機(jī)械零件制造工藝分析的重要性

馬光全

摘? 要：制定零件制造工藝過(guò)程中，零件的工藝分析具有重要的意義，分析的結(jié)論影響零件質(zhì)量、生產(chǎn)效率和制造成本，產(chǎn)品的使用性能以及企業(yè)聲譽(yù)。本文主要從零件的功用性分析、毛坯成型工藝分析、機(jī)械加工工藝分析等方面闡述機(jī)械零件制造工藝分析的重要性及其分析方法。機(jī)械加工工藝分析的重點(diǎn)內(nèi)容是定位基準(zhǔn)的確定、刀具的選擇和加工參數(shù)的選擇。

關(guān)鍵詞：工藝分析? 功用性? 定位基準(zhǔn)? 刀具? 加工參數(shù)

中圖分類號(hào)：TH16? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1672-098x（2020）09（c）-0114-03

Abstract： It is of great significance to analyze the manufacturing process of spare parts. The conclusion of the analysis affects the quality production efficiency and manufacturing cost of parts and affect the use of the product performance and corporate reputation. This paper expounds the importance and analysis method of manufacturing process analysis of mechanical parts from the aspects of functional analysis of parts， blank forming process analysis， machining process analysis and so on. The key content of machining process analysis is the determination of positioning datum， tool selection and machining parameters selection.

Key Words： Process analysis; Functionality; Positioning datum; Tools; Machining parameter

在機(jī)械零件制造工藝制定過(guò)程中，首先要進(jìn)行機(jī)械零件制造工藝分析，內(nèi)容包括零件功用性分析、材料分析、毛坯成型工藝分析、精度分析、技術(shù)要求分析、生產(chǎn)綱領(lǐng)分析、裝配工藝性分析和維修方便等[1]。在機(jī)械制造企業(yè)和職業(yè)教育教學(xué)中，往往對(duì)工藝分析得不全面、不到位。下面僅對(duì)在零件工藝分析時(shí)容易被忽視的內(nèi)容進(jìn)行闡述。

1? 零件的功用性分析

分析零件在機(jī)械產(chǎn)品運(yùn)行中的功用，分析產(chǎn)品的工作環(huán)境，確定零件材質(zhì)的選擇是否合理，是分析的首要內(nèi)容，也是最重要的內(nèi)容。分析要求，確保零件材質(zhì)在滿足強(qiáng)度的條件下，滿足剛性要求，滿足硬度要求，滿足工作環(huán)境要求。工作環(huán)境主要包括高溫、低溫、潮濕、具有腐蝕性等環(huán)境，應(yīng)分別選擇耐高溫材料、耐低溫材料、防銹材料和耐腐蝕材料等。若選材不合理，嚴(yán)重影響設(shè)備的使用性能，甚至影響設(shè)備安全乃至人的安全。

如車床主軸，起傳遞旋轉(zhuǎn)力矩的作用，承受較大載荷，需要耐沖擊耐疲勞，故材料采用強(qiáng)度和韌性都較好的45或40Cr，是較合理的選擇。

零件的功用性分析主要通過(guò)分析裝配圖來(lái)實(shí)現(xiàn)，同時(shí)分析此零件與哪些零件配合，了解配合公差要求，確知哪些是重要表面和尺寸，哪些是非重要尺寸和表面。重要表面和尺寸，需要通過(guò)合理的工藝嚴(yán)格保證;非重要尺寸和表面，在不影響零件使用性能的前提下，可以適當(dāng)放寬要求。

2? 毛坯成型工藝分析

毛坯成型方法主要包括鑄造成型、鍛造成型、焊接成型、沖壓成型、塑料成型和型材切割等方法。毛坯成型選擇，應(yīng)符合工藝性、經(jīng)濟(jì)性、適應(yīng)生產(chǎn)條件、綠色環(huán)保等原則[2]。

一般零件材質(zhì)確定了，其成型方法也就確定了，如齒輪箱等箱體類零件，材質(zhì)采用HT200，成型方法采用鑄造。毛坯成型分析內(nèi)容包括零件結(jié)構(gòu)分析和材料鑄造性能分析，如下：

應(yīng)該滿足鑄造工藝性，要求壁厚合理，不能太厚，太厚易出現(xiàn)鑄造缺陷，如縮松縮孔等缺陷;壁厚不能薄于最小壁厚，否則會(huì)產(chǎn)生澆注不足、強(qiáng)度和剛性不足等現(xiàn)象;圓角是鑄造件的基本的特征，圓角減少鑄件應(yīng)力，避免應(yīng)力集中，也是鑄造工藝的基本要求;與拔模方向垂直的面要添加拔模斜度，滿足脫模要求。結(jié)構(gòu)在滿足使用性能前提下，盡可能避免側(cè)孔側(cè)凹等特征，以簡(jiǎn)化成型工藝和方便脫模。

材質(zhì)HT200的鐵水具有較好的流動(dòng)性，收縮率低（不易產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，更不易產(chǎn)生產(chǎn)生熱裂），澆注溫度較低（與鑄鋼相比），具有較好的鑄造性能。并且鑄件具有較好的減振性能、抗壓能力。

3? 機(jī)械加工工藝分析

機(jī)械加工工藝系統(tǒng)，包括工件、機(jī)床、夾具、刀具四大部分組成。機(jī)床種類包括車床、銑床、鏜床、刨插床、鉆床、齒輪加工機(jī)床、特種加工機(jī)床、螺紋加工機(jī)床、拉床、鋸床、磨床及其他機(jī)床等。夾具分為通用夾具、鉆用夾具、組合夾具[3]。

3.1 生產(chǎn)綱領(lǐng)分析

根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)，生產(chǎn)類型分為大批量生產(chǎn)、成批生產(chǎn)、小批量單件生產(chǎn)。生產(chǎn)類型不同，相同的零件加工工藝過(guò)程和使用的機(jī)床、夾具和刀具完全不同。若大批量生產(chǎn)選用專用機(jī)床，專用夾具、專用刀具、專用量具;若是小批單件生產(chǎn)選用通用機(jī)床、通用夾具、通用刀具、通用量具。因此生產(chǎn)綱領(lǐng)分析意義重大。

3.2 定位基準(zhǔn)分析

機(jī)械加工過(guò)程中，定位基準(zhǔn)的選擇直接影響零件質(zhì)量，尤其是對(duì)位置精度、尺寸精度和零件各表面間的加工順序安排影響。

根據(jù)六點(diǎn)定位原理，合理選擇定位基準(zhǔn)，不允許過(guò)定位、不允許欠定位。

粗加工時(shí)，定位基準(zhǔn)的選擇，滿足下面要求。選擇重要表面為粗基準(zhǔn);選擇不加工表面為粗基準(zhǔn);選擇加工余量最小的表面為粗基準(zhǔn);粗基準(zhǔn)只能使用一次。

精加工時(shí)，定位基準(zhǔn)的選擇。應(yīng)滿足以下原則：基準(zhǔn)統(tǒng)一原則、便于裝夾原則、基準(zhǔn)重合原則、互為基準(zhǔn)原則、自為基準(zhǔn)原則。

如車床導(dǎo)軌粗加工時(shí)，以導(dǎo)軌面作為粗基準(zhǔn)，符合以重要表面作為粗基準(zhǔn)和以加工余量小的表面作為粗基準(zhǔn)原則;車床主軸精加工時(shí)，采用雙頂尖裝夾，符合基準(zhǔn)統(tǒng)一原則。

3.3 材料切削工藝性分析

不同金屬材料切削工藝性，體現(xiàn)在是否粘刀、是否刀具磨損快、切屑是否連續(xù)或纏繞、切削力大小等等，切削不同材料的零件時(shí)，應(yīng)使用相對(duì)不同材料的刀具，不同的切削參數(shù)。

常用刀具的材料種類有高速鋼、硬質(zhì)合金、工具鋼、涂層刀具、陶瓷、立方碳化硼等[4]。

合理的刀具選擇及參數(shù)選擇，才能實(shí)現(xiàn)高效率——產(chǎn)出/投入比大[5]。

3.4 合理選擇刀具

機(jī)械加工中最常用的刀具材質(zhì)是硬質(zhì)合金，下面介紹硬質(zhì)合金刀具的分類及選擇刀具的方法。

硬質(zhì)合金種類：鎢鈦鈷類硬質(zhì)合金YT（P類長(zhǎng)切削加工用硬質(zhì)合金）、鎢鈦鉭YW（M類長(zhǎng)切削或短切削加工用硬質(zhì)合金）、鎢鈷類硬質(zhì)合金YG（K類短切削加工用硬質(zhì)合金）。每一類都有一個(gè)相應(yīng)的識(shí)別顏色即分別為蘭、黃、紅三色。P--主要加工碳鋼及合金鋼;M--主要加工不銹鋼及鋼鑄件;K--主要加工灰鑄鐵及球墨鑄鐵;

在工藝分析和制定時(shí)，根據(jù)被加工零件的材質(zhì)及硬度、加工表面狀況、粗加工、精加工等，選擇合理刀具。粗加工時(shí)要求刀具有很好的韌性，承受大的切削力和沖擊;精加工時(shí)要保證刀具硬度、刀具耐用度，最終保證零件的精度和表面質(zhì)量。表1列出4種P類刀具的應(yīng)用范圍，以示刀具的選擇方法。

3.5 切削參數(shù)確定

切削參數(shù)選擇決定了生產(chǎn)效率和刀具耐用度，即關(guān)乎質(zhì)量也關(guān)乎經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)加工零件材質(zhì)以及力學(xué)性能與物理性能，選擇相應(yīng)的刀具材料以及刀具幾何角度，選擇合理的切削參數(shù)（切削速度、進(jìn)給量、切削深度）。粗加工、半精加工、精加工也應(yīng)使用不同材質(zhì)的刀具及刀具角度[6]、不同的切削參數(shù)。不同工況情況下，也應(yīng)選相適應(yīng)的刀具。工況情況分析包括：是否間斷切削，工件上是否有厚鑄件硬皮或鍛造硬皮，零件夾緊是否可靠等。

隨著刀具材料的性能提高，其切削效率和切削質(zhì)量也在不斷提升，并且不同企業(yè)生產(chǎn)的刀具質(zhì)量和切削性能也不同，因此切削參數(shù)選取，應(yīng)參照刀具使用說(shuō)明。舉例，精車硬度180HB的低碳鋼，正常工況情況下，使用可轉(zhuǎn)位式涂層硬質(zhì)合金刀片，選取刀具型號(hào)及相對(duì)應(yīng)的切削參數(shù)，見(jiàn)表2（來(lái)自某企業(yè)刀具使用說(shuō)明）。

在普通機(jī)床操作或數(shù)控機(jī)床編程時(shí)，加工參數(shù)包括切削深度、進(jìn)給量和主軸轉(zhuǎn)速。主軸轉(zhuǎn)速與切削速度之間的換算關(guān)系見(jiàn)如下公式[7]：

軸類零件進(jìn)給量根據(jù)零件的表面質(zhì)量要求確定，表面質(zhì)量要求高則進(jìn)給量取較小值。表面質(zhì)量還與車刀具圓角半徑有關(guān)。車削表面粗糙度值計(jì)算公式如下：

4? 結(jié)語(yǔ)

在機(jī)械制造和職業(yè)教育教學(xué)中，機(jī)械零件制造工藝分析更應(yīng)得到重視。在分析時(shí)，既要考慮零件的使用性能、制造零件的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)成本，又要考慮機(jī)械產(chǎn)品裝配工藝及方便維修;既要考慮形狀與尺寸的獲得，更要考慮刀具、機(jī)床、夾具的合理選擇與使用;切削參數(shù)的確定時(shí)，要充分根據(jù)刀具性能和零件精度要求，查閱刀具使用說(shuō)明或計(jì)算，合理選取。在此基礎(chǔ)上，制定的零件制造工藝才更科學(xué)更合理。

參考文獻(xiàn)

[1] 齊敬豪.數(shù)控車削加工工藝研究[J].中國(guó)機(jī)械，2019（15）：92-94.

[2] 郭成程.綠色制造技術(shù)在金屬加工中刀具的選擇應(yīng)用[J].冶金與材料，2019（12）：99-101.

[3] 彭湘 彭小彥.試論如何選擇數(shù)控銑加工的刀具和切削用量[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2018（1）：93，97.

[4] 儲(chǔ)繼影.高溫合金加工刀具選擇與工藝參數(shù)優(yōu)化研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2016.

[5] 魏風(fēng)景.研究如何選擇數(shù)控銑加工的刀具和切削用量[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2020（12）：109-110.

[6] 師浩浩，陳楓，周一丹.CVD金剛石厚膜刀具切削參數(shù)對(duì)切削力及粗糙度影響的研究[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2020（5）：141-145.

[7] 倪紅梅，蘇立祥，鄭愛(ài)權(quán).模具子系統(tǒng)機(jī)械制造[M].北京：外語(yǔ)教學(xué)與研究出版社，2017.