在零件制造過程中,減少加工工序,簡化制造工藝流程是降低產品制造成本的重要途徑。縮短零件制造工藝流程,可以減少機床、刀具和夾具的數量,以及減少設備操作人員和設備作業面積,由此促使生產設備投資的減少和零件制造周期的縮短,取得降低產品制造費用的效果。
簡化零件制造工藝流程是通過新的制造工藝替代傳統制造工藝來實現的。例如,硬車替代磨削,高速磨削替代車削和高速硬銑替代電解加工等。零件制造工藝流程的合理化是精密成形技術和加工技術不斷發展以及合理應用新工藝的必然結果。
制造連桿的斷裂剖分工藝
本文介紹業已在生產中采用的簡化零件制造工藝流程的一些方法,其中包括一些新工藝和新刀具。新工藝包括精密成形、硬加工、高速磨削、高速車銑和斷裂剖分工藝,新刀具指多功能刀具和復合刀具。
精密成形
隨著精密成形技術的發展,使毛坯輪廓愈來愈接近成品尺寸,零件的加工余量顯著減少。目前,在大批量生產中,通過精密熱成形(精鑄、精鍛和燒結)已可獲得尺寸精度為(0.3~1.0)mm的毛坯;通過精密冷成形(冷軋和冷撥)則可獲得IT7~IT11精度的毛坯。這類毛坯往往可不經粗車或粗銑而直接通過精加工獲得成品。對于毛坯尺寸公差在磨削余量范圍內的可免去軟切削而進行淬火,然后進行磨削或進行硬車(或硬銑)。
通過精密成形簡化制造工藝流程是目前中大批量生產中常用的方法。
硬加工
采用具有一定幾何形狀的刀具進行硬切削(45HRC~62HRC)可明顯簡化工藝流程。例如,按常規工藝加工軸承環時,需采用熱軋、退火、車削、淬火和磨削等五道工序。改用硬車工藝替代磨削就只需熱軋、淬火(62HRC)和硬車(Rz1µm~Rz2µm)三道工序,減少了二道工序。這樣,可縮短65%的加工時間,降低能耗45%和降低零件制造成本35%。又如戴姆勒-克萊斯勒的卡塞爾(Kassel)工廠采用硬車加工載貨車的后橋半軸(CK45,61HRC,年產量30萬件),取代以往的磨削工藝,并用一臺CNC車床代替過去的三臺磨床,使工件的單件費用降低了50%以上。
目前,通過硬銑簡化模具制造的工藝流程是模具制造業中的技術發展趨勢。模具的傳統制造工藝是銑削(軟銑)和電解加工。近幾年來,高速硬銑已在許多場合(除了窄縫和深槽加工外)替代了軟銑和電解加工,也就免去了電極的制造和拋光工序,由硬銑實現模具的全部加工。例如,一連桿鍛壓模(56NiCrMoV7)過去的傳統加工工藝流程是精銑、淬火、電極制造、電解加工和拋光,目前采用硬銑工藝后,工件經淬火(47HRC)即可在一次裝夾下只需進行粗銑和精銑就能加工成成品,加工表面粗糙工低于Ra0.8μm。這里可以看出,新工藝免去了常規工藝的軟銑、電極制造、電解加工和拋光,大大簡化了工藝制造流程。模具的加工時間一般可縮短75%,加工費用可節省50%。
硬銑的應用,也為模具制造實現CAD-CAM-HSC的集成創造了條件,可以認為,高速硬銑正在給模具制造技術帶來一次重大的變革。
應指出,硬車和硬銑是高溫切削,為避免因采用冷卻潤滑液引起的溫度的急劇變化,致使刀具過早失效,所以硬加工是采用干式切削,這對保護生態環境有利。
高速磨削
隨著超硬CBN砂輪的開發和應用,磨削速度和進給速度得到大幅度提高。這種高速磨削(圓周速度90m/s~250m/s)工藝不僅具有很高的材料磨除率,并且能達到很高的加工質量,這就使磨削工藝從純粹的精加工工藝發展成為一種通用的加工工藝。如采用電鍍CBN砂輪磨削合金灰鑄鐵凸輪軸,直徑上磨削余量為4.1mm,磨削速度90m/s,磨削時間只需12s,其單位砂輪寬度材料磨除率達到20mm3/mms。這樣,采用CBN砂輪進行高速磨削就免去常規工藝流程中車削或銑削這樣的預加工工序,直接通過磨削實現工件的粗、精加工。例如,一企業在加工草坪割草機的發動機曲軸,過去是采用六道車削工序和三道磨削工序,目前改用三道高速磨削工藝,采用電鍍CBN砂輪,磨削速度為123m/s,免去所有車削工序,結果加工時間減少65%。
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