一、材料去除制造工藝 (⑽m <0)
材料去除制造工藝是按一定的方式從工件上切除多余的材料,得到所需形狀、尺寸的零件。此類工藝要求工件表面有足夠的多余材料。在材料的去除過程中,工件逐漸逼近理想零件的形狀和尺寸。原材料或毛坯與零h的形狀、尺寸相差越大,去除的材料就越多,材料損耗就越大,加工過程消耗的能源也越多。有時(shí)損耗的材料體積甚至超過零件自身的體積。
雖然材料去除工藝的材料利用率低,但至今它依然是提高零件品質(zhì)的主要手段,同時(shí)也具有很強(qiáng)的加工適應(yīng)性,是機(jī)制造中應(yīng)用最廣泛的加工方式。材料去除法工藝與材料成形工藝相結(jié)合,可以大大降低原材料的消耗。隨著少無切 削加工技術(shù) (精密鑄造、精鍛造等) 的發(fā)展,可以進(jìn)一步提高材料的利用率。生產(chǎn)數(shù)量很少時(shí),為了減少材料成形工藝投資,單純采用材料去除工藝也是經(jīng)濟(jì)合理的。
材料去除工藝有很多加工形式,包括傳統(tǒng)的切削加工和特種加工。
切削加工是用金屬切削刀具在機(jī)床上切除工件 (毛坯) 上多余的金屬,從而使工件的形狀、尺寸和表面質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求的工藝方法。切削過程中,刀具和工件安裝在機(jī)床上,由機(jī)床帶動(dòng)實(shí)現(xiàn)一定規(guī)律的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。在刀具與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)過程中,多余的金屬被切除,形成了工件的已加工表面。常見的金屬切削加工方式有車削、銑削、刨削、拉削、磨削等。金屬切削過程中存在力、熱、變形、振動(dòng)、磨損等現(xiàn)象。對(duì)加工過程、加工質(zhì)量都存在一定的影凇H綰握確選擇加工方法、加工機(jī)床、刀具、夾具和切削參數(shù),改善加工質(zhì)量,提高加工效益將是本書的重點(diǎn)講述內(nèi)容。
特種加工是指利用電能、光能等對(duì)工件進(jìn)行材料去除的加工方法。有電火花加工、電解加工、激光加工等。電火花加工是利用工具電極與詡電極之間產(chǎn)生的脈沖放電現(xiàn)象蝕除工件材料達(dá)到加工目的。加工時(shí),工件電極與工具電極之間存在一定的放電間隙,而不直接接觸,加工中沒有力的作用,可以加工任何力學(xué)性能的導(dǎo)電材料。在工藝上其主要優(yōu)點(diǎn)是可以對(duì)復(fù)雜形狀的內(nèi)輪廓表面進(jìn)行加工,將其加工難度轉(zhuǎn)化為外輪廓(工詰緙) 的加工,所以在模具制造中有特殊的作用。由于電火花加工的金屬去除率低,一般不用于產(chǎn)品的形狀加工。激光加工、離子束加工多用于細(xì)微加工。
隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,在航天、計(jì)算機(jī)領(lǐng)域,有些加工精度和表面粗糙度要求特別高的零件,需要進(jìn)行精密加工及超精加工。精密、超精密加工達(dá)到的尺寸精度可以達(dá)亞微米乃至納米級(jí)。這些加工方法有超精密車削、超精密研磨等。
二、材料成形制造工藝 (⑽m =0)
材料成形制造工藝多利用模型使原材料形成零件或毛坯。材料成屑庸す程中,原材料的形狀、尺寸、組織狀態(tài),甚至結(jié)合狀態(tài)都會(huì)改變。由于成形精度一般不高,材料成形制造工藝常用來制造毛坯。也可以用來制造形狀復(fù)雜但精度要求不太高的零件。材料成形工藝的生產(chǎn)效率較高。常用的成形工藝有鑄造、鍛壓、粉末冶金等。
(一)鑄
鑄造是將液態(tài)金屬澆注到與零件的形狀尺寸相適應(yīng)的鑄型型腔中去,冷卻凝固后獲得毛坯或零件的工藝方法。基本工藝過程為造型、熔煉、澆注、清理等。由于合金鑄造時(shí)的充型能力、收縮及其它因素影響,鑄件可能會(huì)存在組織不均勻、縮孔、熱應(yīng)力、變形腥畢藎使鑄件的精度、表面質(zhì)量、力學(xué)性能不高。盡管如此,由于適應(yīng)性強(qiáng),生產(chǎn)成本低,鑄造加工依然得到十分廣泛的應(yīng)用。形狀復(fù)雜,尤其有復(fù)雜內(nèi)腔零件的毛坯常采用鑄造。
目前生產(chǎn)中常用的鑄造方法有普通砂型鑄造、熔模鑄造、金屬型鑄造、壓力鑄小⒌脫怪造、離心鑄造等。其中,普通砂型鑄造應(yīng)用最廣。
(二) 鍛壓
鍛造與板料沖壓統(tǒng)稱為鍛壓。鍛造是利用鍛造設(shè)備對(duì)加熱后的金屬施加外力進(jìn)行塑性變形,形成具有一定形狀、尺寸和組織性能的零件毛坯。經(jīng)過鍛造的毛坯其內(nèi)部組織致密均勻。金屬流線分布合理,提高了零件強(qiáng)度。因此,鍛造常用于制造綜合力學(xué)性能要求高的零件的毛坯。
鍛造可分為自由鍛造、模型鍛造和胎模鍛造。
自由鍛造是將金屬置于上下抵鐵之間進(jìn)行金屬塑性變形,利用自由流動(dòng)的侶沙尚巍3尚渦率低,精度低。一般用于生產(chǎn)批量較小,形狀簡(jiǎn)單的鍛件。
模型鍛造是將金屬置于鍛模的模膛中變形,金屬的塑性流動(dòng)受到模膛的限制,成形效率高,精度高,金屬流線分布更加合理。但由于模具制造費(fèi)用很高,通常用于大批量生產(chǎn)。與自由略煜啾齲模型鍛造時(shí)需要的鍛造力大,不能用于大型鍛件的鍛造。
胎模鍛造是在自由鍛造的設(shè)備上利用胎模對(duì)金屬進(jìn)行鍛造。胎模制造簡(jiǎn)單,成本低,成形方便,但成形精度不高,常用來生產(chǎn)精度要求不高的小鍛件。
板料沖壓略諮沽機(jī)上利用沖模將板料沖壓成各種形狀和尺寸的制件。沖壓加工具有極高的生產(chǎn)率和較高的加工精度,其加工形式有沖裁、彎曲、拉深、成形等。沖裁是將板料沖壓成各種平面制件。彎曲、拉深等成形工序?qū)辶蠜_壓成各種立體制件。
(三)粉末冶金
粉末冶金是以金屬粉末或金屬與非金屬粉末的混合物作為原料,經(jīng)模具壓制、燒結(jié)等工序,制造某些金屬制品或金屬材料的工藝方法。它既可以生產(chǎn)特種金屬材料,又可以生產(chǎn)少無切削加工的金屬零件。粉末冶輪破返牟牧俠用率能達(dá)到95 %,可大量減少切削加工的投入,降低生產(chǎn)成本,因此在機(jī)械制造中獲得日益廣泛的應(yīng)用。由于粉末冶金所用蹬粉末原料價(jià)格高,成形時(shí)粉末的流動(dòng)性差,零件形狀的和大小受到一定的限制。粉末冶金制件內(nèi)部存在一定量的微小孔隙,其強(qiáng)度比鑄件或鍛件約低20 %~30 %,且塑性、韌性也較差。
粉末冶金生產(chǎn)的工藝流程包括粉末制備、混配料、壓制成形、燒結(jié)、整形等。其中粉末的制備與混配料工序通常由提供粉末的廠商完成。
三、材料累積制造工藝 (⑽m >0 )
材料累積制造工藝是將零件以微元疊加方式逐漸累積生長(zhǎng)出來的。在制造過程中,將零件三維實(shí)體模型數(shù)據(jù)經(jīng)計(jì)算機(jī)處理,控制材料的累積過程,形成所要的零件。此類工藝方法的優(yōu)點(diǎn)是無需刀具、夾具等生產(chǎn)準(zhǔn)備活動(dòng),就可以成形任意復(fù)雜形狀的零件。
制造出采的原型可供設(shè)計(jì)評(píng)估、投標(biāo)或樣件展示。因此,這一工藝又稱為快速成形技術(shù)。快速成形技術(shù)用于產(chǎn)品樣件的制造、模具制造和少量零件的制造,成為加速新產(chǎn)品開發(fā)及實(shí)現(xiàn)并行工程的有效技術(shù),使企業(yè)的產(chǎn)品能快速響應(yīng)市場(chǎng),提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)能力。
快速成形技術(shù)的發(fā)展十分迅速,現(xiàn)在有幾種方法已 經(jīng) 進(jìn) 入 應(yīng) 用 階 段, 主 要 有 光 固 化 法 (SL :Stereolithog -raphy)、層疊制造法 (LO M :LaminatedObject Manufacturing)、激光選區(qū)燒結(jié)法 (SLS :Selec-tive Laser Sintering)、熔化堆積造型法 (FD M :Fused
Deposition Modeling),其中光固 化 法 是 最 早 投入商業(yè)應(yīng)用的快速成形技術(shù)