工程材料与成形工艺基础课件第十五章 工艺过程的基本知识

第十五章零件材料和毛坯的

选择及零件切削加

工工艺的制订第一节零件材料的选择一、选材的基本原则

1．使用性原则

2.工艺性原则

3.经济性原则二、几种材料的合理选择

1．铸铁与钢

2.非合金钢、低合金钢和合金钢

3.非金属材料的合理使用三、典型零件和常用工具的选材实例1.齿轮类零件的选材

(1)调质钢：对耐磨性要求高,而冲击韧性要求一般的硬齿面(>40HRC)齿轮，如车床、钻床、铣床等机床的变速箱齿轮：45、400r、42SiMn等钢,经调质后表面高频淬火,再回火。对齿面硬度要求不高、在低速、低载荷下工作的软齿面(≤350HBS)齿轮,如车床滑板上的齿轮、车床挂轮架齿轮：45、40Cr、42SiMn、35SiMn等,经调质或正火处理后使用。(2)渗碳钢用于制造高速、重载、冲击比较大的硬齿面(>55HRC)齿轮,如汽车变速箱齿轮、汽车驱动桥齿轮等,常用20CrMnTi、20CrMnMo和20CrMo等钢,经渗碳、淬火和低温回火后得到表面硬而耐磨,心部强韧耐冲击的组织。2.轴类零件的选材

(1)承受交变应力和动载荷的轴类零件,如船用推进器轴、锻锤锤杆和机车车辆车轴等,应选用淬透性好的调质钢，如30CrMnSi、40MnVB、40CrMn钢等。

(2)主要承受弯曲和扭转应力的轴类零件,如变速箱传动轴、发动机曲轴、机床主轴等。这类轴在整个截面上所受的应力分布不均匀,表面应力较大，心部应力较小,不需选用淬透性很高的材料，可选用合金调质钢i如汽车主轴常采用40Cr、45Mn2等钢。

(3)高精度、高速传动的轴类零件,如镗床主轴,常选用氮化钢38CrMoALA等,并进行调质及氮化处理。（4）中、低速内燃机曲轴以及连杆、凸轮轴等,还可以用球墨铸铁,不仅满足了力学性能要求，而且制造工艺简单、成本低。3.箱体类零件的选材

受力较大,要求高强度、高韧性,甚至在高温高压下工作（如汽轮机机壳）：铸钢受冲击力不大，主要承受静压力：灰铸铁。受力不大,要求自重轻或导热性良好：铸造铝合金受力很小,要求自重轻：工程塑料受力较大，但形状简单：焊接结构

4.常用工具的选材(1)锉刀：T12钢(2)手用锯条；T10、T12或20钢渗碳。一般可采用淬火加低温回火，对销孔处单独进行热处理以降低该处硬度。大量生产时,可采用高频感应淬火,使锯齿淬硬而保证锯条整体的韧性和弹性。(3)刀具：W18Cr4V、CrWMn、9SiCr等，其热处理工艺为淬火加低温回火。第二节零件毛坯分析与选择一、毛坯的类型1.轧制材料铸锭或扁坯要轧制成为板材、棒材、线材、型材、管材等产品。型材：圆钢、方钢、六角钢、槽钢、工字钢等。轧制材料：冷轧和热轧。2.零件毛坯铸件毛坯：铸铁、铸钢、铸造铜合金、铸造铝合金等。锻件毛坯：广泛用于制造对强度和韧性要求高的零件。但是,锻造方法不适于内腔形状复杂的零件。焊接件毛坯：同铸件相比较，强度、冲击韧性都高，而且重量轻、材料利用率高,缺点是残余应力和热影响区对焊接质量影响较大,所以消除应力极为重要。粉末冶金毛坯：只在特殊需要时选用，能制造出用其他方法难于制造的零件,如含油轴承、硬质合金、电气触点材料等。二、毛坯的选择

1.保证设计的质量要求零件加工使用的材料；工件的形状、尺寸、公差；热处理应达到的性能指标；表面粗糙度。

2.生产零件数和制造允许成本

3.毛坯的加工余量确定加工余量的方法有以下几种：

(1)查表法根据各种工艺手册中的有关资料,结合加工要求和条件,确定各工序的加工余量。

(2)计算法在分析影响加工余量的因素基础上,列出公式,计算出各工序的加工余量大小,常用于重要零件或大批量生产的零件。

1.生产过程指由原材料转变为成品的全过程。生产过程一般包括原材料的验收、运输、保管，生产技术准备，毛坯制造（铸造、锻压、焊接），零件加工（含热处理），装配，检验，试车以及油漆、包装等。第三节机械加工工艺过程基本概念一、生产过程、工艺过程和工艺规程2.工艺过程把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、表面质量、性质、相对位置，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。工艺过程可根据其具体工作内容分为铸造、锻造、冲压、焊接、机械加工、热处理、表面处理、装配等不同的工艺过程。

3.机械加工工艺过程机械加工工艺过程：用机械加工方法按一定顺序直接改变毛坯的形状、尺寸以及表面质量，使其成为合格零件所的工艺过程。它一般由工序、安装、工位、工步、走刀等不同层次的单元所组成。

一个或一组工人在一台机床或一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完成的那部分工艺过程叫工序。

工作地、工人、工件与连续作业构成了工序的四个要素。

工序工件每经一次装夹后所完成的那部分工序称为安装。安装应尽可能减少装夹次数，多一次装夹就多一次安装误差，又增加了装卸辅助时间。根据产品投入生产的连续性，可大致分为三种不同的生产类型。1.单件生产产品品种多，每一品种的产品数量很少，大多数工作地点的加工对象经常改变。例如，重型机械、专用设备或新产品试制都属于单件生产2.大量生产产品品种固定，每种产品数量很大，大多数工作地点长期进行某一零件的某一道工序的加工。如汽车、轴承、自行车等的制造多属此种生产类型。二、生产类型成批生产中，根据批量大小可分为小批、中批和大批生产。小批生产的特点接近于单件生产的特点，大批生产的特点接近于大量生产的特点，中批生产的特点介于单件和大量生产特点之间。因此生产类型可分为：单件小批生产，大批大量生产，中批生产。3.成批生产工作地点的加工对象周期性地进行轮换。普通机床、纺织机械等的制造等多属此种生产类型。零件的结构工艺性：在保证使用要求的前提下，能否被经济、方便地制造出来，是否采用了高效率的制造方法和充分发挥了设备的能力。第四节零件的结构工艺性零件切削加工的结构工艺性原则：1）尽量采用标准化参数2）尽量减少零件的加工表面和降低对加工表面的质量要求。3）零件的结构应能使定位准确、夹紧可靠、方便加工、易于测量等，以减少专用设备、工装的使用，缩短生产周期，降低生产成本。4）生产批量大的零件，其结构应与高效机床、先进加工方法相适应。1．便于安装：准确定位、可靠夹紧左图所示的大平板工件在加工中不便装夹，为此，增设夹紧的工艺凸缘或工艺孔，以便用螺钉、压板夹紧，且吊装、搬运方便

2．应尽量减小加工面积支座地面设计为中凹可减少加工量，以减少刀具及材料的消耗量，还可以保证装配时零件间的很好配合。改进后可在一次安装中加工出来3.尽量减少安装次数，降低安装误差和减少辅助工时，提高切削效率，保证精度。4．孔的轴线应与进口和出口的端面垂直，避免在曲面或斜壁上钻孔孔的轴线不垂直于孔的进口或出口的端面，钻头容易产生偏斜或弯曲，甚至折断。应尽量避免在曲面或斜壁上钻孔，提高生产率，保证精度5．退刀槽、过度圆弧、锥面、键槽等同类要素在同一个阶梯轴上要尽量统一

左图轴上的退刀槽宽度不一致，车削时需准备、更换不同宽度的车槽刀，增加了换刀和对刀的次数。改进后，减少了刀具种类和换刀次数，节省了辅助时间。

轴上的过度圆角尽量一致，便于加工。

使用同一把刀具可加工所有键槽。6.刀具应有足够的操作空间：退刀槽（车螺纹、滚齿、铣齿）、空刀槽（插齿）、越程槽（刨削、磨削）加工内螺纹或外螺纹时，螺纹根部应有退刀槽，这样才可以车出完整的螺纹，避免刀具、机床的损伤，使