模具制造工艺学

1.1模具工业在国民经济中的地位1.2我国模具工业的现状及发展趋势1.3模具制造的要求、特点、过程和方法1.4本课程的性质、任务和要求,第1章绪论,返回目录,第1章绪论,1.1模具工业在国民经济中的地位,利用模具成型零件的方法，是一种少切削、无切削、多工序重合的生产方法。采用模具成型的工艺代替传统的切削加工工艺，可以提高生产效率、保证零件质量、节约材料、降低生产成本，从而取得很高的经济效益。因此，模具成型方法在现代工业的主要部门，如机械、电子、轻工、交通和国防工业中得到了极其广泛的应用。例如70以上的汽车、拖拉机、电机、电器、仪表零件，80以上的塑料制品，70以上的日用五金及耐用消费品零件，都采用模具成型的方法来生产。,返回,由此可见，利用模具生产零件的方法已成为工业上进行成批或大批生产的主要技术手段，它对于保证制品质量，缩短试制周期，进而争先占领市场，以及产品更新换代和新产品开发都具有决定性意义。因此德国把模具称为“金属加工中的帝王”，把模具工业视为“关键工业”；美国把模具称为“美国工业的基石”，把模具工业视为“不可估量其力量的工业”；日本把模具说成是“促进社会富裕繁荣的动力”，把模具工业视为“整个工业发展的秘密”。我国将模具工业视为整个制造业的“加速器”。从另一方面来看，机床、刀具工业素有“工业之母”之称，在各个工业发达国家中都占有非常重要的地位。由于模具工业的重要性，模具成型工艺在各个工业部门得到了广泛的应用，使得模具行业的产值已经大大超过机床、刀具工业的产值。,返回,从另一方面来看，机床、刀具工业素有“工业之母”之称，在各个工业发达国家中都占有非常重要的地位。由于模具工业的重要性，模具成型工艺在各个工业部门得到了广泛的应用，使得模具行业的产值已经大大超过机床、刀具工业的产值。这一情况充分说明了在国民经济蓬勃发展的过程中，在各个工业发达国家对世界市场进行激烈争夺的过程中，愈来愈多的国家采用模具来进行生产，模具工业明显地成为技术、经济和国力发展的关键。从我国的情况来看，不少工业产品质量上不去，新产品开发不出来，老产品更新速度慢，能源消耗指标高，材料消耗量大，这都与我国模具生产技术落后，没有一个强大的、先进的模具工业密切相关。因此，要使国民经济各个部门获得高速发展，尽快缩短和发达国家之间的差距，加速实现社会主义现代化步伐，惟一的出路就是必须尽快将模具工业搞上去，使模具生产形成一个独立的工业部门，从而充分发挥模具工业在国民经济中的关键作用。,返回,1.2模具工业在国民经济中的地位,从另一方面来看，机床、刀具工业素有“工业之母”之称，在各个工业发达国家中都占有非常重要的地位。由于模具工业的重要性，模具成型工艺在各个工业部门得到了广泛的应用，使得模具行业的产值已经大大超过机床、刀具工业的产值。这一情况充分说明了在国民经济蓬勃发展的过程中，在各个工业发达国家对世界市场进行激烈争夺的过程中，愈来愈多的国家采用模具来进行生产，模具工业明显地成为技术、经济和国力发展的关键。从我国的情况来看，不少工业产品质量上不去，新产品开发不出来，老产品更新速度慢，能源消耗指标高，材料消耗量大，这都与我国模具生产技术落后，没有一个强大的、先进的模具工业密切相关。近年来，我国模具技术的发展进步主要表现在：(1)研究开发了模具新钢种及硬质合金、钢结硬质合金等新材料，并采用了一些新的热处理工艺，延长了模具的使用寿命。,返回,(2)开发了一些多工位级进模和硬质合金模等新产品，并根据国内生产需要研制了一批精密塑料注射模。(3)研究开发了一些模具加工新技术和新工艺。如三维曲面数控、仿形加工；模具表面抛光、表面皮纹加工及皮纹辊制造技术；模具钢的超塑性成型技术和各种快速成型技术等。(4)模具加工设备已得到较大发展，国内已能批量生产精密坐标磨床、计算机数字控制(CNC)铣床、CNC电火花线切割机床和高精度电火花成型机床等。(5)模具计算机辅助设计和制造(模具CAD/CAM/CAE)已在国内得到了广泛的开发应用。我国的模具技术虽然得到了较大的发展，但仍然不能满足国民经济高速发展的需要，还需花费大量资金从国外进口模具，其原因是:专业化生产和标准化程度低。当前专业化程度小于10；标准化程度小于20；模具品种少，生产效率低，经济效益较差；,返回,模具生产制造周期长，精度不高，制造技术落后；模具寿命短，新材料使用量少；模具生产力量分散，管理落后。根据我国模具技术发展的现状及存在问题，今后的发展方向是：开发和发展精密、复杂、大型、长寿命的模具，以满足国内外市场的需要；加速模具的标准化和商品化，以提高模具质量，缩短模具生产周期;大力开发和推广应用模具CAD/CAM/CAE技术，提高模具制造过程的自动化程度；积极开发模具新品种、新工艺、新技术和新材料；发展模具加工成套设备，以满足高速发展的模具工业需要。,返回,1.3模具制造的要求、特点、过程和方法,1.模具制造的基本要求和特点在模具生产中，除了正确进行模具设计、采用合理的模具结构外，还必须以先进的模具制造工艺作为保证。制造模具时，应满足以下几个基本要求。(1)制造精度高为了生产合格的产品和发挥模具的效能，设计、制造的模具必须具有较高的精度。模具的精度主要是由模具零件精度和模具结构的要求来决定的。为了保证制品精度，模具工作部分的精度通常要比制品精度高24级；模具结构对上、下模之间的配合有较高要求，因此组成模具的零件都必须有足够的制造精度。,返回,(2)使用寿命长模具是比较昂贵的工艺装备，其使用寿命长短直接影响产品成本的高低，因此，除了小批量生产和新产品试制等特殊情况外，一般都要求模具有较长的使用寿命。在大批量生产的情况下，模具的寿命是先决条件。(3)制造周期短模具制造周期的长短主要取决于制模工艺和生产管理水平的高低。为了满足生产需要，提高产品竞争能力，必须在保证质量的前提下尽量缩短模具制造周期。(4)模具成本低模具成本与模具结构的复杂程度、模具材料、制造精度要求及加工方法等有关，必须根据制品要求合理设计模具和制定其加工工艺。上述四项指标是相互关联、相互影响的，片面追求模具精度和使用寿命必然会导致制造成本的增加。当然，只顾降低成本和缩短制造周期而忽视模具精度和使用寿命的做法也是不可取的。在设计与制造模具时，应根据实际情况作全面考虑，即在保证制品质量的前提下，选择与制品生产量相适应的模具结构和制造方法，使模具成本降低到最低限度。,返回,模具制造属于机械制造范畴，但与一般机械制造相比，它具有许多特点。单件生产用模具成型制品时，每种模具一般只生产12副，所以模具制造属于单件生产。每制造一副模具，都必须从设计开始，制造周期比较长。制造质量要求高模具制造不仅要求加工精度高，而且还要求加工表面质量好。一般来说，模具工作部分制造公差应控制在0.01mm；工作部分的表面粗糙度Ra。要求小于0.8m。形状复杂模具的工作部分一般都是二维或三维复杂曲面，而不是一般机械的简单几何体。材料硬度高模具实际上相当于一种机械加工工具，硬度要求高，一般采用淬火工具钢或硬质合金等材料，采用传统的机械加工方法制造有时十分困难。,返回,2.模具制造的工艺过程模具制造的工艺过程如图1.1所示，首先根据制品零件图或实物进行工艺分析，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。,返回,(1)分析估算在接受制造模具的委托时，首先根据制品零件图样或实物分析研究采用什么样的成型方案、确定模具套数、模具结构及主要加工方法，然后估算模具费用及交货期等。(2)模具设计经过认真的工艺分析，然后进行模具设计。装配图设计模具设计方案及结构确定后，就可绘制装配图。零件图设计根据装配图拆绘零件图，使其满足装配关系和工作要求，并注明尺寸、公差、表面粗糙度等技术要求。(3)零件加工每个需要加工的零件都必须按照图样制定其加工工艺，然后分别进行毛坯准备、粗加工、半精加工、热处理及精加工或修研抛光。(4)装配调整装配就是将加工好的零件组合在一起构成一副完整的模具。除紧固定位用的螺钉和销钉外，一般零件在装配调整过程中仍需一定的人工修研或机械加工。(5)试模装配调试好的模具，需要安装到机器设备上进行试模。检查模具在运行过程中是否正常，所得到的制品是否符合要求。如有不符合要求的则必须拆下模具加以修正，然后再次试模，直到能够完全正常运行并能加工出合格的制品。,返回,3.模具零件的主要加工方法模具零件绝大多数为金属材料，主要的加工方法有机械加工、特种加工和表面精加工等。(1)机械加工机械加工(即传统的切削与磨削加工)与现代数控机床加工，是模具制造中不可缺少的一种重要加工方法。即使采用其他方法加工制造模具，机械加工也常作为零件粗加工和半精加工的主要方法。机械加工的主要特点是加工精度和生产效率高，通用性好，用相同的设备和工具可以加工出各种形状和尺寸的工件。但是，用机械加工方法加工形状复杂的工件时，其加工速度很慢，高硬度材料难以加工。(2)特种加工特种加工是有别于传统机械加工的加工方法，因为它不是用力进行加工的，所以不要求工具的硬度大于工件的硬度。它是直接利用电能、声能、光能、化学能等来去除工件上的余量，以达到一定形状、尺寸和表面粗糙度要求的加工方法，其中包括电火花成型加工、电火花线切割加工、超声波加工、激光加工、化学加工等。,返回,1.4本课程的性质、任务和要求,本课程是模具专业的一门专业课。在学习本课程之前，学生应修完了“机械制造基础”课程，并开始学习“冷冲压与塑料成型机械”、“冲压工艺与模具设计”、“塑料成型工艺与模具设计”等有关课程，对模具设计已有初步的了解。由于模具设计与制造工艺之间有着密切的关系，作为一个模具设计人员如果不熟悉模具制造工艺知识，甚至连自己设计出来的模具都不知道应该用什么方法制造，那么不管其设计的模具功能多全，精度定得多高，我们仍然不可以说这是一副好的模具，因为所设计的模具未必是合理的，可能不仅工艺性和经济性很差，甚至无法加工。因此，作为模具设计人员，在掌握设计知识后还必须熟悉模具制造方面的工艺知识，只有这样才能避免理论脱离实际，也只有这样，才能成为一个优秀设计师，即“一个好的设计师首先必须是一个好的工艺师”。本课程的任务是使学生掌握,返回,模具设计与制造必须具备的工艺知识，提高合理设计模具的能力。由于工业生产的发展和金属成型新技术的应用，对模具制造技术的要求越来越高，使之趋于复杂化和多样化。模具的制造方法已不再是过去的手工作业和传统的一般机械加工，而是广泛采用电火花成型、数控线切割、电化学加工、超声波加工、激光加工以及成型磨削、数控仿形、快速加工等现代加工技术。通过本课程的学习，要求学生掌握各种现代模具加工方法的基本原理、特点及加工工艺，掌握各种制造方法对模具结构的要求，以提高学生分析模具结构工艺性的能力。本课程的实践性很强，涉及的知识面很广。因此，在学习本课程时，既要重视必要的工艺原理与特点等理论学习，又要注重实践环节，认真参加现场教学和实训，不断丰富自己的实践知识。,返回,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,第2章模具制造工艺过程的编制,2.1基本概念,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。,2.1.1模具制造的生产过程,返回,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GB763587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,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。,返回,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Ra2.5m，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Ra2时，或d2)时，电极轮廓应比凸模轮廓均匀地放大一个数值a1，但形状相似。电极单边缩小或放大的数值可用下式计算：a1=1/2Z-2式中：a1电极横截面轮廓的单边缩小或放大量，mm；Z凸、凹模双边配合间隙，mm；单边放电间隙，mm。电极长度尺寸的确定。电极的长度取决于凹模结构形式、型孔的复杂程度、电极使用次数、装夹形式及电极制造工艺等一系列因素，可按图4.10进行计算：LKt+h+l+(0.40.8)(n-1)Kt式中：t凹模有效厚度(电火花加工的深度)，mm；h当凹模下部挖空时，电极需要加长的长度，mm；l为夹持电极而增加的长度(约为10mm20mm)；n电极的使用次数；K与电极材料、型孔复杂程度等因素有关的系数。K值选用的,返回,经验数据：紫铜为22.5，黄铜为33.5，石墨为1.72，铸铁为2.53，钢为33.5。当电极材料损耗小、型孔简单、电极轮廓无尖角，K值取小值；反之取大值。,图4.10电极长度尺寸,返回,若加工硬质合金时，由于电极损耗较大，电极长度应适当加长些，但其总长度不宜过长，太长会带来制造上的困难。在生产中为了减少脉冲参数的转换次数，简化操作，有时将电极适当增长，并将增长部分的截面尺寸均匀地缩小，做成阶梯状，成为阶梯电极，如图4.11所示。阶梯部分的长度L，一般取凹模加工厚度的1.5倍左右，阶梯部分的均匀缩小量h1=0.10mm0.15mm。对阶梯部分不便进行切削加工的电极，常用化学浸蚀方法将断面尺寸均匀缩小。,图4.11阶梯电极,返回,电极公差的确定。截面的尺寸公差取凹模刃口相应尺寸公差的1/22/3。电极在长度方向上的尺寸公差没有严格要求。电极侧面的平行度误差在l00mm长度上不超过0.01mm。电极工作表面的粗糙度不大于型孔的表面粗糙度。3.凹模模坯准备凹模模坯准备是指完成电火花加工前的全部工序。常用的凹模模坯准备工序如下。(1)下料用锯床锯割所需的材料，包括需切削的材料。(2)锻造锻造所需的形状，并改善其内部组织。(3)退火消除锻造后的内应力，并改善其加工性能。(4)刨(铣)刨(铣)四周及上下两平面，厚度留余量0.4mm0.6mm。(5)平磨磨上下平面及相邻两侧面，对角尺，达Ra0.63m1.25m。(6)划线钳工按型孔及其他安装孔划线。(7)钳工钻排孔，去除型孔废料。,返回,(8)插(铣)插(铣)出型孔，单边留余量0.3mm0.5mm。(9)钳工加工其余各孔。(10)热处理按图样要求淬火。(11)平磨磨上下两面，为使模具光整，最好将四侧面再磨一遍。(12)退磁退磁处理。为了提高电火花加工的生产率和便于工作液强迫循环，凹模模坯应去除型孔废料，只留很少的余量作为电火花穿孔余量。为了避免淬火变形的影响，电火花穿孔加工应在淬火后进行。4.电规准的选择与转换电火花加工中所选用的一组电脉冲参数称为电规准。电规准应根据工件的加工要求、电极和工件材料、加工的工艺指标等因素来选择。选择的电规准是否恰当，不仅影响模具的加工精度，还直接影响加工的生产率和经济性，在生产中主要通过工艺试验确定。通常要用几个规准才能完成凹模型孔加工的全过程。电规准分为粗、中、精三档。从一个规准调整到另一个规准称为电规准的转换。,返回,粗规准主要用于粗加工。对它的要求是生产率高，工具电极损耗小。被加工表面的粗糙度Ra12.51m。所以粗规准一般采用较大的峰值电流，较长的脉冲宽度(ti=20s60s)，采用钢电极时，电极相对损耗应低于10。精规准用来进行精加工。要求在保证模具各项技术要求(如配合间隙、表面粗糙度和刃口斜度)的前提下尽可能提高生产率。故多采用小的峰值电流、高频率和短的脉冲宽度(ti2s6s)。被加工表面粗糙度可达Ra1.6m0.8m。中规准是粗、精加工间过渡性加工所采用的电规准，用以减小精加工余量，促进加工稳定性和提高加工速度。中规准采用的脉冲宽度一般为6s20s。被加工表面粗糙度Ra=6.3m3.2m。粗、精规准的正确配合，可以较好地解决电火花加工的质量和生产率之间的矛盾。凹模型孔用阶梯电极加工时，电规准转换的程序是：当阶梯电极工作端的阶梯进给到凹模刃口处时，转换成中规准过渡加工1mm2mm后，再转入精规准加工；若精规准有两档，还应依次进行转换。在规准转换时，其他工艺条件也要适当配合。,返回,粗规准加工时，排屑容易，冲油压力应小些；转入精规准加工后加工深度增加，放电间隙小，排屑困难，冲油压力应逐渐增大；当穿透工件时，冲油压力适当降低。对加工斜度、粗糙度要求较小和精度要求较高的模具零件加工，要将上部冲油改为下部抽油，以减小二次放电的影响。,返回,用电火花加工型腔要比加工凹模型孔困难得多。因为型腔属于盲孔加工，金属蚀除量大，工作液循环困难，电蚀产物排除条件差，电极损耗不能用增加电极长度和进给来补偿；加工面积大，加工过程中要求电规准的调节范围也较大；型腔复杂，电极损耗不均匀，影响加工精度。因此，型腔加工要从设备、电源、工艺等方面采取措施来减小或补偿电极损耗，以提高加工精度和生产率。与机械加工相比，电火花加工的型腔具有加工质量好、粗糙度小、减少了切削加工手工劳动量，使生产周期缩短的优点。特别是近年来由于电火花加工设备和工艺的日趋完善，它已成为解决型腔半精加工、精加工的一种重要手段。1.型腔加工方法(1)单电极加工法单电极加工法是指用一个电极加工出所需的型腔。用于下列几种情况。,4.1.5型腔的加工,返回,用于加工形状简单、精度要求不高的型腔。用于加工经过预加工的型腔。为了提高电火花加工效率，型腔在电加工之前采用切削加工方法进行预加工，并留适当的电火花加工余量，在型腔淬火后用一个电极进行精加工，因到型腔的精度要求。一般型腔可用立式铣床进行预加工；复杂型腔或大型型腔可先用立式铣床去除大量的加工余量，再用仿形铣床精铣。在能保证加工成型的条件下电加工余量越小越好。一般型腔侧面余量单边留0.1mm0.5mm，底面余量0.2mm0.7mm。如果是多台阶复杂型腔则余量应适当减小。电加工余量应均匀，否则将使电极损耗不均匀，影响成型精度。用平动法加工型腔。对有平动功能的电火花机床，在型腔不预加工的情况下也可用一个电极加工出所需型腔。在加工过程中，先采用低损耗、高生产率的电规准进行粗加工，然后启动平动头带动电极(或数控坐标工作台带动工件)做平动，同时按粗、中、精的加工顺序逐级转换电规准，并相应加大电极做平动的回转半径，将型腔加工到所规定的尺寸及表面粗糙度要求。,返回,(2)多电极加工法多电极加工法是用多个电极，依次更换加工同一个型腔，如图4.12所示。每个电极都要对型腔的整个被加工表面进行加工，但电规准各不相同。所以设计电极时必须根据各电极所用电规准的放电间隙来确定电极尺寸。每更换一个电极进行加工，都必须把被加工表面上由前一个电极加工所产生的电蚀痕迹完全去除。,图4.12多电极加工示意图1模坯；2精加工后的型腔；3中加工后的型腔；4粗加工后的型腔,返回,用多电极加工法加工的型腔精度高，尤其适用于加工尖角、窄缝多的型腔。其缺点是需要制造多个电极，并且对电极的制造精度要求很高，更换电极需要保证高的定位精度。因此，这种方法一般用于精密和复杂型腔的加工。(3)分解电极法分解电极法是根据型腔的几何形状，把电极分解成主型腔电极和副型腔电极，电极分别制造。先用主型腔电极加工出型腔的主要部分，再用副型腔电极加工型腔的尖角、窄缝等部位。此法能根据主、副型腔的不同加工条件，选择不同的电规准，有利于提高加工速度和加工质量，使电极易于制造和修整。但主、副型腔电极的安装精度要求高。2.电极设计(1)电极材料和结构选择电极材料型腔加工常用的电极材料主要是石墨和纯铜，纯铜组织致密，适用于形状复杂、轮廓清晰、精度要求较高的塑料成型模、压铸模等，但机械加工性能差，难以成型磨削。由于其密度大、价格贵、不宜