动力机械制造与维修讲义2-1．油气输送状况

(Section2)§2-3机械加工的经济精度economicalprecisionofmechanicalprocessing加工过程要做到高效、高产、低耗，但机械加工精度和成本之间总存在一定关系，某种加工方法，加工精度愈高，其加工成本也愈高。经济精度(economicprecision）:一种加工方法只有在一定精度范围内才是经济的，此一定范围的精度即为这种加工方法的经济精度。Processingcost-processingerrorABC加工误差加工成本QΔΔaΔb一种方法在：A区加工时，成本高;B区加工时，经济;C区加工时，成本低，精度低。例:普通车床加工时IT6精度零件，质量不稳定，往往不经济。不同加工方法，其经济精度不同，以下为三种加工方法与成本之间关系。Ⅲ达到的精度最高，Ⅱ次之，Ⅰ最低。当公差大于Δ1时，Ⅰ最经济；公差小于Δ2时，Ⅲ法最经济；公差在Δ1与Δ2之间，Ⅱ最合理。ABC加工误差加工成本QΔΔ2Δ1ⅢⅡⅠⅢⅡⅠQ2Q10§2-4加工误差的综合分析syntheticalanalysisofprocessingerror生产中出现的加工精度问题往往是综合性很强的工艺问题。1.误差性质(errornature)多种加工误差，按它们在一批零件中出现的规律来看可分为两大类：系统误差与随机误差。(systemicerrorandrandomerror)1）系统误差：当连续加工一批零件时，这类误差的大小和方向保持不变或是按一定规律变化，前者为:常值系统误差(constantsystemerror)后者为:变值系统误差(variatesystemerror)加工原理误差、机床、刀具、夹具、量具的制造误差、调整误差、工艺系统的受力变形都是常值系统误差。Forexample绞刀（reamer）本身制造时，尺寸(直径)偏大0.02mm，加工出来的孔都大0.02mm；机床、夹具和量具的磨损值在一定时间内可看作是常值系统误差。刀具磨损、热变形可看作具有一定规律变化。例；车刀车外圆。对于常值性误差:通过相应的调整或检修工艺装备的办法来解决;有时可人为地用一种常值误差去补偿本来常值误差。2）随机误差(RANDEMERROR)加工一批零件中，这类误差的大小和方向是不规律地变化或称偶然误差。例:毛坯余量大小不一，硬度不均匀的复映，定位误差、夹紧误差、调整误差、内应力引起误差等。对于变值系统误差在摸清其规律后，可通过自动补偿(连续补偿)自动周期补偿等办法解决。例：磨床上对磨轮磨损和砂轮修正的自动补偿（compensate）。随机误差很难完全消除，只能对其产生的根源采取适当的措施以缩少其影响。例:毛坯带来的误差，应缩小铸造时毛坯本身误差，提高工艺系统刚度。在一些自动化机床上加工过程中采取积极检验，控制一批工件加工误差。2.加工误差的统计分析法(analysismethod)对生产实际中因复杂因素而出现的加工误差，不能用单因素估算方法，更不能从单个工件的检查来得出结论。应用统计方法来研究加工精度(分布曲线法、点图法)。例:测量一批精镗后的活塞销孔直径，图纸尺寸为mm.0015.028A向A向1:3抽查件数为100(n)，分组(m)6，每组尺寸间隔0.002mm(教材P29)尺寸分散=最大尺寸-最小尺寸=28.0045-27.9925=0.012分散范围中心(即平均孔径)(Σmi.xi)/n=27.9984(mm)公差带中心=(28+28-0.015)/2=27.9925(mm)Δ=27.9984−27.9925=0.0059(mm)具体讲，镗孔时要将镗刀调整得短一些。27.98528.0027.992527.9984Tolerancerange5101520253035waster例:在无心磨床上用贯穿法磨活塞销，其直径为Ømm，公差范围27.999-27.990=0.009(mm)。假定工件加工尺寸范围为0.016mm；尺寸分散中心=27.998mm；公差带中心=27.9945mm；即使将尺寸分散中心调到公差带中心27.9945，也还要产生不合格产品。001.001.028GrinderGuidewheelWorkpiece27.99027.99927.994527.998GaosdistributionTolerancerange工件加工尺寸分布解决方法:Δ减少系统性误差。减少砂轮与工件间的调整误差。Δ减少随机性误差，主要是毛坯误差复映。当数据多时，尺寸分布可看成正态分布曲线（Gaosdistributioncurve）。分布曲线法统计废品率]2)([2221xxeydxedxyPxxxx]2[002221dZeZZZ20221)(δ0xy0XxZdxdZX1σ1σ2(X2)公差δ6σ16σ2δ≥6σ时不产生废品正态分布曲线特点:①曲线线钟形，中间高，两边低。这表示尺寸最近分散中心的工件占大部分，而尺寸远离分散中心工件极小数。②工件尺寸大于X和小于X的频率是相等的。控制正态分布曲线形状的参数是σ。σ↑，曲线平坦，尺寸越分散，即加工精度越低；σ越小，曲线越陡峭，尺寸越集中即加工精度越高。尺寸在±3σ以外的比例频率只占0.27%，可忽略不计。一般取正态分布曲线的分散范围为±3σ。6σ大小代表了某一种加工方法在规定条件（毛坯余量、切削用量、正常的机床、夹具、刀具）下所能达到的加工精度。公差δ≥6σ时不会产生废品(waste)，机床调整时有定值系数误差,δ≥6σ+Δ例:无心磨床上加工一批直径φmm的工件。初步调整机床后，试磨一批工件，测得其平均尺寸，均方根差σ=0.01mm。如果要使不可修复的废品率控制在1%以下，应如何再次调整机床?0035.012mmX975.11公差带中心11.9825mm;与尺寸分布中心之差0.0075mm12－0.03512.0006σ=0.0611.9825'1Q'2Q'1P'2P'1'2975.11X025.0975.110.12'15.201.0/025.0/'1'1Z4938.0)('1'1ZP%62.05.0'1'1PQ01.0965.11975.11'2101.0/01.0/'2'2Z3413.0)('2'2ZP%87.155.0'2'2PQ废品16.49%12－0.03512.0006σ=0.0611.9825'1Q'2Q'1P'2P'1'2975.11X要使不可修复的废品率Q≤1%，则应使p249%，查表z2=2.4，Φ(z2)=0.49180.49ΔX=δ2–δ2′=0.024-0.01=0.014(mm)X'X22Z=2.4×0.01=0.024(mm)由于公差不变(0.035)，要使δ2=0.024mm，将平均尺寸由原来的11.975mm，增加Δx，即X'1Q'2Q'1P'2P'1'2ΔX2调整后，工件加工平均尺寸为，即将无心磨床导轮退出0.014mm.公差带中心11.9825mm;与尺寸分布中心之差-0.0065mm12-0.03512.0006σ=0.0611.9825'1Q'2Q'2P'1P989.11X'2'1=+ΔX=11.975+0.014=11.989再计算一下可修复的废品率Qδ=12-11.989=0.011Z1=δ/σ=0.011/0.01=1.1P1=ф(Z1)=0.3643Q1=0.5-0.3643=13.57%（可修复）ＸＸ`2)点图法即控制图法，由分布曲线发展而来。在加工过程中，连续地、定时地对工件尺寸进行测量，并画成点图。通过点图控制废品产生。常用点图X-R控制图法，将X、R值分布点在两个控制图上，根据这些点是否超过控制界线，通常只检验5%-10%工件。—算术平均值(2~10个工件)R—极差，指出几个零件中，最大工件尺寸和最小工件尺寸之差，即R可控制工件瞬时尺寸差异程度S—均方根差利用k组抽样的三个要素来求总体的相应参数的平均值。nxxxXn21minmaxxxRnXxXxXxSn22221)()()(SRX,,SRX,,xkXXXXk21kRRRRk21kSSSSk21SRX,,,X抽样平均值与总体参数的平均值之间。假定母体的分布曲线为A，则容量为n的样本平均值的分布曲线为B，总体均方差为б，则样本平均值的均方根与б的关系。2nnnnn22XXndRA6σn6σBnXXn33∴X的控制极限X±(有公式)不产生废品条件R图的控制限与X图不同，样本的极差不服从正态分布，但仍可用作为控制限。平均值X用来控制分布中心，极差R用来控制分布范围，两者的“点子”都必须落在各自的控制带范围内，质量才有保证，所以X与R点图通常一起使用。例:P35某工件外圆加工直径Ø52-0.11/Ø52-0.14，公差δ=30μm，抽样件数n=5，共抽12组”抽样”。X图上控制限公差上限平均值下控制限公差下限024681012抽样组号51.89051.883x=51.89051.87151.860(mm)nX3上控制限RmaxR平均值024681012抽样组号21.7710.3(mm)R图)31(3RRRRR4RD3RD３）精图法大批量生产下用精图法，定期按一定尺寸要求调整机床(有公式)。采用精度图法控制加工精度时，应使公差δ和△随（6σ）之间有足够大的比值，这个比值Cp称为”工艺能力系数”。Cp=δ/6σ△系（变化）公差上限0246810抽样组号(mm)公差下限6σ△系（定值）0246810抽样组号0１2345(h)△随/2△随/2δ△总△系（定值）△总=△随/2△随/2++=△随△系（变化）+△随△随/2=△随/2+=σBσA+△系（变化）δ=△随+△系（变化）△系（定值）+分等级①Cp1.67特级工艺能力过高，不一定经济。②1.67≥Cp1.33为一级加工精度足够保证工件的公差要求，这时宜采用”精度图”或”点图法”.③1.33≥Cp1.0为二级加工精度能够满足公差要求，适应采用”点图法”，当Cp→1.0时，尤其注意。④1.0≥Cp0.67为三级工艺能力不足，可能有少数不合格产品，可采用”分布曲线法”分析废品率。⑤0.67≥Cp为四级说明工艺能力不行为4级，应改造，使6бб。通常工艺能力不应低于二级。第三章机械加工表面质量surfacequalityofmechanicalpocessing§3-1概述•机械加工质量包括(精度、表面质量)。所谓表面质量是指机器零件在加工后的表面层状况。•1.表面质量•1)表面质量的几何特征•(1)粗糙度(roughness)微观几何形状误差，主要由机加工中切削刀具的运动轨迹所形成。(2)表面波度(surfacewaveness)介于宏观与微观几何形状误差之间的周期性几何形状误差(一般由振动所致)。2)表面层物理—力学性能(1)表面层的冷作硬化(coldhardness)；(2)表面层金相组织(metallographicstrcture)的变化；(3)表面层残余应力(residualtress)。§3-2表面质量对零件使用性能的影响（performanceofparkeffectedbyquanlityofsurface）粗糙度在一定条件下，摩擦副表面应有一最佳值一般Ra=0.32～1.2μm。粗糙度过大，凸峰接触，压强大，油膜破坏，处于干摩擦。粗糙度过小，接触面间产生较大亲和力，润滑油储存困难。Wear--roughnessRa磨损量最佳值•表层冷硬度（hardnessofsurfacelayer）一般能提高耐磨性0.5～1.0倍(因为接触处产生弹性与塑性变形；过硬，则使金属组织疏松出现疲劳裂纹以及