模具制造工艺学培训全套170页

1、1生产过程与工艺过程生产过程与工艺过程 1) 产品投产前的生产技术准备工作产品投产前的生产技术准备工作 2) 毛坯制造毛坯制造 如毛坯的锻造、铸造和冲压等。如毛坯的锻造、铸造和冲压等。 3) 零件的加工过程零件的加工过程 如机械加工、特种加工、焊接、热处理如机械加工、特种加工、焊接、热处理 和和 表面处理等。表面处理等。 4) 产品的装配过程产品的装配过程 5) 各种生产服务活动各种生产服务活动 一、基本概念基本概念 （1）生产过程）生产过程：将原材料转变为成品的全过程称为生产过将原材料转变为成品的全过程称为生产过 程。程。它主要包括：它主要包括： （2）工艺过程）工艺过程：生产过程中为改变生

2、产对象的形状、尺寸、 相对位置和性质等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过 程。若采用机械加工方法来完成上述过程，则称其为机械加工机械加工 工艺过程工艺过程。 2机械加工工艺过程及其组成机械加工工艺过程及其组成 （1 1）工序）工序 机械加工工艺过程是由一个或若干个按顺序排列的工 序组成。 工序工序: :是一个或一组工人，在是一个或一组工人，在一个工作地点一个工作地点对对同一个或同同一个或同 时对几个时对几个工件进行加工所工件进行加工所连续连续完成的那一部分工艺过程。完成的那一部分工艺过程。 它是组成工艺过程的基本单元，又是生产计划和经济核算它是组成工艺过程的基本单元，又是生产计划和经济核算

3、 的基本单元。的基本单元。 例1：每一个工件在同一台机床上钻孔后就接着铰孔， 若在该机床上将这批工件都钻完孔后再逐个铰 孔，对一个工件的钻铰加工过程就不连续了，钻、 铰加工应该划分成两道工序。 则 该孔的钻、铰加工过程是连续的，应算 作一道工序。 表表1-1 模柄的工艺过程模柄的工艺过程 走刀：一个工步内每进行一次切削即为一次走刀。 工序工序工步工步 走刀走刀 （2）工步及走刀）工步及走刀 工步：是在加工表面加工表面和加工工具加工工具（切削用量中的转速 与进给量）不变的情况下，所连续完成的那一部分工 序。 安装：安装：定位后并将其夹紧。工件定位定位及夹紧夹紧的过程称为装夹。 工件经一次装夹后所

4、完成的那一部分工序。 （3）安装及工位）安装及工位 定位：定位：工件在加工之前，应使其在机床上(或夹具中)处于 一个正确的位置。 工位：工位：为了完成一定的工序部分，一次装夹工件后，工件 与夹具或设备的可动部分一起，相对于刀具或设备的固定 部分所占据的每一个位置。 企业在计划期内应生产的产品量(年产量)，称为生产 纲领。 某种零件的年产量可用以下公式计算 NQn(1+a+b) （2）生产类型）生产类型 根据产品的生产纲领大小、品种多少、结构大小为 划分依据。 3生产纲领和生产类型生产纲领和生产类型 （1）生产纲领）生产纲领 年产量与生产类型的关系年产量与生产类型的关系 模具生产极少有大量生产模

5、具生产极少有大量生产 各种生产类型的工艺特征各种生产类型的工艺特征 作用：(1) 工艺规程是指导生产的重要技术文件 (2) 工艺规程是生产组织和生产管理工作的基本依据 (3) 工艺规程是新建或扩建工厂或车间的基本资料 二、工艺规程制定的原则和步骤二、工艺规程制定的原则和步骤 1工艺规程的作用工艺规程的作用 工艺规程工艺规程规定产品或零部件制造工艺过程和操作方法等的 工艺文件。 机械加工工艺规程机械加工工艺规程一般应规定工件加工的工艺路线、工序的 加工内容、检验方法、切削用量、时间定额以及所采用的设 备和工艺装备等。 2机械加工工艺规程的基本原则：机械加工工艺规程的基本原则： 三个方面的要求：

6、(1) 技术上的先进性 (2) 经济上的合理性。 (3) 有良好的劳动条件。 保证以最低的生产成本和最高的生产效率，可靠地 加工出符合设计图样要求的产品。 (7) 确定切削用量及时间定额 3制订工艺规程的步骤制订工艺规程的步骤： (1) 研究产品的装配图和零件图进行工艺分析 (2) 确定生产类型 (3) 确定毛坯 (4) 拟定工艺路线 (5) 确定各工序的加工余量，计算工序尺寸及其公差 (6) 选择各工序使用的机床设备及刀具、夹具、量具和 辅助工具 (8) 填写工艺文件 4工艺文件及其作用：工艺文件及其作用： (1) 工艺过程综合卡片 小批量 (2) 机械加工工艺过程卡片 成批 (3) 机械加

7、工工序卡片 大批量 三、产品图样（零件）的工艺分析三、产品图样（零件）的工艺分析 零件的工艺分析零件的工艺分析 零件结构的工艺分析 零件的技术要求分析 1零件结构的工艺分析零件结构的工艺分析 零件结构的工艺分析 表面组成 表面尺寸大小 表面的不同组合 零零 件件 结结 构构 的的 工工 艺艺 性性 比比 较较 零件结构的工艺分析重点： (1) 零件尽量由简单且有规律的表面构成。 (2) 零件表面有关尺寸应标准化、规格化。 (3) 零件有关表面形状应与加工刀具形状相适应。 (4) 尽量减少加工面积。 (5) 尺寸标注要保证加工的方便性。 (6) 合理地标注加工精度和表面粗糙度。 (7) 合理地选

8、择零件的材料。 (8) 零件的结构应保证加工时刀具的引进和退出。 (9) 零件的结构应能尽量减少加工时的装夹或工位 数及换刀的次数。 例例: ( (1) )增加工艺凸台增加工艺凸台 2、便于加工和测量、便于加工和测量 3、利于保证加工质量和提高生产效率利于保证加工质量和提高生产效率 （6 6） 尽量减少加工量尽量减少加工量 1) 1) 采用标准型材采用标准型材 铣凹槽：铣凹槽： 、提高标准化程度、提高标准化程度 钻盲孔：钻盲孔： （1）尽量采用标准件）尽量采用标准件 铣型腔：铣型腔： 5、合理地规定表面的精度等级和粗糙度的数值、合理地规定表面的精度等级和粗糙度的数值 6、既要结合本单位的具体加

9、工条件（如设备和人工、既要结合本单位的具体加工条件（如设备和人工 的技术水平），又要考虑与先进的工艺方法相适应的技术水平），又要考虑与先进的工艺方法相适应 练习题：练习题： 铣平面 齿轮轴滚齿 三联齿轮插齿 车内螺纹 车外螺纹 插键槽 钻孔 箱体镗孔 2零件的技术要求分析零件的技术要求分析 加工顺序 最终加工方法 加工方法、加工余量、 工艺路线 (1)零件材料的工艺性及组织和力学性能要求 (2)零件的结构形状和尺寸 (3)生产类型 (4)工厂生产条件 毛坯毛坯是根据零件(或产品)所要求的形状、工艺尺寸等 而制成的供进一步加工用的生产对象。 1. 毛坯的选择依据：毛坯的选择依据： 2 2毛坯的种

10、类（四种）毛坯的种类（四种） 原型材原型材 锻件：锻件： 锻件的特点：锻件的特点：碳化物分布均匀、晶粒细化、组织碳化物分布均匀、晶粒细化、组织 致密，力学性能得到提高、加工工艺性能好、寿致密，力学性能得到提高、加工工艺性能好、寿 命高命高。 精密冲裁模、重载冲压模（高碳高合金钢）精密冲裁模、重载冲压模（高碳高合金钢） 锻件毛坯的设计锻件毛坯的设计： A. 加工余量：各种缺陷、氧化脱碳层加工余量：各种缺陷、氧化脱碳层 坯坯? ? ? 3 637. 0V D理理 L=L=（1.251.252.52.5）D D实实（镦粗比（镦粗比 锻造比）锻造比） C. 下料尺寸下料尺寸 . 坯料体积坯料体积 坯坯

11、锻锻K=(锻锻+冲孔连皮冲孔连皮+飞边飞边) K烧烧 D. 下料方式：锯切、蓝脆剪切、热剪切下料方式：锯切、蓝脆剪切、热剪切 铸件：（模座、大框架）铸件：（模座、大框架） 半成品件：半成品件： 模座、模板、垫板、模架（标准化）模座、模板、垫板、模架（标准化） A.材料材料 铸铁、铸钢、铸铝铸铁、铸钢、铸铝 B.质量质量 无严重缺陷无严重缺陷 C.热处理热处理 铸钢铸钢229HBS 铸铁铸铁A 4)为保证各加工表面都有足够的加工余量， 应选择毛坯余量小的表面作粗基准。 3)尽量使工件上各加工表面的金属切除余 量最小。（选加工面积大表面作粗基准） 若：ZAZBZC 选C表面作粗基准 5)选作粗基准

12、的表面，应尽可能平 整，不能有 飞边、浇注系统、冒口或其它缺陷。 6)一般情况下同一方向上粗基准不重复使用。 (2) 精基准的选择： 1) 基准重合原则（避免基准不重合误差） 选择精基准，主要应考虑如何减少定位误差、保证 加工精度，使工件装夹方便、可靠、夹具结构简单。 选取原则： 4)互为基准原则 当两个被加工表面之间位置精度较高，要求加工余 量小而均匀时，多以两表面互为基准进行加工。 3)自为基准原则 精加工或光整加工工序要求加工余量小而均匀， 这时应尽可能用加工表面自身为精基准。 2) 基准统一原则（避免因基准变换而引起 的定位误差） a)工件简图 c)在心轴上磨外圆 采用互为基准磨内孔和

13、外圆 . 工件的定位工件的定位 定位定位+夹紧夹紧=装夹装夹(安装安装) 1)应使工件相对于机床工件相对于机床处于一个正确的位置。 试切法：一种通过试切 测量 调整 再试切， 反复进行到被加工尺寸达到要求为止的 加工方法。 单件生产 调整法：先调整好刀具和工件在机床上的相对 位置，并在一批零件的加工过程中保 持这个位置不变，以保证工件被加工 尺寸的方法。 成批加工 工件的六个自由度 即L越大，工件的转角误差 就越小，定位精度就越高。 六、工艺路线的分析与拟定六、工艺路线的分析与拟定 表面加工方法的选择（补充）表面加工方法的选择（补充） A B 加工精度J 加工成本 C 1、外圆表面的技术要求、

14、外圆表面的技术要求 2、外圆表面加工方案的分析、外圆表面加工方案的分析 各种加工要求的外圆表面的加工方案见表。各种加工要求的外圆表面的加工方案见表。 粗车粗车 IT12IT11,12.550 半精车半精车 IT10IT9,3.26.3 超精加工超精加工 IT5,0.0120.1 精细车精细车 IT7IT6,0.0250.4 精车精车 IT8IT7,0.81.6 研磨或超级光磨研磨或超级光磨 IT5,0.0060.1 粗磨粗磨 IT8IT7,0.81.6 半精磨半精磨 IT7IT6,0.40.8 精磨精磨 IT6IT5,0.10.4 镜面磨镜面磨 IT5,0.0250.006 滚压（抛光）滚压（

15、抛光） IT7IT6,0.0250.2 镜面车镜面车 IT6IT5,0.0120.006 目前研究最多、最成熟的是超精车削。图3所示 的微型车床尺寸仅为普通车床的五十分之一，其主 轴转速可达10000rpm，进给速度可以达到1 35um/s，用它加工的黄铜零件表面粗糙度可以达到 Ramax 1.5um。 钻钻 IT11以下以下,12.550 精细镗精细镗 IT7IT6,0.050.4 精镗精镗 IT8IT7,0.81.6 半精镗半精镗 IT8,1.63.2 粗镗粗镗 IT9IT8,3.26.3 研磨或珩磨研磨或珩磨 IT7IT6,0.080.1 精磨精磨 IT7IT6,0.10.2 半精磨半精

16、磨 IT8IT7,0.20.4 粗磨粗磨 IT8,0.81.6 扩扩 IT10IT9,3.26.3 粗铰粗铰 IT8,1.63.2 精铰精铰 IT7,0.81.6 手铰手铰 IT7IT6,0.20.4 精拉精拉 IT6,0.10.2 拉拉 IT8IT7,0.40.8 2 2、孔加工方案的分析、孔加工方案的分析 （3） 加工公差等级加工公差等级IT7的孔，小于的孔，小于12mm的孔，可采的孔，可采 用钻后两次铰孔的方案；大于用钻后两次铰孔的方案；大于12mm的孔，可采用钻的孔，可采用钻 扩（或镗）扩（或镗）粗铰粗铰精铰的方案，或采用最终工精铰的方案，或采用最终工 序为精拉或精磨的方案；序为精拉或

17、精磨的方案；精拉适于大批量生产，精磨不精拉适于大批量生产，精磨不 适于加工有色金属适于加工有色金属。 （2） 加工公差等级加工公差等级IT8的孔，小于的孔，小于20mm的孔，可采用的孔，可采用 钻钻铰方案；大于铰方案；大于20mm并小于并小于30mm的孔，可采用的孔，可采用 钻钻扩扩铰方案（淬火钢除外）。铰方案（淬火钢除外）。淬火钢采用磨削加淬火钢采用磨削加 工工。 研磨或超级光磨研磨或超级光磨 IT5, 0.0060.1 高速精铣高速精铣 IT6IT7, 0.20.8 精铣精铣 IT8IT10, 1.66.3 刮研刮研 IT6IT7, 0.10.8 粗刨粗刨 IT11IT13, 6.312.

18、5 精刨精刨 IT8IT10, 1.66.3 宽刀精刨宽刀精刨 IT6IT7, 0.20.8 拉拉 IT7IT9, 0.20.8 粗铣粗铣 IT11IT13, 6.312.5 磨磨 IT7IT9, 0.20.8 精车精车 IT7IT8,0.8 1.6 半精车半精车 IT8IT10, 3.26.3 （3）最终工序采用）最终工序采用磨削磨削时，适于加工要求直线度高、粗时，适于加工要求直线度高、粗 糙度值小的淬硬工件和薄片工件，也用于不淬硬的糙度值小的淬硬工件和薄片工件，也用于不淬硬的 钢件或铸件上较大平面的精加工。钢件或铸件上较大平面的精加工。不宜精加工塑性不宜精加工塑性 较大的有色金属较大的有色

19、金属。 （2）最终工序采用）最终工序采用高速精铣高速精铣时，时，最适于高精度有最适于高精度有 色金属工件色金属工件的加工。的加工。 (2)零件材料的性质及热处理要求 (1)被加工表面的精度和零件的结构形状 (3)生产率和经济性要求 (4)现有生产条件 选择零件表面的加工方法应着重考虑问题： 2、加工阶段的划分 从保证加工质量、合理使用设备及人力等因素 考虑，工艺路线按工序性质一般分为粗加工阶段、 半精加工阶段和精加工阶段、光整加工阶段。 (1)粗加工阶段 其主要任务是切除加工表面上 的大部分余量，使毛坯的形状和尺寸尽量接 近成品。 (2)半精加工阶段 为主要表面的精加工作好必 要的精度和余量准

20、备，并完成一些次要表面 的加工(如钻孔、攻螺纹、切槽等)。 (3)精加工阶段 使精度要求高的表面达到规定 的质量要求。 (4)光整加工阶段 其主要任务是提高被加工表 面的尺寸精度和减小表面粗糙度，一般不能纠 正形状和位置误差。 将工艺过程划分阶段主要依据： 加工表面尺寸公差等级、表面粗糙度、热处理要求 将工艺过程划分阶段有以下作用： (1)保证产品质量 (2)合理使用设备 (3)便于热处理工序的安排，使热处理与切削加工工序 配合更合理 (4)便于及时发现毛坯缺陷和保护已加工表面 不划分加工阶段：A.当加工质量要求不高，工件的刚性足够， 毛坯质量高，加工余量小。 B.自动机床上加工重型零件。 工

21、艺路线划分加工阶段是对零件加工的整个工艺过程而言 ，不是以某一表面的加工或某一工序的加工而论。 例如，有些定位基面，在半精加工阶段，甚至粗加工阶段 就需要精确加工。 3、工序的划分 工序集中 工序分散 4、加工顺序的安排 （1 1）切削加工工序的安排 安排加工顺序遵循原则： 1) 先粗后精（分阶段加工） 2) 先主后次 3) 基面先行 4) 先面后孔 工序分散具有以下特点： 1)机床设备及工装比较简单，调整方便，生产工人易 于掌握。 2)可以采用最合理的切削用量，减少机动时间。 3)设备数量多，操作工人多，生产面积大。 （）（） 热处理工序的安排 3)时效处理工序，时效处理的目的在于减小或消除

22、工 件的内应力，一般在粗加工之后，精加工之前进 行。对于高 精度的零件，在加工过程中常进行多 次时效处理。 2)为提高零件硬度和耐磨性的热处理工序，如淬火、 渗碳淬火等，一般安排在半精加工之后，精加 工、光整加工之前。 1)为改善金属组织和加工性能的热处理工序，如退火、 正火和调质等，一般安排在粗加工前后。 取决于零件热处理的目的： （）（）辅助工序安排 包括检验、去毛刺、清洗、涂防锈油等 检验工序应安排在： 零件粗加工或半精加工结束之后； 重要工序加工前后； 零件送外车间(如热处理)加工之前； 零件全部加工结束之后。 钳工去毛刺常安排在易产生毛刺的工序之后， 检 验及热处理工序之前。 作业题

23、 1何谓设计基准?何谓工艺基准?工艺基准有哪几种？ 2如何正确安排零件热处理工序在机械加工中 的位置? 3工艺路线按工序性质一般分为几个阶段？各阶 段的主要任务是什么？ 七、七、 加工余量的确定加工余量的确定 、加工余量的概念 （1）工序余量和加工总余量）工序余量和加工总余量 单边余量 双边余量 工序余量是相邻两工序的工序尺寸之差 若以Zi表示工序余量 双边余量：对于对称表面或回转体表面，其加工余量是 对称分布的，是双边余量。 Z0=Zl+Z2+十Zn= i n i z 1 工序尺寸的公差标注： 入体原则：工序尺寸的公差一般规定在零件的入体方向(使 工序尺寸的公差带处在被加工表面的实体材料方向

24、)。 毛坯尺寸的公差一般采用双向标注。 Zi=Ai-1-Ai 标称余量 最大余量 最小余量 ZimaxA(i-1)max- AiminZi十Ti ZiminA(i-1) min- AimaxZi-T(i-1) 余量公差 Ti Zimax Zimin TiT(i-1) 影响加工余量的因素包含： 1)上工序的尺寸公差Ta愈大，则本道工序的标称余量愈 大。 2)被加工表面上由前道工序产生的微观不平度只Ry和表 面缺陷层深度Ha。 3)前道工序引起的被加工表面的空间误差ea。 4)本道工序的装夹误差b。这项误差会影响切削刀具与被 加工表面的相对位置，所以也应计入加工余量。 2、影响加工余量的因素 单边

25、余量 Z2 Ta + Ry + Ha +| ea + b | 双边余量 2Z2 Ta +2(Ry + Ha)+2| ea + b | (1) 分析计算法(精确-大批) (2) 查表修正法(应用广泛) (3) 经验估计法(粗略-小批) 3、确定加工余量的方法 1、工艺基准与设计基准重合时工序尺寸及其公差的确定 某工序加工应达到的尺寸称为工序尺寸。 工序尺寸(公差) 加工余量 工序基准的选择 精加工工序余量进行验算 修正粗加工(第一道工序)的工序余量 确定工序尺寸步骤： 确定零件各工序的 基本余量 确定零件各工序 工序尺寸公差 推算 工序基本尺寸 入体原则标注 倒推法 P P23例题：基准重合时工

26、序尺寸及其公差的确定 某轴50，尺寸精度IT5，表面粗糙度Ra为 0.04m ，要求高频淬火，毛坯为锻件。 工 艺路线为： 粗车半精车高频淬火粗磨精 磨研磨。 求各工序尺寸及其公差。 (1)工艺尺寸链及其极值解法 1)工艺尺寸链的概念 在机械制造中称这种 相互联系且按一定顺序排 列的封闭尺寸组合为尺寸 链。由工艺尺寸所组成的 尺寸链称为工艺尺寸链。 2)工艺尺寸链的组成 组成工艺尺寸链的每一个尺寸称为工艺尺寸链的环。 在加工过程中直接保证的尺寸称为组成环。 在加工过程中间接得到的尺寸称为封闭环，用A表示 当某组成环增大(其它组成环保持不变)，封闭环也随之 增大时，则该组成环称为增环，当某组成环

27、增大(其它组成 环保持不变)，封闭环反而减小，则该组成环称为减环。 3)工艺尺寸链的计算 计算工艺尺寸链的目的是要求出工艺尺寸链中某些环的基本尺寸 0 1 . 0 3 0 01. 0 16 机床的主要尺寸规格与加工零件的尺寸大小相适应； 即使机床的精度与加工零件的技术要求相适应； 机床的生产率与零件的生产类型相适应； 此外还应考虑生产现场的实际情况，即现有设备的实际精 度、负荷情况以及操作者的技术水平等。应充分利用现有 的机床设备。 八八、机床与工艺装备的选择机床与工艺装备的选择 正确选择机床与工艺装备是保证零件加工质量要求， 提高生产率及经济性起重要作用。 1、机床的选择 p 在大批大量生产

28、的情况下，应广泛使用专用夹具。 p 单件小批生产应尽量选择通用夹具。 （2）刀具的选择 刀具的选择主要取决于所确定的加工方法、工件材料 、所要求的加工精度、生产率和经济性、机床类型等。 （3）量具的选择 量具的选择主要根据检验要求的准确度和生产类型来 决定。 p 单件小批生产广泛采用通用量具。 p 大批量生产则采用极限量规及高生产率的检验仪器。 （1）夹具的选择 2、工艺装备的选择 1、切削用量的选择 九 切削用量与时间定额的确定 大批大量生产中，特别是在流水线或自动线上 必须合理地确定每一工序的切削用量。 (5)准备与终结时间te (4)休息与生理需要时间tr 2、时间定额的确定 (2)辅助

29、时间ta 时间定额包括： (3)布置工作地时间 ts 模具的制造精度主要体现在模具工作零件的精度和相 关部件的配合。 机械加工精度是指零件加工后的实际几何参数 与理想(设计)几何参数符合程度。符合程度越高，加 工精度就越高。 零件的机械加工质量 机械加工精度 表面质量 第二节 模具制造精度分析 一、概述 加工精度包含：尺寸精度、形状精度、位置精度 形状公差位置公差尺寸公差 在机械加工时，机床、夹具、刀具和工件就构成 了一个完整的系统，称之为工艺系统。 工艺系统中的种种误差，在不同的具体条件下， 以不同的程度和方式反映为加工误差。因此，把工艺 系统的误差称之为原始误差。 影响模具精度的主要因素有

30、： (1)制件的精度 (2)模具加工技术手段的水平 (3)模具装配钳工的技术水平 (4)模具制造的生产方式和管理水平 1工艺系统的几何误差对加工精度的影响 (1)加工原理误差 例如：数控机床 二、影响零件制造精度的因素 (2)调整误差 由于调整不可能绝对地准确，因而会产生调整误差。 通常工艺系统的调整有两种基本方法：试切法和调整 法。 (3)机床误差 引起机床误差的原因是机床的制造误差、安装误差 和磨损。 工件加工精度影响较大的主要有： 机床导轨导向误差；机床主轴的回转误差。 (4)夹具的制造误差与磨损 夹具的误差主要有： 定位元件、刀具导向元件、分度机构、夹具体 等的制造误差； 夹具装配后，

31、以上各种元件工作面间的相对尺 寸误差； 夹具在使用过程中工作表面的磨损 精加工用夹具的尺寸公差一般可取工件上相应 尺寸或位置公差的1213，粗加工用夹具则可 取为151/10。 (5)刀具的制造误差与磨损 刀具制造误差对加工精度的影响，根据刀具的种类、材 料等的不同而异。 1)采用定尺寸刀具加工时，刀具的尺寸精度直接影响工件 的尺寸精度。 2)采用成形刀具加工时，刀具的形状精度将直接影响工件 的形状精度。 3)展成刀具(如齿轮滚刀、花键滚刀、插齿刀等)的刀刃形 状必须是加工表面的共扼曲线。因此，刀刃的形状误差 会影响加工表面的形状精度。 4)对于一般刀具(如车刀、铣刀、镗刀)，其制造精度对加

32、工精度无直接 影响，但这类刀具的耐用度较低，刀具容 易磨损。 切削加工时，工艺系统在切削力、夹紧力以及重 力等的作用下，将产生相应的变形。使刀具和工件在 静态下调调整好的相互位置，以及切削成形运动所需 要的正确几何关系发生变化，从而造成加工误差。 2. 工艺系统受力变形引起的加工误差 工艺系统受力变形通常是弹性变形用刚度来描述。 (1)工艺系统刚度对加工精度的影响 1)切削力作用点位置变化引起的工件形状误差。 2)切削力大小变化引起的加工误差。 3)夹紧力和重力引起的加工误差。 4)传动力和惯性力对加工精度的影响 (2)减小工艺系统受力变形对加工精度影响的措施 一是提高系统刚度；二是减小载荷及

33、其变化。 1)提高工艺系统的刚度主要考虑： 合理的结构设计； 提高连接表面的接触刚度； 采用合理的装夹和加工方式。 2)减小载荷及其变化。 采取适当的工艺措施，如合理选择刀具几何参数和 切削用量以减小切削力，就可以减少受力变形。 3)减小工件残余应力引起的变形。 3工艺系统的热变形对加工精度的影响 当工件、刀具和机床的温度达到某一数值时， 单位时间内散出的热量与热源传入的热量趋于相等， 这时工艺系统就达到了热平衡状态。 (2) 刀具热变形对加工精度的影响 (3) 机床热变形对加工精度的影响 (1) 工件热变形对加工精度的影响 机床达到热平衡状态时的几何精度称为热态几 何精度。精密加工应在机床处

34、于热平衡之后进行。 4提高加工精度的途径 机械加工误差是由工艺系统中的原始误差 引起的。在对某一特定条件下的加工误差进行 分析时，首先要列举出其原始误差，即要了解 所有原始误差因素及对每一原始误差的数值和 方向定量化。其次要研究原始误差与零件加工 误差之间的数据转换关系。最后，用各种测量 手段实测出零件的误差值，进而采取一定的工 艺措施消除或减少加工误差。 减少误差的技术，分成两大类，即： (2)误差补偿技术 (1)误差预防技术 指减小原始误差或减少原始误差的影响， 亦即减少误差源或改变误差源与加工误差之间 的数量转换关系。 第三节第三节模具机械加工表面质量模具机械加工表面质量 1加工表面质量

35、含义 机械加工表面质量也称表面完整性，主要包含两个方面 的内容： 表面的几何特征 表面层力学物理性能 (1)表面的几何特征 主要由以下几部分组成： 1)表面粗糙度： 即加工表面上具有的较小间距和峰谷所组成的微观 几何形状特征。其波高与波长的比值一般大于1：50。 一、模具零件表面质量 3)表面加工纹理： 即表面微观结构的主要方向。它取决于形 成表面所采用的机械加工方法，即主运动和进 给运动的关系。 4)伤痕： 在加工表面上一些个别位置上出现的缺陷。 它们大多是随机分布的，如砂眼、气孔、裂痕 和划痕等 2)表面波度： 即介于宏观几何形状误差与表面粗糙度 之间的中间几何形状误差。它主要是由切削刀

36、具的偏移和振动造成的其波高与波长的比值 一般为1：50一l：1000。 (2)表面层力学物理性能 表面层力学物理性能的变化，主要有三个方面的 内容： 表面层加工硬化；表面层金相组织的变化；表 面层残余应力。 2零件表面质量对零件使用性能的影响 (1)零件表面质量对零件耐磨性的影响 表面粗糙度、表面层加工硬化等因素与零件耐 磨性有关。 最优表面粗糙度值 适当的表面层加工硬化 (2)零件表面质量对零件疲劳强度的影响 零件在交变载荷的作用下，其表面的缺陷处容易引起应力 集中而产生疲劳裂纹。 1) 表面粗糙度值对零件的疲劳强度影响。 减小表面粗糙度值 提高疲劳强度 （重要零件表面，如连杆、曲轴等，应进

37、行光整加工） 2) 加工硬化对零件的疲劳强度影响。 适当的表面层的加工硬化 阻碍表面层疲劳裂纹的出现， 3) 表面层的残余应力对零件疲劳强度影响。 残余压应力 提高零件的疲劳强度 残余拉应力 降低其疲劳强度。 零件表面残余压应力使零件的表面紧密，腐蚀 性物质不易进入，可增强零件耐腐蚀性，而表面残 余拉应力则降低零件耐腐蚀性。 (3)零件表面质量对零件耐腐蚀性能的影响 零件的耐腐蚀性在很大程度上取决于零件的表 面粗糙度。零件表面越粗糙，越容易积聚腐蚀性物质， 凹谷越深，渗透与腐蚀作用越强烈。因此，减小零件 表面粗糙度值，可以提高零件的耐腐蚀性。 (4)零件的表面质量对配合性质及其他方面的影响 相

38、配零件间的配合关系是用过盈量或间隙值来表 示的。对有配合要求的表面，必须规定较小的表面粗 糙度值。 1影响加工表面几何特征的因素及其改进措施 表面粗糙度是构成加工表面几何特征的基本单元 （1）切削加工后的表面粗糙度 表面粗糙度等级用轮廓算术平均偏差Ra、微观平面度十 点高度Rz或轮廓最大高度Ry的数值大小表示，并要求优先采 用Ra。 1）削加工表面粗糙度值主要取决于切削残留面积的高度。 二、影响表面质量的因素及改善途径二、影响表面质量的因素及改善途径 影响切削残留面积高度的因素主要包括： 刀尖圆弧半径r、主偏角Kr、副偏角Kr及进 给量等。 2）切削加工中有塑性变形发生的缘故。在实际切削时，选

39、 择低速宽刀精切和高速精切，往往可以得到较小的表面粗 糙度值。 3）加工脆性材料时，切削速度对表面粗糙度的影响不大。 切削脆性材料比切削塑性材料容易达到表面粗糙度的要求。 对于同样的材料，金相组织越是粗大，切削加工后的表面 粗糙度值也越大。为减小切削加工后的表面粗糙度值，常 在精加工前进行调质等处理。 4）合理选择切削液，适当增大刀具的前角、提高刀具的刃 磨质量等，能有效地减小表面粗糙度值。 5）其他因素影响加工表面粗糙度，如在已加工表面的残留 面积上叠加着一些不规则金属生成物、粘附物或刻痕等。 （其形成主要原因有积削瘤、鳞刺、振动、摩擦、切削刃 不平整、切削划伤等。） （2）磨削加工后的表面

40、粗糙度 磨削加工表面粗糙度的形成也是由几何因素和表面层金属 的塑性变形(物理因素)决定的，但磨削过程要比切削过程复杂得 多。 1)几何因素的影响：单位面积的磨粒数越多，刻痕的等高性越 好，则磨削表面的粗糙度值越小。 2)表面层金属的塑性变形(物理因素)的影响：磨削过程的塑性 变形要比一般切削过程大得多。 影响塑性变形的因素是影响表面粗糙度的决定性因素。 影响工件产生塑性变形的因素主要有：磨削用量；砂轮的粒 度、硬度、组织和材料以及磨削液的选择。 2影响表层金属力学物理性能的工艺因素及其改进措施 由于受到切削力和切削热的作用，表面金属层的力学物 理性能会产生很大的变化，最主要的变化是表层金属显微

41、 硬度的变化、金相组织的变化和在表层金属中产生残余应 力。 (1)表面层的冷作硬化 1)冷作硬化的产生：机械加工过程中产生的塑性变形， 使晶格扭曲、畸变，晶粒间产生滑移，晶粒被拉长，这些 都会使表面层金属的硬度增加，这种现象统称为冷作硬化 (或称为强化)。表层金属冷作硬化的结果，会增大金属变形 的阻力，减小金属的塑性，金属的物理性质(如密度、导电 性、导热性等)也有所变化。 由于金属在机械加工过程中同时受到力因素和热因素的 作用，机械加工后表面层金属的最后性质取决于强化和弱 化两个过程的综合。 评定冷作硬化的指标有下列三项：表层金属的显微硬度 HV；硬化层深度(m)；硬化程度N。 2)影响表面

42、冷作硬化的因素： 金属切削加工时，影响表面层加工冷作硬化的因素： 切削力愈大，塑性变形愈大，硬化程度愈 大，硬化层深度也愈大。 当变形速度很快(即切削速度很高)时，冷作硬 化层深度和硬化程度都会减小。 切削温度高，硬化程度减小。 工件材料的塑性越大，冷作硬化程度也越严 重。 磨削用量的影响。 A.加大磨削深度，磨削力随之增大，磨削过程的塑性变形 加剧，表面冷硬倾向增大。 B.提高纵向进给速度，每颗磨粒的切屑厚度随之增大，磨 削力加大，冷作硬化程度增大。 C.提高工件转速会缩短砂轮对工件热作用的时间，使软 化倾向减弱，因而表面层的冷硬增大。 D.提高磨削速度，每颗磨粒切除的切削厚度变小，减弱 了

43、塑性变形程度；而磨削区的温度增高，弱化倾向增 大。 砂轮粒度的影响。砂轮的粒度越大，每颗磨粒的载荷越 小，冷硬程度也越小。 金属磨削时，影响表面冷作硬化的因素主要有： 3)冷作硬化的测量方法： 冷作硬化的测量主要是指表面层的显微硬度HV 和硬化层深度的测量，硬化程度N可由表面层的显微 硬度HV和工件内部金属原来的显微硬度HV0计算求得。 表面层显微硬度HM的常用测定方法是用显微硬 度计来测量，它的测量原理与维氏硬度计相同。 h= lsina+Rz (2)表层金属的金相组织变化 1)磨削加工表面金相组织的变化： 机械加工过程中，当温度升高到超过工件 材料金相组织变化的临界点时，就会发生金相 组织

44、变化。 磨削烧伤：已淬火的钢件，很高的磨削温度往往 会使表层金属的金相组织产生变化，使表层金属 硬度下降，使工件表面呈现氧化膜颜色，这种现 象称为磨削烧伤。 2)影响磨削烧伤的因素及改善途径： 从切削时的温度入手，从以下三方面考虑： 合理选用磨削用量。 从减轻烧伤而同时又尽可能地保持较高的生产率 考虑，在选择磨削用量时，应选用较大的工件速度和 较小的磨削深度。 正确选择砂轮。 A.硬度太高的砂轮，由于砂轮钝化之后不易脱落， 容易产生烧伤，所以应选择较软的砂轮。 B.选择具有一定弹性的结合剂(如橡胶结合剂，树脂 结合剂) 。 C.在砂轮的孔隙内浸入石蜡之类的润滑物质。 改善冷却条件。 外冷却 内

45、冷却 (3)表层金属的残余应力 冷态塑性变形引起的残余应力 表层残余切削过程中在切削力作用下，金属切削层产生 剧烈的塑性变形，使金属表层的比容积增大，体积增大，但 其变化受到与之相连的里层金属的阻碍而在表面层产生残余 压应力，里层产生残余拉应力。在已加工表面形成过程中， 由于后刀面的挤压，摩擦作用，使表层金属晶格进一步变形 伸长而使塑性变形加剧，表层残余压应力增大。 热态塑性变形引起的残余应力 切削结束后，表面层温度降低，其收缩又受 到基体的阻碍而产生拉应力。 金相组织变化引起的残余应力 切削时，当工件表面温度高于金属相变温度， 会引起金属表层金相组织变化。不同深度处温度 不同，其相变也不相同

46、。 (4)表面强化工艺 这里所说的表面强化工艺是指通过冷压加工方法使表 面层金属发生冷态塑性变形，以降低表面粗糙度值，提高 表面硬度，并在表面层产生压缩残余应力的表面强化方法。 1)喷丸强化：喷丸强化是利用大量高速运动（35 50m/s）的珠丸打击被加工工件表面，使工件表面产生 冷硬层和压缩残余应力，可显著提高零件的疲劳强度和 使用寿命。 珠丸材料：铸铁、小段的钢丝、铝丸或玻璃丸（对于 铝质工件）。 珠丸的直径一般为0.2-4mm，对于尺寸较小、表面粗 糙度值要求较小的工件，宜采用直径较小的珠丸。 喷丸强化主要用于强化形状复杂或不宜用其他方法强 化的工件，例如板弹簧、螺旋弹簧、连杆、齿轮、焊缝

47、等。 2)滚压加工 滚压加工是利用经过淬硬和精细研磨过的滚轮或滚 珠，在常温状态下对金属表面进行滚压，将表层的凸起 部分向下压，凹下部分往上挤(图2-9)，这样，逐渐将前 工序留下的波峰压平，从而修正工件表面的微观几何形 状。此外，它还能使工件表面金属组织细化，形成压缩 残余应力。 3)挤压加工 挤压加工是利用经过研磨的、具有一定形状的超硬材 料作为挤压头，安装在专用刀架上，在常温状态下对金属 表面进行挤压。表面粗糙度值下降，硬度提高；形成压缩 残余应力。 一个零件的机械加工工艺过程，往往 可以拟定出几个不同的方案，因此要进行 经济分析比较，选择一个在给定的生产条 件下最为经济的方案。对模具技

48、术经济分 析的主要指标有：模具精度和表面质量(如 前所述)、模具的生产周期、模具的生产成 本和模具的寿命。 第四节 模具的技术经济分析 影响模具生产周期的主要因素有： (1)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。 (2)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。 (3)模具生产技术手段的现代化 只有大力推广和普及模具CADCAM技术和网络 技术，才能使模具的设计效率得到大幅度提高；模具的 机械加工中，高效设备，推广先进快速制模技术，使模 具生产技术手段提高到一个新水平。 (4)模具生产的经营和管理水