机械零件制造工艺分析的重要性

马光全

摘  要：制定零件制造工艺过程中，零件的工艺分析具有重要的意义，分析的结论影响零件质量、生产效率和制造成本，产品的使用性能以及企业声誉。本文主要从零件的功用性分析、毛坯成型工艺分析、机械加工工艺分析等方面阐述机械零件制造工艺分析的重要性及其分析方法。机械加工工艺分析的重点内容是定位基准的确定、刀具的选择和加工参数的选择。

关键词：工艺分析  功用性  定位基准  刀具  加工参数

中图分类号：TH16                             文献标识码：A                   文章编号：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

在机械零件制造工艺制定过程中，首先要进行机械零件制造工艺分析，内容包括零件功用性分析、材料分析、毛坯成型工艺分析、精度分析、技术要求分析、生产纲领分析、装配工艺性分析和维修方便等[1]。在机械制造企业和职业教育教学中，往往对工艺分析得不全面、不到位。下面仅对在零件工艺分析时容易被忽视的内容进行阐述。

1  零件的功用性分析

分析零件在机械产品运行中的功用，分析产品的工作环境，确定零件材质的选择是否合理，是分析的首要内容，也是最重要的内容。分析要求，确保零件材质在满足强度的条件下，满足刚性要求，满足硬度要求，满足工作环境要求。工作环境主要包括高温、低温、潮湿、具有腐蚀性等环境，应分别选择耐高温材料、耐低温材料、防锈材料和耐腐蚀材料等。若选材不合理，严重影响设备的使用性能，甚至影响设备安全乃至人的安全。

如車床主轴，起传递旋转力矩的作用，承受较大载荷，需要耐冲击耐疲劳，故材料采用强度和韧性都较好的45或40Cr，是较合理的选择。

零件的功用性分析主要通过分析装配图来实现，同时分析此零件与哪些零件配合，了解配合公差要求，确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，需要通过合理的工艺严格保证;非重要尺寸和表面，在不影响零件使用性能的前提下，可以适当放宽要求。

2  毛坯成型工艺分析

毛坯成型方法主要包括铸造成型、锻造成型、焊接成型、冲压成型、塑料成型和型材切割等方法。毛坯成型选择，应符合工艺性、经济性、适应生产条件、绿色环保等原则[2]。

一般零件材质确定了，其成型方法也就确定了，如齿轮箱等箱体类零件，材质采用HT200，成型方法采用铸造。毛坯成型分析内容包括零件结构分析和材料铸造性能分析，如下：

应该满足铸造工艺性，要求壁厚合理，不能太厚，太厚易出现铸造缺陷，如缩松缩孔等缺陷;壁厚不能薄于最小壁厚，否则会产生浇注不足、强度和刚性不足等现象;圆角是铸造件的基本的特征，圆角减少铸件应力，避免应力集中，也是铸造工艺的基本要求;与拔模方向垂直的面要添加拔模斜度，满足脱模要求。结构在满足使用性能前提下，尽可能避免侧孔侧凹等特征，以简化成型工艺和方便脱模。

材质HT200的铁水具有较好的流动性，收缩率低（不易产生较大的内应力，更不易产生产生热裂），浇注温度较低（与铸钢相比），具有较好的铸造性能。并且铸件具有较好的减振性能、抗压能力。

3  机械加工工艺分析

机械加工工艺系统，包括工件、机床、夹具、刀具四大部分组成。机床种类包括车床、铣床、镗床、刨插床、钻床、齿轮加工机床、特种加工机床、螺纹加工机床、拉床、锯床、磨床及其他机床等。夹具分为通用夹具、钻用夹具、组合夹具[3]。

3.1 生产纲领分析

根据生产纲领，生产类型分为大批量生产、成批生产、小批量单件生产。生产类型不同，相同的零件加工工艺过程和使用的机床、夹具和刀具完全不同。若大批量生产选用专用机床，专用夹具、专用刀具、专用量具;若是小批单件生产选用通用机床、通用夹具、通用刀具、通用量具。因此生产纲领分析意义重大。

3.2 定位基准分析

机械加工过程中，定位基准的选择直接影响零件质量，尤其是对位置精度、尺寸精度和零件各表面间的加工顺序安排影响。

根据六点定位原理，合理选择定位基准，不允许过定位、不允许欠定位。

粗加工时，定位基准的选择，满足下面要求。选择重要表面为粗基准;选择不加工表面为粗基准;选择加工余量最小的表面为粗基准;粗基准只能使用一次。

精加工时，定位基准的选择。应满足以下原则：基准统一原则、便于装夹原则、基准重合原则、互为基准原则、自为基准原则。

如车床导轨粗加工时，以导轨面作为粗基准，符合以重要表面作为粗基准和以加工余量小的表面作为粗基准原则;车床主轴精加工时，采用双顶尖装夹，符合基准统一原则。

3.3 材料切削工艺性分析

不同金属材料切削工艺性，体现在是否粘刀、是否刀具磨损快、切屑是否连续或缠绕、切削力大小等等，切削不同材料的零件时，应使用相对不同材料的刀具，不同的切削参数。

常用刀具的材料种类有高速钢、硬质合金、工具钢、涂层刀具、陶瓷、立方碳化硼等[4]。

合理的刀具选择及参数选择，才能实现高效率——产出/投入比大[5]。

3.4 合理选择刀具

机械加工中最常用的刀具材质是硬质合金，下面介绍硬质合金刀具的分类及选择刀具的方法。

硬质合金种类：钨钛钴类硬质合金YT（P类长切削加工用硬质合金）、钨钛钽YW（M类长切削或短切削加工用硬质合金）、钨钴类硬质合金YG（K类短切削加工用硬质合金）。每一类都有一个相应的识别颜色即分别为兰、黄、红三色。P--主要加工碳钢及合金钢;M--主要加工不锈钢及钢铸件;K--主要加工灰铸铁及球墨铸铁;

在工艺分析和制定时，根据被加工零件的材质及硬度、加工表面状况、粗加工、精加工等，选择合理刀具。粗加工时要求刀具有很好的韧性，承受大的切削力和冲击;精加工时要保证刀具硬度、刀具耐用度，最终保证零件的精度和表面质量。表1列出4种P类刀具的应用范围，以示刀具的选择方法。

3.5 切削参数确定

切削参数选择决定了生产效率和刀具耐用度，即关乎质量也关乎经济效益。根据加工零件材质以及力学性能与物理性能，选择相应的刀具材料以及刀具几何角度，选择合理的切削参数（切削速度、进给量、切削深度）。粗加工、半精加工、精加工也应使用不同材质的刀具及刀具角度[6]、不同的切削参数。不同工况情况下，也应选相适应的刀具。工况情况分析包括：是否间断切削，工件上是否有厚铸件硬皮或锻造硬皮，零件夹紧是否可靠等。

随着刀具材料的性能提高，其切削效率和切削质量也在不断提升，并且不同企业生产的刀具质量和切削性能也不同，因此切削参数选取，应参照刀具使用说明。举例，精车硬度180HB的低碳钢，正常工况情况下，使用可转位式涂层硬质合金刀片，选取刀具型号及相对应的切削参数，见表2（来自某企业刀具使用說明）。

在普通机床操作或数控机床编程时，加工参数包括切削深度、进给量和主轴转速。主轴转速与切削速度之间的换算关系见如下公式[7]：

轴类零件进给量根据零件的表面质量要求确定，表面质量要求高则进给量取较小值。表面质量还与车刀具圆角半径有关。车削表面粗糙度值计算公式如下：

4  结语

在机械制造和职业教育教学中，机械零件制造工艺分析更应得到重视。在分析时，既要考虑零件的使用性能、制造零件的生产效率和经济成本，又要考虑机械产品装配工艺及方便维修;既要考虑形状与尺寸的获得，更要考虑刀具、机床、夹具的合理选择与使用;切削参数的确定时，要充分根据刀具性能和零件精度要求，查阅刀具使用说明或计算，合理选取。在此基础上，制定的零件制造工艺才更科学更合理。

参考文献

[1] 齐敬豪.数控车削加工工艺研究[J].中国机械，2019（15）：92-94.

[2] 郭成程.绿色制造技术在金属加工中刀具的选择应用[J].冶金与材料，2019（12）：99-101.

[3] 彭湘 彭小彦.试论如何选择数控铣加工的刀具和切削用量[J].科技创新导报，2018（1）：93，97.

[4] 储继影.高温合金加工刀具选择与工艺参数优化研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2016.

[5] 魏风景.研究如何选择数控铣加工的刀具和切削用量[J].内燃机与配件，2020（12）：109-110.

[6] 师浩浩，陈枫，周一丹.CVD金刚石厚膜刀具切削参数对切削力及粗糙度影响的研究[J].组合机床与自动化加工技术，2020（5）：141-145.

[7] 倪红梅，苏立祥，郑爱权.模具子系统机械制造[M].北京：外语教学与研究出版社，2017.