模具制造与工艺第二章模具制造工艺过程的编制.ppt

2 1基本概念2 2编制工艺过程的依据2 3零件图的工艺分析2 4毛坯选择2 5定位基准的选择2 6工艺路线的拟订2 7加工余量的确定2 8工序尺寸及其公差的确定2 9模具制造的基本要求与特点2 10装配 试模与调整 维修 第2章模具制造工艺过程的编制 返回目录 2 1基本概念 2 1 1模具制造的生产过程2 1 2模具制造工艺过程2 1 3工艺过程的组成 返回 2 1 1模具制造的生产过程 模具的生产过程 是指将用户提供的产品信息和制件的技术信息通过结构分析 工艺性分析 设计成模具 并基于此 将原材料经过加工 装配 转变为具有使用性能的成型工具的全过程 整个生产过程可用下述框图表示 具体地说 模具生产过程分以下六个阶段 1 模具方案确定分析产品零件结构 尺寸精度 表面质量要求以及成型工艺 2 模具结构设计进行成型件造型 结构设计 系统结构 包括定位 导向 卸料以及相关参数设定等 设计 即总成设计 3 生产准备成型件材料 模块等坯料加工 标准零 部件配购 根据造型设计 编制NC CNC加工代码组成的加工程序 以及刀具 工装等 返回 4 模具成型零件加工根据加工工艺规程 采用NC CNC加工程序进行成型加工 孔系加工 或采用电火花 成型磨削等传统工艺进行加工 以及相应的热处理工艺 5 装配与试模根据模具设计要求 检查标准零 部件和成型零件的尺寸精度 位置精度 以及表面粗糙度等要求 按装配工艺规程进行装配 试模 6 验收与试用根据各类模具的验收技术条件标准和合同规定 对模具试冲制件 冲件 塑件等 和模具性能 工作参数等进行检查 试用 合格后则验收 由上述生产过程可知 模具的标准零 部件 通用标准零件 如螺钉 销钉 以及冷却 加温系统中的标准 通用元件 都是在其他工厂生产的 模具厂只是依据模具设计要求 按一定顺序 将其与本厂加工完成的成型件等装配成模具厂的产品 此生产过程之总和 也可定义为模具生产过程 返回 由此定义可知 对使用量最大的中 小模具而言 在其构成中 标准零 部件占有很大比例 可见 若使模具生产过程现代化 则必先致力于模具标准化 建立完善的模具标准件的生产 供应体系 这也是模具工业现代化建设的基础 现代工业产品的生产过程也是企业的人力 物力 财力 信息的转化过程 任何一个产品的形成 都是许多企业共同劳动的成果 在今天 随着生产组织的专业化和产品的标准化程度的提高 各个企业间互相协作和共同依存的关系比以往都显得突出和重要 同样 在一个企业内部也是如此 某一车间生产的 成品 往往是其他车间组织生产的 原材料 返回 在非模具专业生产企业中 产品专业厂 模具作为其工艺装备的一部分 在基本产品生产系统中 模具属于辅助生产过程 是保证基本产品生产不可缺少的组成部分 在模具专业生产企业中 模具作为企业的基本产品 模具的生产过程始终贯穿于企业的全部生产过程之中 模具的种类很多 按照GB7635 87规定 包括冲压模 塑料模 锻造模 铸造模 粉末冶金模 橡胶模 无机材料成型模 玻璃成型模 陶瓷成型模等 拉丝模等 每种模具结构 要求和用途不同 都有特定的生产过程 但是同属模具类的生产过程具有共性的特点 因此模具的生产过程又可以划分为五个主要阶段 即 技术准备 备料 零 组件加工 装配和试用鉴定五个阶段 它们的关系和内容如图2 1所示 返回 返回 在上述生产过程中 生产技术准备阶段是整个生产的基础 对于模具的质量 成本 进度和管理都有重大的影响 生产技术准备阶段工作包括模具图样的设计 工艺技术文件的编制 材料定额和加工工时定额的制定 模具成本的估算等 在模具加工过程中 毛坯 零件和组件的质量保证和检验是必不可少的环节 在模具生产中通过 三检制 的实施保证合格制件在生产线上流转 在模具加工过程中 相关工序和车间之间的转接是生产连续进行所必要的 在转接中间和加工不均衡所造成的等待和停歇是模具生产中的突出问题 作为模具生产组织者应该将这部分时间降低到最小程度 同时在确定生产周期上要充分的考虑 返回 2 1 2模具制造工艺过程 模具制造工艺过程可定义为 直接改变生产对象的形状 尺寸 相互位置及性能 将其转变为成品或半成品的过程 它是模具生产过程的主要部分 即从生产准备到验收 试模合格之前 属于制造工艺过程 模具制造工艺过程是模具设计过程的延续 是使设计图样转变为具有使用功能 使用价值的模具实体的制造过程 因此 根据设计要求 正确 合理地确定其工艺内容 工艺性质和方法 尤其是正确地制定成型件型面加工的工艺组合 对优化模具制造工艺过程 提高工艺过程技术先进性和经济性 并能高精度 高效率地完成任务 达到模具设计的要求具有非常重要的作用 返回 2 1 3工艺过程的组成 模具零件基本上都是机械零件 只是模具成型件的型面较为复杂 常具有二维 三维型面构成 常需采用成型加工工艺 但从总体来说 基本上属于机械加工 这些零件加工工艺过程的组成有以下内容 1 工序一个或一组工人在一个工作地对同一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分工艺过程称为工序 工序是构成工艺过程的基本单位 判断加工内容是否属于同一个工序 关键在于是否连续加工同一零件 例如在 加工中心 机床上加工模具零件的复杂型腔 只要不去加工另一个零件 则所有的加工内容都属于同一工序 2 安装工件 或装配单元 经一次装夹后所完成的那一部分工序称为安装 一个工序中可以只有一次安装 也可以有多次安装 3 工位为了完成一定的工序部分 一次装夹工件后 工件 或装配单元 与夹具或设备的可动部分一起相对刀具或设备的固定部分所占据的每一个位置称为工位 返回 4 工步在加工表面和加工工具不变的情况下 所连续完成的那一部分工序称为工步 加工表面与加工工具只要改变一个 就应算作另一工步 如对同一个孔进行钻孔 扩孔 铰孔 应作为三个工步 在工艺卡片中 按工序写出各加工工步 就规定了一个工序的具体操作方法及次序 5 工作行程切削工具在加工表面上切削 每切去一层材料称为一个工作行程 一个工步里可以有一个工作行程 也可以有多个工作行程 如外圆的余量较多 在粗车工步中可以有多次工作行程 6 工序的集中与分散 某一个工序中的加工内容很少 称为工序分散 最简单的工序仅有一次安装 一个工位 一个工步及很少的工作行程 返回 若一个工序的加工内容很多 有较多的工步及工作行程 有时甚至需要多次安装 这种情况称为工序集中 零件如采用工序集中进行加工 则整个加工过程中所需的机床数量少 便于生产管理 但需要技术水平较高的操作工人 一般情况下 还需多次定位 以达到零件的加工要求 因而生产效率较低 模具零件的加工多采用这种方式 在数控机床上 例如 加工中心 机床 可在一次装夹条件下 将成型零件不同型面的加工工序 及它们的粗 中 精加工工作 采用数字顺序控制 按程序顺次完成 而且同一程序可使其完全再现 这样仅需一次安装 既保证精度 又避免多次装卸工件所耗费的时间 如果在普通机床上加工该零件 则往往几个相互有位置精度要求的表面 只能分别安排在不同工序或不同的安装中进行加工 就会存在装夹误差 不易达到加工要求 返回 2 2编制工艺过程的依据 2 2 1工艺过程的作用与内容2 2 2编制工艺过程的原则与依据2 2 3模具工艺工作2 2 4模具制造工艺路线 2 2 1工艺过程的作用与内容 工艺过程是记述将毛坯加工成为零件的过程的一种工艺文件 它简要地规定了零件的加工顺序 选用机床 工具 工序的技术要求及必要的操作方法 因此 工艺过程具有指导生产和组织工艺准备的作用 是生产中必不可少的技术文件 工艺过程的形式很多 因各厂的生产条件 组织形式和模具的加工批量有所不同 模具的工艺过程可分为零件机械加工工艺 专业工艺 组装工艺等 但主要以零件机械加工工艺为主 其他工艺则按需要而定 又因为模具常为单件小批量生产 所以零件加工常用工艺过程卡来指导 返回 2 2 2编制工艺过程的原则与依据 编制工艺过程的原则是 在一定的条件下 以最简便的方法 最快的速度 最少的劳动量和最少的费用 可靠地加工出符合图纸各项要求的零件 为此 必须处理好质量与数量 好与省 人力与设备 需要与可能之间的辩证关系 在保证加工质量的前提下 选择经济合理的加工方案 编制工艺过程时 工艺人员应根据必要的技术资料 生产计划 周期 进度 数量 本厂的生产条件 设备 工人技术水平 生产场地 起重运输等 结合需要的可能性 因地制宜地全面考虑 编制工艺规程的依据见表2 1 返回 返回 2 2 3模具工艺工作 在模具生产过程中 直接改变制件的形状 尺寸 相互位置 性能的生产过程称为工艺过程 工艺技术人员应该根据模具的特点和要求 模具生产具体条件和工艺规律等编制工艺技术文件 用于指导生产 1 模具工艺工作的主要内容 1 编制工艺文件模具工艺文件主要包括模具零件加工工艺规程 模具装配工艺要点或工艺规程 原材料清单 外购件清单和外协件清单等 模具工艺技术人员应在充分理解模具结构 工作原理和要求的前提下 结合本企业冷 热加工设备条件 本企业生产和技术状态等条件编制模具零件加工和模具装配等工艺文件 2 二类工具的设计和工艺编制二类工具 二级工具 是指加工模具零件和模具装配中所用的各种专用工具 这些专用的二类工具 一般都由模具工艺技术人员负责设计和工艺编制 特殊的部分由专门技术 返回 人员完成 二类工具的质量和效率对模具质量和生产进度起着重要的作用 在客观条件允许下可以利用通用工具改制 注意应该将二类工具的数量和成本降低到客观允许的最小程度 经常设计的二类工具有 非标准的铰刀和铣刀 各型面检验样板 非标准量规 仿形加工用靠模 电火花成型加工电极 型面检验放大图样等 3 处理加工现场技术问题处理模具零件加工和装配过程中出现的技术 质量和生产管理问题是模具工艺技术人员的经常性工作之一 如解释工艺文件和进行技术指导 调整加工方案和方法 办理尺寸超差和代料等 在处理加工现场技术问题时 既要保证质量又要保证生产进度 4 试模和鉴定工作模具在装配之后的试模是模具生产的主要环节 模具设计人员 工艺人员和其他人员通过试模中出现的问题 提出解决问题的对策 并对模具的最终技术质量状态作出正确的结论 返回 2 模具工艺文件的编制模具零件加工工艺规程的常用格式如表2 2所示 模具装配工艺规程的编制 对于一般模具只编制装配要点 重要技术要求的保证措施以及在装配过程中需要机械加工和其他加工配合的要求 而模具的具体装配程序多由模具装配钳工自行掌握 只有对于大型复杂模具才编制较详细的装配工艺规程 返回 返回 一般模具加工工艺规程编制的程序包括以下四个环节 其中有些工作可以交叉进行 1 模具工艺性分析应该在充分理解模具结构 用途 工作原理和技术要求的前提下 分析各种零件在模具中的作用和技术要求 分析模具材料 零件形状 尺寸和精度要求是否合理 找出加工的技术难点 提出合理的加工方案和技术保证措施 2 确定毛坯形式根据零件的材料类别 零件的作用和要求等确定哪些零件分属于自制件 外购件和外协件 分别填写外购件清单和外协件清单 对于自制件应确定毛坯形式 如型材 铸件 锻件 焊件和半成品件等 并填写毛坯备料清单 3 二类工具的设计和工艺编制专用二类工具的设计原则应该符合模具生产的特点 4 填写工艺规程的内容填写时要尽量采用工厂常用语 对于关键工序的技术要求和保证措施 检验方法要作必要的说明 返回 2 2 4模具制造工艺路线 1 分析估算模具制造的基本工艺路线如图2 2所示 首先 根据制品零件图样或实物进行估算 然后进行模具设计 零件加工 装配 调整 试模 直到生产出符合要求的制品 在接受模具制造的委托时 首先要根据制品零件图样或实物 分析研究将用模具的套数 模具结构及主要加工方法 然后进行模具价格估算 估算的内容包括 1 模具费用指材料费 外购零件费 设计费 加工费 装配调整及试模费 不可预见费等 必要时 还要估算各种加工方法所用的工具及其加工费等 最后得出模具制造价格 2 交货期估算完成每项工作的时间 并决定交货期 3 模具总寿命估算模具的单次寿命以及经多次简单修复后的总寿命 即在不发生事故的情况下 模具的自然寿命 返回 4 制品材料制品规定使用的材料性能 尺寸大小 消耗量以及材料的利用率等 返回 5 使用的设备了解设备的性能 规格及其附属设备 在进行模具价格估算时 只注意模具价格及交货期是不够的 一个优秀的模具技术人员 应该对模具制造和试模过程中可能出现的问题以及制成后的使用情况有充分的了解和估计 同时还要考虑到不可预见的情况 2 模具动 静态精度 刚度 生产周期 成本及寿命 1 模具动 静态精度机械产品的精度包括 尺寸精度 形状精度和相互位置精度 机械产品在工作状态和非工作状态的精度 又分别称为动态精度和静态精度 模具的精度主要体现在模具工作零件的精度和相关部位的配合精度 模具工作部位的精度高于产品制件的精度 例如冲裁模刃口尺寸的精度要高于产品制件的精度 冲裁凸模和凹模间冲裁间隙的数值大小和均匀一致性也是主要精度参数之一 平时测量出的精度都是在非工作状态下进行的 如冲裁间隙 即静态精度 而在工作状态时 受到工作条件的影响 其静态精度数值都发生了变化 这 返回 时称为动态精度 这种动态冲裁间隙才是真正有实际意义的 一般模具的精度也应与产品制件的精度相协调 同时也受模具加工技术手段的制约 今后随模具加工技术手段的提高 模具精度会有大的提高 模具工作零件的互换性生产将成为现实 影响模具精度的主要因素有以下几个方面 产品制件精度产品制件的精度越高 模具工作零件的精度就越高 模具精度的高低不仅对产品制件的精度有直接影响 而且对模具的生产周期 生产成本都有很大的影响 模具加工技术手段的水平模具加工设备的加工精度和自动化程度 是保证模具精度的基本条件 今后模具精度更大地依赖模具加工技术手段的高低 模具装配钳工的技术水平模具的最终精度很大程度依赖于装配调试 模具光整表面的表面粗糙度数值主要依赖模具钳工来完成 因此模具钳工技术水平是影响模具精度的重要因素 模具制造的生产方式和管理水平模具工作刃口尺寸在模具 返回 设计和生产时 是采用 配作法 还是 分别制造法 是影响模具装配精度的重要因素 对于高精度模具只有采用 配作法 才能满足高精度的要求 2 模具刚度对于高速冲压模 大型件冲压成型模 精密塑料模和大型塑料模 不仅要求具有高精度 还应有良好的刚度 这类模具工作负荷较大 当出现较大的弹性变形时 不仅要影响模具的动态精度 而且关系到模具能否继续正常工作 因此在模具设计中 在满足强度要求时 模具刚度也应得到保证 同时在制造时也要避免由于加工不当造成的附加变形 3 模具的生产周期模具的生产周期是指从接受模具订货任务开始到模具试模鉴定后交付合格模具所用的时间 当前 模具使用单位要求模具的生产周期越来越短 以满足市场竞争和更新换代的需要 因此 模具生产周期的长短是衡量一个模具企业生产能力和技术水平的综合标志之一 也关系到一个模具企业诩 业氖谐 赫 心芊裼辛 阒 亍同时模具的 返回 生产周期长短也是衡量一个国家模具技术管理水平高低的标志 影响模具生产周期的主要因素有 模具技术和生产的标准化程度模具标准化程度是一个国家模具技术和生产发展到一定水平的产物 目前 我国模具技术的标准化已有良好的基础 有模具基础技术标准 各种模具设计标准 模具工艺标准 模具毛坯和半成品件标准以及模具检验和验收标准等 由于我国企业的小而全和大而全状况 使得模具标准件的商品化程度还不高 这是影响模具生产周期的重要因素 模具企业的专门化程度现代工业发展的趋势是企业分工越来越细 企业产品的专门化程度越高 越能提高产品质量和经济效益 并有利于缩短产品生产周期 目前 我国模具企业的专门化程度还较低 只有各模具企业生产自己最擅长的模具类型 有明确和固定的服务范围 同时各模具企业互相配合搞协作化生产 才能缩短模具生产周期 返回 模具生产技术手段的现代化模具设计 生产 检测手段的现代化也是影响模具生产周期的因素之一 只有大力推广和普及模具CAD CAM技术 粗加工向高效率发展 毛坯下料采用高速锯床 阳极切割和砂轮切割等高效设备 粗加工采用高速铣床 强力高速磨床 精密加工采用高精度的数控机床 如数控仿形铣床 数控光学曲线磨床 高精度数控电火花线切割机床 数控连续轨迹坐标磨床等 并且推广先进快速制模技术 才能使模具生产技术手段提高到一个新水平 模具生产的经营和管理水平从管理上要效率 研究模具企业生产的规律和特点 采用现代化的管理手段和制度管理企业 也是影响模具生产周期的重要因素 4 模具生产成本模具生产成本是指企业为生产和销售模具所支付费用的总和 模具生产成本包括原材料费 外购件费 外协件费 设备折旧费 经营开支等等 从性质上分为生产成本 非生产成本和生产外成本 我们讲的模具生产成本是指与模具生产过程有直接关系的生产成本 返回 影响模具生产成本的主要因素有 模具结构的复杂程度和模具功能的高低现代科学技术的发展使得模具向高精度和多功能 自动化方向发展 相应地使模具生产成本提高 模具精度的高低模具的精度和刚度越高 模具生产成本也越高 模具精度和刚度应该与客观需要的产品制件的要求 生产批量的要求相适应 模具材料的选择模具费用中 材料费在模具生产成本中约占15 20 特别是因模具工作零件材料类别的不同 相差较大 所以应该正确地选择模具材料 使模具工作零件的材料类别首先应该和要求的模具寿命相协调 同时应采取各种措施充分发挥材料的效能 模具加工设备模具加工设备向高效 高精度 高自动化 多功能的方向发展 这使模具成本相应提高 但是 这些是维持和发展模具生产所必需的 应该充分发挥这些设备的效能 提高设备的使用效率 返回 模具的标准化程度和企业生产的专门化程度 这些都是制约模具成本和生产周期的重要因素 应通过模具工业体系的改革有计划 有步骤地解决 5 模具寿命模具寿命是指模具在保证产品零件质量的前提下 所能加工的制件的总数量 它包括工作面的多次修磨和易损件更换后的寿命 模具寿命 工作面的一次寿命 修磨次数 易损件的更换次数 一般在模具设计阶段就应明确该模具所适用的生产批量 类型或者模具生产制件的总次数 即模具的设计寿命 不同类型的模具正常损坏的形式也不一样 但总的来说工作表面损坏的形式有摩擦损坏 塑性变形 开裂 疲劳损坏 啃伤等 影响模具寿命的主要因素有 模具结构合理的模具结构有助于提高模具的承载能力 减轻模具承受的热和机械负荷水平 例如 模具可靠的导向机构 对于避免凸模和凹模间的互相啃伤是有帮助的 又如 承受高强度负荷的冷镦和冷挤压模具 对应力集中十分敏感 当承力件截面尺寸 返回 尺寸变化时 最容易由于应力集中而开裂 因此 截面尺寸变化处理是否合理 对模具寿命影响较大 模具材料应根据产品零件生产批量的大小 选择模具材料 生产的批量越大 对模具的寿命要求也越高 应选择承载能力强 服役寿命长的高性能模具材料 另外应注意模具材料的冶金质量可能造成的工艺缺陷及对工作时承载能力的影响 应采取必要的措施来弥补冶金质量的不足 以提高模具寿命 模具加工质量模具零件在机械加工 电火花加工 以及锻造 预处理 淬火硬化和在表面处理时的缺陷都会对模具的耐磨性 抗咬合能力 抗断裂能力产生显著的影响 例如 模具表面粗糙度 残存的刀痕 电火花加工的显微裂纹 热处理时的表层增碳和脱碳等缺陷都会对模具的承载能力和寿命带来影响 模具工作状态模具工作时 所用设备的精度与刚度 润滑条件 被加工材料的预处理状态 模具的预热和冷却条件等都对模具寿命产生影响 例如薄料的精密冲裁对压力机的精度 刚度尤为敏感 必须选择高精度 高刚度的压力机 才能获得良好的效果 返回 产品零件状况被加工零件材料的表面质量状态 材料硬度 伸长率等力学性能和被加工零件的尺寸精度都与模具寿命有直接的关系 模具的技术经济指标有 精度和刚度 生产周期 模具生产成本以及模具寿命 它们之间是互相影响和制约的 而且影响因素也是多方面的 在实际生产过程中要根据产品零件和客观需要综合平衡 抓住主要矛盾 求得最佳的经济效益 满足生产的需要 返回 2 3零件图的工艺分析 模具产品的生产 设计图纸就相当于工作指令 同时也是设计工艺过程的基本原始资料 工艺人员在拟定工艺方案的时候 首先要认真领会该产品的功用和各零件的结构特点 分析它的工艺性 基准情况以及应该采用什么样的加工方法 然后了解各项技术要求 分析关键所在 建立起如何保证加工质量的概念 必须在认真分析产品图纸 尤其是各个零件图的基础上 才能考虑工序安排及其他各项内容 2 3 1零件的结构分析2 3 2机械产品的结构工艺性 2 3 1零件的结构分析 1 零件的几何形状分析机械零件都是根据使用需要而设计的 所以各个零件的形状 尺寸相差很大 但如果从形体上分析 都是由单一的表面所组成 这些表面大致可分为 1 基本表面属于一般常见的简单几何形状 如平面 圆柱面 圆球面以及由这些表面所派生的圆锥 圆台 棱柱 棱台等 2 特形表面都属较为复杂的曲线 曲面所组成 如螺旋面 椭圆或椭球面 抛物面 双曲面及渐开线或摆线齿轮表面等 简单的零件可由一种表面构成 复杂的零件 可能由好几种表面所构成 需进一步分析各组成表面的连接形式 在头脑里构成一个立体形象 而后才可以较为正确地选择加工方法 研究怎样入手加工 返回 2 产品精度分析在零件图上 零件的尺寸精度按图纸所注尺寸公差决定 形状 位置精度则按公差框格标注 表面粗糙度由符号Ra表示 在装配图上 位置精度则按公差框格标注 有些特殊要求 如零件上的镀层 装配中运动件的运动精度和平衡性等则由另注技术要求表示 零件的精度 粗糙度要求和零件的几何形状 决定了它应采取什么样的加工方法 一般 精度要求和粗糙度要求是相适应的 精度 粗糙度要求高的 需要采取精密的加工方法 同时需要预加工 整个工艺过程的工序数较多 例如 轴类零件外圆加工都是车削 如果直径要求在八级精度以上 表面粗糙度的轮廓平均算术偏差Ra 2 5 m 需要经过车削后再磨外圆 如果长度大于直径的五倍 则需多次车削加工而后磨削 精度超过六级 表面粗糙度要求的轮廓平均算术偏差Ra 0 16 m 磨削之后还需超精加工 一个零件由许多表面构成 其中起主要作用的表面 如轴类零 返回 件的轴颈 壳体类零件的底面和轴承孔 其精度和粗糙度要求比同零件上其他表面高 这类表面称为 主要表面 采用哪些工艺措施来保证主要表面的精度 是设计工艺过程的关键 产品装配时的装配精度主要由零件制造精度来保证 但有一些配合精度要求特别高的 可按零件实际精度选配 位置精度特别高的 可在装配后配作 因此 图纸上的精度要求也决定了产品的装配工艺 3 各零件所用原材料原材料对工艺设计的影响主要有两个方面 一是毛坯方案 如铸铁应该选择铸造毛坯 锻件应该选择锻造毛坯 二是精加工方案 如钢材精加工用磨削 有色金属用车削 铣削 4 其他技术要求 1 热处理 表面处理及其他防腐处理 2 特殊检验方法 如磁力探伤 X光检查 荧光检验等 3 其他要求 如动平衡 退磁处理等 这些技术要求 一般每一项单独列一个工序 返回 2 3 2机械产品的结构工艺性 机械产品 除了满足使用性能之外 还应该便于加工制造 能够采用高效率 低成本的加工方法 必须避免因设计不合理而造成的加工困难 在同样生产条件下 采用较经济的方法保质保量地把产品加工出来 即是产品的 结构工艺性好 一个产品 结构工艺性好 就有利于优质高产 但是 结构工艺性的优劣 除与各个零件本身特点有关之外 还应考虑整机的装配工艺性和生产类型 生产类型不同 对结构工艺性的判断就不完全一样 设计人员在设计机械产品时 应该充分考虑其结构工艺性 工艺人员应该严格审查图纸的结构工艺性 衡量产品结构工艺性 一般包括下列各项 返回 1 原材料机械零件所采用的原材料 除满足强度要求外 还应考虑 1 便于采购 不随意使用贵重 稀缺材料 2 便于加工 不随意使用在原始状态下具有过高硬度 过高韧性的材料 2 各表面形状 结构应便于加工表2 3列出了几种零件的结构并对零件结构的工艺性进行对比 返回 返回 返回 2 4毛坯选择 工艺技术人员在编制工艺规程时 必须考虑毛坯方案 正确选择毛坯 对降低生产成本作用较大 2 4 1毛坯的分类和选择原则2 4 2毛坯的结构工艺性2 4 3毛坯加工 2 4 1毛坯的分类和选择原则 用以制造模具零件毛坯的有型材 型材焊接件 铸件 锻件四类 铸造毛坯又分为砂型铸造 金属模铸造 压力铸造 精密铸造 锻造毛坯又分为自由锻 普通模锻 精密模锻等 究竟选用哪一种毛坯合适 应根据所用材料 零件结构 复杂程度 生产类型和本厂的生产条件几个方面来决 2 4供选择时参考 此外 异型钢材 粉末冶金 工程塑料都在迅速推广 它们可以制造小余量 无余量毛坯 有些精密铸造件 只需精加工即可成为成品 有些根本不需要机械加工 即可直接装配在产品中使用 返回 返回 2 4 2毛坯的结构工艺性 设计工艺过程时 根据被加工零件情况 需要设计毛坯图 在设计毛坯图时应注意两方面问题 1 毛坯的形状和尺寸工艺人员在分析产品图纸后 应该对所负责设计的工艺过程的那部分零件决定毛坯方案 而后在编制工艺过程的同时 逐步决定毛坯尺寸和形状 画出毛坯图 先根据所采用的毛坯方案 估计各表面的工序数 由各工序的加工余量决定毛坯的尺寸 即在原零件尺寸基础上加上各表面在各工序所有的加工余量的总和 总加工余量 构成毛坯的初步形状 而后根据毛坯制造和零件机械加工所要求的结构工艺性修改其形状 绘制毛坯图 返回 2 毛坯的结构工艺性为了有利于毛坯成型 有利于机械加工 在设计毛坯时应充分注意其结构工艺性 1 铸件的结构工艺性分型面 一般取在制件中间部位截面较大处 由于液态金属在冷凝过程中 缺陷 夹渣大部分都集中在上部 所以上半部的加工余量比下半部略大些 预制孔 为了减轻毛坯重量 减小机械加工量 带孔零件的毛坯应制出预制孔 但小孔不便制出 铸件的壁厚 壁厚均匀 转接处带圆角 为了便于液态金属的流动 防止局部严重缩孔 铸件壁厚应均匀 并带圆角 如图2 3 a 所示 禁止采用如图2 3 b 所示的形状 返回 图2 3铸件壁厚和转接处形状 a 工艺性好 b 工艺性差加强筋 为减轻铸件的重量 铸件结构往往有许多凹缺 但铸铁性能较脆 所以在凹缺的地方应加上加强筋 图2 4 图2 4带加强筋的铸件 返回 大型铸件上表面应尽量不采取水平位置 由于铸件上部容易集中气孔 夹渣或充填不足等现象 大型铸件上表面面积较大 最好做成斜面 并把冒口放置在这一部位 以保证铸件质量 图2 5 a b 图2 5减速箱盖形状 a 不合理 b 合理 2 锻件的结构工艺性分模面 应放置在两个尺寸最大的 相互垂直的外廓尺寸所在平面 因为模锻件有飞边 大都用整体 两块 最多三块 模坯 分模面在最大外廓部位有利于拔模 返回 圆角和斜度 为了便于锻件成型 在转接处应有圆角 为便于拔模 锻件的拔模方向表面应有斜度或锥度 一般上模部分斜度或锥度大于下模部分斜度 图2 6 外形尽量简单平直 以便于制造模腔 便于锻件成型 预制孔 锻件锻造后 金属内部的晶粒被压扁或拉长成纤维状 增加了材料的强度 所以带孔零件最好预制孔 大孔可以制成通孔 但当L d 2时 或d 30mm时 只能做成盲孔 图2 7 返回 3 其他结构工艺性问题有些零件如轴瓦 砂轮用平衡块 车床走刀系统的开合螺母 半圆弧开口的扇形 半圆形零件 为了加工方便而且能保证加工质量 可把两件或更多件零件组成整图 采用整体毛坯 在圆弧部分加工完毕之后再切开 有些小零件外形较简单 一个方向都是直母线 图2 8 在设计毛坯时可把若干件合成一个大毛坯 加工到合适的时候再切开 a b 图2 8外形简单的小零件 返回 为了减少工件装夹变形 对于薄壁类零件应考虑多件合成一个毛坯 减少加工的装夹部位 有些小型 精度较高的轴类零件 为了保证各部分的位置精度 毛料需要加长 作为装夹用 以免加工时调头装夹误差过大 有些零件 如小型整体式刀具用作切削的部位要用高速钢 刀柄部一般只用碳钢就可以了 毛坯料应分成两部分 经对焊成一整体 返回 2 4 3毛坯加工 任何需要加工的模具零件 都要从毛坯开始加工 对于模具来说 毛坯的形式多种多样 其选择主要取决于模具的使用条件和结构形式 这与一般机器零件毛坯的选择原则是相同的 模具零件最常见的毛坯形式是锻件 型材 铸件等 如果对于模具工作状态下的承载能力要求高 或者是模具关键零件的结构形状不很复杂 采用锻造毛坯较合理 模具的一些较次要的和结构形状简单的零件 采用热轧圆钢 钢板或型材作为毛坯较合理 对于单件结构复杂而不便于或不允许拆散拼装的 或批量很大的模具 采用铸造毛坯较合理 这些原则并不是在任何情况下都是不变的 应该根据本厂的具体生产条件和模具的技术要求 全面权衡利弊 进行合理的选择 返回 模具毛坯外形的机械加工方法 通常是按照这些外形表面的几何特征和质量要求来进行选择的 旋转体表面 如圆柱面和圆锥面等 多在普通车床上进行加工 平面多采用铣床和刨床加工 长而窄的平面采用刨床加工效果更好 在进行模具毛坯的加工时 由于外形表面粗糙不平整 往往不便于装夹 因此 选择毛坯装夹面时 既要考虑对加工质量的影响 又要考虑装夹的稳定性和可靠性 毛坯加工机床的选择 主要考虑机床的生产效率 机床动力 机床各部分的刚度和强度等 在这些条件得到满足的情况下 机床应具备尽量高的精度等级 这是因为毛坯外形表面加工时切除的金属量很大 而且这层被切除的金属硬度较高 返回 通常毛坯在进行机械加工前 应进行适当的热处理 尤其是采用铸件毛坯时 若不先进行退火处理 则会因铸造过程中产生的内应力分布不均匀而造成机械加工后毛坯严重变形 当这种变形量大于后续工序的加工余量时 则产生不可修复的误差 从而使毛坯成为废品 另一方面 经过退火处理后 毛坯的组织均匀 硬度下降 既有利于对材料性能的要求 又使切削加工变得容易进行 在正常的情况下 毛坯的热处理是由毛坯的专业生产厂来完成的 因此 在订购毛坯时应向毛坯生产厂提出这一要求 对于一些精密模具或者结构复杂的模具 在进行毛坯外形加工后也要安排一些热处理工序 及时消除因切削大量金属后产生的内应力 减少零件内应力作用不平衡的程度 以便将零件的变形控制在最小的范围内 在进行毛坯的机械加工时 还应该正确选择刀具 采用适当的切削方法 在加工铸铁材料的毛坯时 可选用YG8 YG6 YG4等硬质合金刀具材料 加工合金钢毛坯时 可选用YT30 YT60 YT15和YG3硬质合金刀具 加工45号钢时 可选用YT15 YT30和YT60硬质合金刀具 为了保证刀具的使用寿命 在毛坯进行第一刀加工时 应当将切削深度适当取大些 使锋利的刀刃深入到毛坯硬皮层内 避免刀刃被毛坯表层硬皮磨钝或撞坏 返回 1 锻件毛坯模具零件毛坯的材质状态如何 对于模具加工的质量和模具寿命都有较大的影响 特别是模具中的工作零件 大量使用高碳高铬工具钢 这类材料的冶金质量存在严重的缺陷 如大量共晶网状碳化物的存在 这种碳化物很硬也很脆 而且分布不均匀 降低了材质的力学性能 恶化了热处理工艺性能 降低了模具的使用寿命 只有通过锻造 打碎共晶网状碳化物 并使碳化物分布均匀 细化晶粒组织 充分发挥材料的力学性能 才能提高模具零件的加工工艺性和使用寿命 综上所述 锻造的主要目的有 1 通过锻造得到合理的几何形状和机械加工余量 节省原材料和减少机械加工工作量 并使圆棒料的疏松和气泡等缺陷得到改善 提高了材料的致密度 并得到良好的机械加工性能 2 通过锻造改善材料碳化物分布不均匀的状态 使碳化物偏析 3级 GB1299 85中检验共晶碳化物不均匀度的第3级别图分为1 8级 改善由于碳化物分布不均匀 造成的热处理易开裂 硬度不均 返回 脆性加大 冲击韧性降低以及碳化物堆聚或呈网状出现在模具刃口处 易崩刃 折断和剥落等现象 提高了材质的热处理性能和模具的使用寿命 3 改善坯料的纤维方向 使纤维方向分布合理 满足不同类型模具的要求 提高模具零件的承载能力 同时通过合理的纤维方向 使模具零件的各向淬火变形趋向一致 提高材料的力学性能和使用性能 通过锻造和预处理可以获得机械加工和热处理加工需要的金相组织状态 从而提高了模具零件的机械加工和热处理加工的工艺性 毛坯锻造的技术要求如下 1 模坯机械加工余量矩形锻件加工余量见表2 5 圆形锻件的加工余量见表2 6 2 锻件热处理锻造后的毛坯为了消除锻造应力 软化锻件 便于以后的机械加工 应进行退火 正火和调质处理 交出的锻件要有一定的硬度值 各种钢材锻件硬度值见表2 7 3 对于模具主要零件 尤其是对热处理质量和使用寿命有要求的零件 坯料应采用改锻工艺 即坯料在锻造时经多次镦粗和拔长 以改进锻件致密度 使内部组织均匀 改进其使用性能及力学性能 返回 返回 返回 返回 4 锻件表面不能有裂纹 氧化皮脱碳层和表面锻造不平现象 尺寸应符合图纸要求 内部不应有夹层现象 锻造工艺要点如下 1 碳素工具钢 低合金钢的锻造碳素工具钢及低合金钢锻造要点见表2 8 2 高铬钢及高速钢的锻造 返回 返回 返回 坯件的加工方法如下 1 备料方法模具零件的坯料准备 一般根据模具图纸的零件明细表进行备料 其准备方法如下 根据零件图 计算出体积及重量大小 由于模具生产属于单件或小批生产 模具零件锻件的锻造方式为自由锻造 模具零件锻件的几何形状多为圆柱形 圆板形 矩形 也有少数为T形 L形 形等形状 锻件加工余量锻件应保证合理的机械加工余量 如果锻件机械加工的加工余量过大 不仅浪费了材料 同时造成机械加工工作量过大 增加了机械加工工时 如果锻件机械加工的加工余量过小 使锻 返回 造过程中产生的锻造夹层 表层裂纹 氧化层 脱碳层和锻造不平现象无法消除 从而得不到合格的模具零件 锻件下料尺寸的确定合理地选择圆棒料的尺寸规格和下料方式 对于保证锻件质量和方便锻造操作都有直接的关系 在圆棒料的下料长度 L 和圆棒料的直径 D 的关系上 应满足L 1 25 2 5 D 在满足上述关系的前提下 尽量选用小规格的圆棒料 关于下料方式 对于模具钢材料原则上采用锯床切割下料 应避免锯一个切口后打断 这样易于生成裂纹 如采用热切法下料 应注意将毛刺除尽 否则易生成折叠造成锻件废品 锻件毛坯下料尺寸的确定见表2 11 返回 返回 锻件在锻造过程中的总损耗量包括烧损量 切头损耗 芯料损耗三部分 烧损量包括坯料在加热和锻打时产生的氧化皮而形成的材料损耗 它和坯料加热次数 加热条件有关 经验表明当锻件质量小于5kg时 加热为1 2次 锻件质量为5kg 20kg时为2 3次 锻件质量为20kg 60kg时为3 5次 切头损耗指在锻造时由于切除锻件两端不平和裂纹部分的损耗 一般较小锻件不考虑这部分损耗 芯料损耗指锻件需要冲孔而产生的损耗 为了计算方便 总损耗量可按锻件重量的5 10 选取 在加热1 2次锻成 基本无鼓形和切头时 总损耗取5 在加热次数较多和有一定鼓形时 总损耗取10 根据计算出的体积与重量 依据材料库现有钢材的直径 换算出所需钢材的长短 并留有加工余量 用圆棒车削零件时 加工余量可按表2 12所列数字留取 对于长方体和正方体的坯料 其加工余量可按上述经验数值取 返回 锻压后的各个方向的外形尺寸 应比实际尺寸各方向放大5mm 6mm 即在各方向应留有5mm 6mm的留刨余量 热轧圆钢棒最小机械加工余量见表2 12 返回 2 坯料加工工序长方体加工工序 备料 锻造 热处理退火 刨六面 磨平面 圆形坯料加工工序 备料 车加工 平磨上下平面或内外圆磨表面 机械加工后的各坯料应打刻上印记 编号 超过20kg的零件 应在侧面设有供吊车提吊的凸起及凹口或吊环孔 各个零件加工后 各边应倒成 0 5 1 5 45 角以防后续工序碰伤手 3 坯料的留磨余量 矩形零件留磨余量见表2 13 返回 返回 返回 返回 2 锻压设备的选择模具生产属于单件生产 模具锻件的锻压方式应该是自由锻 使用的锻压设备为空气锤或蒸汽 空气锤 锻锤吨位的选择是否合理 直接影响锻件质量 锻造生产率和锻杆寿命 如果锻锤吨位过小 则锻造打击能量不足 造成锻打不深不透 锻件仅仅在表层发生一定的变形 而锻件心部的质量得不到改善 甚至发生恶化 如果锻锤吨位选择过大 则打击过重 容易出现锻裂现象 因此为了获得优良的锻件 应该选取足够能量的锻锤 以充分的变形进行多向反复锻打 控制锻件质量 对于高合金模具钢应该进行反复的镦粗和拔长 以充分发挥模具材料的性能 为得到高质量和高寿命的模具打好基础 对于高合金模具钢锻件 锻锤的吨位可以按表2 16选取 如果锻造低合金钢时 锻件的重量或尺寸可以按加一倍选取 返回 返回 3 锻造方式锻件的锻造方式主要有三种 即轴向镦拔 横向镦拔和多向镦拔 1 轴向镦拔轴向镦拔又称纵向镦拔 单向镦拔或不变向镦拔 它是沿着钢材的轴向 进行不变换方向的往复镦粗和拔长 每次镦拔过程如图2 9所示 返回 为了便于拔长和降低镦粗过程中侧面开裂的现象 对于合金钢锻件广泛采用方柱镦粗 即先将圆棒料锻为四角为圆弧状的方柱体 再进行镦粗 如果要求锻件材料的纤维方向为横向分布 在镦拔后应进行换向锻造 如果锻件是镦粗锻压 则镦件材料的纤维方向为辐射状分布 适用于工作表面沿圆周分布的模具零件 如圆盘剪刀和滚丝轮类的零件 2 横向镦拔横向镦拔又称径向镦拔 它是将钢料轴向镦拔之后 转90 沿垂直于纤维方向的多次镦拔 最终在镦粗或者拔长状态下进行整形 横向镦拔过程如图2 10所示 返回 返回 横向镦拔法的优点是拔长时端面开裂倾向小 钢材最致密 塑性最好的表面始终处于拔长时的端面 由于钢材表面层转移到锻坯的端面 纤维方向呈横向分布 锻件端面组织致密 锻件心部组织改善的效果好 锻造操作方便 有利于采用大镦粗比 横向镦拔法的主要缺点是原钢材心部纤维流向为横向 锻件操作方便 有利于采用大镦粗比 横向镦拔法的主要缺点是原钢材心部纤维流向为横向 锻件外圆组织不均匀 纤维方向不易掌握 它主要适用于工作型腔及刃口在端面及中心处的凸模 冷镦 冷挤压模具 不适用于工作部位在圆周的及要求淬火微变形的精密模具 3 多向镦拔多向镦拔又称三向镦拔 它综合了轴向及横向镦拔的特点 对原棒料从三个方向轮番进行反复镦拔 常见的镦拔过程如图2 11所示 多向镦拔法是获得优质锻件坯料的一种常用锻造方法 它的特点是锻造变形均匀 容易锻透 组织全面改善 碳化物细碎 返回 例2 1某模具零件材料为Cr12MoV 锻件尺寸为 60mm 100mm 下料尺寸 经计算最终确定备料尺寸为 80mm 60mm 设备 由 锻造设备手册 最终选定锻造设备为750kg锻锤 技术要求 在距端面30mm处检查碳化物不均匀等级 锻压操作 采用轴向镦拔法 每次镦粗均由高130mm镦成高40mm 每次镦粗比Y单 130 40 3 2 检查 锻造质量如表2 17所列 返回 例2 2某模具零件的外形尺寸为30mm 140mm 220mm 材料为Cr12MoV 锻件尺寸 36mm 145mm 225mm 重量9kg 技术要求 材料纤维方向垂直于模面 碳化物不均匀度 3级 表面 及4级 中心 备料尺寸 查相关表格最终确定备料尺寸为 85mm 210mm 锻造方法 查相关表格知初锻温度为1050 1100 终锻温度为850 900 采用多向镦拔 5次加热 8次镦拔 锻压设备 查相关表格最终选定锻造设备为1T锻锤 返回 锻件质量和横向一次镦粗的同样锻件质量进行比较 结果如表2 18所示 返回 4 锻件的质量要求影响锻件质量的主要因素有以下四个方面 原材料的质量状态和备料情况 锻锤吨位的选择是否合理 锻件坯料的加热 冷却温度 每次锻压变形量等工艺参数是否正确 锻造方式的选择和锻造比的大小 对锻件的质量有如下要求 1 锻件的形状 尺寸要求应符合锻件图的要求 机械加工余量要符合规定的要求 2 锻件的表面裂纹 折叠等缺陷及脱碳层深度应控制在机械加工余量的1 3以下 3 碳化物不均匀等级对于过共析碳素工具钢及合金工具钢的残余网状碳化物 带状碳化物及碳化物偏析三项均不应超过2级 形状简单 受力不大的模具零件不应超过3级 高碳高铬工具钢和高速钢模具锻件的共晶碳化物不均匀度可以控制在4级左右 当共晶碳化物不均匀度 5级时 零件的工艺性及使用性能将急剧恶化 重载模具零件的锻件应该 3级 小规格的模具零件可以采 返回 用直径 40mm的圆棒料改锻 共晶碳化物不均匀度可以控制在 2级 4 纤维方向的合理分布及钢材表面层的正确配置圆棒料的表面层组织比较致密 越向中心组织越差 圆棒锯切下料后两端面相当于心部组织 其力学性能差 因此 应将圆棒料的表面层配置在工作面上 锻造时 避免圆棒料的端面置于工作型腔处 对于型腔尺寸要求严格 淬火后不再加工的精密模具零件 锻件的纤维方向应平行于型腔的短轴 图2 12 a 或纤维方向垂直于型腔端面呈辐条状放射分布 图2 12 b 最佳的纤维方向为无定向分布 图2 12 c 和 d 这种情况不仅各方向淬火变形量接近一致 便于控制 而且力学性能和耐磨性能达到较高水平 对于重载模具或淬火后再进行尺寸加工的模具 其纤维方向应与最大拉应力方向平行 或者纤维方向在型腔部位不间断 返回 5 锻件硬度及金相组织锻件在锻造之后应及时进行球化退火等预处理 以消除锻件内残留的片状碳化物 形成有利于强韧性和冷 热加工工艺性的球化体组织 常用模具钢材料球化退火硬度及金相组织要求见表2 19 一般锻件在退火后 磨去脱碳层 检查布氏硬度 精密 复杂和重载的模具要检查金相组织 返回 返回 2 5定位基准的选择 选择定位基准 是保证产品精度的重要问题 也是设计工艺过程的关键 基准选择不当 会使加工工序增多 或使夹具设计复杂化 更有甚者 被加工零件根本达不到精度要求 所以工艺人员必须正确地分析产品设计的精度情况 抓住如何保证精度要求这一工艺工作的中心环节 正确选择定位基准 使所编的工艺过程能够保证产品的质量要求 2 5 1定位基准的特点2 5 2定位基准分类2 5 3定位基准选择 为了保证加工精度 工件应按照对定位的要求选择定位基准 定位基准有三个特点 1 工件定位时 所选定位基准可能是点或线 这些点或线应由某些具体的表面体现出来 这些表面称为定位基准面 例如以中心线作定位基准 可由内 外圆表面或两对称的侧平面体现 2 工件定位时 往往通过它的定位表面放置在机床上或夹具中 这时定位基准面起支承作用 但并不是所有定位表面都起支承作用 如直接找正 划线找正定位 所找正的那条线或那个面本身是定位基准 有时它是被加工表面 不能起支承作用 而用以起支承作用的表面不作定位用 3 工件定位时 应视零件加工的具体情况 根据六点定位原则选择定位基准 需要限制的自由度少 可能只需一个表面定位 如平面 所需要限制的自由度多 则需要一组表面定位 限制六个自由度 必须沿三个坐标方向以三个表面作定位基准 2 5 1定位基准的特点 返回 由于产品的精度在很大程度上取决于定位基准选择是否合适 作为定位基准的表面应该具备一定的精确性 但是 在一个毛坯件的第一道机械加工工序 工件上各表面都是毛面 所选用的基准面也只能是毛面 因此 定位基准就有粗基准 毛基准 和精基准 光基准 的差别 它们的情况不同 选择的原则也就不一样 在绝大多数情况下 所选择的定位基准在加工时同时起支承工件的作用 选择定位表面总是考虑到能稳定可靠地支承零件 但也有一些大型的或特殊形状的零件 在加工某