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精密复杂零件的工艺设计过程分析

发布时间:2019-07-02  发布者:亿创量具

航天控制系统相关产品所需的小型精密复杂的零件较多,这些零件具有以下特点:零件表面及整体结构复杂、壁薄、刚度低;零件的制造质量要求高,尺寸精度、粗糙度、形位公差及特种技术条件等要求十分严格;使用的材料种类多,难加工材料多,并广泛采用热处理及表面处理。对于这些精密复杂零件,工艺设计是否合理,工艺措施是否得当,直接决定零件的加工质量和进度。

设计图纸分析

在进行工艺设计之前,彻底消化设计图纸,设计图纸的每一条线所表示的面都要分析清楚,做到零件形状心中有数。对于由多种表面组成的复杂零件,应注意分析各表面之问的连接形式和相互位置关系;对于特形表面应建立该面的数学模型,便于数控编程;对于刚性差的薄壁零件,应从材料和壁厚等多方面分析由切削力和夹紧力可能引起零件变形的大小;对于复杂零件应充分考虑每道工序的装夹定位基准;对于精密尺寸应考虑设备能力及测量手段和测量能力,并分析其在装配中的作用及对产品性能的影响;对于设计图纸中的技术条件及特殊要求要做到心中有数。

主要材料定额的编制

大理石平台在精密复杂零件主要材料定额的编制过程中,应充分考虑以下儿个方面:根据零件各加工面问的相互关系及材料较省原则确定毛坯形状和较大规格尺寸。零件毛坯是采用棒料、板料或者型材,应根据零件形状、加工成本及材料成本综合考虑。为节省装夹料头材料,一般φ50mm以下规格材料推荐采用加工中切断;对于热处理有磁性能要求的磁性材料和热处理后有硬度要求且不能直接在零件上测试硬度数值大小的,应考虑预留热处理样件的胚料;对于板料制件及加工中易变形零件应避免出现剪切应力;有些精密零件为保证加工精度应充分考虑是否需留装夹工艺柄;下料尺寸应考虑到生产投入量,下料尺寸能加工零件数不能超过生产投入量;材料的质量标准应符合设计图纸要求。

工艺方案设计过程

工艺方案的设计是工艺设计过程的关键步骤,常需要进行方案的论证、对比与分析。正确、合理的工艺方案,应满足以下要求:保证产品质量,符合设计图提出的全部技术要求;保证符合要求的劳动生产率;保证加工成本的经济和合理性。质量、生产效率和经济性是制定工艺过程所满足的技术和经济要求;另外,还重视改善劳动条件。

1机械加工工序安排顺序及原则

主要遵循先粗后精的原则,即粗加工一半精加工一精加工,较后安排低粗糙度表面的超精加工工序。粗加工阶段:主要是去除各加工表面的大部分余量,并加工出后续工序用的主要定位基准。

半精加工阶段:精度要求不高的表面可加工到较终尺寸,并为精密尺寸表面再次除去余量,为精加工做准备。

精加工阶段:除个别需要超精加工或由热处理、表面处理保证的较终尺寸外,其余全部尺寸和技术要求均应满足设计图纸要求。

2热处理工序安排原则

大理石平台热处理工序根据不同的技术要求安排的工序位置也不一样。

调质处理:能淬透的小规格毛坯,可在毛坯时进行调质处理,不能淬透的较大零件,一般在粗加工后安排调质处理。淬火处理:一般安排在精加工之前进行,高频淬火等高硬度淬火应安排在磨削加工之前。

消除应力时效:易变形零件和精密零件,一般都要安排多次去应力时效,该工序对精密不易变形零件一般安排在粗加工后,对于易变形零件,在每道去除大余量工序后均应安排消除应力时效工序。铸件毛坯出炉后也应安排去应力时效工序。

稳定处理:易变形零件在精密加工定位基准面后精加工之前应安排稳定处理,精密零件在精加工之前安排稳定处理,有些零件为了稳定精加工尺寸,在精加工后还要进行稳定处理。

真空(或氢气)退火:对于有磁性能要求的零件,一般要采用真空或氢气退火,切削热会影响零件的磁性能,该工序一般安排在余量不大的精加工之前。热处理制度很多,不可能一一举例,热处理工序位置安排总的原则是根据热处理后对机械加工性能的影响程度和技术条件要求,适当安排热处理工序的位置。

3表面处理工序安排原则

表面处理为了改善零件表面的耐蚀、耐磨和导电、导磁、导热等物理性能而采用化学方法处理,对零件表面保护的处理方式。表面处理工序一般安排在精加工尺寸之后,有些零件要求精加工尺寸无表面保护层,则应将表面处理工序安排在精加工之前。有些低粗糙度零件表面处理后还要进行布磨、抛光等超精加工。

4工艺方案设计时应考虑的影响因素

4.1工艺装备对工序安排的影响

设备性能对工序安排的影响:针对不同的设备,工序安排可能会大不一样,如可以将普通机床儿道工序完成的工作量在数控机床上一道工序完成,有些普通机床不能完成的工作到这些设备上可能轻而易举。不同的机床性能,工序安排也会不一样,如三轴加工中心,仅能对一个面的多组尺寸一次装夹完成,而五轴加工中心就能实现立卧转换加工,可以实现两面以上的多组尺寸的一次装夹完成,对一些有不同面问尺寸相互位置精度要求较高的零件(如陀螺框架和惯组壳体等),五轴加工中心显得尤为重要,在工序安排过程中,应充分利用现有设备性能,在设备能力允许的前提下,尽量采用先进设各,减少工序数量,降低工艺成本。

大理石平台工装夹具对工序安排的影响:不同的工装夹具对工序安排也会有很大的影响,如采用钻模,可将原来只有铣工完成的工作量改为钳工;采用专用工装,可将铣工或锁工较难完成的不在回转中心的精密外圆或精密孔的加工改为车工加工;利用ITS工具系统精密定位原理,采用EROWA工具系统,可使普通机床完成五面加工,使普通机床完成原来不能完成的不同面问高精度尺寸或位置公差的精密加工,还可根据EROWA工具系统高精度重复定位和多个夹具互换精度保持不变的功能,改变工序安排,可使一个零件一次装夹后,在多个机床上加工不同的加工内容,实现多工种或多道工序一次装夹完成。

4.2表面间位置尺寸及形位公差标注方式的影响

对于形位公差要求较小,位置尺寸精度高的不同表面,为减少安装引起的误差,应尽量安排一次装夹完成。对于不能一次装夹完成的,应先加工出基准表面,并加严公差,再以此基准表面定位或找准该基准表面再加工出其它表面。如有位置度要求的孔系加工,一般安排在位置度基准表面全部完成之后进行。

4.3零件材料及壁厚对工序安排的影响

零件材料性能对工序安排有一定程度的影响,如有色金属和硬度较低的钢件,一般不采用磨削加工,而如杉钻磁钢等脆性材料切削加工一般只能采取电加工和磨削,不能采用车、铣等切削加工,而不能导电的材料不能采用电加工等。对于薄壁易变形零件,应多次安排去应力时效和稳定处理工序,除此之外,在半精加工阶段和精加工阶段,不能一次直接加工到尺寸,为减少装夹及加工变形,在同一加工阶段也应安排多次反复去余量工序。

4.4产品生产量对工序安排的影响

产品的生产量对工序安排和工艺装备的配备有一定的影响,在小批量试制加工阶段,工艺路线相对较短,工艺装备无特殊专用装备,一般在现有的装备条件下,白制二类工装完成产品,进入批量生产阶段,应以提高生产效率为前提编制工艺路线,一般配备专用工艺装备。

5辅助工序(或工步)的内容和安排

辅助工序(或工步)是指不直接加工,也不改变工件尺寸和性能的工序(或工步),这些工序对保证质量,尤其是使用贵重材料的精密零件的质量起着相当重要的作用。

检验工序。有些关键并难以控制的工序,在每件零件加工后,均安排检验工序,然后才继续加工,有些零件根据技术条件或装配需要,还要安排无损探伤,检查气密性等特种检验工序,无损探伤工序一般安排在毛坯时进行,检查气密性等工序根据加工内容安排工序位置,一般安排在精加工后或需要检查的部位已加工出来之后。

去毛刺工序。一般安排在可能产生毛刺而在设备上又不能直接去除的工序之后(如铣工之后)。清洗。一般作为工步安排在工序之后,检验之前。防锈。精密零件许多需要防锈,有些采用油封防锈,一般作为工步安排在检验工序之后,有些采用漆封防锈,一般作为工序安排在表面精加工之后(如定了外圆磨削后)。

其它特殊需要的内容。如退磁,称质量等特殊要求,这些一般作为工步安排在精加工之后。


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