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零件加工工艺设计与研究

2019/08/30 阅读:

【摘要】本文分析和设计了不锈钢材料薄板零件的加工工艺,主要研究了两套夹具在特种机床加工过程中产生的成本和生产周期差异。通过夹具设计可以解决薄板加工易变形的问题,有利于制定更加合理的加工工艺。本研究解决了同种材料,不需表面加工,厚度不一形状类似的垫片类零件的机械加工生产的问题,为类似零件的加工积累了宝贵经验。

【关键词】薄板加工;特种加工;工艺设计;夹具设计

引言

薄板类零件具有重量轻,结构紧凑轴向尺寸较小,径向尺寸偏大,装夹基面小,强度低加工中容易变形,零件加工质量不易保证,所以薄板零件加工工艺的设计和夹具的设计是解决这类零件加工的关键问题[1]。图1不同厚度要求垫片组零件是我院承接的炼钢设备备件零件。表1中批量生产零件材料为OCr19Ni9,属于典型不锈钢材料零件。本文以该零件为例,研究薄板零件加工工艺及夹具设计。

1零件结构及工艺分析

根据给出垫片组图纸见图1所示。目前要加工垫片组厚度从0.1~1.0mm五种不等,数量共计800件。厚度不同但形状相同,垫片外径为φ360mm,定位孔中心圆直径为φ260mm,内径φ200mm,2个直径为φ14mm的定位孔,2个宽14mm一侧带半径为7mm圆弧的槽,表面不去除材料,粗糙度值为12.5,上下表面不需加工。该零件外形结构较为简单,尺寸公差要求不高属于自由公差,但直径较大厚度不一属于典型薄板零件,零件材料属于易切削钢,其加工难度加工φ200的内孔时,外孔φ360孔径较大,容易出现变形现象。

2加工方案对比

方案一冷冲压加工方案分析,根据图形采用模具冲压成型加工方式,用于加工数量较大的零件。按800件生产数量来进行成本核算,在生产成本评估上,生产一套模具价格昂贵,每张垫片的加工费用较高,制作模具周期较长估算时间为2周,再加生产零件时间2天,按每天8小时工时计,周期为10天乘8小时为80小时,增加生产成本降低了生产效益,故这种加工方案不可取。方案二加工方法是使用专用夹具通过特种加工方式数控线切割机床加工完成。该种加工方式需设计专业夹具,从夹具材料和加工工艺上考虑,生产成本比之上述冲压成型加工方法要降低很多,从而增加了生产效益。生产周期也比较短按每天8小时,历时40小时就可完成,符合企业单位的需求。所以,这里比对两种加工方法选择第二种特种加工方式比较合理。

3加工工艺制定

3.1确定线切割加工方案

经上零件图纸分析,设计加工方案为:(1)利用线切割加工Φ200mm的内圆孔,加工宽为14mm的两个槽。(2)利用钻床加工2个Φ14mm定位孔,孔中心定位圆为Φ260mm。(3)利用线切割加工Φ360mm外圆。(4)粗糙度值为RA12.5。

3.2零件加工夹具设计

装夹时应减少装夹次数,尽量做到在一次装夹中能把零件图上所要求的要加工表面加工出来,保证加工质量,提高加工效率[2]。由于垫片组加工部位分外圆部分和内圆部分,故加工内、外圆部分需做一套专用夹具用于夹紧垫片外部,加工内圆部分需制作一套专用夹具。(1)加工内轮廓部分夹具设计如图2所示,外形是直径为360mm,厚10mm钢板.为便于装夹在线切割机床,在其外焊接四个尺寸相同间隔90°的位置,外围为焊接连个的定位耳其中心有直径为20mm定位孔。钢板中心部分与图2相同,一个直径为200mm的孔和两个宽为14mm键槽,需用线切割加工出来。先在钻床上加工两个直径为14mm定位孔,并且加工相同的两块板,用螺栓夹紧垫片方料。其作用为切除内部圆及键槽的多余材料,此种装夹方式较安全可靠,能够确定一个平面定位准确。(2)在加工外轮廓部分夹具设计从节省材料方面考虑,将上板的的基本形状保留,为方便定位将上板的中心部分焊接一块圆钢板,且中心钻削一个直径为20m定位孔如图3所示上板形状。下板要重新设计,为方便加工外轮廓不产生干涉现象,故下板制作上用一块新钢板,为防止工件由于切削力的作用而产生轴向移动,必须在卡盘内装一限位支撑,钢板内部设计两个直径为20mm定位孔用于固定在线切割上,下板夹具形状如图4所示。此种装夹方式较安全可靠,能够承受较大的轴向切削力,轴向定位准确,装夹时还需注意保证最小的夹紧变形[3]。3.3加工过程刀具及切削用量选择(1)在钻床上选择刀具直径为14mm的麻花钻钻削四个孔,主轴转速为600r/min,切削速度20mm/min。其中两个为定位孔,另两个为线切割钼丝下刀位。(2)在加工垫片内轮廓之前,利用专用切割机将钢板切割成边长为380mm正方形,将其固定在线切割机上,安装钼丝编写程序即可加工,其切削速度为0.1mm/r。(3)加工外轮廓只需将夹具装好,在线切割编写整圆加工程序,刀具选择钼丝,切削速度0.1mm/r。这个注意装夹时,重复定位要准确。经以上加工工序的设计,在工艺上设计两套专用夹具完成产品加工核心内容,经量具检验尺寸及变形情况,加工出的垫片组如图5所示,符合生产技术要求。

4结束语

本文通过合理设计工艺与工装夹具,薄板加工后经检验完全符合零件图纸要求,通过两套加工内外轮廓夹具的设计,加工方法上比较简单,加工工序不复杂,加工周期不长,生产成本较低,解决了同种材料,不需表面加工,厚度不一形状类似的垫片类零件的机械加工生产的问题。并且为类似零件的加工,制定更加合理的加工工艺积累了宝贵经验。

【参考文献】

[1]方毅.薄板密封盖零件加工工艺设计[J].机械工程师,2011(10)91-92.

[2]张福润,严育才.数控技术[M].北京:清华大学出版社,2012(7)35-36.

[3]王爱玲,李梦群,冯裕强.数控加工理论与实用技术[M].北京:机械工业出版社,2009(5)65-66.

作者:姜海燕 梁少杰 单位:广东松山职业技术学院

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