jī)械零件和工具的選材及

49、加工工藝設(shè)計(jì),12.6.2 切削加工對(duì)零件結(jié)構(gòu)工藝性的要求(1) 加工表面的幾何形狀應(yīng)盡量簡(jiǎn)單，盡可能布置在同一平面上或同軸線上；(2) 不需要加工的毛面不要設(shè)計(jì)成加工面，要求不高的面不要設(shè)計(jì)成高精度、低粗糙度的表面；(3) 有相互位置精度要求的各個(gè)表面，最好能在一次安裝中加工；(4) 應(yīng)使定位準(zhǔn)確，夾緊可靠，便于加工，易于測(cè)量；(5) 盡量使用標(biāo)準(zhǔn)刀具和通用量具，減少專(zhuān)用刀具和專(zhuān)用量具的設(shè)計(jì)和制造；(6) 結(jié)構(gòu)應(yīng)與采用高

50、效機(jī)床和先進(jìn)的工藝方法相適應(yīng)。,第12章 機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計(jì),12.7 軸類(lèi)零件加工工藝設(shè)計(jì)12.7.1 軸類(lèi)零件 軸類(lèi)零件一般可分為簡(jiǎn)單軸、階梯軸和異形軸三類(lèi)。下面以圖12.21所示傳動(dòng)軸的加工過(guò)程為例，說(shuō)明在單件、小批量生產(chǎn)中，一般軸類(lèi)零件的加工工藝設(shè)計(jì)。1. 技術(shù)要求分析（1）軸的主要表面加工分析（2）各段配合圓柱表面對(duì)軸線的徑向圓跳動(dòng)允差為0.02mm。（3）工件材料為45鋼，熱處理（調(diào)

51、質(zhì)）硬度為24-28 HRC。,第12章 機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計(jì),,圖12.21 傳動(dòng)軸,第12章 機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計(jì),2. 工藝分析（1）軸的各配合表面除本身有一定精度和表面粗糙度要求以外，對(duì)軸線的徑向圓跳動(dòng)還有一定的要求。根據(jù)對(duì)各表面的具體要求，可采用如下加工方案：粗車(chē)→調(diào)質(zhì)→半精車(chē)→粗鏜→精磨。（2）軸上的鍵槽可在立式銑床上用鍵槽銑刀銑出。3. 基準(zhǔn)選擇根據(jù)基準(zhǔn)重合與基準(zhǔn)統(tǒng)一原則，可選

52、用軸兩端中心孔作為粗、精加工的定位基準(zhǔn)。既有利于保證各配合表面的位置精度，也有利于提高生產(chǎn)率。4. 工藝過(guò)程軸的毛坯選用φ60的熱軋鋼。在單件、小批生產(chǎn)中，其工藝過(guò)程，見(jiàn)表12.13。,第12章 機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計(jì),表12.13 傳動(dòng)軸工藝卡片,第12章 機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計(jì),第12章 機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計(jì),第12章 機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計(jì),第12章 機(jī)械零件和工具

53、的選材及加工工藝設(shè)計(jì),思考題與習(xí)題1、選擇材料的一般原則有哪些？簡(jiǎn)述它們之間的關(guān)系。2、什么是零件的失效？一般機(jī)械零件的失效方式有哪幾種？3、生產(chǎn)批量對(duì)毛坯加工方法的選擇有何影響？4、毛坯的選擇原則是什么？它們之間的相互關(guān)系如何？5、熱處理的技術(shù)條件包括哪些內(nèi)容？如何在零件圖上標(biāo)注？6、何謂生產(chǎn)過(guò)程、工藝過(guò)程和工序？,第12章 機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計(jì),7、生產(chǎn)類(lèi)型有哪幾種？試說(shuō)明各種生產(chǎn)類(lèi)型的工藝特征。8、