镗床变速箱壳体机械加工工艺设计

镗床变速箱壳体机械加工工艺设计 江苏大学本科毕业论文 镗床变速箱壳体机械加工工艺设计 摘要 合理的机械加工工艺是实现产品设计，保证产品质量，节约能源，降低消耗的重要手段，也是企业进行生产准备，计划调度，加工操作，安全生产，技术检测和健全劳动组织的重要依据。 虽然对于某个具体零件，可采用几种不同的工艺方案进行加工，这些方案都可以加工出来合格的零件，但从生产效率和经济效益来看，其中只有一种或几种方案比较合理且切实可行。因此，根据零件的特点、具体要求、经济效益和加工条件等，拟订较为合理的工艺过程，完成所要加工的部件。 关键词:机械加工 工艺方案 工艺过程 本科毕业论文 Boring transmission case machining process design Abstract Reasonable machining process is to achieve product design, ensure product quality, Energy conservation, an important means to reduce consumption but also enterprises in the production preparation, planning and scheduling, processing operations, safety, technical testing and an important basis for sound labor organization. Although a specific part, the process can be used several different programs for processing, these options are passing out of the parts can be processed, but the production efficiency and cost effectiveness, of which only one or a few more reasonable and practical solution feasible. Thus, according to the characteristics of parts, and specific requirements, cost and processing conditions, develop a more rational process, to complete the processing of parts. Keywords: Machining Technology solutions Process 1 本科毕业论文 引 言 箱体类是机器或部件的基础零件，它将机器或部件中的轴、套、齿轮等有关零件组装成一个整体，使它们之间保持正确的相互位置，并按照一定的传动关系协调地传递运动或动力。因此，箱体的加工质量将直接影响机器或部件的精度、性能和寿命。 常见的箱体类零件有:机床主轴箱、机床进给箱、变速箱体、减速箱体、发动机缸体和机座等。根据箱体零件的结构形式不同，可分为整体式箱体和开分式。前者是整体铸造、整体加工，加工较困难，但装配精度高;后者可分别制造，便于加工和装配，但增加了装配工作量。 箱体的结构形式虽然多种多样，但仍有共同的主要特点:形状复杂、壁薄且不均匀，内部呈腔形，加工部位多，加工难度大，既有精度要求较高的孔系、平面，也有许多精度要求较低的紧固孔。因此，一般中型机床制造厂用于箱体类零 件的机械加工劳动量约占整个产品加工量的15%~20%。 本设计为镗床变速箱壳体的加工工艺设计。而箱体要求加工的 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面很多。在这些加工表面中，平面加工精度比孔的加工精度容易保证，于是，箱体中主轴孔(主要孔)的加工精度、孔系加工精度就成为工艺关键问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 。因此，在工艺路线的安排中应注意三个问题: 1.工件的时效处理 箱体结构复杂壁厚不均匀，铸造内应力较大。由于内应力会引起变形，因此铸造后应安排人工时效处理以消除内应力减少变形。一般精度要求的箱体，可利用粗、精加工工序之间的自然停放和运输时间，得到自然时效的效果。但自然时效需要的时间较长，否则会影响箱体精度的稳定性。对于特别精密的箱体，在粗加工和精加工工序间还应安排一次人工时效，迅速充分地消除内应力，提高精度的稳定性。 2.安排加工工艺的顺序时应先面后孔 由于平面面积较大定位稳定可靠，有利与简化夹具结构检少安装变形。从加工难度来看，平面比孔加工容易。先加工批平面，把铸件表面的凹凸不平和夹砂等缺陷切除，在加工分布在平面上的孔时，对便于孔的加工和保证孔的加工精度都是有利的。因此，一般均应先加工平面。 2 本科毕业论文 3.粗、精加工阶段要分开 箱体均为铸件，加工余量较大，而在粗加工中切除的金属较多，因而夹紧力、切削力都较大，切削热也较多。加之粗加工后，工件内应力重新分布也会引起工件变形，因此，对加工精度影响较大。为此，把粗精加工分开进行，有利于把已加工后由于各种原因引起的工件变形充分暴露出来，然后在精加工中将其消除。 根据毕业设计要求论文结构安排如下: 机械加工工艺概述 1章 2章 箱体加工工艺规程 3章 镗床的变速箱壳体机械加工工艺设计 3 本科毕业论文 目 录 1章 机械加工工艺概述 .................................................................................................... 6 1.1机械加工概述................................................................................................................ 6 1.1.1机械加工介绍 ........................................................................................................... 6 1.2机械加工工艺................................................................................................................ 6 1.2.1 机械加工工艺发展 ................................................................................................. 6 1.2.2 机械加工工艺作用 ................................................................................................. 7 1.2.3机械加工工艺规程及制定原则 ........................................................................... 7 2章 箱体加工工艺规程 .................................................................................................... 9 2.1常见机械箱体零件介绍 ............................................................................................. 9 2.2箱体机械加工工艺分析 ............................................................................................ 9 2.2.1箱体零件结构及特点 ............................................................................................. 9 2.2.2箱体零件工艺分析 .................................................................................................. 9 2.3箱体工艺规程设计步骤 ........................................................................................... 10 2.3.1分析零件图和装配图 ........................................................................................... 10 2.3.2选择毛坯 .................................................................................................................. 11 2.3.3选择定位基准 ......................................................................................................... 11 2.3.4拟定工艺路线 ......................................................................................................... 12 2.4工序内容的拟定 ......................................................................................................... 14 3章 镗床的变速箱壳体机械加工工艺设计........................................................ 15 3.1镗床的变速箱壳体及材料 ....................................................................................... 15 3.1.1镗床变速箱壳体的毛坯选择 .............................................................................. 15 3.2 零件结构分析与技术要求 ...................................................................................... 15 3.2.1零件的结构特点和技术要求分析 ..................................................................... 15 3.2.2基准的选择与装夹方式 ....................................................................................... 15 3.2.3加工方法及划分加工阶段 .................................................................................. 17 3.2.4工序顺序安排 ......................................................................................................... 17 3.3 设计工序内容 ............................................................................................................. 19 3.3.1选择机床和工装 .................................................................................................... 19 3.3.2工艺尺寸的确定 .................................................................................................... 19 3.3.3确定切屑用量计算 ................................................................................................ 22 3.3.4填写工艺文件 ......................................................................................................... 27 结 论 ........................................................................................................................................ 29 致 谢 ........................................................................................................................................ 30 参考文献 ................................................................................................................................ 31 附录A 翻译 .......................................................................................................................... 32 附录B 图纸 .......................................................................................................................... 41 4 本科毕业论文 1章 机械加工工艺概述 1.1 机械加工概述 1.1.1机械加工介绍 ，广意机械加工是一种用加工机械对工件的外形尺寸或性能进行改变的过程的机械加工就是指能用机械手段制造产品的过程;狭意的是用车床(Lathe Machine)、铣床(Milling Machine)、钻床(Drilling Machine)、磨床(Grinding Machine)、冲压机、压铸机机等专用机械设备制作零件的过程。按被加工的工件处于的温度状态，分为冷加工和热加工。一般在常温下加工，并且不引起工件的化学或物相变化，称冷加工。冷加工按加工方式的差别可分为切削加工和压力加工。一般在高于或低于常温状态的加工，会引起工件的化学或物相变化，称热加工。热加工常见有热处理，煅造，铸造和焊接。 另外在加工装配时常常要用到冷热处理。例如:轴承在装配时往往将内圈放入液氮里冷却使其尺寸收缩，将外圈适当加热使其尺寸放大，然后再将其装配在一起。火车的车轮外圈也是用加热的方法将其套在基体上，冷却时即可保证其结合的牢固性(此种方法现在依旧应用于某些零部件的转配过程中)。 1.2机械加工工艺 1.2.1 机械加工工艺发展 古代三次材料变革最终形成了机械加工制造业，近代和现代三次工业革命又大大推动了加工制造业的发展，但真正推动加工制造技术(主要指主体技术的工艺技术)发展是制造革命。第一次制造革命发展了特种加工，在现有加工方法的基础上扩展了加工范围。第二次制造革命又发展了新材料材加工，开辟了加工方法的新领域。新材料加工尤其是快速成型制造正迅速向前发展。 机械加工工艺是一门有着悠久历史的学科。今天机械加工在一般的加工方法上已经拥有完善而成熟的体系，加工设备也日益臻于完善同时，这一学科正在朝向特种加工，超精密加工，快速制造等方向发展。如现在快速成形制造(RPM)技术 5 本科毕业论文 尽管发展时间不长,但发展速度很快，而且从其重要性和对制造业的推动作用来看越来越受到人们的关注。现已有并已经投入实际生产的快速成型技术有:叠层实体成型制造技术与设备(LOM)，选择性激光烧结成型技术与设备(SLS)，熔融沉积成型制造技术与设备(FDM)，液态光敏固化成型技术与设备(SLA)，三维打印成型技术与设备(TDP)。其主要的特点是制造快速，技术高度集成，自由成型制造，制造过程高柔度性，广泛的应用领域等。目前快速成型加工已能快速制造产品样件，不久的将来能直接快速制造产品零件，它将成为21世纪的重要加工方法。 1.2.2 机械加工工艺作用 加工工艺是实现产品设计，保证产品质量，节约能源，降低消耗的重要手段，是企业进行生产准备，计划调度，加工操作，安全生产，技术检测和健全劳动组织的重要依据，也是企业上品种，上质量，上水平，加速产品更新，提高经济效益的技术保证。 对于某个具体零件，往往需要采用几种不同的工艺方案进行加工。虽然这些方案都可以加工出来合格的零件，但从生产效率和经济效益来看，可能其中有种方案比较合理且切实可行。因此，必须根据零件的具体要求和可能的加工条件等，拟订较为合理的工艺过程。 1.2.3机械加工工艺规程及制定原则 1机械加工工艺规程 ? 工艺规程是依据工艺学原理和工艺试验，经过生产验证而确定的，是科学技术和生产经验的结晶。所以，它是获得合格产品的技术保证，是指导企业生产活动的重要文件。正因为这样，在生产中必须遵守工艺规程，否则常常会引起产品质量的严重下降，生产率显著降低，甚至造成废品。但是，工艺规程也不是固定不变的，工艺人员应总结工人的革新创造，可以根据生产实际情况，及时地汲取国内外的先进工艺技术，对现行工艺不断地进行改进和完善，但必须要有严格的审批手续。 常用的机械加工工艺规程有机械加工工艺过程卡和机械加工工序卡。主要内容包括:零件的加工方路线及经过的车间和工段，各工序的内容及采用的机床和工艺装备、零件的检验项目及检验方法、切削用量、工时额定及工人技术等级。 6 本科毕业论文 同时机械加工工艺规程是规定零件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件之一，它是在具体的生产条件下，把较为合理的工艺过程和操作方法，按照规定的形式 书 关于书的成语关于读书的排比句社区图书漂流公约怎么写关于读书的小报汉书pdf 写成工艺文件，经审批后用来指导生产。 2加工工艺规程制定原则 ? 工艺规程制订的原则是优质、高产和低成本，即在保证产品质量的前提下，争取最好的经济效益。在具体制定时，还应注意下列问题: 1)技术上的先进性 在制订工艺规程时，要了解国内外本行业工艺技术的发展，通过必要的工艺试验，尽可能采用先进适用的工艺和工艺装备。 2)经济上的合理性 在一定的生产条件下，可能会出现几种能够保证零件技术要求的工艺方案。此时应通过成本核算或相互对比，选择经济上最合理的方案，使产品生产成本最低。 3)良好的劳动条件及避免环境污染 在制订工艺规程时，要注意保证工人操作时有良好而安全的劳动条件。因此，在工艺方案上要尽量采取机械化或自动化措施，以减轻工人繁重的体力劳动。同时，要符合国家环境保护法的有关规定，避免环境污染。 4) 格式 pdf格式笔记格式下载页码格式下载公文格式下载简报格式下载 上的规范性 工艺性规程应做到正确、完整、统一和清晰，所用的术语、符号、计量单位、编号等都要符合相应的 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 。产品质量、生产率和经济性这三个方面有时相互矛盾，因此，合理的工艺规程应用该处理好这些矛盾，体现这四者的统一。 7 本科毕业论文 2章 箱体加工工艺规程 2.1常见机械箱体零件介绍 常见的箱体类零件有:机床主轴箱、机床进给箱、变速箱体、减速箱体等。根据箱体零件的结构形式不同，可分为整体式箱体和分离式。前者是整体铸造、整体加工，加工较困难，但装配精度高;后者可分别制造，便于加工和装配，但增加了装配工作量。 其中变速箱体大部分为整体式，零件材料常选用各种牌号的灰铸铁，因为灰铸铁具有较好的耐磨性、铸造性、切削性和吸振性,且成本又低，但某些负荷较大的箱体采用铸钢件，或特殊材料件，也有某些简易箱体为了缩短毛坯制造的周期而采用钢板焊接结构的。 2.2箱体机械加工工艺分析 2.2.1箱体零件结构及特点 变速箱体是机器或设备的基础零件，它将机器中有关部件的轴、套、齿轮等相关零件连接成一个整体，并使之保持正确的相互位置，以传递转矩或改变转速来完成规定的运动。故箱体的加工质量，直接影响到机器的性能、精度和寿命。 箱体的结构形式虽然多种多样，但仍有共同的主要特点:形状复杂、壁薄且不均匀，内部呈腔形，加工部位多，加工难度大，既有精度要求较高的孔系和平面，也有许多精度要求较低的紧固孔。因此，一般中型机床制造厂用于箱体类零件的机械加工劳动量约占整个产品加工量的15%~20%。 2.2.2箱体零件工艺分析 箱体零件主要是对平面和轴承孔系的加工。主要平面的加工，对于中、小件，一般在牛头刨床或普通铣床上进行。对于大件，一般在龙门刨床或龙门铣床上进行。刨削的刀具结构简单，机床成本低，调整方便，但生产率低;在大批、大量生产时，多采用铣削;当生产批量大且精度又较高时可采用磨削。单件小批生产精度较高的平面时，除一些高精度的箱体仍需手工刮研外，一般采用宽刃精刨。当生产批量较大或为保证平面间的相互位置精度，可采用组合铣削和组合磨削， 8 本科毕业论文 如图2.1所示。 图2.1箱体平面组合铣削和磨削 箱体孔系加工，对于直径小于40mm的孔，一般不铸出，可采用钻,扩(或半精镗),铰(或精镗)的方案。对于已铸出的孔，可采用粗镗,半精镗,精镗(用浮动镗刀片)的方案。由于主轴轴承孔精度和表面质量要求比其余轴孔高，所以，在精镗后，还要用浮动镗刀片进行精细镗。对于箱体上的高精度孔，最后精加工工序也可采用珩磨、滚压等工艺方法。 2.3箱体工艺规程设计步骤 2.3.1分析零件图和装配图 1熟悉产品的性能、用途、工作条件，结合总装图、部件图，了解零件在产? 品中的功用、工作条件，掌握零件上影响产品性能的关键加工部位和关键技术要求，以便在工艺规程设计时采用相应的措施予以重点保证。 2审查图样的正确性、合理性。重点查看图是否正确、完整，尺寸标注、技? 术要求是否合理，材料选择是否恰当等 3审查结构工艺性 ? 零件结构工艺性，是指所设计的零件在能满足使用条件下，制造的可行性和经济性。零件的结构工艺性对其工艺过程影响很大，使其性能相同而结构不同的零件，其制造难易程度和成本可能会有很大的差别。 一个好的机器产品和零件结构，不仅要满足其实用性能的要求，而且要便于制造和维修，即满足结构工艺性要求。在产品技术设计阶段，工艺人员要对产品结构工艺性进行分析和评价;在产品的工作图设计阶段，工艺人员对产品和零件 9 本科毕业论文 结构工艺性进行全面审查并提出意见和建议。结构工艺性比较复杂，涉及面广，毛坯制造、机械加工、热处理和装配等对零件都有结构工艺性要求。 a.零件结构工艺性 零件工艺性是指在满足使用要求的前提下，制造该零件的可行性和经济性。它由零件结构要素工艺性和零件整体结构工艺性两部分组成。 零件结构要素工艺性是组成零件的各个加工表面称为结构要素。主要表现在:各要素形状尽量简单，面积尽量小，规格尽量统一和标准，以减少加工时调整刀具的次数;尽量采用普通设备和标准刀具进行加工，刀具易进入、退出和顺利通过，避免内端面的加工，防止碰撞已加工面;加工面和非加工面应明显分开，应使加工刀具具有较好的切削条件，以提高刀具的寿命和保证加工质量。 b.零件结构工艺性主要表现以下几个方面:尽量采取标准件、通用件和相似件;有精度要求的表面尽量能在一次安装下加工出来。如箱体零件的同轴心线孔，其孔径应当同向或双向递减，以便在断面或双面镗床上一次夹装把它们加工出来;有便于夹装的基准和定位面。 2.3.2选择毛坯 毛胚的制造时零件生产过程中的一部分。根据零件的技术要求、结构特点、材料、生产纲领等方面的情况，合理的确定毛坯的种类、毛坯的制造方法、毛坯的形状和尺寸要求等。同时还要从工艺的角度出发，对毛坯的结构、形状提出要求。因此，正确的选择毛坯有着重大的技术经济意义。 ?1毛坯的种类很多，同一毛坯又有很多制造方法。机械制造中有常见以下几种:铸件、锻件、型材、焊接件、冲压件、冷挤压件、粉末冶金等。 ?2毛坯的种类和制造方法对零件的加工质量、生产效率、材料消耗及加工成本都有影响。提高毛坯精度，可以减少机械加工的工作量，提高材料利用率，降低机加工成本，但是毛坯制造成本会增加，两者是相互矛盾的。在毛坯选择时应综合考虑以下几个因素:零件的材料及零件力学性能的要求;零件的结构形状与外形尺寸;生产类型;生产条件;充分考虑利用新工艺、新技术和新材料。 2.3.3、选择定位基准 定位基准是零件在加工过程中安装、定位的基准，通过定位基准，使工件在 10 本科毕业论文 机床或夹具上获得正确的位置。对机械加工的每到工序来说都要求考虑其安装、定位的方式和定位基准的问题。正确选择定位基准，特别是主要的精基准，对保证零件加工精度、合理安排加工顺序起决定性的作用。所以，在拟定工艺路线时首先应考虑选择合适的定位基准。 2.3.4、拟定工艺路线 1选择正确定位基准，特别是主要的精基准，对保证零件加工精度、合理安? 排加工顺序起决定性的作用。所以，在拟定工艺路线时首先应考虑选择合适的定位基准。基准的选择方法见第一章。 2零件表面加工工艺方案的选择 由于表面的要求(尺寸、形状、表面质量、? 机械性能等)不同，往往同一表面的加工需采用多种加工方法完成。某种表面采用各种加工方法所组成的加工顺序称为表面加工工艺方案。 3加工阶段的划分 对于那些加工质量要求高或比较复杂的零件，通常将整? 个工艺路线划分为以下几个阶段: 1)粗加工阶段 主要任务是切除毛坯的大部分余量，并制出精基准。该阶段的关键问题是如何提高生产率。 2)半精加工阶段 任务是减小粗加工留下的误差，为主要表面的精加工做好准备，同时完成零件上各次要表面的加工。 3)精加工阶段 任务是保证各主要表面达到图样规定要求。这一阶段的主要问题是如何保证加工质量。 4)光整加工阶段 主要任务是减小表面粗糙度值和进一步提高精度。 划分加工阶段的好处是按先粗后精的顺序进行机械加工，可以合理的分配加工余量以及合理的选择切削用量，充分发挥粗加工机床的效率，长期保持精加工机床的精度，并减少工件在加工过程中的变形，避免精加工表面受到损伤;粗精加工分开，还便于及时发现毛坯缺陷，同时有利于安排热处理工序。 4加工顺序的安排 加工顺序的安排对保证加工质量，提高生产率和降低成? 本都有重要作用，是拟定工艺路线的关键之一。可按下列原则进行。 1)切削加工顺序的安排 a.先粗后精:先安排粗加工，中间安排半精加工，最后安排精加工。 11 本科毕业论文 b.先主后次:先安排零件的装配基面和工作表面等主要表面的加工，后安排如键槽、紧固用的光孔和螺纹孔等次要表面的加工。 c.先面后孔:对于箱体、支架、连杆、底座等零件，其主要表面的加工顺序是先加工用作定位的平面和孔的端面的加工，然后再加工孔。 d.先基准后其它:即选作精基准表面应在一开始的工序中就加工出来，以便为后续工序的加工提供定位精基准。 )热处理工序的安排 2 零件加工过程中的热处理按应用目的，大致可分为预备热处理和最终热处理。 预备热处理 预备热处理的目的是改善机械性能、消除内应力、为最终热处理做准备，它包括退火、正火、调质和时效处理。铸件和锻件，为了消除毛坯制造过程中产生的内应力，改善机械加工性能，在机械加工前应进行退火或正火处理;对大而复杂的铸造毛坯件(如机架、床身等)及刚度较差的精密零件(如精密丝杠)，需在粗加工之前及粗加工与半精加工之间安排多次时效处理;调质处理的目的是获得均匀细致的索氏体组织，为零件的最终热处理作好组织准备，同时它也可以作为最终热处理，使零件获得良好的综合机械性能，一般安排在粗加工之后进行。 最终热处理 最终热处理的目的主要是为了提高零件材料的硬度及耐磨性，它包括淬火、渗碳及氮化等。淬火及渗碳淬火通常安排在半精加工之后、精加工之前进行;氮化处理由于变形较小，通常安排在精加工之后。 3)辅助工序的安排 辅助工序包括:检验、清洗、去毛刺、防锈、去磁及平衡去重等。其中检验是最主要的、也是必不可少的辅助工序，零件加工过程中除了安排工序自检之外，还应在下列场合安排检验工序: a.粗加工全部结束之后、精加工之前; b.工件转入、转出车间前后; c.重要工序加工前后; d.全部加工工序完成后。 12 本科毕业论文 2.4工序内容的拟定 零件的加工工艺路线拟定后，下一步内容应该是进行工序内容的设计。工序内容如下: 1、机床和工艺装备的选择 2、确定各工序的设备、刀具、量具和夹具等。 3、确定各工序的加工余量、计算工序尺寸及公差， 4、确定各工序的技术要求和检验方法，确定各工序的切削用量， 5、进行技术经济分析，选择最佳方案。填写工艺文件 在完成零件工艺规程和工序内容的设计之后，紧接着就可以进行零件的加工操作了，具体内容见第三章镗床的变速箱壳体机械加工工艺设计。 13 本科毕业论文 3章 镗床的变速箱壳体机械加工工艺设计 3.1镗床的变速箱壳体及材料 毕业设计为镗床的变速箱壳体(图3.1)机械加工工艺规程的设计，壳体的材料ZLl06，内部涂黄漆。现已小批生产条件下，加工该零件的机械加工工艺。 3.1.1镗床变速箱壳体的毛坯选择 变速箱壳体的材料ZLl06为铝硅铜合金，毛坯为铸件。在小批量生产类型下，考虑到零件结构比较简单，所以采用木模手工造型的方法生产毛坯。铸件精度较低，铸孔留的余量较多而不均匀。ZL106材料硬度较低，切屑加工性好。但在切屑过程中易产生积屑瘤，影响加工表面的粗糙度。 图3.1镗床的变速箱壳体 3.2 零件结构分析与技术要求 3.2.1零件的结构特点和技术要求分析 1该零件(图3.2)为某坐标镗床的变速箱壳体，其外形尺寸为360mm? ×325mm×108mm,属于小型箱体零件，内腔无加强肋。结构简单，孔多壁薄， 刚性较差。其主要加工面和加工要求如下: 1)三组平行孔系 三组平行孔系用来安装轴承，因此都有较高的尺寸精度(IT7)和形状精 度要求(圆度0.012mm)要求，表面粗糙度Ra值为0.6μm，彼此之间的孔距 14 本科毕业论文 公差土0.1mm。 2)端面A 端面A是与其他相关部件连接的结合面，表面粗糙度Ra值为1.6μm，三组孔均要求与A面垂直，允差0.01mm。 3)装配基面B 在变速箱壳体两侧中段分别有两块外伸面积不大的安装面B，它是该零件的装配基准。为了保证齿轮传动位置和传动精度的准确性，B面要求与A面垂直，其垂直度允差为0.01mm，与Φ46mm大孔中心距离为(124.1土0.05)mm，表面粗糙度Ra值为3.2μm. 4)其他表面 除上述主要表面外，还有与A面相对的另一端面、R88mm扇形缺圆孔及A、C面上的安装小孔(图中尺寸未标出)等。 图3.2镗床的变速箱壳体零件图 3.2.2基准的选择与装夹方式 在成批生产中，工件加工时应广泛采用夹具装夹，但因为毛坯精度较低，粗 加工时可以部分采用划线找正装夹。 为了保证加工面与不加工面有一正确的位置以及孔加工余量均匀，根据粗基 准选择原则，选不加工的C面和两个相距较远的毛坯孔为粗基准，并通过划线找 15 本科毕业论文 正的方法来兼顾到其他各加工面的余量分布。 该零件为一小型箱体，加工面较多且互相之间有较高的位置精度，故选择精准时首先考虑采用基准统一的方案。B面为该零件的装配基准，用它来定位可以使很多加工要求实现基准重和，但B面很小，用它作为主要定位基准夹装不稳定，故采用面积较大、要求也较高的端面A作为基准，限制三个自由度;用B面限制两个自由度;用加工过程中的Φ146mm大孔限制一个自由度，以保证加工余量的均匀。 3.2.3加工方法及划分加工阶段 工件材料为有色金属，孔的直径较大，要求较高，加工方法如下: 孔加工采用粗镗——半精镗——精镗的加工方案。 平面加工采用粗铣——精铣的加工方案。 但B面与A面有较高的垂直度要求，铣削不易达到，故铣后还应增加一道精加工工序，考虑到该表面面积较小，在小批量生产条件下，采用刮削的方法来保证其加工要求的可行的。 该件要求较高，刚性较差，加工应划分为粗加工、半精加工和精加工三个阶段。在粗加工和半精加工阶段，平面和孔交替反复加工，逐步提高精度。孔系位置精度要求高，三孔宜集中在一道工序一次装夹下加工出来，其他表面加工也应适当集中。 3.2.4工序顺序安排 根据“先基面，后其他”的原则，在工艺过程的开始先将上述定位基准面加工出来。根据“先面后孔”的原则，在每个加工阶段均先加工平面，后加工孔。因为平面加工时系统刚性较好，精加工阶段可以不再加工平面。最后适当安排次要表面(如小孔、扇形窗口等)的加工和热处理、检验等工序。拟定工艺路线如下所示。 工序 工序号 工序内容 设备 工艺装备 名称 1 铸 铸造 2 热处退火 16 本科毕业论文 理 以Φ146mm、Φ48mm两孔位基准适当兼顾 3 划线 钳台 轮廓，画出各表面和孔的轮廓线 4 粗铣 按线校正，粗铣A面及其对面 X52 面铣刀 5 粗铣 以A面定位，按线校正，粗铣安装面B X52 盘端刀 6 划线 划三孔及R88cm扇形缺圆孔线 通用角铁 上角铁夹具，以A面(3)、B面(2)为定 7 粗镗 位基准，按线校正粗镗三孔及R88mm扇形T68 镗刀 缺孔圆孔 8 精铣 精铣A面及对面 X52 面铣刀 9 精铣 精铣安装面B，留刮研余量0.2mm X52 盘端刀 钻模、钻10 钻 上钻模，钻壳体端盖螺钉孔及B面安装孔 Z525 头 平板、刮 刮B面，达6~10点/25mm*25mm，保证垂刀 11 刮 直度0.01mm四边修毛倒角 研模、检 具 半精上镗模，半精镗三对孔及R88mm扇形缺圆镗模、镗12 T68 镗 孔 刀 13 涂装 内腔涂黄色漆 镗模、镗14 精镗 上镗模装夹，精镗三孔达图样要求 T68 刀 检验15 检验 按图样要求检验入库 内径量表 台 表3-1零件工艺路线 3.3 设计工序内容 3.3.1选择机床和工装 根据小批生产类型的工艺特征，选择通用机床和部分专用夹具来加工，尽量 17 本科毕业论文 采用标准的刀具和量具。机床的型号名称和工装的名称规格见表3-1 3.3.2工艺尺寸的计算 加工余量的确定及工序尺寸的确定 零件在机械加工工艺过程中，各个加工表面本身的尺寸及各个加工表面相互之间的距离尺寸和位置关系，在每一道工序中是不同的，它们随着工艺过程的进行而不断改变，一直到工艺过程结束，达到图纸上所规定的要求。在工艺过程中，某工序加工达到应达到的尺寸称为工序尺寸。工序尺寸的正确确定不仅和零件图上的设计尺寸有关系，还与各工序的工序余量有关系。 加工余量的确定加工余量是指在加工过程中，从被加工表面上切除的金属? 层厚度加工余量分工序余量和加工总余量(毛坯余量)二种。相邻两工序的工序尺寸之差称为工序余量。毛坯尺寸与成品零件图的设计尺寸之差就称为加工总余量即毛坯余量，其值等于各工序的工序余量总和。 由于加工表面的形状不同，加工余量又可分为单边余量和双边余量两种。如平面的加工余量则是单边余量，即实际所切除的金属层厚度。对于外圆和孔等旋 转表面而言，加工余量是从直径上考虑的，故称双边余量。实际切除的金属厚度 是从直径上的加工余量的一半。因各工序尺寸都有公差，故实际切除的金属层厚度不等，就产生了工序余量的最大值和最小值。 在工艺过程中，用极值法还是用调整法计算工序余量的最大值和最小值，它们的概念是不同的。极值法是按试切加工原理计算，调整法是按加工过程中误差复原的原理来计算。为了便于加工和计算，工序尺寸一般按“如体原则”(指向工件材料体内的方向)标注极限偏差。对于外表面的工序尺寸取上偏差为零，而对于内表面的工序尺寸取下偏差为零。极值法计算的工序最大余量偏大，工序余量偏小，使得工序余量波动较大，工序余量的偏差过大。所以在制订机械加工工艺规程中，单件或小批量生产时用极值法计算，大批量生产和生产稳定时用调整法计算，这样可节约材料、降低成本。 加工总余量的大小，对零件的加工质量和生产率以及经济性均有较大的影响。余量过大不但增加机械加工的劳动量，也增加材料、工具、电力等的消耗从 而增加了成本，并使切削力增大而引起工件的变形较大。相反，余量过小不能保 证零件的加工质量。确定加工余量的基本原则是在保证加工质量的前提下尽量减 小加 18 本科毕业论文 工余量。目前，工厂中确定加工余量的方法一般有两种，一种是靠经验缺定， 但这种方法不够准确，为了保证不出废品，余量总是偏大，多用于单件小批生产。 另一种方法是查阅有关加工余量的表格来确定，这种方法应用比较广泛。 比较合理的方法是加工余量的分析计算法。这种方法是在了解和分析影响加 工余量基本因素的基础上，加以综合计算来确定余量的大小。加工总余量的数值，一般与毛坯制造精度有关。同样的毛坯制造方法，总余 量的大小又与生产类型有关，批量大的总余量可以小一些。由于粗加工的工序余量的变化范围很大，半精加工和精加工的加工余量较小，所以在一般情况下加工总余量的分配是足够的。 ? 工序尺寸的确定 在零件的机械加工工艺过程中，各工序的工序尺寸及工序余量在不断地变化，其中一些工序尺寸在零件图上往往不标出或不存在，需要在制定工艺过程中予以确定。而这些不断变化的工序尺寸之间又存在着一定的联系，需要用工艺尺寸链原理去分析它们的内在联系，掌握它们的变化规律，正确地计算出各工序的工艺尺寸。 本设计的变速器壳体毛坯是ZL106铸件，查阅《金属机械加工工艺人员手册》可知铸造件的毛坯厚度约2,5mm，表面层有缺陷，其特点是有较高的硬度，如 果刀具的刀刃切在表面层，将使刀具加速磨损，因此刀具切入金属的厚度应大于表面层的厚度，大批量生产类型用金属模铸造查得机械加工余量约为2.5mm。对于工序余量，可按工厂工人实际操作经验估计平面采用单边余量，轴、孔采用直径上的双边余量，也可查阅参照《金属加工工艺人员手册》或《机械制造工艺 设计手册》。实际生产中影响工序余量的因素比较复杂，下面做几点说明作为确定工序余量的参考。 1)上道工序的表面粗糙度(Ra)由于尺寸测量是在表面粗糙度的高峰上进行的，任何后续工序都应减小表面粗糙度，因此在加工中首先要把上工序所形成的表面粗糙度切去。 2)上工序的表面破坏层(Da)由于切削加工都在表面上留下一层塑性变形层，这一层金属组织已遭破坏，必须 在本工序中予以切除。 3)上工序的尺寸公差(Ta)上工序的尺寸公差愈大，则本道工序的标称余量愈大。本道工序应切除上道工序尺寸公差中包含的各种可能产生的误差。在工序余量内要包括上工序的尺寸公差。 19 本科毕业论文 4) 上工序的形状和位置误差(Pa)零件上有一些形状和位置误差不包括在尺寸公差的范围内，但这些误差又必须在加工中加以纠正，这是就必须单独考虑其影响。 ) 本工序的装夹误差()装夹误差应包含定位误差(包括夹具本身的误5x b 差)和夹紧误差。由于这项误差直接影响被加工表面与切削刀具的相对位置，所以加工余量中应包含这项误差。 由于加工的需要，在工序附图或工艺规程中要标注一些专供加工用的尺寸，这类尺寸就成为工艺尺寸。工艺尺寸往往不能直接采用零件图上的尺寸，而需要另行计算，通常有以下几种情况: a 基准不重合的尺寸计算 在制订工艺过程中当定位基面与零件图上的设计基准不重合时，为了经济合 理地达到零件原设计的精度，就要校验或重新规定零件上有关尺寸的上下偏差， 本设计中没有必要进行基准不重合的尺寸换算。 b 工序尺寸的计算 在零件的机械加工工艺过程中，各工序的工序尺寸及工序余量在不断地变化，其中一些工序尺寸在零件图上往往不标出或不存在，需要在制订工艺过程时予以确定。而这些不断变化的工艺尺寸之间存在着一定的联系，需要用工艺尺寸链原理去分析它们的内在联系，掌握它们的变化规律，正确的计算出各工序的工序尺寸。 机械加工过程中，零件尺寸的获得总有一个先后顺序。因此，工艺尺寸就与设计尺寸不同。就某一个尺寸而言，它是在加工过程中经过若干个工序，逐步切除余量提高加工精度而最后才达到图纸设计要求的。 3.3.3确定切屑用量计算 在切削加工时，根据不同的工件材料、刀具材料和其他技术经济要求来选择适宜的切削用量。切削用量的大小，反映了单位时间内金属切除量的多少，它是衡量生产率的重要参数之一。正确的选择切削用量，对保证零件的加工精度、提高生产率、降低刀具的损耗以及降低工艺成本都有很大的意义。在单件小批生产中，为了简化工艺文件，常不具体规定切削用量，而是由操作工人根据具体情况自己确定。在大批大量生产中，对组合机床和自动机床、多刀加工以及加工精度 20 本科毕业论文 和表面质量要求很高的工序，则应科学地、严格地选择切削用量，并填入工艺文件切实执行，以便充分发挥这些高生产率设备的潜力和高精度机床的作用。 1粗铣A面及其对面 ? 1)加工条件 工件材料:zl106,σb=0.16GPa HB=200~241,铸造。 加工要求:按线校正，粗铣A面及其对面。 机床:X52立式铣床。 刀具:W18Cr4V硬质合金钢端铣刀,牌号YG6。铣削宽度a<=60,深度a<=4,ep齿数z=10,故据《切削用量简明手册》(后简称《切削手册》)取刀具直径do=80mm。选择刀具前角γo,0?后角αo,15?，副后角α’=10?，刀齿斜角λs=,15?,0 主刃Kr=60?,过渡刃Krε=30?,副刃Kr’=5?过渡刃宽bε=1.5mm。 2)切削用量 a铣削深度 因为切削量较小，故可以选择a=3mm。 p b每齿进给量 机床功率为10kw。查《切削手册》f=0.08~0.25mm/z。由于是对称铣，选 较小量f=0.2mm/z。 查后刀面最大磨损命， 查《机械切削用量手册》表8，寿命T=180min 计算切削速度按《机械切削用量手册》表14， V=80m/min n=250r/min，详见附录B表2。 2按线校正，粗铣安装面B ? 1)加工条件 工件材料:zl106,σb=0.16GPa HB=200~241,铸造。 加工要求:按线校正，粗铣A面及其对面。 机床:X52立式铣床。 刀具:W18Cr4V硬质合金钢端铣刀,牌号YG6。铣削宽度a<=60,深度a<=4,ep齿数z=10,故据《切削用量简明手册》(后简称《切削手册》)取刀具直径do=80mm。 21 本科毕业论文 选择刀具前角γo,0?后角αo,15?，副后角α’=10?，刀齿斜角λs=,15?,o 主刃Kr=60?,过渡刃Krε=30?,副刃Kr’=5?过渡刃宽bε=1.5mm。 2)切削用量 a铣削深度 因为切削量较小，故可以选择a=3mm。 p b每齿进给量 。查《切削手册》f=0.08~0.25mm/z。由于是对称铣，选较机床功率为10kw 小量f=0.2mm/z。 查后刀面最大磨损命， 查《机械切削用量手册》表8，寿命T=180min， 计算切削速度按《机械切削用量手册》表14， V=80m/min n=250r/min，详见附录B表3。 3以A面(3)、B面(2)为定位基准，按线校正粗镗三孔及扇形缺孔圆孔 ? 1)加工条件 工件材料:zl106,σb=0.16GPa HB=200~241,铸造。 加工要求:上角铁夹具，以A面(3)、B面(2)为定位基准，按线校正粗镗三 孔及R88mm扇形缺孔圆孔。 机床:T68。 刀具:硬质合金镗刀。根据《切削用量简明手册》(后简称《切削手册》)。 选择刀具前角γo,15?后角αo,13?,主偏角Kr=65?,副偏角Kr=10? 2)切削用量 a 铣削深度 因为切削量较小，故可以选择a=2.5mm。 p b 每齿进给量 机床功率为10kw。查《切削手册》f=0.08~0.25mm/z。由于是对称铣，选较小量f=0.2mm/z。 c 查后刀面最大磨损及寿命， 查《机械切削用量手册》表8，寿命T=180min d 计算切削速度,按《机械切削用量手册》表14可知: 22 本科毕业论文 V=75m/min n=220r/min，详见附录B表4。 4精铣A面及对面 ? 加工条件 工件材料:zl106,σb=0.16GPa HB=200~241,铸造。 加工要求:精铣A面及对面。 机床: X52。 刀具:W18Cr4V硬质合金钢端铣刀,牌号YG6。铣削宽度a<=60,深度a<=4,ep齿数z=10,故据《切削用量简明手册》(后简称《切削手册》)取刀具直 径 do=80mm。选择刀具前角γo,，5?后角αo,8?，副后角α’=8?，刀齿斜角 λs=,10?,0 ?,过渡刃Krε=30?,副刃Kr’=5?过渡刃宽bε=1mm 主刃Kr=60 2)切削用量 a铣削深度 因为切削量较小，故可以选择a=0.4mm。 p b每齿进给量 机床功率为10kw。查《切削手册》f=0.08~0.25mm/z。由于是对称铣，选较小量f=0.15mm/z。 c 查后刀面最大磨损及寿命 查《机械切削用量手册》表8，寿命T=180min d计算切削速度按《机械切削用量手册》表14， V=150m/min n=700r/min，详见附录B表5。 5精铣安装面B ? 加工条件 工件材料:zl106,σb =0.16GPa HB=200~241,铸造。 加工要求:精铣安装面B。 机床:X52。 刀具:W18Cr4V硬质合金钢端铣刀,牌号YG6。铣削宽度a<=60,深度a<=4,ep齿数z=10,故据《切削用量简明手册》(后简称《切削手册》)取刀具直径do=80mm。选择刀具前角γo,，5?后角αo,8?，副后角α’=8?，刀齿斜角λs=,10?,0 主刃Kr=60?,过渡刃Krε=30?,副刃Kr’=5?过渡刃宽bε=1mm。 23 本科毕业论文 2)切削用量 a铣削深度 因为切削量较小，故可以选择a=0.4mm。 p b每齿进给量 机床功率为10kw。查《切削手册》f=0.08~0.25mm/z。由于是对称铣，选较 小量f=0.15mm/z。 c查后刀面最大磨损及寿命 查《机械切削用量手册》表8，寿命T=180min d计算切削速度按《机械切削用量手册》表14， V=150m/min n=700r/min，详见附录B表6。 6钻壳体端盖螺钉孔及B面安装孔 ? 1) 选择钻床及钻头 选择Z525钻床，选择高速钢麻花钻钻头，钻头采用双头刃磨法。 2) 选择切削用量 a决定进给量 由do=23mm,查表得 按钻头f=0.47,0.57mm/r 按机床强度查表选择 f=0.056,1.8mm/r 最终决定选择机床已有的进给量f=0.5mm/r b耐用度,查表可知: T=4500s=75min c切削速度，查表可知: n=50-2000r/min取n=200r/min， 3)计算工时 l80，12tm1,,,0.95min nf0.48，200由于工步所用工时很短，所以使得切削用量一致，以减少辅助时间。扩铰和 24 本科毕业论文 精铰的切削用量如下: 扩钻:选高速钢扩孔钻 n=200r/min f=0.7,0.8mm/r l80，12tm2,,,0.6min nf0.75，200 铰孔:选高速钢铰刀n=200r/min f=1.3,2.6mm/r l80，12tm3,,,0.35min nf1.3，200 精铰:选高速钢铰刀n=200r/min f=1.3,2.6mm/r l80，12tm4,,,0.35min nf1.3，200 Tm=2.25min tm1，tm2，tm3，tm4, 详见附录B表7。 7上镗模，半精镗三对孔及R88mm扇形缺圆孔 ? 1)加工条件 工件材料:zl106,σb=0.16GPa HB=200~241,铸造。加工要求:上镗模半精 镗三对孔及R88mm扇形缺圆孔。 机床:T68。 刀具:硬质合金车刀。根据《切削用量简明手册》(后简称《切削手册》)。 选择刀具前角γo,18?后角αo,12?,主偏角Kr=70?,副偏角Kr=12? 3) 切削用量 a铣削深度 因为切削量较小，故可以选择a=0.4mm。 p b进给量 机床功率为10kw。查《切削手册》f=0.08~0.25mm/z。选较小量f=0.2 mm 查后刀面最大磨损及寿命。 查《切削手册》表8，寿命T=180min c计算切削速度和主轴转速按《切削手册》表14，查得V,150m/min，fn=750r/min，详见附录B表8。 25 本科毕业论文 8上镗模装夹，精镗三孔达图样要求 ? 1) 加工条件 工件材料:zl106,σb=0.16GPa HB=200~241,铸造。 加工要求:上镗模装夹，精镗三孔达图样要求。 机床:T68。 刀具:硬质合金车刀。根据《切削用量简明手册》后角αo,12?,主偏角 Kr=70?,副偏角Kr=12? 2) 切削用量 a铣削深度 因为切削量较小，故可以选择a=0.2mm。 p 进给量 b 机床功率为10kw。查《切削手册》f=0.08,0.25mm/z。选较小量f=0.1 mm 查后刀面最大磨损及寿命 查《切削手册》表8，寿命T=180min c计算切削速度和主轴转速按《切削手册》表14，查得V,180m/min，fn=770r/min，详见附录B表9。 3.3.4填写工艺文件 零件的机械加工工艺规程制定好以后，必须将上述各项内容填写在工艺卡片上，以便遵照执行。工艺文件的形式有很多种，在我国各机械制造厂中使用的工艺文件内容也不尽一致，但其基本内容是相同的。为了加强科学管理和便于交流，原电子工业部制定了指导性技术文件《工艺规程格式》。对各项工艺文件的格式作了规定，要求各厂按统一规定的格式写。下面是工艺过程，见表3-2 26 本科毕业论文 工序号 工序内容 工序名称 划三孔及R88cm扇形缺圆孔1 划线 详见附录B表1 线 粗铣A面及对面留0.5mm余2 粗铣 详见附录B表2 量 以A面定位，按线校正，粗3 粗铣 详见附录B表3 铣安装面B,留余量0.5mm 上角铁夹具，以A面(3)、B 面(2)为定位基准，按线校4 粗镗 详见附录B表4 正粗镗三孔及R88mm扇形缺 孔圆孔 5 精铣A面及另一端 精铣 详见附录B表5 精铣安装面B，留刮研余量6 精铣 详见附录B表6 0.2mm 钻壳体端盖螺钉孔，钻B面7 钻 详见附录B表7 安装孔 8 半精镗孔 镗 详见附录B表8 9 精镗孔 镗 详见附录B表9 表3-2 零件工序图 27 本科毕业论文 结 论 经过三个月的时间，在老师的指导和自己的努力下，我的毕业计设最终的完成。通过这次完整的毕业设计，我们系统的回顾和复习了三年所学的相关专业知识，在综合运用这些知识的过程中，加强了我们对其真正的理解，同时也深刻体会到学习的重要性并领会到设计也是一种学习方式。在设计过程中，我们综合运用了系统的设计方法，且应用熟悉相关资料(包括手册、标准和规范等)以及进行经验估算等方面有了一定程度的提高，深刻的感受到计算机和工具及手册在设计中带来的便利和帮助。在此之中，让我也体会到了团队精神的重要性。通过组员彼此间的交流，让我们不仅解决了自身问题，还可以提早了解后续相关工作中的问题，这样可以提前做好预防及提前了解相关解决此类问题的知识与方案，这样大大节省了时间，提高了工作效率，并且还增加了我们对知识的了解。 作为工作前在学校对我们三年学习一次总结，这次毕业设计使我们在基本的理论的综合运用及正确解决实际问题等方面得到了一次较好的训练。提高了我们的思考、解决问题创新设计的能力，为以后的工作打下了较好的基础。 28 本科毕业论文 致 谢 这次毕业设计能够顺利完成，在这里首先感谢我的导师，感谢他的细心指导和“督促”。记得从论文选题到搜集资料，从开题报告、写初稿后被你说的样子到反复修改，期间经历了喜悦、聒噪、痛苦和彷徨，在写作论文的过程中心情是如此复杂。其实对于此类设计，我还是比较陌生的，正是由于沈老师不断地提醒、不断地指导和不断地纠正其中的错误，我才能完成对于我而言比较艰巨的任务。如今，伴随着这篇毕业论文的最终成稿，复杂的心情烟消云散，自己甚至还有一点成就感。其中，除了沈响老师的专业水平外，他治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。还有就是在写毕业设计过程中帮我解决一系列的问题的同学们，非常谢谢你们，确实团队的力量是强大的，谢谢你们。 29 本科毕业论文 参考文献 [1]杜君文，机械制造技术装备及设计，天津.天津大学出版社.2007年10月 [2]刘治平，机电传动控制，天津.天津大学出版社.2007年9月 [3]徐俭 ，快速成型技术的应用研究.2003年3月 [4]徐人平 舒晓楠 王坤茜，论快速成型与技术创新，昆明理工大学.云南昆明650051 [5]楚振斌 楚鹰 钟小欢,特种增材加工二十一世纪的制造方法,第八届全国电加工学术年会论文集 [6]陈日曜，金属切削原理.第 2 版.机械工业出版社，2002年 [7]余光国 马俊 张光发,机床夹具设计.重庆大学出版社，1995年 [8]成大先,机械设计手册.第三版.化学工业出版社，1993年 [9]王启平,机械制造工艺学.第 4 版.哈尔滨工业大学出版社，1995年 [10]江学仁,美国车用柴油机变速器壳体加工工艺:拖拉机与农用运输车，1995年 30 本科毕业论文 附录A 翻译 Chapter 4 Tooling for composite fabrication is a major up-front non-recurring cost. It is not unusual for a large bond tool to cost as much as $500,000-$1,000.000.Unfortunately,if the tooling is not designed and fabricated correctly, it can become a recurring the worst scenario, replacement. This chapter will over some of the basics of bond tools for composites, primarily for autoclave curing. As other composite manufacturing processes are introduced in later chapters, additional tooling information specific to that process will be discussed, particularly in Chapter 8, since the fabrication of unitized structure is tooling intensive. Tooling for composite structures is a complex discipline in its own right, largely built on years of experience. It should be pointed out that there is no single correct way to tool a part. There are usually several different approaches that will work with the final decision based largely on experience of what has worked in the past and what did not work. The purpose of the bond tool is to transfer the autoclave heat and pressure during cure, to yield a dimensionally accurate part and there are a number of alternatives that will usually work. Although this chapter serves as an introduction to tooling, the interested reader is referred to Ref.1for a much more comprehensive coverage. A shorter review of some of the key principles of Ref.1can be found in Refs.2-4.Refs.5and 6 also contain useful sections on composite cure tooling. 4.1General Considerations There are many requirements a tool designer must consider before selecting a tooling material and fabrication process for a given application. Some of these requirements are listed in Fig.1; however, the number of parts to be made on the too1 and the part configuration are often the overriding factors in the selection process. It would not make good economic sense to build an inexpensive proto type tool that would only last for several parts when the application calls for a long production run, or vice versa. Part configuration or complexity will also drive the tooling decision process. For example, while welded steel tools are often used for large wing skins, it would not be cost effective to use steel for a highly contoured fuselage section due to the high fabrication cost and complexity. One of the first choices that must be made is which side of the part should be 31 本科毕业论文 tooled, i.e. ,the inside or outside surface as shown in Fig.2.Tooling a skin to provides the opportunity to produce a part with an extremely smooth outside surface finish. However, if the part is going to be assembled to substructure, for example, with mechanical fasteners, tooling to the inside or inner mold line (IML) surface will provide better at with fewer gaps and less shimming required. An example is the wing skin shown in Fig.3, which was tooled to the IML surface to ensure the best possible fit to the substructure during assembly. Acaul plate is used on the bag side during cure to provide an acceptable OML aerodynamic surface finish. As shown in Fig.4, this part contains severe thickness transitions on the IML surface. If the part were of constant thickness or contained little thickness variation, it might have then made more sense to tool it to the OML surface. Ease of part fabrication is another in Fig.2,it would certainly be easier to collate or lay-up the plies on the male tool shown than down inside the cavity of a female tool. Selection of the material used to make the tool is another important consideration. Several of the key properties of various tooling materials are given in Table 1.Normally,reinforced polymers can be used for low to intermediate temperatures, metals for low to high temperatures, and monolithic graphite or ceramics for very high generally been made of either steel or aluminum. Electroformed nickel became popular in the early 1980s followed by the introduction of carbon/epoxy and carbon/bismaleimide composite tools in the mid-1980s.Finally,in the early 1990s,a series of low expansion iron-nickel alloys was introducted under the trade names Invar and Nilo. Steel has the attributes of being a fairly cheap material with exceptional durability. It is teadily castable and weldable.It has been known to withstand over 1300autoclave CUIE cycles and still be capable of making good parts-However, steed is heavy, has a higher coefficient of thermal expansion (CTE)than the carbonjepoxy parts usually built on it, and for large massive tooling it can experience slow heat-up rates in an autoclave. Part Outside When a steel tool fails in-service, it usually be due to a cracked weldment. Surface Aluminum, on the other hand, is much .lighter and has a much higher coefficient of thermal conductivity. It is do much easier to machine than steel but is more difficult to produce pressure-tight castings and weldment. The two biggest drawbacks of aluminum are: being a soft material, it is rather susceptible to scratches, nicks and dents, and it has a very high coefficient of thermal expansion. Aluminum tools are quite frequently hard anodized to improve the durability. Hard anodize coatings do tend to spall and flake-off as the aluminum temper ages during multiple thermal cycles. 32 本科毕业论文 Due to its lightweight and ease of mach inability, aluminum is often used for what are called "form block" tool. As shown in Fig.5,a number of aluminum form block tools can be placed on a large flat aluminum project plate, then the plate with all the parts is covered with a single vacuum bag for cure, a considerable cost savings compared to bagging each individual part. Another application for aluminum tools is matched-die tooling, where all surface are tooled, as shown for the spar in Fig.6. Electroformed nickel keel has the advantages that it can be made into complex contours and does not require a thick faceplate. When backed with an open tubular-type substructure, this type of tool experiences excellent heat-up rate in an autoclave. However, to make an electroformed nickel tool requires that a mandrel be fabricated to the exact contour of the final tool. Carbon/epoxy or glass/epoxy tools (Fig.7)also require a master or mandrel for lay-up, during tool fabrication. A distinct advantage of carbon/ epoxy tools is that their CTE can be tailored to match that of the carbon/ epoxy parts they build. In addition, composite tools are relatively light and exhibit good heat-up rates during autoclave curing, and a single master can be used to fabricate duplicate tools. On the downside, there has been a lot of negative experience with composite tools is that are subject to 350 F autoclave cure cycles. The matrix has a tendency to crack and, with repeated thermal cycles, develop leaks .Another consideration when specifying composite tools is that the surface is somewhat soft and easily scratched. If plies are cut directly on the tool, it is necessary to place a metal shim between the ply and the tool to prevent scouring of the tool surface. In general, this is a bad practice since it increases the chance of the shim being left in the lay-up through cure, thus producing a possible repair or scrap condition. An additional consideration is that composite tools will absorb moisture if not in continual use. It may be necessary to slowly dry tools in an oven after prolonged storage to allow the moisture to diffuse out-A moisture-saturated tool placed directly in an autoclave and heated t03500F could very easily deve1op blisters and internal delaminations due to the absorbed moisture. Invar and the Nilo series of alloys were introduced in the early 1990S the answer for composite tooling. Being low-expansion alloys, they very closely match the CTE of the carbon/epoxy parts-Their biggest disadvantages are cost and slow heat-up rates. The material itself is expensive and it is more difficult to work with than even steel. It can be cast, machined and welded. It is used for premium tooling applications such as 33 本科毕业论文 the wing skin shown in Fig.87. 4.2Thermal Management Since many common tooling materials, such as aluminum and steel, expand at greater rates than the carbon/epoxy part being cure on them, It is necessary to correct their size or compensate for the differences in thermal expansion. As the tool heats up during cure, it grows or expands more than the composite laminate. During cool-down, the tool contracts more than the cured laminate. If not handled correct1y, both of these conditoion can cause problems ranging from incorrect part sue to cracked and damagea laminates. Thermal expansion is normally fun died by shrinking tool at temperature using the calculation method shown in Fig.9.For example, an aluminum tool producing a part120.0 inches in length might actually be made as 119.7inches long, assuming it will be cured at350.F. Another correction required for tooling of parts with geometric complexity in spring-in. when sheet metal is formed at room temperature, it normally spring back or opens up after forming. In order to correct the spring-back, sheet metal parts are over-formed. The opposite phenomenon occurs in composite parts. They tend to spring-in or close up during the cure process. Therefore, it is necessary to compensate angled parts as shown in Fig.10.The degree of compensate required is somewhat dependent on the actual lay-up orientation and thickness of the laminate. A great deal of progress has been made in calculating the degree of spring-in using finite element analysis, but it sill usually requires some experimental data for the particular material system, cure conditions, orientation and thickness to establish tool design guideline. A more comprehensive explanation of spring-in is given in Chapter6 on Curing. Cool-down from cure can also cause problem because now the tool shrinks or contracts at a faster rate than the part. For a tooling material with a large CTE such as aluminum, the tool can actually bind the part causing ply cracking or delaminations as shown in Fig.11.For skins and other parts, Teflon shear pin are often used to prevent damage. It is possible to hard-pin a tooling detail at one or possibly two locations on the bond tool, but the detail must be allowed to freely contract separately room the bond tool on cooling. Another example is shown in Fig.13, where the draft has been incorporated in a tool pocket to allow the part to be pushed out from the pocket during cool-down avoiding the possibility of ply cracking. Molded-in rabbets for doors and leading and 34 本科毕业论文 trailing edges also require special tooling details, as shown in Fig.14. Unless the tool is a form block tool that can be placed on a project plate. The tool generally requires a substructure to support the faceplate. An example of one type of substructure is shown in Fig.15.The design of the substructure is important, because it can affect the gas now to the tool during autoclave curing. In general, the more open the substructrues, the beater the gas flow and the faster the heat-up rate. In one study, three different tool designs compared for their heat-up rates during autoclave processing. the designs, shown in Fig.16 ,consisted of a steel faceplate and a welded egg crate substructure; an NC machined aluminum form block tool placed on an aluminum project plate; and an electroformed nickel tool with an open tubular substructure .the steel and aluminum tool were used to produce the same part configuration, a wing panel whereas the electroformed nickel tool was used to produce a highly contoured fuselage sidewall panel containing concurred hat stiffeners on the inside surface. The faceplate on the steel tool was 0.45-0.55 inch think. The welded steel egg crate support contained circular cut outs to improve autoclave gas flow. This tool was identified as tool A. The NC machined aluminum project plate tool was identified as tool B. Although it is used to make the same aircraft part as tool A, the design concept is entirely different. It consists of a thick aluminum slab that was NC machined to mold line contour on one surface and flat on the other surface. during autoclave cure, it is placed on a standard 1.0 inch thick aluminum project plate. Normally, a number of these types of tools are placed on each project plate. The electrofromed nickel bond tool, identified as tool C, consisted of a relatively thin electroform nickle shell supported by an open support struture. Rubber mandrels and pressure intensifier were used at locations requiring co-cure hat stiffeners. The nesting positions (autoclave locations) for the three batches were predetermined simply by rotating the tool position foe each batch .The same production autoclave was used for all three batches. After the tools were vacuum bagged and leak checked, they were nested in the autoclave suing the positions shown in Fig.17-19.Additional thermocouples were then placed above the tool surfaces to measure the autoclave free air temperature. The autoclave was pressurized to between 85 and 100 psig for each run. The tools were then heated through typical cure cycle profile to 350 F while thermocouple data were recorded during heat-up and cool-down. The results of autoclave charecterization tests revealed three significant findings: The aluminum project plate tool (tool B) exhibited slower heat-up rates than 35 本科毕业论文 either the steel (tool A) or electroformed Nickel tool (tool C).This is shown in Fig.17and18.The shower heat-up rate was a function of the large thermal mass of the aluminum tool. However, the heat-up rate for the aluminum tool improved when it was located at the front of the autoclave, where higher gas velocity increased the heat transfer rate from the outo clave free air to the tool. The electroformed nickel tool (tool C) exhibited the faster thermal response; however, the rubber mandrels used to support the co-cured hats created localized cold spots on the tool, due to their heat sink effect and insulative qualities. The heat-up rate for the tool (tool A) was about the same, irrespective of nesting in the front, middle or back of the autoclave. A possible explanation is that the thick egg crate support structure acted as a flow blocker and minimized the effects of autoclave gas velocity differences. 第四章 对于复合材料来说，压膜是一次性的投资。通常一台大型压膜机就要花费 500，000至1，000，000美金，因此如果设计和制造不好就要面临最严重的问题。 本章主要讲解复合压膜模具基础，以固化为主。后面的章节将会随着讲解其他压 膜过程，对其他的设备的压膜进行讨论，特别是第八章，将讲解需要较多压膜的 自承载结构的制造。 复合结构压膜本身就有复杂性，很大程度上要基于多年的经验。应指出的是， 制造任何一个组件都不只有一种正确的方式。基于过去成败的经验，在作出决定 时通常有不止一种方式，生产一个大小适当的零件，通常有很多种方式可以达到 目的。胶结器的功能是将其加热和加压固化。尽管本章只是介绍制造工艺，感兴 趣的读者可以在参考1中了解更复杂的内容。参考2至4对参考1的主要原理作 出了简短回顾，参考5、6也含有相关有效信息。 4.1主要参考因素 一个压膜工作人员在针对某种用途选择材料和制造工艺的时候需要考虑很多 因素。图一给出了其中的一部分，然而，在选择过程中最重要的还是工具需要的 零件数量和零件构型。在面对长期生产时，使用一个便宜而短寿命的原始压膜方 式是不经济的，反过来也是一样。零件构型和复杂度也会影响工具制造的决策。 例如，焊接钢件常用于机翼蒙皮，但如果用于机身部分就会由于制造花费和复杂 程度而不经济。 一定要做出决定的就是零件的哪一面需要压膜，也就是内表面还是外表面问 题，如图二所示。为蒙皮进行压膜可以提供极其光滑的表面。然而，对于基础结 36 本科毕业论文 构上的零件，如机械紧固件，内部或者内膜线表面压膜可以减少空隙和垫片的数量。例如图三的机翼蒙皮，内膜线表面压膜保证了基础结构在组装时的最佳适配。固化的过程中，装上隔板可以为外膜线提供较好的空气动力性能。如图四所示，内膜线的零件带有很厚的过渡件。 如果这个零件薄厚均匀或少有厚度改变，将会更易于压膜在外膜线的表面。图二，其展示了零件制造的简单方法。在凸模上调整和罗列比在凹模的凹陷里制作要简单得多。选择压模材料是另一个主要考虑因素。表一展示了各种压模材料的主要优点。通常，对于中温或较低的温度，应使用加强的高分子材料，对于从低至高的温度，使用金属材料，对于钢或铝制的超高温组件，使用整块石墨或陶瓷材料。80年代早期时，电镀镍曾红极一时，80年代中期则引入了环氧碳和双马来亚醯胺碳。最后，在90年代初，产生了一系列被称为不涨钢和镍铬低膨胀系数的低延展性的铁镍合金。 钢作为较便宜的材料，具有特殊长的使用寿命，可以在浇注和焊接时保持稳定。它由于能承受1300次固化过程，而仍能用来制造较好的零件而著称——然而，钢铁较重，与在它之上的环氧碳相比热延展系数较高，在固化的过程中，较大的质量将会影响加热速度，如果一个钢件在使用过程中损坏，多是由于焊接时产生裂痕。 另一方面，铝材料较轻，也有较高的热传导性。铝也比钢件更易加工，只是难以生产气密性铸件和焊接件。铝的两大缺点是:较软，易被划伤，产生裂痕和凹痕。而且，有着过高的热传导系数。铝制件经常被作阳极电镀以提高使用寿命。在多次加热过程中，较硬的阳极电镀层容易剥落和破碎。由于它质轻且较容易生产，铝经常被用于填充。如图五所示，在一个倾斜的铝盘上，很多铝填充材料被用一个空袋子覆盖，这样的固化比覆盖每一个零件的成本相对要低得多。另一个铝压模的应用时匹配压模法，如图六所示，翼梁的每一个表面都被焊接。 电镀镍拥有可以制成复杂外形，而不需要很厚的面板的优点。当附在管状基础件上时，这种模有惊人的加热速率。然而，电镀镍需要在成型的外形上制作一个心轴。 环氧碳或环氧玻璃模在压模过程中也需要心轴。环氧碳模独特优势是热延展性可以与它们所塑的零件相匹配。此外，复合压模材料相对较轻，在固化过程中有着较好的加热率，在多次压模过程中，可以重复使用一个心轴。缺点是，复合压模材料在固化过程中最高只能承受350华氏度。 铸模在重复加热过程中，有产生裂痕的趋势。所以特定的复合压模材料的问题在于较软而易划伤。如果铸层被划伤，在层间加上垫片就成为必要，以防模层收到冲刷。总之，在固化过程中，这会增加垫片残留的机会，就必须修理划伤。 37 本科毕业论文 此外，复合压模材料在长期使用过程中会吸收水汽，所以即便在长期库存的情况下，也应吸干压模水分，使得水分饱和的铸层可以将水渗出，以防在模中加热至350华氏度时产生水泡或内部分层。 不涨钢和镍铬低膨胀系数的低延展性的铁镍合金产生于90年代初期，是对复合压模的诠释。波音低延展性合金与环氧碳相近。它们最大的缺陷是成本高，而且比钢更难处理。可以铸造，加工和焊接。如图所示，可以用来为机翼蒙皮等做高级压模。 4、2加热 鉴于很多诸如铝和钢等普通压模材料比固化在其表面的环氧碳的延展温度高，调整它们的形状，弥补其热延展的不同是必要的。由于在固化过程中，压模会升温，它们会比层压材料延展得更多。在冷却过程中，模会比固化的层压材料收缩得更多。如果不能正确处理，造成的问题将会不仅包括错误的零件大小还有层面的破裂或损坏。热延展性通常通过应用图九的方法，在室温下使模层冷却。例如，一个可以制成120英寸长的零件的铝质压模，在将要在350华氏度的温度下固化的情况下，可以做成119.7英寸。 在为几何形态特殊的零件做压模时，另外一个必须的修正就是弹性展开。在室温下制作金属片，正常情况下，它将会弹回或在塑性后展开。为了修正弹性展开，金属片零件总是压得过弯。而对于复合材料，情况恰恰相反。它们在固化的过程中，有弹性卷曲的倾向。因此，补偿如图十所示有角的零件时，修正度数要基于实际的层数和层的厚度。进过通过有限元素分析，在计算弹回的度数时取得了极大的进步，在设计压模过程中，对于特定的材料，固化条件，朝向和厚度仍然需要经验数据。 在第六章固化中，对于弹性卷曲有更详细的解释。 固化冷却也会由于模层的冷缩比零件更快而造成麻烦。对于有着较大的热延展性的压模材料，如铝，来说，可能造成如图11所示的事实上弯折层面或分层。对于蒙皮和其他零件，特氟纶剪力销被用来防止这种情况发生。在连接压模时钉一两个硬销是可以的，但需注意的是，在冷却时必须能使连接压模与之分离。 如图13，另一个例子是，当冷却时为了避免层面断裂，利用气流的充入，将零件从模具中退出。如图14，塑入槽和前后延也需要特殊的压模条件。 除非这种压模是斜盘式填充的，任何压模都需要基础件，如图15所示。设计基础件也很重要，因为它将影响固化过程中的燃气。总的来说，基础部件敞口越大，燃气流通越畅，加热速率越快。 有一项实验比较三种不同的压模在模中加热时的加热速率。如图16所示，本实验使用钢制面板和柳条箱基础件。数控生产铝制填充压模材料和铝制斜盘。以 38 本科毕业论文 及电镀镍压模材料和敞口管状基础件。钢和铝压模材料用来制作同样的零件构型，机翼操作面板。而机身用电镀镍压模材料制成内表面有相同大小的帽形紧固件的侧面面板。钢压模材料上的面板厚度在0.45到0.55之间。焊接的钢制框中间有圆形的空隙，以保证空气流通。这种压模在试验中被称为压模法A。数控生产铝制填充压模材料和铝制斜盘法称作压膜法B。尽管与A的目的相同，设计概念却是完全不同的。它使用数控生产铝制厚板，一面压制膜线，一面是平面。在固化过程中，放置在1英寸厚的铝制斜盘上。一般多个同样的压模工具使用各自的斜盘。电镀镍连接压模，称作压模法C，使用相对较薄的电镀镍壳，以敞口结构作支撑。在需要帽形紧固件的部位，使用橡胶制的心轴和加压器。 三种方式的嵌套位置(模位置)是由旋转模的材料与炉的位置决定的。相同的釜可以用于任一种炉。在压模材料通过灌气和泄漏检查后，将它们编织在模上，图17-19所示。其他的热电偶放在模表面用来衡量釜中流通气体的温度。将釜冲压到85至100帕斯卡。之后将模的材料加热到350华氏度，电偶将在升温和冷却的过程中记录温度。 釜性能测试结果有三个结论: 铝制斜盘(压模法B)加热速率最慢。如图17和18所示。原因是铝制模的热容量较大。 然而，在加压和加热器前放置时，铝制模的加热速率可以提高。这是因为高强度的空气速度加快了加压和加热器的空气导热速率。 电镀镍压模法(压模法C)的热反应较快，然而，用来支撑加工帽的橡胶制心轴由于其吸热作用和绝缘特性在模表面形成了冷却点。 压模法A的加热速率与之相近，除了前方，中间和后边的嵌套部分。可以认为，较厚的框支撑结构阻挡而减少了釜中气体速度差造成的影响。 39