齿轮油泵齿轮轴：拟定工艺路线

任务 9: 齿轮油泵齿轮轴 - 拟定工艺路线

• 项目报告单中拟定工艺路线的部分内容需要完成，整合前面课程的内容。
• 本节学习要点包括选择表面加工方法和方案、划分加工阶段、工序集中与分散、安排加工工序、选择机床及工艺装备。

工艺路线的拟订

• 拟订工艺路线是设计工艺规程中最关键的步骤。
• 主要任务需要按顺序完成以下几个方面的工作:
  • 选择各表面加工方法和加工方案
  • 划分加工阶段
  • 确定工序集中与分散
  • 确定加工顺序
  • 机床及工艺装备的选择
• 拟定工艺路线时，需要同时提出几种可能的加工方案，然后通过对比分析，最终确定一种最为合理的工艺方案。

加工方法和加工方案的选择

• 概念：经济精度指的是在正常工作条件下（包括符合要求的标准设备、工艺装备、标准技术等级的工人、不延长加工时间）所能保证的加工精度。
• 各加工方法所能达到的经济精度及表面粗糙度
• 所能达到的粗糙度称为经济表面粗糙度。

表面加工方法的选择

• 选择表面加工方法时，一般先根据表面精度和粗糙度要求选择最终加工方法，然后再确定精加工前前期工序的加工方法。
• 选择加工方法既要保证零件表面的质量，又要争取高生产效率。

外圆表面加工方案示例

• 粗车: 适用经济精度 IT1113，经济粗糙度值 Ra 为 12.550 um
• 粗车-半精车: 适用经济精度 IT810，经济粗糙度值 Ra 为 3.26.3 um
• 粗车-半精车-精车: 适用经济精度 IT78，经济粗糙度值 Ra 为 0.81.6 um，适用于淬火钢以外的各种金属
• 粗车-半精车-精车-滚压: 适用经济精度 IT78，经济粗糙度值 Ra 为 0.0250.2 um
• 精车 - 金刚石车：适用经济精度IT5IT6，经济粗糙度值Ra0.011.25µm

平面加工方案示例

• 粗铣-精铣-拉削-研磨： 适用精度等级IT5以上
• 粗刨(或粗铣)——精刨：经济精度 IT 10~8 ， 表面粗糙度Ra 6.3 ~ 1.6 um
• 粗铣－拉削： 经济精度IT 9~7 ,Ra 0.8 ~ 0.2 um,适合大量零件 较小的平面(精度视拉刀精度而定)
• 粗刨(或粗铣)——精刨(或精铣)——刮研：适合精度要求较高的不淬硬平面

内孔加工方案示例

• 粗镗(扩)一半精镗(精扩)一精镗(铰)：使用经济精度IT6~7
• 钻一扩—粗铰一精铰：使用经济精度IT7
• 以研磨代替上述方案中的珩磨：使用经济精度IT6级以上

选择表面加工方案时应考虑的因素

• 一般根据经验或是查表来确定加工方案, 具体选择时应考虑以下几个方面。
• 要根据零件主要表面的技术要求和工厂具体条件选定最终加工方法， 根据加工表面的技术要求，选择能获得经济精度的加工方法。 如: 加工 IT7，表面粗糙度为 Ra 0.8um 的外圆柱面，通过精细车、滚压、磨削可以达到要求，选择一种合理的加工方法。
• 还应考虑被加工材料的性质：
• 淬火钢的精加工通常用磨削方法。
• 有色金属的表面粗糙度要求较高时,不能磨削，一般采用高速精细车削。

工件的结构、形状和尺寸大小

• 对于 IT7 精度的孔，镗削、铰削、拉削和磨削均可达到要求。
• 箱体上的孔不宜拉孔和磨孔，而应采用镗孔和铰孔；大孔应镗削，小孔应铰削。

根据生产类型选择合理的加工方法

• 大批大量生产应选用高效率的加工方法，采用专用设备
• 平面和孔可用拉削加工；轴类零件可采用半自动液压仿型车床加工；复杂表面可采用数控机床和加工中心

充分利用本厂现有设备和工艺装备，发挥工人的创造性

• 在选择加工方法时，应根据零件主要表面的技术要求和工厂具体条件，先选定它的最终加工方法，然后再确定前导工序的加工方法．

加工阶段的划分

• 当零件的加工质量要求较高时，不能在一道工序中完成全部加工内容，而应根据零件的技术要求划分加工阶段。加工阶段包括：
  • 粗加工阶段：尽量切除大部分余量，使工件形状、尺寸接近成品。
  • 半精加工阶段：去除粗加工后留下的误差和缺陷，使被加工工件达到一定的精度。这个阶段为主要表面的精加工做准备，并完成次要表面的最终加工，如钻孔、攻丝、铣键槽等。
  • 精加工阶段：保证各主要表面达到图纸要求，保证加工质量，大多数零件经过这一加工阶段就已经完成。这是关键加工阶段
  • 光整加工阶段：该阶段旨在获得高质量的尺寸精度和表面粗糙度，标准精度等级为IT5上, Ra≤0.2um，不能纠正位置精度，位置精度用前道工序保证（抛光、研磨等)

划分加工阶段的目的

• 保证零件加工质量: 粗加工切除大量余量会使零件变形，后续的半精加工和精加工可以消除和修复这些变形，保证最终的加工质量。
• 有利于及早发现毛坯缺陷并及时处理，以便采取补救措施。
• 有利于合理利用机床设备:粗加工适用功率大、刚度好的机床，精加工采用高精度机床以确保工件的精度要求
• 便于安排热处理工序：粗加工阶段前后要进行去应力处理等预先热处理工序，精加工前后做淬火等最终热处理
• 避免损伤已加工表面: 将精加工安排在最后, 保护精加工表面在加工过程中避免受损。

工序集中与分散

• 在制定工艺过程中，为便于组织生产，常将工艺过程划分为若干个工序 工序集中就是将零件的加工集中在少数几道工序中完成，每道工序加工内容多。可以采用机械集中或组织集中。
• 工序分散就是将零件的加工分散到很多道工序中完成，每道工序加工的内容少，工艺路线很长。有时每道工序只有一个工步。

工序集中与分散的特点

• 工序集中: 每道工序加工面多 ；特点有：

  • 采用高效率工装，生产效率高，对对工人的技术水平要求高；
  • 减少装夹次数， 容易保证各加工加工表面间的相互位置精度, 并缩短辅助时间;
  • 减少机床数量、操作工人和生产占地面积；

• 工序分散 ：每道工序加工面少。 特征有:

  • 劳动强度低，对操作工人的技术水平要求低
  • 采用最合理的切削削用量，减少基本时间：
  • 设备和工装数量多，操作工人多，占地面积大；

工序集中与分散的选择原则

• 确定工序集中或分散的原则主要根据设备、生产规模，零件的结构特点综合考虑后确定。
  • 对重型零件的加工，为了减少装夹和往返搬运的次数，多采用工序集中的原则;
  • 对于刚性差，精度高的精密工件，应当用工序分散的原则。
  • 随着数控机床的发展，现代生产倾向于采用工序集中的加工方法, 因为工序集中的优点多于工序分散。
• 大批大量生产时, 如果使用采用数控机床、加工中心则按工序集中原则组织艺过程, 虽然设备的一次性投资较高,但有足够的柔性，转产相对容易。

加工顺序的安排

• 复杂零件的机械加工要经过一系列切削加工、热处理和辅助工序，因此在拟订路线时，工艺人员要全面综合考虑切削加工，热处理和辅助工序。
  • 工序顺序的安排
  • 热处理工序的安排
  • 检验工序的安排
  • 其它工序的安排

工序顺序安排

• 基面先行。先找基准面后加工其他表面，先将基准面加工好，再使用基准面将其他面定位加工。
• 也就是上道工序的加工能为之后的工序提供基准与表面的夹紧，要遵循前工序为后工序提供基准的原则。
• 先主后次。
• 优先处理主要表面(精度和表面质量要求较高)，再将其他表面的加工工序穿插进行，如装配表面， 工作表面, 次要表面如键糟、联接用的光孔等。
• 先粗后精
• 零件的加工方法是先粗加工，再根据需要依次的安排半精加工，最后再安排精加工
• 粗加工的热应力和热变形充分恢复后，再进行精加工
• 先面后孔
• 先加工平面后再加工孔，平面轮廓面积较大， 能保证比较可靠的定位基准，另外还能保证孔与面之间的位置精度需求 比如加工零件的中心孔前必须先加工端面，然后再钻中心孔。

热处理工序的安排

• 要根据热处理的目的和工件的材料来安排热处理在加工流程中的位置

  • 预备热处理: 目的是目的是消除毛坯制造过程中产生的内应力, 改善金属材料的切削加工性能适用于退火、正火、调质
    • 一般安排在粗加工前后。
  • 最终热处理: 旨在提升工件表面硬度和耐磨性, 一般安排在精加工的前后，最终热处理通常采用淬火、渗碳、渗氮淬火等工艺达到硬度要求。
  • 时效处理: 旨在消除毛坯制造中产生内应力,减小工件变形适用于自然时效/人工时效

• 一般安排在粗加工之后,精加工之前，适用于大而复杂的铸件

• 表面热处理: 为增加工件的的耐腐性和装饰性，将热处理工序，如镀铬、镀锌、发兰灯，一般都安排在工艺过程最后阶段进行．

热处理工艺特点

• 为改善切削性能的热处理工序, 如退火、正火和调质, 应安排在切削加工之前。
• 为消除内应力的热处理工序(如时效、退火, 和正火)应安排在粗加工之后
• 在半精加工之后、精加工之前应加入热处理的步骤(淬火-回火、 渗碳、淬火
• 表面处理的工序一般放在最后进行, 比如镀铬，镀锌或者阳极氧化。

检验工序的安排

• 为了保证质量，应该在以下场合安排检验工序以防止次品。
  • 粗加工全部结束之后
  • 送往外车间加工的前后
  • 工时较长和重要工序前后
  • 零件全全部加工之后
  • 特别注意的是， 除了安排尺寸检验等工序，有的零件还要安排探伤，密封与平衡等检验步骤。

其它工序的安排

• 其他工序包括工件的去毛刺、清洗与防锈等过程。
• 零件表层或者内腔的毛刺会在机器装配时造成较大的影响。故在切削加工工序完成后，需要安排去毛刺流程。
• 零件在进入装配前，也要经过清洗来对切屑进行处理。研磨、珩磨等光整加工工序之后,微小磨粒易附着在工件表面上，要注意清洗。
• 如果工件有经过磁力夹紧的步骤, 在这个工序之后还需要进行退磁以消除磁性来进行后续的装配工序。

机械及工艺术备的选择

• 工艺装备(工装)是指产品在制造过程中所采用的各种工具的总称，包括夹具、刀具、辅具、量具、模具等。

  • 机床与工装的尺寸与工件尺寸规格相适应。
  • 机床与工装的精度范围与工件的要求相适应。
  • 还要将几床与工装的生产率于与工件的加工类型相协调。

• 还需要与当地企业的生产运营相符合。