异形零件

异形零件（共3篇）

异形零件 篇1

摘要：通过一套带基准孔和定位销测量两孔偏心量的检验工装, 介绍了一种使用方便、高效耐用、测量直观的工装设计过程, 解决了异形零件装夹不便、基准面难以确定的问题, 大大提高了偏心量测量的精度和效率。

关键词：工装,两孔偏心量,异形零件

1 引言

图1是我厂生产的支座零件中的一种异形零件, 在测量准φ14mm与准φ24mm两孔偏心尺寸时由于该零件的外形复杂, 只能靠台虎钳夹住零件的外圆面, 借用芯棒插入对应的孔中用三坐标仪测量偏心尺寸。但在台虎钳上的简易装夹会造成一定的误差, 而在建立坐标系时三坐标仪测头的位置又有限制, 为了保证测量准确性只能反复调整装夹, 费时费力, 对零件质量控制非常不便, 因此寻求一种能够应用于现场的检验工装势在必行。

2 零件结构分析、理论分析及工装设计方案

(1) 零件结构分析:1轴为准14mm通孔, 2轴为准φ14mm和准φ24mm偏心孔, 2轴两孔偏心尺寸要求为X:2.16±0.03mm;Y:1.25±0.03mm (如图2) 。准φ172mm外圆与两孔轴线呈45°夹角, 准φ130mm外圆和准φ172mm圆平面上有一准φ8mm定位销, 如图3。

(2) 理论分析:通过对准φ130mm基准外圆的定位, 使准φ130mm外圆平面垂直于底部基准面且准φ14mm和准φ24mm孔的轴线与底部基准面平行。当翻转零件90°处在X方向时, 如果能使准14mm和准24mm孔的轴线与底部基准面同样保持平行, 则可利用高度仪直接测出两孔X向和Y向的偏心量。

(3) 工装设计方案:通过对零件的结构和理论分析, 此设计方案的关键在于零件基准的定位和翻转零件保证两孔轴线与底面基准平行。为此设计时采用准φ130mm基准内孔配合准φ8mm高精度销孔对支座零件进行装夹定位, 由磨床对工装两基准平面进行精确打磨, 垂直度误差<0.01mm;工装A向与底面基准成45°夹角, 如此在测完零件Y向偏心后, 翻转工装90°便可直接测量零件X向偏心而基准定位保持不变, 工装设计如图4。

3 工装使用步骤

步骤1:装夹

将支座零件的准φ130mm外圆装入检验工装基准内圆中, 通过准φ8mm定位销将被测零件定位于专用工装A向平面上。

步骤2:Y方向测量

装夹完毕后使用高度仪对工件上准φ24mm孔的Y方向进行测量, 得出中心位置清零, 然后对另一面的准φ14mm通孔的Y方向进行测量, 从而得出Y方向上的偏心尺寸。

步骤3:X方向测量

将工装翻转90°, 使准φ130mm外圆平面与底部基准面成45°角, 使用高度仪对准φ24mm孔的X方向进行测量, 得出中心位置清零, 然后对另一面的准φ14mm通孔的X方向进行测量, 从而得出X方向上的偏心尺寸。

4 工装测量与三坐标测量对比

4.1 使用情况比较

随机抽取5件支座零件, 实际测量时间见表1。

4.2 检测数据对比

检测数据对比结果见表2。

4.3 检测分析

从表中可以看出工装测量结果和三坐标测量结果不一致, 两者存在一定偏差, 三坐标测量数据波动较大。其原因为:在使用三坐标仪对零件进行测量时由于测头位置限制, 在芯棒倾斜表面所采的点不在同一圆周截面而造成测量上的误差。而工装测量只要保证定位准确便可以直观地测出两孔偏心量数据, 测量结果更为准确合理。

5 结语

本文设计的工装采用铸铁为材料, 具有结构简单、使用方便、高效耐用等优点, 经现场实际使用, 与以前三坐标测量相比, 大大提高了检测速度和可靠性, 同时降低了检测成本。

异形零件 篇2

随着我国汽车工业的发展,汽车产量和保有量逐年增加。汽车在给人们出行带来方便的同时,也带来了油耗、安全和环保这三大问题。为此,各国制定了多种法规,其中包括油耗法规、排放法规等。有鉴于此,世界各国的汽车工业界普遍认为,满足各项要求严格的法规的极为有效的手段是采用高强度、轻量化的材料,以使在满足汽车轻量化的要求和降低油耗、尾气排放的同时,保证达到汽车安全性法规的要求。

传统车辆用箱体的生产制造一般采用铸造和机械加工的方法。铸造的箱体零件能够满足普通车辆使用所必需的性能,但无法满足特种车辆所要求的负载能力。机械加工的钢制箱体零件虽然能够满足使用所必需的性能,但是材料的消耗很大,材料利用率低,生产效率也低,且不满足减重的要求。因此,特种车辆用箱体的生产制造迫切需要新材料和新的工艺技术。本文中的箱体材料采用超硬铝LC4,运用MSC.SuperForm模拟软件对其进行成形的数值模拟,成形过程看作为等温成形,模型采用刚塑性模型。文章给出了挤压件的形状变化、等效应变分布以及挤压力—时间关系曲线等。实际生产结果表明,模拟结果和实验情况基本吻合。

2 特种车辆用箱体零件特点及工艺分析

箱体零件(图1)的底部视图由几个形状不同的曲面和平面组成,且厚度不均匀。正等侧视图上表面是由两个形状不规则的孔和部分凸缘组成,凸缘部分相对与中心线不对称且有的偏离严重。左侧部有一直径为50mm的螺纹孔。因此,该箱体零件外形比较复杂,这些特点都增加了成形的难度。零件技术要求:抗拉强度560MPa~580MPa,伸长率≥10%,屈服强度500MPa~520MPa。

由上可见,零件成形有以下难点:

(1)零件的凸缘部分相对中心线不对称,且有的偏离严重。根据金属流动定律,挤压后再翻边成形凸缘的话容易产生折叠。

(2)正等侧视图上表面两个形状不规则的孔在挤压时由于距离较近,如果两个同时挤压,很容易产生折缝、局部充不满等。如果顺序挤压,挤压后一个孔时必然引起已经挤好的孔变形。因此,只能保证中心较大的一个。

(3)零件的右上角部位由于离中心较远,金属流动时不易充满。

(4)零件只有左侧有孔,考虑到零件水平方向受力平衡,不能使用多向加载成形,也不能侧面单向加载,只能最后进行机械加工。

综上所述,初步制定该箱体零件的工艺路线为:下料—加热—制坯—正反复合挤压—时效处理—机械加工。工步图如图2所示。本文针对挤压这一关键步骤,通过MSC.SuperForm软件对成形过程进行模拟,选择出成形最合理的成形方案。

3 有限元模型的建立

模拟复杂零件挤压问题的单元网络规模庞大,可导致计算机的动态内存分配空间不足。为降低计算过程对内存容量的要求,节省时间,保证模拟精度不受太大影响,可对几何模型进行适当简化。简化后的模型如图3所示。

3.1 二维几何模型的建立

箱体零件结构复杂,二维模型虽然不能准确描述,但至少可以给出部分截面上金属的流动规律,为三维模型的建立提供参考。因此,先选取零件最大横截面处做二维挤压模型,分析坯料的流动,为三维模型建立做准备,以最终确定合理的成形方案。

建模一般有两种方法:一是运用MENTAT提供的命令直接在MSC中建立几何模型;另一种是用AutoCAD、Pro/E等软件造型,然后通过MSC软件的CAD接口与这些软件进行数据交换,将几何模型导入MSC中。考虑挤压成形方案不可能一次获得成功,为保证改进后的模型与原始模型的可比性,故采用第二种方法建立几何模型。

坯料材料选用Asm_Alum_248,设定坯料温度480℃,坯料初始单元设为边长4mm的正方形单元,摩擦因子0.3,模具压缩速度50mm/s。

3.1.1 成形方案的初步设计(方案一)及模拟

方案一如图4a所示,凹模的总高为79mm,凸缘部分高度为23mm,凸缘拐角处倒角为2mm,保证零件的基本要求尺寸。模拟过程共212步,图4b、c、d分别为第6步、第58步以及第80步的变形结果。

第6步(图4b),凹模与坯料接触,坯料开始变形。第58步(图4c),可以看到坯料左端与凸缘接触部分由于剪应力过大,金属流线被切断。第80步(图4d),坯料与凹模底部基本接触,但凸缘部位金属被切断。

综上所述,此方案的缺点在于凹模凸缘部分倒角过小,以致应力过于集中,金属流线被切断,方案不理想。

3.1.2 成形方案的改进(方案二)及模拟

方案二,凹模凸缘部分倒角加大为15mm,其他尺寸不变。如图5a所示,此方案进行模拟时,模具位移、变形速度以及网格定义与重划分均与方案一相同。模拟过程共138步,图5b、c、d分别为第118步、第124步以及第138步的变形结果。

第118步(图5b),凸模的上缘开始接触坯料,接触点开始变形。第124步(图5c),变形量明显增大,坯料开始沿凹模上边沿外翻。第138步(图5d),变形结束,由于金属的外翻,阻止了凸模的下行,凹模右下部圆角处并未完全充满。

综上所述,虽然凹模凸缘部位应力过于集中的问题得到解决,但由于凹模凸缘部位高度不够,导致坯料产生了沿模具边沿形状的外翻,阻止了凸模的下行。故此方案也不理想。

3.1.3 成形方案的改进(方案三)及模拟

方案三,凹模的总高为116mm,凸缘部分高度为60mm,凸缘部分拐角处倒角为15mm。方案模拟中的模具位移、变形速度以及网格定义与重划分均与方案一相同。模拟过程共200步,图6b、c、d分别为第100步、第141步以及第200步的变形结果。

第100步(图6b),明显可见凸模上沿与坯料的接触部分完全在凹模里面,坯料在凸模的挤压力下开始填充凹模。第141步(图6c),凹模左端填充完好,坯料在挤压力作用下流向凹模右端。第200步(图6d),变形结束,坯料成形良好,没有外翻及折叠发生。

由此可见,将凹模凸缘部分的高度加大为60mm后,坯料在挤压的过程中,并没有出现沿凹模的外翻。且变形结束后,坯料成形良好,无任何缺陷产生。故此方案可行,三维模拟的模型可按此方案建立。

3.2 三维几何模型的建立

三维几何模型(图7a)是根据成形方案三设计的。坯料单元格边长由于计算机内存的原因,设定为10mm,模具压缩速度100mm/s,材料、工件温度、摩擦因子不变。模拟过程共218步,图7b、c、d、e、f分别为第180步、第198步、第212步以及第218步的两视图。

第180步,凸模的上沿开始接触坯料,接触点开始变形。第198步,凹模凸缘部分坯料填充完好,坯料开始填充其他部分。第212步,凹模底部除了距离中心较远的地方,其他地方基本填充完好。第218步,变形结束,坯料成形良好,没有外翻及折叠出现。

4 模拟结果与分析

4.1 加载过程挤压力—时间曲线

图8所示为加载过程挤压力—时间曲线。从图上可以看出,挤压力曲线是平滑过渡,没有出现尖角、重叠、挤压力在挤压末期短时间急剧下降等对模具寿命影响较大的缺陷。此成形工艺较佳。

4.2 加载过程金属的等效应变分布图

如图7所示为加载过程金属的等效应变分布图。从图上可以看出,金属开始变形时,凸缘部分以及凸模圆弧部分应变较大,但最大应变出现在凸缘的拐角处,终了时仍是此处的应变最大,这说明这部分金属在加载过程中产生了较大的塑性变形,结合图8可以得出凸沿处金属难变形导致凸模受到的力也变大。为使金属变形容易并且凸模不受太大的力,应使凸缘部分各接头处尽量圆滑。

5 实验应用与结果

在山西精密成形工程技术中心的THP-6300kN挤压液压机上进行工艺实验,其结果与模拟结果基本吻合。生产出的实际工件如图9所示,零件除底部离中心较远处有未完全充满外,其他地方充型良好,表面光滑,能够满足零件的各项技术要求。

6 结论

(1)模拟时简化模型非常重要,简化后可以节省大量时间。受计算机性能和计算时间的影响,网格再划分也不能太小,否则计算过程容易出错。要得到最佳的模拟效果就必须建立合适的模型和合适的网格再划分标准。

(2)模拟表明,零件的制造工艺设计合理,模拟结果与实验成形基本吻合。

(3)为了使零件底部离中心较远处也能完全充满,应该把制坯模具稍作修改,在底部离中心较远处多储留一些金属。

参考文献

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异形零件 篇3

异形件、薄壁件的零件在普通机械加工过程中, 因为零件壁厚很薄, 刚性较差, 在机械加工过程中切削力很容易使工件发生不可估量的变形, 因而无法达到图纸的技术要求;而电加工在加工过程中主要利用电腐蚀原理进行切割加工, 加工过程中产生的切削力应力很小, 加工后零件基本上变形量很小。为到达图纸要求则利用机械加工和电加工相结合的方法进行零件的加工操作。

1 传统的机械加工

传统的加工主要依靠车、钳、铇、铣、磨、镗。以钳工为核心, 个人能力的局限性, 过多人为因素的参与, 使得生产的水平、效率和可靠性受到限制, 管理也相当有难度。在精度和产品质量也受到很大限制。人力要求多也是一个难题。

随着机床设备和加工刀具的高速发展, 切削加工在整个制造业中扮演着重要的角色, 但也暴露出了一些问题: 比如对硬质材料的加工必须要经过热处理工艺, 但是热处理工艺又伴随着相应的零件变形和内应力的产生, 后续必须要进行处理, 较为麻烦。另外, 对于复杂零件, 异形零件, 超薄零件等负面的加工也有很大的局限性, 因此加工也比较麻烦。

2 电加工原理

电加工是利用电极与工件之间的放电腐蚀效应的一种加工方式, 一般采用高频脉冲回路进行放电。与传统加工相比, 其显著特点有:加工精度高, 能克服传统加工对高硬度材料加工的缺点, “以柔克刚”, 此外还能显著提高加工效率和得到较好的表面质量。

电加工主要适用于加工传统机械切削加工难以加工或无法加工的材料。如淬火钢、硬质合金、耐热合金等。因为材料的去除是靠放电热蚀作用实现的;可加工特殊及复杂的零件。由于在加工过程中不受切削力, 工件与工具间宏观作用力很小, 所以便于加工各种型孔、立体曲面、小孔、深孔、窄缝零件, 而不受工件和工具刚度的限制;电加工可改变机械零件的加工工艺路线, 由于加工时不受材料硬度、脆性等的影响, 所以在淬火后进行加工, 从而避免淬火过程中产生的热处理变形;加工过程中脉冲电源的参数随时可以调节, 所以加工过程中, 只需调整电参数即可切换粗、半精、精、超精加工;线切割加工可用于贵重金属下料、窄缝切割、细微异形孔切割、上下异形切割等。

如图1:加工制造如下零件, 材料为2A12。

实例讲述一下该零件的加工方法, 通过分析零件结构, 此零件用普通机械加工无法达到侧面形状和尺寸要求, 另外该零件同时属于异性件零件, 并且薄厚只有4.5mm。普通的机械加工很难加工出来, 并且成本极高。综合分析该零件的结构特点和加工工艺, 此零件需用到普通机械加工、数控加工和电加工三者有机结合。

(1) 机械加工, 在数控铣削过程中完全可以把单个零件铣削加工出来, 但是成本比较高, 用材也非常浪费, 此时应考虑把机械加工和电加工相互结合起来加工制造此零件。因此可以考虑首先进行机械加工, 首先下料外圆大于151 (留出加工余量单边3mm) , 再次以车为主, 在普通车床上进行加工, 对零件外形151 和长度尺寸 (留出数控铣削加工的夹位) 进行控制; (2) 数控铣削加工, 在已经加工的圆柱周围铣削出导程2690 的右旋螺旋, 以及外形尺寸, 并且对零件上的孔的位置进行钻点, 一共可以加工出26 件产品, 如图2; (3) 电加工, 把半成品零件从圆柱上切割下来, 利用线切割原理, 夹持工件校正垂直度和平行度后, 编制切割142 的圆程序进行切割, 得到多个半成品零件。从外圆位置上进行切割, 控制走丝速度和切屑量, 防止外圆发生变形; (4) 最后进行钳工钻孔即可。由上分析可见, 机械加工与电加工在产品生产过程中得到广泛应用, 优势不言而喻。原材料得到了有效利用, 零件的精度得到了控制, 生产的速度和质量得到了保障。虽然电加工在制作中起到了重要作用, 但机械切削加工并不能被它所替代, 工艺人员应根据不同的情况, 合理安排应用这些方法, 设计出切合实际的工艺规程。

随着工业不断更新和发展, 普通机械加工已然不能满足零件的设计要求和加工精度, 单纯的机械加工满足不了零部件的加工精度, 特别对于哪些复杂的零件需要先进设备进行加工的零件, 只需要合理利用机械加工和电加工相结合的方法即可避免使用高端先进设备加工, 这样节约了加工成本提高了工作效率和进行效益。

摘要：随着科技的不断发展, 产品更新日新月异, 基本的机械加工已然满足不了零件的加工需求, 在追求加工时间和考虑加工成本等问题上, 机械加工与电加工早已悄然的相互联系相互捆绑。特别是在军品生产和研制过程中的异形件、薄壁件类等零件, 采用电加工和机械加工相结合势在必行。

关键词：异形件,线切割加工,机械加工,数控加工

参考文献

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