零件工艺分析

塑料模型芯零件工艺分析在制定零件的机械加工工艺规程时，首先要对照产品装配图分析零件图，熟悉该产品的用途、性能及工作条件，明确零件在产品中的位置、作用及相关零件的位置关系；了解并研究各项技术条件制定的依据，找出其主要技术要求和技术关键，以便在拟订工艺规程时采用适当的措施加以保证。然后，着重对零件进行结构分析和技术要求的分析。一、零件的结构分析（一）零件表面的组成和基本类型：1.零件的表面组成：本零件由合金钢所铸。和合金钢机械性能更好，适合于大功率，结构要求紧凑的传动中，或有耐磨、高温（低温）等特殊工作条件，但合金钢对应力集中较敏感。从形体上分析，该零件都是由一些基本表面组成的，有外圆柱表面、圆锥表面、平面表面和圆弧面组成。轴承钢CrWMn，经调质和表面高频淬火后，表面硬度可达50~58HRC，并具有较高的耐疲劳性能和较好的耐磨性能，可制造较高精度的轴。轴的结构外形主要取决于轴在箱体上的安装位置及形式，轴上零件的布置和固定方式，受力情况和加工工艺等。轴类零件应根据不同的工作条件和使用要求选用不同的材料并采用不同的热处理规范（如调质、正火、淬火等），以获得一定的强度、韧性和耐磨性。45钢是轴类零件的常用材料，它价格便宜经过调质（或正火）后，可得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能，淬火后表面硬度可达45～52HRC。CrWMn等合金结构钢适用于中等精度而转速较高的轴类零件，这类钢经调质和淬火后，具有较好的综合机械性能。轴承钢GCr15和弹簧钢65Mn，经调质和表面高频淬火后，表面硬度可达50～58HRC，并具有较高的耐疲劳性能和较好的耐磨性能，可制造较高精度的轴。精密机床的主轴（例如磨床砂轮轴、坐标镗床主轴）可选用38CrMoAIA氮化钢。这种钢经调质和表面氮化后，不仅能获得很高的表面硬度，而且能保持较软的芯部，因此耐冲击韧性好。与渗碳淬火钢比较，它有热处理变形很小，硬度更高的特性。轴的结构设计要求：①轴和轴上零件要有准确、牢固的工作位置；②轴上零件装拆、调整方便；③轴应具有良好的制造工艺性等。④尽量避免应力集中。拟定轴上零件的装配方案根据轴上零件的结构特点，首先要预定出主要零件的装配方向、顺序和相互关系，它是轴进行结构设计的基础，拟定装配方案，应先考虑几个方案，进行分析比较后再选优。在零件结构分析时，根据机械零件不同表面的组合形成零件结构上的特点，就可选择与其相适应的加工方法和加工路线。2.模具零件的基本类型：模具的板类零件主要有这几种：塑料模具中的定模型腔板、动模型腔板、定摸和动模固定板、支承板、推杆固定板、推板、浇到推板、成形件推板、滑块、导滑块、锲紧块、支撑块、热流道板、拉板和定矩拉板等，冲压模具中的凹模板、凸模固定板、凸模垫板、卸料板、导向板等。本零件是凸模型芯零件，其成形用磨削法，将砂轮修整成与工件被磨削表面完全吻合的形状，进行磨削加工，已获所需要的成形表面。原则：1）轴的结构越简单越合理；2）装配越简单、方便越合理。轴上零件的定位零件的轴向定位1）轴肩和轴环（轴中间高两边低轴向尺寸小的环）——最常用，轴向传力大。各轴段的直径和长度的确定各轴段直径确定a)按扭矩估算所需的轴段直径dmin；b)按轴上零件安装、定位要求确定各段轴径。注意：①与标准零件相配合轴径应取标准植；②同一轴径轴段上不能安装三个以上零件。各轴段长度①与各轴段上相配合零件宽度相对应；②考虑零件间的适当间距——（特别）是转动零件与静止零件之间必须有一定的间隙。(二)主要加工表面与次要加工表面区分：根据零件各加工表面要求的不同，可以将零件的加工表面划分为主要加工表面和次要加工表面，这样，就能在工艺路线拟订时，做到主次分开以保证主要加工表面的加工精度。表面质量是零件加工质量的重要方面，对零件使用性能影响有重要影响。本章在介绍加工表面质量概念的基础上，重点讨论影响加工表面粗糙度和表层金属力学物理性能的工艺因素及其改进措施。在影响机械加工表面质量的诸多因素中，切削用量、刀具几何角度以及工件、刀具材料等起重要作用，学习者应了解这些因素对加工表面质量的影响规律，并应注意与切削原理知识相联系。加工表面的几何形貌表面粗糙度—波长/波高＜50波度—波长/波高=50～1000；且具有周期特性宏观几何形状误差（平面度、圆度等）—波长/波高＞1000纹理方向－表面刀纹形式表面缺陷－如砂眼、气孔、裂纹等（3）零件的结构工艺性：零件的结构工艺性是指零件在满足使用要求的前提下，制造该零件的可行性和经济性。功能相同的零件，其结构工艺性可以有很大差异。所谓结构工艺性好，是指在现有工艺条件下，既能方便制造又有较低的制造成本。在机械零件及整台机器的设计过程中，设计计算只占一部分工作量，很重要的另外一部分工作量就是零件及整台机器的结构设计。结构设计就是要决定零件及机器的各个部分的形状、尺寸、尺寸的配合及制造精度等，并绘制图纸。计算工作是从使用要求出发，通过计算保证了零件的强度、刚度及寿命等要求；结构设计主要是从经济、工艺、使用、检修、维护等要求出发，保证能设计出用料最少、最便宜、最容易制造与装配的零件，以及使用、检修都是最便宜的机器。因此，结构设计是保证零件及机器具有良好工艺性及使用性的决定阶段。铸造零件结构设计要点---铸造零件的结构设计，主要从以下八点考虑：①壁厚——铸件的壁厚，除了应满足强度、刚度的要求外，还要考虑到铸造的可能。②圆角——为了消灭铸造缺陷及易于造型，在铸件两个面的交界处通常采用圆角结构，圆角半径视壁厚的大小而增减。③不同壁厚处的过度结构——为了避免在铸件中产生缩孔，必须采用必要的过渡结构④铸造斜度——垂直于分型面的表面应有斜度，以利造型。对于黑色金属，斜度通常采用1:25～1:40；对于有色金属为1:100。⑤要尽可能地避免使造型发生困难的死角⑥为了增加铸造零件的刚度，常采用加强肋。肋的厚度取为所固连的壁厚的80～100%。⑦设计受弯曲应力的铸铁件时，应使剖面的中性轴靠近受拉伸的一边，以充分发挥铸铁的压缩强度高于拉伸强度的特点。⑧铸造零件内腔的壁，由于冷却较慢，故应做得薄些。通常将其壁厚较外壁减少15～20%。.锻造及冲压零件结构设计要点---锻造零件的结构必须很简单，没有很深的沟槽。利用锻模时，零件上要有适当的斜度及圆角。冲压零件上的弯边大小须在材料韧性所允许的限度以内。此外，零件的形状必须以最充分地利用板材为原则。机械加工对零件结构的影响---机械加工对零件结构提出如下要求：①尽可能减小加工面积，以缩短机械加工工时。②零件尽可能用圆柱、圆锥及平面等简单几何形状组成，并且各面最好相互平行或垂直，避免特殊的几何形状及相互倾斜的加工面。③改善零件的结构，使其简化加工工序④零件必须具有足够的刚度，以免加工变形⑤零件加工工具难以达到的部位⑥在车、磨、铣等表面上，要留下足够的退刀槽和退出砂轮槽⑦要保证刀具能有最方便的工作条件，以便提高生产率⑧如果可能，在同一零件上应采用最少的尺寸种类及标准种类.从零件的结构设计方面节约材料的途径：①合理地减小各种零件的尺寸，尤其是传动零件的外廓尺寸，这是最基本的措施；②尽可能地使用薄壁铸件，在不受力的地方以板材冲压件来代替沉重的铸件；③用棒料做成的零件应尽可能地做成小直径的.④只有在必须的地方才使用,价值昂贵的材料.按扭转强度条件计算适用：①用于只受扭矩或主要承受扭矩的传动轴的强度计算；②结构设计前按扭矩初估轴的直径dmin强度条件：Mpa(11-1)设计公式：（mm）轴上有键槽放大：3~5%一个键槽；7~10%二个键槽。取标准植——许用扭转剪应力（N/mm2），表11-3——考虑了弯矩的影响A0——轴的材料系数，与轴的材料和载荷情况有关。注意表11-3下面的说明对于空心轴：（mm），d1—空心轴的内径（mm）注意：如轴上有键槽，则d放大：3~5%1个；7~10%2个取整。按弯扭合成强度条件计算条件：已知支点、距距，M可求时步骤：如图11-17以斜齿轮轴为例1、作轴的空间受力简图（将分布看成集中力，）轴的支承看成简支梁，支点作用于轴承中点，将力分解为水平分力和垂直分力（图11-17a）2、求水平面支反力RH1、RH2作水平内弯矩图（图11-17b）3、求垂直平面内支反力RV1、RV2，作垂直平面内的弯矩图（图11-17c）4、作合成弯矩图（图11-17d）5、作扭矩图（图11-17e）6、作当量弯矩图——为将扭矩折算为等效弯矩的折算系数∵弯矩引起的弯曲应力为对称循环的变应力，而扭矩所产生的扭转剪应力往往为非对称循环变应力∴与扭矩变化情况有关——扭矩对称循环变化=——扭矩脉动循环变化——不变的扭矩，，分别为对称循环、脉动循环及静应力状态下的许用弯曲应力。7、校核轴的强度——Mcamax处；Mca较大，轴径d较小处。Mpa(11-6)W——抗弯截面模量mm3，见表11-4不同截面的W。设计公式：（mm）如果计算所得d大于轴的结构设计d结构，则应重新设计轴的结构，对于心轴：T=0，Mca=M：转动心轴，许用应力用；固定心轴，许用应力用——弯曲应力为脉动循环。（四）细长轴车削的工艺特点1．细长轴刚性很差，车削时装夹不当，很容易因切削力及重力的作用而发生弯曲变形，产生振动，从而影响加工精度和表面粗糙度。2．细长轴的热扩散性能差，在切削热作用下，会产生相当大的线膨胀。如果轴的两端为固定支承，则工件会因伸长而顶弯。3．由于轴较长，一次走刀时间长，刀具磨损大，从而影响零件的几何形状精度。4．车细长轴时由于使用跟刀架，若支承工件的两个支承块对零件压力不适当，会影响加工精度。若压力过小或不接触，就不起作用，不能提高零件的刚度；若压力过大，零件被压向车刀，切削深度增加，车出的直径就小，当跟刀架继续移动后，支承块支承在小直径外圆处，支承块与工件脱离，切削力使工件向外让开，切削深度减小，车出的直径变大，以后跟刀架又跟到大直径圆上，又把工件压向车刀，使车出的直径变小，这样连续有规律的变化，就会把细长的工件车成“竹节”形。细长轴的先进车削法——反向走刀车削法图6––38为反向走刀车削法示意图，这种方法的特点是：1．细长轴左端缠有一圈钢丝，利用三爪自定心卡盘夹紧，减小接触面积，使工件在卡盘内能自由地调节其位置，避免夹紧时形成弯曲力矩，在切削过程中发生的变形也不会因卡盘夹死而产生内应力。2．尾座顶尖改成弹性顶尖，当工件因切削热发生线膨胀伸长时，顶尖能自动后退，可避免热膨胀引起的弯曲变形。3．采用三个支承块跟刀架，以提高工件刚性和轴线的稳定性，避免“竹节”形。4．改变走刀方向，使床鞍由主轴箱向尾座移动，使工件受拉，不易产生弹性弯曲变形。零件图样上的技术要求，既要满足设计要求，又要便于加工，而且齐全和合理。其技术要求包括下列几个方面：1）加工表面的尺寸精度、形状精度和表面质量。1.尺寸精度尺寸精度轴类零件的主要表面常为两类，一类是与轴承的内圈配合的外圆轴颈，即支承轴颈，用于确定轴的位置并支承轴，尺寸精度要求较高，通常为IT5～IT7；另一类为与各类传动件配合的轴颈，即配合轴颈，其精度稍低，通常为IT6~IT9。2.几何形状精度轴类零件的几何形状精度主要是指轴颈、外锥面、莫氏锥孔等的圆度、圆柱度等，一般应将其公差限制在尺寸公差范围内。对精度要求较高的内外圆表面，应在图纸上标注其允许偏差。3.相互位置精度相互位置精度包括内、外表面，重要轴面的同轴度、圆的径向跳动、重要端面对轴心线的垂直度、端面间的平行度等。轴类零件的位置精度要求主要是由轴在机械中的位置和功用决定的。通常应保证装配传动件的轴颈对支承轴颈的同轴度要求，否则会影响传动件（齿轮等）的传动精度，并产生噪声。普通精度的轴，其配合轴段对支承轴颈的径向跳动一般为0.01～0.03mm，高精度轴（如主轴）通常为0.001～0.005mm。4.表面粗糙度表面粗糙度轴的加工表面都有粗糙度的要求，一般根据加工的可能性和经济性来确定。一般与传动件相配合的轴径表面粗糙度为Ra2.5～0.63μm，与轴承相配合的支承轴径的表面粗糙度为Ra0.63～0.16μm。2）各加工表面之间的相互位置精度。3）工件的热处理和