1.2.2 工艺路线的拟订
制订机械加工工艺规程时,应该在充分调查研究的基础上,提出多种方案进行分析比较。因为工艺路线不但影响加工的质量和生产效率,而且影响工人的劳动强度、设备投资、车间面积、生产成本等。
拟订工艺路线就是制订工艺过程的总体布局。其主要任务是选择各个表面的加工方法和加工方案,确定各个表面的加工顺序以及整个工艺过程中的工序数目等。
除合理选择定位基准外,拟订工艺路线时还要考虑表面加工方法、加工阶段的划分、工序的集中与分散和加工顺序四个方面。
1.表面加工方法的选择
1)首先要保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。由于获得同一精度及表面粗糙度的加工方法往往有若干种,实际选择时还要结合零件的结构形状、尺寸大小以及材料和热处理等要求。例如对于IT7级精度的孔,采用镗削、铰削、拉削和磨削均可达到要求,但型腔体上的孔一般不宜选择拉孔或磨孔,而常选择镗孔或铰孔,孔径大时选择镗孔,孔径小时选择铰孔。
2)工件材料的性质对加工方法的选择也有影响。如淬火钢应采用磨削加工,对于非铁金属零件,为避免磨削时堵塞砂轮,一般都采用高速镗、精密铣或高速精密车削进行精加工。
3)在选择表面加工方法时,除了首先要保证质量要求外,还应考虑生产效率和经济性的要求。大批量生产时,应尽量采用高效率的先进工艺方法。但是在年产量不大的生产情况下,采用高效率加工方法及专用设备,则会因设备利用率不高造成经济上的损失。此外,通过任何一种加工方法所获得的加工精度和表面质量均有一个相当大的范围,但只在一定的精度范围内这种方法才是经济的。这种一定范围的加工精度,即为该种加工方法的经济精度。选择加工方法时,应根据工件的精度要求选择与经济精度相适应的加工方法。
4)为了能够正确地选择加工方法,还要考虑本厂、本车间现有的设备情况及技术条件,充分利用现有设备,挖掘企业潜力,发挥工人及技术人员的积极性和创造性。同时也应考虑不断改进现有的方法和设备,推广新技术,提高工艺水平。
2.加工阶段的划分
对于加工质量要求较高的零件,工艺过程应分阶段进行,这样才能保证零件的精度,充分利用人力、物力资源。机械加工的工艺过程一般可分为以下几个阶段:
(1)粗加工阶段 主要任务是切除各加工表面上的大部分加工余量,使毛坯在形状和尺寸上尽量接近成品。因此,在此阶段中应采取措施尽可能提高生产效率。
(2)半精加工阶段 它的任务是使主要表面消除粗加工留下的误差,达到一定的精度及留有精加工余量,为精加工做好准备,并完成一些次要表面(如钻孔、铣槽等)的加工。
(3)精加工阶段 精加工阶段主要是去除半精加工所留的加工余量,使工件各主要表面达到图样要求的尺寸精度和表面粗糙度。
(4)光整加工阶段 对于精度和表面粗糙度要求很高(如IT6级及IT7级以上的精度,表面粗糙度Ra值小于或等于0.4μm)的零件可采用光整加工。光整加工一般不用于纠正几何形状和相互位置误差。
工艺过程分阶段的主要原因有如下几项:
(1)保证加工质量 工件粗加工时切除金属较多,产生较大的切削力和较多切削热,同时也需要较大的夹紧力,而且加工后内应力要重新分布。在这些力和热的作用下,工件会发生较大的变形。如果不分阶段而连续进行粗、精加工,就无法避免上述原因所引起的加工误差。加工过程分阶段后,粗加工造成的加工误差通过半精加工和精加工即可得到纠正,以达到逐步提高零件的加工精度,降低零件的表面粗糙度,保证零件加工质量的目的。
(2)合理使用设备 加工过程划分阶段后,粗加工可采用功率大、刚度高、精度低的高效率机床加工,以提高生产效率。精加工则可采用高精度机床加工,以确保零件的精度要求。这样既充分发挥了设备的各自特点,又做到了设备的合理使用。
(3)便于安排热处理工序 对于一些精密零件,粗加工后安排去应力的时效处理,可减少内应力变形对精加工的影响。而半精加工后安排淬火不仅容易满足零件的性能要求,而且淬火引起的变形也可通过精加工工序予以消除。
(4)便于及时发现毛坯缺陷和保护已加工表面 由于工艺过程分阶段进行,在粗加工各表面之后,可及时发现毛坯缺陷(气孔、砂眼和加工余量不足等),以便修补或发现废品,以免将本应报废的工件继续进行精加工,浪费工时和制造费用。
应当指出,拟订工艺路线时一般应遵循工艺过程划分加工阶段的原则,但是在具体运用时又不能绝对化。当加工质量要求不高,工件的刚度足够高,毛坯质量高,加工余量小时可以不划分加工阶段。在自动机床上加工的零件以及某些运输、装夹困难的重型零件,也可不划分加工阶段,而在一次装夹下完成全部表面的粗、精加工。对于重型零件可在粗加工之后将夹具松开以消除夹紧变形。然后再用较小的夹紧力重新夹紧,进行精加工,以利于保证重型零件的加工质量。但是对于精度要求高的重型零件,仍要划分加工阶段,并适时进行时效处理以消除内应力。上述情况在生产中需要按具体条件来决定。
3.工序的集中与分散
对于同一工件的同样加工内容,可以安排两种不同形式的工艺规程:一种是工序集中的工艺规程,另一种是工序分散的工艺规程。所谓工序集中,是使每个工序中包括尽可能多的工步内容,因而使总的工序数目减少,夹具的数目和工件的装夹次数也相应地减少。所谓工序分散,是将工艺路线中的工步内容分散在更多的工序中去完成,因而每道工序的工步少,工艺路线长。
工序集中和工序分散的特点都很突出。工序集中有利于保证各加工面间的相互位置精度,有利于采用高生产效率的机床,节省装夹工件的时间,减少工件的搬动次数。工序分散可使每个工序使用的设备和夹具比较简单,调整、对刀比较容易,对操作工人的技术水平要求较低。
传统的流水线、自动线生产多采用工序分散的组织形式(个别工序也有相对集中的形式,例如箱体类零件采用专用组合机床加工孔系等)。这种组织形式可以实现高效率生产,但是适应性较差,特别是那些工序相对集中、专用组合机床较多的生产线,转产比较困难。
采用高效自动化机床,以工序集中的形式组织生产(典型的例子是采用加工中心组织生产),除了具有上述工序集中生产的优点以外,生产适应性更强,转产相对容易。因而尽管这种生产方式设备价格昂贵,仍然得到越来越多的应用。
4.加工顺序的安排
(1)机械加工顺序的安排 安排机械加工顺序时,应考虑以下几个原则:
1)当零件需要分阶段进行加工时,先安排各表面的粗加工,中间安排半精加工,最后安排主要表面的精加工和光整加工,这就是先粗后精原则。
由于次要表面的精度要求不高,一般经粗、半精加工即可完成；对于那些与主要表面相对位置关系密切的表面,通常置于主要表面精加工之后进行加工。
2)零件上的装配基面和主要工作表面等先安排加工,这就是先主后次原则。
键槽、紧固用的光孔和螺孔等,由于加工面小,又和主要表面有相互位置要求,一般应安排在主要表面达到一定精度之后(如半精加工之后)进行加工,但应在最后精加工之前进行加工。
3)每一加工阶段总是应先安排基面加工工序,这就是基面先行原则。
例如在轴类零件的加工中采用中心孔作为统一基准,因此每个加工阶段开始时总是钻中心孔,以作为精基准,并使其具有足够的精度和表面粗糙度(常常高于原来图样上的要求)。如果精基准不止一个,则应按照基面转换的次序和逐步提高精度的原则安排加工。例如精密轴套类零件,其外圆和内孔就要互为基准,反复进行加工。
4)对于模座、凸凹模固定板、型腔固定板、推板等一般模具零件,因平面所占轮廓比例较大,用平面定位比较稳定可靠。因此,其工艺过程总是选择平面作为定位精基准,先加工平面再加工孔,这就是先面后孔原则。
(2)热处理工序的安排 模具零件常采用的热处理工艺有退火、正火、调质、时效、淬火、回火、渗碳和渗氮等。按照热处理的目的,上述热处理工艺可大致分为预备热处理和最终热处理两大类。
1)预备热处理包括退火、正火、时效和调质等。这类热处理的目的是改善加工性能,消除内应力,为最终热处理做组织准备,其工序位置多在粗加工前后。
2)最终热处理包括各种淬火、回火、渗碳和渗氮处理等。这类热处理的目的主要是提高零件材料的硬度和耐磨性,常安排在精加工前后。
3)辅助工序包括工件的检验、去毛刺、清洗和涂防锈油等。其中检验工序是主要的辅助工序,它对保证零件质量有着极为重要的作用。检验工序应安排在:
①粗加工全部结束后,精加工之前。
②零件从一个车间转向另一个车间前后。
③重要工序加工前后。
④特种性能检验(磁力探伤、密封性检验等)前。
⑤零件加工完毕,进入装配过程和成品库时。
⑥钳工去毛刺常安排在易产生毛刺的工序之后,检验及热处理工序之前。