零件的工艺性分析与毛坯选择

5.4　零件的工艺性分析与毛坯选择

对被加工零件进行工艺性分析是通过分析研究产品的装配图和零件图，熟悉产品的用途、性能及工作条件，明确被加工零件在产品中的位置与作用，在此基础上检查图纸的完整性和正确性、审查零件材料的选择是否恰当、分析零件的技术要求、审查零件结构的工艺性。

5.4.1　分析和审查产品装配图和零件图

1.检查图纸的完整性和正确性

检查图纸的完整性和正确性主要是看图纸是否有足够的视图，尺寸、公差和技术要求是否标注齐全、完整合理等。若有错误和遗漏，应提出修改意见。

2.分析零件的技术要求

零件的技术要求包括下列几个方面：

（1）加工表面的尺寸精度；

（2）加工表面的几何形状精度；

（3）各加工表面之间的相互位置精度；

（4）加工表面的粗糙度以及表面质量方面的其他要求；

（5）热处理要求及其他要求。

在分析零件的技术要求时，要了解这些技术要求的作用，并从中找出主要的技术要求，以及在工艺上难以达到的技术要求，特别是对制定工艺方案起决定作用的技术要求。

5.4.2　分析零件的结构工艺性

1.概述

零件的结构，对加工质量、生产效率和经济效益等都有着重要的影响，为了获得较好的技术经济效果，在设计零件结构时，不仅要考虑如何满足使用要求，还应考虑是否符合加工及装配的工艺要求，即要考虑零件的结构工艺性。

所谓零件结构工艺性，是指零件在满足使用要求的前提下，其结构在具体生产条件下便于经济的制造和维护。也就是说，如果所设计的产品结构工艺性好，则便于应用先进的、生产效率高的工艺过程、工艺方法，因而使产品的制造也是最经济的。

零件的结构工艺性是一个相对的概念。在空间上，不同生产规模或具有不同生产条件的工厂，对产品结构工艺性的要求不同。例如，某些单件生产的产品，其结构在单件生产时也是合理的，但要大批量生产该产品，其零件结构就不合理了，必须加以改进。如图5－19所示的内齿结构，图5－19（a）适合在插齿机上加工，但要大批大量生产，则应改为图5－19（b）的结构，以便采用拉削方式生产。在时间上，随着科学技术的发展，新技术新工艺不断出现，一些过去被认为是难加工，甚至是无法加工的结构，现在已变得可行，甚至很容易。例如图5－20（a）所示电液伺服阀套上精密方孔的加工，为了保证方孔之间的尺寸公差要求，过去将阀套分成五个圆环分别加工.然后再连接起来，认为这样的结构工艺性好。但是随着电火花加工精度提高，把原来由五个圆环组装改为整体结构（见图5－20（b）），用四个电极，同时把四个方孔加工出来，也能保证方孔之间的尺寸精度。这样既减少了劳动量又降低了成本，所以这种整体结构的工艺性也是好的。

图5－19　内齿离合器

图5－20　电液伺服阀阀套结构

2.零件结构工艺性设计的一般原则

在进行零件结构设计时，除考虑满足使用要求外，为改善零件结构的工艺性，还应注意以下几项原则：

1）零件加工部位的结构应便于刀具正确地切入及切出

例如，当箱体凸缘需加工孔时，孔的位置不能靠箱壁太近，以便加工（见图5－21）。

图5－21　箱体凸缘上孔的加工

图5－22（a）螺纹加工时无法加工到轴肩的根部，应设计退刀槽（见图5－22（b）），以便于退刀。

图5－23所示为在零件孔内插一段键槽，底部无退刀空间容易打刀，应在键槽顶端设计一孔或一环形越程槽（见图5－23（b））。

2）应能采用标准化刀具加工

图5－24所示螺纹设计时，要采用标准参数，这样才能使用标准丝锥和板牙加工，也能利用标准螺纹量规进行检验。

图5－22　螺纹的加工

图5－23　插削孔内键槽

图5－24　螺纹的直径和螺距设计

3）零件应便于安装

在必要时应增加一些工艺结构来满足此项要求。例如，增加工艺凸台，增加辅助安装面等。

图5－25（a）所示零件，在加工上表面时，因底面不平，不便安装，增加一个工艺凸台便可方便地安装。

图5－26（a）所示的大平板，在加工其上表面时，不易装夹，若增加凸缘便能可靠夹紧（见图5－26（b））。

图5－25　工艺凸台

图5－26　装夹凸缘

图5－27（a）所示的轴承盖，要加工的外圆及端面，如果夹在A处，一般卡爪的长度不够，B面又不便装夹。若改为图5－27（b）所示结构，便可在C面方便地装夹，或者改成图5－27（c）所示结构，增加一工艺圆柱面D用于装夹。

图5－27　轴承盖结构的改进

4）避免在箱体内或孔内加工

图5－28（a）的加工面在箱体内，不便于加工；若将加工面设计在箱体外（图5－28（b）所示），加工性能得到改善。

图5－28　避免箱体内加工

图5－29（a）所示进排气通道设计在孔内，加工困难。改为图5－29（b）所示的结构，将进排气通道设计在轴的外圆上，加工较容易。

图5－29　避免孔内加工

5）零件结构要有足够的刚性

零件结构要有足够的刚性，以减小其在夹紧力或切削力作用下的变形，保证加工精度。足够的刚度也允许采用较大的切削用量，利于提高生产效率。

图5－30（a）所示管件的壁厚较薄，易因夹紧力和切削力而变形，增设凸缘后（见图5－30（b）），提高了零件的刚度。

图5－31（a）所示箱体结构刚度较差，刨削上平面时易因切削力造成工件变形。增加肋板后（图5－31（b）），提高了刚度，可以采用较大的切深和进给量加工，易于保证加工工件的质量并提高了生产率。

6）尽量减少加工面积

图5－32（a）所示支座零件的底面加工面积较大，改为图5－32（b）的结构后，减少了加工面积，从而减少机械加工量，减少了材料和刀具消耗。

图5－30　增加薄壁管件刚度

图5－31　增加薄壁箱体件刚度

图5－32　支座底面结构

7）减少加工面积便于多个工件在一起加工

图5－33（a）所示拨叉的沟槽底部为圆弧形，只能单个进行加工。改为图5－33（b）所示的结构后，可实现多个工件一起加工，有利于提高生产率。

8）减少在机床上装夹的次数

图5－34（a）所示的轴上设计的两个键槽的加工需在两次装夹中完成，而如图5－34（b）所示将两个键槽改成同一方向后，两个键槽的加工只需装夹一次。

图5－33　便于多个工件在一起加工

图5－34　减少在机床上装夹的次数

9）减少机床的调整次数

图5－35（a）所示A、B面的加工需要分别调整机床，若如图5－35（b）所示将A、B面的高度改成一致，则可在机床的一次调整中完成A、B面的加工。

图5－35　减少机床调整次数

10）同类参数尽量一致

图5－36（a）所示的轴上砂轮越程槽宽度、键槽宽度设计成不同尺寸，则需采用不同尺寸的刀具加工。若如图5－36（b）所示将这些槽的宽度改成相同尺寸，则可用一把刀具完成所有槽的加工。

图5－36　减少刀具种类

11）有利于保证位置精度

有相互位置精度要求的表面，最好能在一次安装中加工，这样既有利于保证加工表面间的位置精度、又可减少安装次数及所用的辅助时间，提高生产效率。

图5－37（a）所示零件的外圆面与内孔有同轴度要求，但图5－37（a）所示结构需要通过两次装夹来分别加工外圆面和内孔，难以满足同轴度精度的要求。若改成图5－37（b）所示结构，这样便可在一次装夹中加工出内、外圆表面，容易满足同轴度要求。

图5－37　有同轴度要求的工件

12）便于测量

图5－38（a）所示，标注尺寸测量基准为A面，不便测量，改为图5－38（b）后，尺寸测量基准为B面，便于测量。

图5－38　内表面的测量

13）应有利于装配和拆卸

应避免同一方向两个平面同时接触。如图5－39（a）所示，端盖的两个轴向表面A、B同时接触，这样不利于加工和装配。改为图5－39（b）或图5－39（c）的结构形式，有利于装配，并可降低零件上有关表面加工的尺寸精度和形位精度要求，减少加工和装配的工作量。

图5－39　端盖的装配

图5－40（a）所示轴承外圈与轴承座孔的装配结构不利于轴承外圈的拆卸，改为图5－40（b）的结构后可使用带螺纹的拆卸工具方便地拆卸轴承。

图5－40　轴承的装配

5.4.3　毛坯的选择

1.毛坯的种类

常用的毛坯主要有如下几种形式：

（1）铸件。对于形状复杂的毛坯宜采用铸件，如箱体、机座等。

（2）型材。型材有很多的品种。常用型材的断面有圆形、方形、长方形、六角形，以及管材、板材、带材等。型材有热轧和冷拉两种。

（3）锻件。锻件能获得纤维组织的连续性和均匀分布，从而提高了零件的强度，所以适用于制造强度要求较高，形状比较简单的零件毛坯。

（4）焊接件。将型钢或钢板焊接成所需要的结构件，其优点是结构重量轻，制造周期短，但焊接结构的抗振性差，零件的热变形大。

（5）冲压件。冲压件的精度较高，冲压生产的效率也比较高，适于加工形状复杂，批量较大的中小尺寸板料零件。

2.选择毛坯应考虑的因素

毛坯质量的提高，对减少机械加工量，降低加工成本，提高加工材料的利用率都是十分有利的。但是，在一定的生产技术的条件下，毛坯质量的提高也将伴随着毛坯制造难度的增加，也就意味着毛坯制造成本的增加。因此，在选择毛坯材料和制造方法时，应考虑如下几个问题。

（1）零件生产纲领的大小。当零件产量较大时，应选择精度和生产率比较高的毛坯制造方法；在单件小批生产时，应选择精度较低和生产率较低的毛坯生产方法。

（2）毛坯材料及工艺特性。毛坯材料的选择一般是根据零件在机器中的作用为依据的。主要是考虑机器工作对零件强度、刚度、韧性、耐磨性、耐腐蚀等方面的要求。在满足使用要求的前提下，再来考虑加工工艺对毛坯材料及工艺性的要求。

对机械性能要求高的钢制零件，应选择锻造毛坯。对某些材料，如铸铁、铸铝等，只能采用铸造成形。

（3）零件的形状和尺寸。零件形状的复杂程度、尺寸的大小对毛坯的制造方法确定有很大的影响。形状复杂的零件，一般不宜采用金属模铸造；尺寸较大的毛坯，往往不能采用模锻、压铸、精铸，而应选择砂型铸造、自由锻和焊接等方法制造毛坯。

另外，毛坯的制造还必须考虑现有的生产条件，充分挖潜，提高毛坯质量。