工装治具的设计与制作及管控流程

工装治具的设计与制作及管控流程工装治具的设计与制作及管控流程 1 目的 将工装治具用于生产助定位作业 使生产之工序顺畅 防止制程之问题发生 确保生产顺 利 提高生产效率 从而满足客户的品质要求 且达成公司的质量目标 2 适用范围 适用于建荣公司生产之制程 3 治具设计的工作及注意事项 3 1 明确了解工艺规程及产品效果图而设计治具之目标 应明确产品的生产性 根据设计 策划 工艺规程和产品图纸进行设计 务必注明产品的零件号 工件穴号 治具名称 制 造的数量 要用的型号和规格以及其它特殊说明 根据工艺规程可以了解工件的定位基准 和夹紧面 本工序详细的加工要求 原始尺寸及技术条件和公差 加工余量 定位基准的 精度和光洁度 工件的材料硬度和处理 以及表面处理的情况等 务必了解各工序之间的 相互关系 如在本工序之前的有关表面的尺寸和光洁度等 根据产品图纸可以了解工件的 全貌及尺寸 各个表面化的尺寸精度 光洁度及技术条件 检查工艺规程所规定的要求是 否正确合理 确认治具状态 3 2 确定设计方案就是根据生产性 所用的设备 工件的技术要求和使用要求 来确定治 具的结构型式 在考虑设计方案时 一般应依照下列要求 1 确定定位方式 包括确定定位之工件的结构及工件排位 排模之间距 一般来说 定位 基准是工艺人员按产品之工艺要求指定的 必须注意治具上的产品在喷漆过程中要喷到油 漆 但喷漆人员和治具的设计人员共同检讨提出好的意见 2 确定夹紧力的方向和作用点 3 确定动力来源 4 确定单件夹紧还是多件夹紧 5 确定单工位还是多工位 6 根据上述几点方案 选择合适的夹紧装置和结构 4 定位基准的选择 4 1 在定位时 每个工件在治具中的位置是不确定的 对同一批工件来说 各件的位置也 将是不一致的 工件位置的这种不确定性 工件有几个自由度 沿坐标轴的移动自由度和 绕坐标轴的转动自由度 未定位前的工件是自由体 因此 为了使工件在治具中有一个正 确位置 必须对影响工件加工表面位置精度的自由度加以限制 要使工件在治具中的位置 完全确定 必须将工件靠置在规定要求布置的 6 个支承面上 使工件的 6 个自由度全部被 限制 其中每个支承点相应地限制一个自由度 这就是六点定位规则 4 2 每个支承点的分布方式 与工件的形状有关 例 透光钮是由钮冒和钮座构成 为 盘类工件的六点定位 底面为第一定位基准 用 2 个支承点限制 2 个自由度 方周面为第 二个定位基准 用 4 个支承点限制 4 个自由度 这样工件的位置被完全确定根据工件的形 状的不同 以及定位基准的不同 支承点的分布还会有其它形式 但六点定位规则却反映 了工件定位的共同本质 运用六点定位规则 可以分析和解决任何一种定位方式和定位问 题 4 3 限制工件的自由度与加工要求有关 工件在治具中定位 并非所有情况都必须完全定 位 设计工件的定位方案时 应首先分析必须限制哪些自由度 然后在治具中配置相应的 定位元件 工件所需限制的自由度 主要取决于本工序的加工要求 4 4 工件以平面定位基准 是生产中常见的定位方式 在分析和设计定位时 应根据基准 平面与定位元件工作表面接触面积的大小 长短或接触形式 确定定位元件所相当的支承 点数目所限制工件的自由度 4 5 工件以圆柱孔定位 4 5 1 定位当工作部分直径 D 大于 3 10MM 时 为增加钢度 避免因撞而折断 或热处理时 淬裂 通常把根部加工成圆角 R 在治具体上应有沉孔 使定位圆角部分沉入孔内而不影 响定位 大批量生产时 为了便于更换定位销 可设计配有衬的结构 便于更换 为了便 于工件顺利安装 定位销的头部应有 15 度倒角 定位销工作部分的直径 可根据工件的加 工要求和安装方便 定位销在治具中常与其它定位元件组合成定位系统 一面两孔 组合 定位 就是生产中常见的一种定位方式 常用于零件加工 相应定位元件常采用平面支承与定 位销组合 但是应该注意 当工件上两定位孔与销的配合间隙不大 而中必距误差较大时 就可 使装卸工件发生干涉 在这种情况下 就需对 一面两孔 定位方式进行必要的验算 以确定 削边销的宽度 5 夹紧力的方向和作用点 5 1 工件夹紧原理 5 1 1 为使工件在定位件上所占有的规定位置在加工过程中保持不变 就要用夹紧装置 将工件夹紧 才能保证工件的定位基准与夹具上的定位表面可靠地接触 防止在加工过程 中移动 振动或变形 由于工件的夹紧装置是和定位紧密联系的 因此 夹紧方法的选择 应与定位方法的选择一起考虑 在设计夹紧装置时 应考虑夹紧力的选择 夹紧结构的合 理设计及其传动方法的确定 关于夹紧力的选择应包括方向 作用点及大小这三个要素的 确定 夹紧装置选择合适 不仅可以显著地缩短辅助时间 保证产品质量 提高生产率 而且还可以方便工人操作 减轻体力劳动 5 2 夹紧装置的设计要求 5 2 1 设计夹紧装置时 必须注意夹紧力对工件加工厂表面所产生的紧态和松态问题 以保 证工件加工表面的精度和光洁度 所谓加工表面的紧态夹紧 是指夹紧力的作用线能够通 过加工表面的周围 使加工表面的材料处在压紧应力之下 所谓加工表面的松态夹紧 是 指夹紧力的作用线不通过加工表面的周围 使加工表面的材料处在自由状态之下 设计夹 紧装置时 应根据工件的形状 材料 加工表面的位置 定位情况及加工表面的精度和光 洁度要求 来确定采取 紧态 或 松态 的夹紧方法 采用 紧态 夹紧方法可以使加 工表面比较稳固 加工过程中不易引起工件的振动 有利于提高表面光洁度 但加工表面 的几何形状精度将会受到一定的影响 特别是当夹紧处的壁厚较薄时 这种影响就愈显著 因为此时加工表面受到夹紧力 而且愈靠近夹紧点受力愈大 材料产生弹性变形也愈大 当加工完毕 取下工件后 夹紧力解除 加工表面发生局部回弹 使几何形状精度受到一 定的影响 所以对于精加工的表面 如果几何形状精度要求较高 就不宜采用 紧态 夹 紧方法 而应另外 选择 夹紧部位 使加工表面处于 松态 之下 以避免夹紧变形 但是在某些精加工工序中 如果工件的夹紧部位不能选在另外的地方 仍需使加工表面处 于 紧态 进行加工时 就应对夹紧力的在大小进行适当的控制 松态 夹紧方法 一般 适用钢度较好的工件 由于工件的夹紧是与工件的精度要求及其在夹具中的定位密切联系 的 所以夹紧装置还有着保证工件的加工精度和良好的技术经济效果的要求 因此 在设 计夹紧装置时应满足以下一些基本要求 1 注意夹紧的大小 方向和作用点的选择 夹紧力的大小应适当 以保证工件夹紧的可 靠性 但也不应过大 以免压伤工件或使工件产生不允许的变形 夹紧力的方向与加工和 工件重力的方向一致 另外 还应注意朝向工件的主要定位面 夹紧力的作用点与工件的 定位情况相适应 不应破坏工件在定位 时所得的位置 另外还应注意 夹紧后应使工件的 变形和加工中的振动最小 一般来说 夹紧力的作用点尽量靠近工件的加工面 并力求作 用在夹具支承面的几何中心 2 夹紧装置与生产规模和生产率的要求相适应夹紧装置设计得好坏 对生产率影响甚大 设计时应注意操作迅速方便 以缩短辅助时间 并应与生产规模和生产率的要求相适应 若产量较大 应尽量采用机动夹紧装置 在产量不大的成批和小批量生产中 一般多采用 手动夹紧装置 但在设计时也应尽量采取措施 使夹紧动作迅速方便 以缩短辅助时间 3 结构紧凑简单 制造维修方便 4 使用安全可靠 5 尽量减少夹紧时夹具基体所受的弯曲力矩 5 3 夹紧力的选择 5 3 1 夹紧力的方向与夹具上定位表面的位置 工件重力方向及作用力方向有关 夹紧力的 方向一般应朝着主要定位件上的一个表面 这一表面应该是承受负荷最好的表面以防止工 件变形 并且这一表面也应对于重力与作用力的方向最好重合 使加工所需的夹紧力最小 并使工件安装正确 夹紧方便 在选择夹紧力的方向时 一般应考虑下列问题 a 夹紧方向与工件加工表面位置精度的关系 夹紧力方向应垂直于主要定位基准 以保证工 件的定位精度 一般来说 工件上被选取作主要定位基准的面积 都是比较大的 以求定位稳定 可靠 夹紧方向若垂直于工件主要定位基准 这样既能使工件更好地保持与定位件接触 又可 使夹紧力引起的工件变形最小 b 夹紧方向与工件变形 变形会影响加工精度 变形的大小取决于工件 或夹具上支承件的 材料 接触表面的状态以及夹紧力的大小等几个因素 一般两平面接触总比两曲面接触所 引起的变形小些 另外 在夹紧力一定的时候 接触面积愈大 单位压力就愈小 因而变 形也愈小 根据以上分析 为避免工件的变形 夹紧力的方向最好是 1 使承受负荷的表面为定位件上与基准面接触面积较大的表面 2 在工件刚度最大的方向上将工件夹紧 在加工薄壁工件时 工件的变形问题 3 方便工件装卸以定位方便的观点出发 主要定位件最合适的位置 应当能利用工件本身的 重量 将其保持在规定的位置上 这样 工人的双手可以空出来 操纵夹紧件 工件愈重 则定位件位置对于定位方便所起的影响也愈大 为了方便定位 应力求使夹紧力的方向与 重力的方向相重合 即主要定位面处于水平位置 而且向上 4 夹紧方向对所需夹紧力的大小的影响夹紧力方向应使所需夹紧力尽可能的小 因为减小 工所需夹紧力 就可减轻工人的劳动强度 提高效率 简化夹紧机构 使其轻便紧凑 以 及使工件的压伤和变形减小 总上所述 夹紧力的方向选择可从以下几个方面考虑 1 为了保证安装的正确可靠 夹紧方向应朝向对保证工件精度影响最大的定位面 2 为减少工件的变形 夹紧方向应当垂直于主要定位件上与工件接触面积较大的那个表 面 并在工件钢度最大的方向上夹紧 3 为了定位方便 承受重力的定位表面最好是水平向上 4 当夹紧方向与工件重力方向和加工方向都重合时 就可减少所需夹紧力的大小 5 3 2 夹紧力作用点的选择 所谓夹紧力的作用点是指一小块面积 在实际上 夹紧件与工 件接触处并非一点 而是有一定面积的 选择夹紧力作用点的问题是指在夹紧方向已定的 情况下 确定夹紧力作用点的位置和数目 它应符合下列三项要求 1 夹紧力作用点的选择应不破坏工件在定位时已经获得的位置 要达到这项要求 夹紧时 应避免使工件产生翻转或回转的力矩 以及使工件发生移动的外力 2 工件在夹紧时的变形应该最小 要达到这项要求 夹紧力作用点应有足够的数目和面积 并应作用于工件上刚度较大的部分 对于一些薄壁零件如果必须夹在刚性较差的部位 而别 无他处可压时 则应采取防止变形的措施 可在压板下面加一厚度较大的锥面垫圈 使夹 紧力通过垫圈均匀地作用在薄壁上 防止使工件局部压陷 3 工件受加工力而产生的变形和振动应最小 为了减小加工过程中工件因受加工力 离心 力 惯性力等所形成的力矩而产生的变形和振动 必要时应在工件刚度较差的部位增加辅 助支承并施加夹紧力 由于加工表面远离夹紧处 而且这部分 的刚度较差 应施加附加夹 紧力 以防止加工时因加工力而引起的变形和振动 夹紧力作用在具体选择时还应注意以 下几点 1 夹紧力合力的作用点一般应靠近支承表面的几何中心 也既作用于支撑三角形的中心 这样可使夹紧力较均匀地分布在接触表面上 2 夹紧力作用点应尽可能靠近加工面 使加工力对于夹紧力作用点的力矩变小 这样可 减少工件的转动趋势或振动 3 夹紧力作用点的数目增多 能使工件夹紧均匀 提高夹紧的可靠性 减少夹紧力的变 形 5 4 夹紧力大小的确定 为了选择夹紧机构及适当的传动装置 需要知道所用夹紧力的大 小 夹紧力的大小 不仅与加工力大小及工件的重量有关 也和这些力的方向和作用点有 关 因加工过程中加工力的大小 方向 作用点都可能改变 所以确定 夹紧力的大小有一 定的困难 但从夹紧可靠的观点出发 可根据工序的进行情况 确定 加工最不利的瞬时 然后将相当于此时的加工力 重力组成一个作用于工件上的力系与力矩系 使工件在这些 力的作用下处于平衡状态 这就是确定所需夹紧力大小的原始条件 在确定夹紧力时 碰 到一些困难 1 工件的加工量并非固定不变 2 工件材料各部分的硬度不一致 特别是在加工表面硬皮时变化更大 3 焊钳的状态及电极冒的修磨程度不一样 4 电极与工件间断的接触或其它原因 在加工时引起的碰撞或振动等现象 而使压力发 生变化 实际夹紧力的大小取决于原始力的大小及中间传力机构 在计算时也会遇到下列的困难 5 与夹紧件相接触的工件表面的变形 将影响实际夹紧力的大小 6 接触表面的状态变化 光滑的或粗糙的 干燥的与有油的 也会影响实际夹紧力的大 小 7 夹紧装置 定位件与夹具本体的弹性变形 将会影响实际夹紧力大小的变化 对于从 静平衡力中求出的理论夹紧力紧装置的结构 工件的定位情况 工件的加工情况 以及安 全要求等具体条件 估计最不利的情况 或根据经验将其增大 由此即可得所需的实际夹 紧力或手感力 5 5 动力来源 使用人力通过各种传动机构对工件进行夹紧 称为手动夹紧 而现代高 效率的夹具 大多采用机动夹紧方式 在机动夹紧中 一般都有设有产生夹紧力的动力系 统 常用的动力系统有 气动 电动 旋转动力系统等 机动夹紧可以大幅度缩减装夹工 件的辅助时间 提高生产率和减轻工人劳动强度 气动夹紧是机动夹紧中应用最广泛的一 种 目前不仅在大批量生产中已普遍采用 而且已逐步推广到成批和小批量生产 6 确定单工位还是多工位 6 1 透光钮本工件加工属于简单的加工 只要一道工序就行 属于单工位 根据实验可 得 此设计要确定可行 加工起来也比较省力 属于合格品 6 2 透光钮在一个治具盘上设计多个穴号钮的位置 这就属于多工位 多工位治具之间 的间距必须根据产品的高度 厚度所要喷漆面之数据来定制治具与治具之间距离 7 试治具模具之检验标准 7 1 工程收到客户要样品资讯后 项目工程师及时安排喷漆治具模具试模 并根据客户交期 提前 5 至 7 天计划试模具 每天上午 10 时之前由工程文员统计要试产的 模具给到 PMC 及注塑部试模组 必须在试模单上注明客户 机型 治具之数量 在试作过程 中需要与产品试装配 试装时留意产品与治具是否吻合 扣位与定位处是否匹配 治具必 须要有手感 也不能太紧 不能松动 产品与治具必须要有间隙 间隙 0 2 0 3MM 之间 不留间隙会导致产品漆边 务必把治具拿到生产线上去试运作 验证治具能否适合生产 要给到喷印部组长或主管认可 工程师要注意治具与产品在装置过程中之特殊特性要求 避免损坏产品之扣位 卡位 卡槽 卡骨及产品围边等等 7 2 项目工程师必须要求试模主管或试模工程师在治具样制造完成后需提供 机型之治具注塑成型参数记录表 便于今后制作试产及量产的机型之治具成型参数受控 7 3 若治具 NG 则由项目工程师主导 召开协力模具厂 注塑部 从模具 方面加以改善 8 生产的喷漆治具制程检验标准 8 1 针对量产的治具 工程师必须在量产前把