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简化零件的制造工艺流程 |
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作者：大连组合机床研究所 李如松 |
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在零件制造过程中，减少加工工序，简化制造工艺流程是降低产品制造成本的重要途径。缩短零件制造工艺流程，可以减少机床、刀具和夹具的数量，以及减少设备操作人员和设备作业面积，由此促使生产设备投资的减少和零件制造周期的缩短，取得降低产品制造费用的效果。
简化零件制造工艺流程是通过新的制造工艺替代传统制造工艺来实现的。例如，硬车替代磨削，高速磨削替代车削和高速硬铣替代电解加工等。零件制造工艺流程的合理化是精密成形技术和加工技术不断发展以及合理应用新工艺的必然结果。
制造连杆的断裂剖分工艺
本文介绍业已在生产中采用的简化零件制造工艺流程的一些方法，其中包括一些新工艺和新刀具。新工艺包括精密成形、硬加工、高速磨削、高速车铣和断裂剖分工艺，新刀具指多功能刀具和复合刀具。
制造连杆的断裂剖分工艺
精密成形
随着精密成形技术的发展，使毛坯轮廓愈来愈接近成品尺寸，零件的加工余量显著减少。目前，在大批量生产中，通过精密热成形(精铸、精锻和烧结)已可获得尺寸精度为(0.3～1.0)mm的毛坯；通过精密冷成形(冷轧和冷拨)则可获得IT7～ IT11精度的毛坯。这类毛坯往往可不经粗车或粗铣而直接通过精加工获得成品。对于毛坯尺寸公差在磨削余量范围内的可免去软切削而进行淬火，然后进行磨削或进行硬车(或硬铣)。
通过精密成形简化制造工艺流程是目前中大批量生产中常用的方法。
硬加工
采用具有一定几何形状的刀具进行硬切削(45 HRC～62 HRC)可明显简化工艺流程。例如，按常规工艺加工轴承环时，需采用热轧、退火、车削、淬火和磨削等五道工序。改用硬车工艺替代磨削就只需热轧、淬火(62 HRC)和硬车(Rz 1µm～ Rz 2µm)三道工序，减少了二道工序。这样，可缩短65%的加工时间，降低能耗45%和降低零件制造成本35%。又如戴姆勒-克莱斯勒的卡塞尔(Kassel)工厂采用硬车加工载货车的后桥半轴(CK45，61HRC，年产量30万件)，取代以往的磨削工艺，并用一台CNC车床代替过去的三台磨床，使工件的单件费用降低了50%以上。
目前，通过硬铣简化模具制造的工艺流程是模具制造业中的技术发展趋势。模具的传统制造工艺是铣削(软铣)和电解加工。近几年来，高速硬铣已在许多场合(除了窄缝和深槽加工外)替代了软铣和电解加工，也就免去了电极的制造和抛光工序，由硬铣实现模具的全部加工。例如，一连杆锻压模(56NiCrMoV7)过去的传统加工工艺流程是精铣、淬火、电极制造、电解加工和抛光，目前采用硬铣工艺后，工件经淬火(47HRC)即可在一次装夹下只需进行粗铣和精铣就能加工成成品，加工表面粗糙工低于Ra 0.8μm。这里可以看出，新工艺免去了常规工艺的软铣、电极制造、电解加工和抛光，大大简化了工艺制造流程。模具的加工时间一般可缩短75%，加工费用可节省50%。
硬铣的应用，也为模具制造实现CAD-CAM-HSC的集成创造了条件，可以认为，高速硬铣正在给模具制造技术带来一次重大的变革。
应指出，硬车和硬铣是高温切削，为避免因采用冷却润滑液引起的温度的急剧变化，致使刀具过早失效，所以硬加工是采用干式切削，这对保护生态环境有利。
高速磨削
随着超硬CBN砂轮的开发和应用，磨削速度和进给速度得到大幅度提高。这种高速磨削(圆周速度90 m/s～250 m/s)工艺不仅具有很高的材料磨除率，并且能达到很高的加工质量，这就使磨削工艺从纯粹的精加工工艺发展成为一种通用的加工工艺。如采用电镀CBN砂轮磨削合金灰铸铁凸轮轴，直径上磨削余量为4.1 mm，磨削速度90 m/s，磨削时间只需12s，其单位砂轮宽度材料磨除率达到20 mm3/mms。这样，采用CBN砂轮进行高速磨削就免去常规工艺流程中车削或铣削这样的预加工工序，直接通过磨削实现工件的粗、精加工。例如，一企业在加工草坪割草机的发动机曲轴,过去是采用六道车削工序和三道磨削工序,目前改用三道高速磨削工艺,采用电镀CBN砂轮，磨削速度为123 m/s，免去所有车削工序，结果加工时间减少65%。
高速车铣
车铣工艺是由车削和铣削合成的一种复合加工新工艺。进行车铣时，工件作慢速转动，由装在刀架驱动轴上的圆盘铣刀对工件进行铣削。由于铣削速度高(300m/min～500m/min)，切削力小、加工时间短、加工精度高和表面质量好的诸多优点，所以应用这种新工艺可以节省加工工序。采用高速车铣工艺加工曲轴的连杆颈、主轴颈、轴肩和沉割槽时，要比常规工艺节省二道工序。
断裂剖分工艺
断裂剖分是使一个整体件通过冲击断裂使其分离成两件的一种工艺，目前，这种工艺已应用于连杆和曲轴箱的加工上，应用这种新工艺旨在通过断裂剖分使被断裂分离的连杆体和连杆顶盖，曲轴箱轴承座和轴承盖能直接进行精确合装，免去如传统工艺为实现连杆体和其顶盖、曲轴箱轴承座和轴承盖精确合装所需的众多切削加工(如传统的连杆加工工艺，一般要14道加工工序，而采用断裂剖分新工艺，就只需6道加工工序)。这就大大简化了工艺流程，并且还显著地提高了这两种合装件的合装精度，提高了发动机的工作性能。
多功能刀具和复合刀具
在中、大批量生产(如汽车工业)中，在组合机床和自动线上常常通过复合刀具来完成工件多个部位的加工或实现多个工序的加工，以减少加工工位和缩短自动线的长度，使生产合理化。
采用多功能刀具和复合刀具，并且利用加工中心控制系统的插补功能可以简化加工的工艺流程。
在加工中心上用多功能刀具(如图刀片铣刀)进行铣孔时，旋转的铣刀绕Z轴作螺旋插补运动，一次工作行程就可加工出所需大小的孔。例如加工直径为285mm的孔，采用160mm直径的铣刀，在一次工作行程中即可完成加工任务，这比常规工艺可节省五道扩孔工序和节省73%的加工时间。 
在加工中心上采用多功能刀具实现铣孔
近年来，在加工中心上采用螺纹铣刀也只需一次工作行程铣出螺纹孔。而按常规工艺，螺纹孔的加工常常是要采用两把或三把刀具分别进行钻底孔、倒角和攻丝。这不仅缩短了加工时间，而且也变相增加了加工中心的刀库容量。这种螺纹孔铣削工艺，已非常普遍地用于汽车发动机缸盖、缸体和变速箱体上的螺纹孔加工。
结语
从上面所述简化零件制造工艺流程的一些方法和实例中可以看出，减少零件毛坯的切削余量和加工工序是优化制造工艺流程的主要途径，而先进的刀具和加工工艺以及机床技术是其关键。这些技术的进一步发展，为不断提高各个加工工艺的潜在能力创造了条件，进而促进了不同加工工艺的相互竞争和替代，由此促进零件生产工艺流程的不断简化。
很显然，具体的生产工艺流程是同投资费用联系着的，因此，企业在决策时，应对零件的整个生产流程(从毛坯成形到软加工或硬加工出成品)全盘加以考虑和分析，采用新的刀具和新的加工工艺，选择最佳的制造工艺流程，以获得更好的经济效益。 (end)
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(12/12/2004) |
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