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机械零件加工工艺过程以及模具零件加工的工艺过程


机械零件加工工艺过程的基本知识
在制造生产过程中,由于零件的要求和生产条件等不同,其制造工艺方案也不 相同。相同的零件采用不同的工艺方案生产时,其生产效率、经济效益也是不相 同的。在确保零件质量的前提下,拟定具有良好的综合技术经济效益、合理可行 的工艺方案的过程称为零件的工艺过程设计。 一、生产过程和工艺过程 1.生产过程 由设计图纸变为产品, 要经过一系列的制造过程。

通常将原材料或半成品 转变成为产品所经过的全部过程称作生产过程。生产过程通常包括: (1)技术准备过程包括产品投产前的市场调查、预测、新产品鉴定、工艺设 计、标准化审查等。 (2) 或工艺过程指直接改变原材料半成品的尺寸、形状、表面的相互位置、 表面粗糙度或性能,使之成为成品的过程。例如液态成形、塑变成形、焊接、粉 末成形、切削加工、热处理、表面处理、装配等,都属于工艺过程。 将合理的工艺过程编写成用以指导生产的技术文件,这份技术文件称作 工艺规程。 (3)辅助生产过程指为了保证基本生产过程的正常进行所必须的辅助生产活 动。 (4)生产服务过程指原材料的组织、运输、保管、储存、供应及产品包装、 销售等过程。 2.工艺过程的组成 零件的切削加工工艺过程由许多工序组合而成, 每个工序又由工位、 工步、 走刀和安装组成。 (1)工序指在一台机床上或在同一个工作地点对一个或一组工件连续 完成的那部分工艺过程。划分工序的依据是工作地点是否变化和工作是否连续。 图 2-1 所示阶梯轴的加工工艺过程见表 2-1。

表 2 一 1 工序的划分, 是由一个人在一台车床上连续完成车两端面、钻两顶 尖孔后,便换一个工件加工,重复以上内容,则这部分工艺过程为一个工序。该 人又在同一台车床上连续完成粗车各外圆、半精车各外圆、倒角后,便换一个工 件加工,重复以上内容,则这部分工艺过程又为一个工序。如果是由一个人在一 台车床上连续完成车两端面、钻两顶尖孔、粗车各外圆、半精车各外圆、倒角后 再换第二个工件重复这些内容, 则这部分工艺过程是一个工序, 而不是两个工序。

(2)工步指在一个工序中,当工件的加工表面、切削刀具和切削用量中的转 速与进给量均保持不变时所完成的那部分工序。加工表面较多的工序,可分为若 干工步。工步是构成工序的基本单元。 (3)走刀刀具从被加工表面每切去一层余量,就称作一次走刀。待切除的余 量太大而不可能或不适合一次切下时,可分成几次切削完成。 4)安装工件经一次装夹(定位和夹紧)后所完成的那部分工序称为安装。 (5)工位相对刀具或设备的固定部分,工件所占有的每一个加工位置称为工 位。多数情况下,一个工序中工件仅安装一次,有时也可能安装多次。如图 2-1 所示阶梯轴,在 0 号工序中一般需两次安装,夹住一端车另一端,然后调头。调 头后又形成一个新的工位。

第二节 基准与定位 零件的各种不同的形状, 是由许多表面以各种不同的组合形式构成的, 各表面之间有一定的尺寸和相互位置要求。基准是确定零件 (或部件)上某些点、 线、面的位置时所依据的点、线、面,即基准是零件本身上的或者与零件有关的 面、线或点,根据这些面、线或点来确定零件上的另一些面、线或点的位置。 按其作用的不同, 基准可分为设计基准和工艺基准,工艺基准又可分

为定位基准、测量基准和装配基准,定位基准又可分为粗基准和精基准。 1.设计基准

如图所示的轴套中,轴线 0 一 0 是内孔的设计基准,端面 A 是端面 C 及台阶面 B 的设计基准,内圆表面 D 的轴线是外圆表面的设计基准

2.工艺基准 工艺基准是在制造零件和安装机器的过程中所使用的基准。 (1)定位基准 是指在加工时,工件在机床或夹具中定位用的基准。 (2)测量基准 是指零件检验时,用于测量被加工表面的尺寸和位置的基准。 (3)装配基准 是指装配时用于确定零件在部件或产品中位置的基准。 二、基准的选择原则 1.粗基准的选择 为使所有加工表面都有足够的加工余量和保证各加工表面对不加工表 面具有一定的位置精度,粗基准选择应遵守以下原则。

车床床身的粗基准
1.粗基准的选择(续) (1)选择工件上的不加工表而作为粗基准。 (2)选择重要表而或加工余量最小的表面作为粗基准。 (3)选择较为平整光洁、面积较大的表面作粗基准 (4)粗基准一般只能使用一次,尽量避免重复使用

2.精基准的选择 精基准选择应遵守以下原则: (1)基准重合原则 即尽量选择设计基准作为定位基准, 以避免因基准不重合而引起的定位误差。 (2)基准同一原则 应使尽可能多的表面加工采用同一个精基准。 (3)一般要求 选择精基准时, 要求定位准确、 稳定可靠, 并能使夹具结构简单、 操作方便。 三、工件的定位原理 定位: 在加工时,首先要使工件占有正确的位置。 夹紧: 工件定位后, 为使工件在加工中不受外力的影响而始终保持正确的位置。 安装: 工件从定位到夹紧的整个过程。 1.六点定位原则

任一刚体,在空间直角坐标系中均有六个自由度. 工件在夹具中获得准确的位置,必须限制其相应的自由度

2.定位中的几种情况 (1)完全定位 工件六个自由度全部被限制的定位。 (2)不完全定 根据工件的加工要求,并不需要限制工件的全部自由度的定位。 (3)过定位 两个或两个以上的定位元件,重复限制工件的同一个自由度的定位。 (4)欠定位 根据工件的加工要求,应该限制的自由度没有完全限制的定位。 第三节 工艺规程的拟订 工艺规程是指导生产的技术文件,工艺规程必须经济合理。 一、制订工艺规程的要求和步骤 零件的工艺规程就是零件的加工方法和步骤。内容:加工工艺(热处理工序),确定 各工序所用的机床、装夹方法、度量方法、加工余量、切削用量和工时定额等。将各项内容 填写在一定形式的卡片上,这就是机械加工工艺的规程,即机械加工工艺卡片。 1.制订工艺规程的要求 不同的零件, 由于结构、 尺寸、 精度和表而粗糙度等要求不同, 其加工工艺也随之不同。 一个零件可能有几种工艺方案,但其中总有一个是更为合理的。 合理的加工工艺必须能保证零件的全部技术要求 。 制订一个合理的加工工艺, 并 非轻而易举。往往要经过反复实践、反复修改,使其逐步完善的过程。 2.制订工艺规程的步骤 制订工艺规程的步骤大致如下: (1)对零件进行工艺分析; (2)毛坯的选择; (3)定位基准的选择; (4)工艺路线的制订; (5)选择或设计、制造机床设备; (6)选择或设计、制造刀具、夹具、量具及其他辅助工具;

(7)确定工序的加工余量、工序尺寸及公差; (8)确定工序的切削用量; (9)估算时间定额; (10)填写工艺文件。 二、制订工艺规程时所要解决的主要问题 1.零件的工艺分析,其主要内容有: (1)检查零件的图纸是否完整和正确,分析零件主要表而的精度、表而完整性、技术要 求等在现有生产条件下能否达到。 (2)检查零件材料的选择是否恰当,是否会使工艺变得困难和复杂。 (3)审查零件的结构工艺性,检查零件结构是否能经济地、有效地加工出来。 2.毛坯的选择 毛坯的选择对经济效益影响很大。因为工序的安排、材料的消耗、加工工时的多少等, 都在一定程度上取决于所选择的毛坯。 3.定位基准的选择 (1)传动用的阶梯轴,一般选用两端的中心孔作为主要精基准。 (2)盘套类零件一般以中心部位的孔作为主要精基准 。 a)在一次装夹中精车齿轮坯的孔、大外圆和大端而,以保证 这些表面的位置精度要求 。 b)先精加工孔,然后以孔作为精基准,加工其他各表面。 c)外圆与孔互为基准。 (3)支架箱体类零件,一般采用机座上的主要平面作为主要精 基准加工各轴承支承孔。 4.工艺路线的拟订 (1)加工方案的确定: a)被加工材料的性能及热处理要求。 b)加工表面的形状和尺寸。 c)还应考虑本厂和本车间的现有设备情况、技术条件 和工人技术水平。 (2)加工阶段的划分: a)粗加工阶段。 b)半精加工阶段。 c)精加工阶段。 划分加工阶段的目的 (i)有利于保证加工质量。 (ii)有利于合理使用设备。 (iii)有利于安排热处理工序。 (iv)可避免损伤己加工好的主要表面 。 (3)加工顺序的安排 1)机械加工工序的安排 (i)基准先行。 (ii)先粗后精。 (iii)先主后次。 (iv)先面后孔。 2)热处理工序的安排。

(i)预备热处理。 (ii)时效处理。 (iii)最终热处理。

热处理工序安排位置

3)检验工序的安排 (i)粗加工之后。 (ii)工件在转换车间之前。 (iii)关键工序的前后。 (iv)特种检验之前。 (v)全部加工结束之后。 4)辅助工序的安排 (i)零件表面处理工序。 (ii)特种检验。 (iii)去毛刺、去磁、清洗等。 (4)工序的集中与分散: 1)工序集中原则。

2)工序分散原则。

工序集中分散条件: a)生产类型。 b)工件的尺寸和重量。 c)工艺设备条件。 5.确定加工余量 加工余量:从毛坯表面上所切除的金属层 。 总 余 量:从毛坯到成品总共需要切除的余量。 工序余量:在某工序中所要切除的余量。 6.填写工艺文件 工艺过程拟订之后将工序号、工序内容、工艺简图、所用机床等项目、内容用图表的方 式填写成技术文件。 常用的工艺文件有以下几种。 (1)机械加工工艺过程卡片:其主要作用是简要说明 机械加工的工艺路线。 (2)机械加工工序卡片:要求工艺文件尽可能地详细、 完整,除了有工序目录以外,还有每道工序的

工序卡片。 (3)机械加工工艺(综合)卡片。采用一种比机械加工 工艺过程卡片详细,比机械加工序卡片简单灵活 的机械加工工艺卡片。

二、模具零件加工的工艺过程
模具由各种零件组成, 其制造过程包括零件的加工、钳工装配以及模具的试 模和调整。毛坯经过车、铣、刨、磨、热处理和钳工等加工,改变其形状、尺寸 和材料性能,使之变为符合图样要求的零件的过程,称为工艺过程。对于同一个 零件可以有几种不同的工艺过程。在制定工艺过程时,应根据零件图样的要求和 工厂的实际生产条件制定。若将其内容以一定的格式写成文件,用于指导生产, 则此文件称为该零件的工艺规程。 模具制造属于单件或小批生产。模具零件的工艺规程一般都定得比较简单, 而且往往与零件的工艺路线卡合在一起,以表格的形式写在卡片上,此卡片称为 工艺卡。 卡片的格式和内容根据各工厂的具体情况而定。模具零件工艺卡的内容 大致包括工种、施工说明及工时定额等,但通常将加工(或装配)内容及要求简要 地编写在工艺卡片的该工序上。 必须指出的是, 工艺规程并不是一成不变的,随着模具制造技术的发展和提 高,它也必须作相应的修改,以把新的技术成果反映到工艺规程中,使其不断完 善。 4.1 模具制造工艺路线的编制 在模具制造过程中有必要编制如下有关工艺文件: 模具制造的基本工艺路线、 模具零件制造的工艺路线和模具制造工艺规程等。 (1)模具制造的基本工艺路线 模具制造的基本工艺路线如图 2.59 所示,是在接受模具制造的委托时,首 先根据制品零件图样或实物, 分析研究后确定模具制造过程中所需要涉及到的相 关部门及其所承担的任务。

图 2.59 模具制造的基本工艺路线

(2)模具零件制造的工艺路线 模具零件制造的工艺路线是指根据模具零件设计要求, 确定模具零件在加工 过程中所需要的加工工序、使用的设备及所需协作的相关部门。 模具零件制造的工艺路线是指导模具零件加工流程的工艺文件, 一般用卡片 形式标明模具零件加工过程中所需要的每一道工序、顺序及完成的加工内容。 不同模具零件在制造过程中, 因模具零件形状、 技术要求、 加工手段等不同, 而具有不同的工艺路线。 图 2.70 所示为落料凹模。

图 2.70 落料凹模

其工艺路线如下: 方案一: ①备料→②外形加工→③平磨、 磨基准平面→④钳工: 划线、 钻孔、 攻螺纹→⑤粗、精铣/车/镗加工型孔→⑥热处理→⑦平磨→⑧钳修。 方案二: ①备料→②外形加工→③平磨、 磨基准平面→④钳工: 划线、 钻孔、 攻螺纹→⑤粗铣/车/镗加工型孔→⑥热处理→⑦平磨、 磨基准平面→⑧精磨销孔、 修磨型孔。 方案三: ①备料→②外形加工→③平磨、 磨基准平面→④钳工: 划线、 钻孔、 攻螺纹→⑤热处理→⑥平磨、磨基准平面→⑦线切割型孔、销孔→⑧修磨型孔、 销孔。 从上面的工艺路线方案中可以看到: ①因模具型孔形状不同,则所采用加工手段也不同。方案一、二的方孔采用 铣削加工,圆孔则可以采用车床镗孔或铣床镗孔。 ②采用加工手段不同,则工艺路线不同。 ③方案一的型孔避免不了热处理造成的变形,所以只适用于要求不高的小型 模具。 ④方案二、三的型孔、销孔的加工均在热处理之后,避免了热处理造成的变 形,使模具能获得较高的加工精度。 方案二获得的模具质量最高;方案三的加工工艺最为简单,而且适用于任何 形状的冲裁模,这是目前采用最多的工艺方案。 由上可知,编制模具零件加工工艺路线必须考虑如下因素: ①模具的种类不同,其制造工艺不同。 ②模具结构复杂程度及模型的形状。 ③模具的精度。 ④模具的使用要求。 ⑤模具的加工条件。 ⑥模具材料。 (3)模具制造工艺规程 模具制造工艺规程是指导在模具制造过程中每一道工序如何保证模具制造 质量的工艺文件。一般配有工艺简图,并详细说明该工序的每个工步的加工(或 装配)内容、工艺参数、操作要求以及所用设备和工艺装备等。 模具制造工艺规程通常包括模具零件加工工艺规程、模具热处理工艺规程、 模具装配调试工艺规程等文件。 模具制造工艺规程多用于大批量生产和成批生产 中的重要零件。


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