第一章 模具制造工艺过程的基本知识(1)

1、第一章第一章 工艺过程的基本知识工艺过程的基本知识 1.1 1.1 概论概论 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。 1.1.1 1.1.1 模具制造的生产过程模具制造的生产过程 返回 原材料的 运输、存放 生产准备毛坯制造 机加工、热 处理 装配 试模包装、入库 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

2、 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、

3、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

4、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

5、 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

6、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 1.1.2 1.1.2 模具制造工艺过程模具制造工艺过程 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

7、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 1.1.3 1.1.3 工艺过程的组成工艺过程的组成 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

8、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

9、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

10、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

11、夹误差，不易达到 加工要求。 返回 生产纲领：生产纲领：根据国家计划，市场需要和企业的生产能力编制企业在计划期内 应当生产的产品产量和进度计划。 产量的组成：需求产品数量，备品数量、废品数量。 因此：年生产纲领N可由下式计算： N=QN=Qn(1+%)(1+%)n(1+%)(1+%) - 年产量（台/年） n - 每台产品所需该零件数量（件/台） - 备品率 - 废品率 本生产纲须确定后，就可以根据车间的具体情况按一定期限分批投产， 每批投产的零件数量称为批量。 1.1.4 1.1.4 生产纲领与生产类型生产纲领与生产类型 生产类型生产类型 产品有大有小，小到螺钉，大至收音机，船舶。其特征产品

12、有大有小，小到螺钉，大至收音机，船舶。其特征 有的复杂，有的简单，批量和生产纲须也各不相同。有的复杂，有的简单，批量和生产纲须也各不相同。 1单件、小批生产 特征：产品做得少，只做一件或数件； 一个工作打进行多工序和多品种的作业； 重型机器、大型船舶，新样机制造属此类型。 根据产品的大小、特征、 批量和生产纲领，我们通常 将产品的生产分成三种生产 类型： 生产类型生产类型 单件、小批生产单件、小批生产 成批生产成批生产 大批、大量生产大批、大量生产 2成批生产 特征： 产品生产数量较多，周期地成批投入生产； 一个工作地顺序地、分批地完成不同工件的某些工序； 通用机床，数量需求不大，但常更新产品

13、就属此类型。 3. 大批、大量生产 特征： 产品生产数量大，需连续不断地进行生产； 一个工作地重复不断地进行某工序的加工； 如汽车通用件（轴承、螺栓等）自行车等属此类生产类型。 生产类型的划分： 生产类型不仅决定于生产纲须，而且和产品的大小和复杂程度有关。生产类型不仅决定于生产纲须，而且和产品的大小和复杂程度有关。 划分依据可参照下表：划分依据可参照下表： 表表1-3生产类型与生产纲领（年产量）的关系生产类型与生产纲领（年产量）的关系 - - 生产类型生产类型 重型机械重型机械 中型机械小型机械中型机械小型机械 单件生产单件生产 5 20 5000 50000 - - - 划分生产类型有利于进

14、行生产的规划和管理。 大批、大量生产 宜广泛采用高产专用机床和自动化生产系统，按 流小线或自动生产线排列进行生产，可大大提高生产率，从而降低成本， 提高竞争力。 单件、小批生产 宜采用通用性好的机床进行生产，以减少设备投 资，从而降低成本。 划分生产类型的意义划分生产类型的意义 随着科技的发展和人民生产水平的提高，人们对产品的样式要求越来 越高，而同一样式的数量越来越少，同一产品获取较高利润；“有效寿命” 愈来愈短，因此要求制造系统具有高效生产。能力又具快速转产的“柔性柔性” 特性。 传统的专用机和生产线，对一种产品有较高的生产效率，但很难适 应新产品的需要。因此，它是有很大的 刚性刚性 。（

15、即专用性） 而数控机床，加工中心能很好地适用于当今产品多品种，少批量生产 自动化的要求。 拟定零件的工艺路线之后，就基本确定了工序数目及其顺序。 为保证加工过程的正常进行，还必须分析计算与工序有关的一些具 体内容，其中主要的有选择工序基准、确定工序尺寸及其公差、核 算加工余量，并按需要进行工序尺寸的换算。在此过程中，对问题 的考虑更加仔细深入，往往会发现已拟定的工艺路线有不完善之处， 需要修改，以保证零件的加工质量。 1.1.5 1.1.5 加工余量的确定加工余量的确定 返回 加工余量即加工过程中在零件表面上预留的多余金属层，简称加工余量即加工过程中在零件表面上预留的多余金属层，简称 余量。进

16、行切削加工时，加工余量被切除；而进行无屑加工余量。进行切削加工时，加工余量被切除；而进行无屑加工( (如钢球如钢球 挤压、螺纹滚压等挤压、螺纹滚压等) )时，则使加工余量产生塑性变形。时，则使加工余量产生塑性变形。 加工余量可分为工序余量和总余量两种。加工余量可分为工序余量和总余量两种。 1.1.总加工余量和工序加工余量总加工余量和工序加工余量 为了得到零件上某一表面所要求的精度和表面质量而从毛坯表为了得到零件上某一表面所要求的精度和表面质量而从毛坯表 面上切除的全部多余的金属层，称为该表面的总加工余量。面上切除的全部多余的金属层，称为该表面的总加工余量。 为完成某一个工序而从该表面上切除的金

17、属层，称为工序加工余量。为完成某一个工序而从该表面上切除的金属层，称为工序加工余量。 总加工余量与工序加工余量的关系为：总加工余量与工序加工余量的关系为： 式中：式中：Z Z总 总总加工余量； 总加工余量； Z Zi i第第i i道工序的加工余量；道工序的加工余量； n n工序数目。工序数目。 1.1.5.1 1.1.5.1 加工余量的概念加工余量的概念 返回 2.2.公称加工余量、最大加工余量和最小加工余量公称加工余量、最大加工余量和最小加工余量 在制订工艺规程时，应根据各工序的性质来确定工序的加在制订工艺规程时，应根据各工序的性质来确定工序的加 工余量，进而求出各工序的尺寸。由于在加工过程

18、中各工序尺工余量，进而求出各工序的尺寸。由于在加工过程中各工序尺 寸都有公差，所以实际切除的余量也是变化的。因此，又将加寸都有公差，所以实际切除的余量也是变化的。因此，又将加 工余量分为公称加工余量、最大加工余量、最小加工余量工余量分为公称加工余量、最大加工余量、最小加工余量( (即极即极 限余量限余量) )。通常所说的加上余量是指公称加工余量，其值等于前。通常所说的加上余量是指公称加工余量，其值等于前 后工序的基本尺寸之差后工序的基本尺寸之差( (图图2.21)2.21)，即：，即： 式中：式中：Z Zb b本工序的加工余量；本工序的加工余量； a a前工序的工序尺寸；前工序的工序尺寸； b

19、 b本工序的工序尺寸。本工序的工序尺寸。 加工余量有双边余量和单边余量之分，平面的加工余量是加工余量有双边余量和单边余量之分，平面的加工余量是 单边余量，它等于实际切削的金属层厚度。对于外圆和孔等回单边余量，它等于实际切削的金属层厚度。对于外圆和孔等回 转表面，加工余量指双边余量，即以直径方向计算，实际切削转表面，加工余量指双边余量，即以直径方向计算，实际切削 的金属为加工余量数值的一半。的金属为加工余量数值的一半。 返回 返回 对于被包容面的单边余量对于被包容面的单边余量 Z Zb b= =a a- -b b ( (图图2.21(a)2.21(a) 对于包容面的单边余量对于包容面的单边余量

20、Z Zb b= =b b- -a a ( (图图2.21(b)2.21(b) 对于轴对于轴 2 2Z Zb bd da a- -d db b ( (图图2.21(c)2.21(c) 对于孔对于孔 2 2Z Zb b= =d db b- -d da a ( (图图2.21(d)2.21(d) 对于被包容面，最大加工余量是前工序最大工序尺寸和本对于被包容面，最大加工余量是前工序最大工序尺寸和本 工序最小工序尺寸之差；最小加工余量是前工序最小尺寸与本工序最小工序尺寸之差；最小加工余量是前工序最小尺寸与本 工序最大尺寸之差。工序加工余量的变动量工序最大尺寸之差。工序加工余量的变动量( (即加工余量公差

21、即加工余量公差) ) 等于前工序与本工序两道工序尺寸公差之和等于前工序与本工序两道工序尺寸公差之和( (图图2.22)2.22)。 返回 对于最大余量和最小余量的计算，因加工内、外表面的对于最大余量和最小余量的计算，因加工内、外表面的 不同，计算方法也不同。不同，计算方法也不同。 返回 对于外表面：对于外表面： 式中：式中：Z Zb bmin min本工序最大和最小加工余量； 本工序最大和最小加工余量； Z Za amax max、 、Z Za amin min前工序最大和最小加工余量， 前工序最大和最小加工余量， b bmax max、 、b bmin min本工序最大和最小尺寸； 本工序最

22、大和最小尺寸； a amax max、 、a amin min前工序最大和最小尺寸； 前工序最大和最小尺寸； T Tzb zb本工序加工余量公差； 本工序加工余量公差； T Tb b本工序工序尺寸公差；本工序工序尺寸公差； T Ta a前工序工序尺寸公差。前工序工序尺寸公差。 返回 加工余量的公差带，一般是按加工余量的公差带，一般是按“入体方向入体方向” ” 分布在零件加分布在零件加 工表面上的。毛坯尺寸的公差，一般采用双向标注工表面上的。毛坯尺寸的公差，一般采用双向标注( (图图2.23)2.23)。 对于内表面可根据图对于内表面可根据图2.232.23自行分析自行分析。 返回 确定加工余量

23、一般有如下三种方法：确定加工余量一般有如下三种方法： 1.1.分析计算法分析计算法 这种方法以一定的试验资料和计算公式，对影响加工余量的各项这种方法以一定的试验资料和计算公式，对影响加工余量的各项 因素进行分析和综合计算来确定余量的大小。用这种方法确定加工余因素进行分析和综合计算来确定余量的大小。用这种方法确定加工余 量经济合理，但需要积累较全面的试验资料，且计算过程也比较复杂，量经济合理，但需要积累较全面的试验资料，且计算过程也比较复杂， 目前较少使用。目前较少使用。 2.2.查表修正法查表修正法 此法是以工艺手册、生产实践和各种试验研究积累的有关加工余此法是以工艺手册、生产实践和各种试验研

24、究积累的有关加工余 量的资料数据为基础，并结合实际的加工情况来确定加工余量的方法，量的资料数据为基础，并结合实际的加工情况来确定加工余量的方法， 应用比较广泛。在查表时应注意表中的数据是公称值，对称表面应用比较广泛。在查表时应注意表中的数据是公称值，对称表面( (轴和轴和 孔孔) )是加工余量的双边值，非对称表面的加工余量是单边值。是加工余量的双边值，非对称表面的加工余量是单边值。 3.3.经验估算法经验估算法 此法是根据工艺人员的实践经验来确定加工余量的方法。这种方此法是根据工艺人员的实践经验来确定加工余量的方法。这种方 法不太准确，并且为了避免因加工余量不够而产生废品的情况，估计法不太准确

25、，并且为了避免因加工余量不够而产生废品的情况，估计 的加工余量一般偏大，常用于模具零件。的加工余量一般偏大，常用于模具零件。 1.1.5.2 1.1.5.2 确定加工余量的方法确定加工余量的方法 返回 一、工艺规程及其作用一、工艺规程及其作用 1.1.工艺规程工艺规程: : 把零件加工的全部工艺过程按一定格式写成书面文件就叫做工 艺规程。 2.2.工艺规程的作用工艺规程的作用 工艺规程是在总结实践经验的基础上，依据科学的理论和必要的工艺试验工艺规程是在总结实践经验的基础上，依据科学的理论和必要的工艺试验 后制订的，反映了加工中的客观规律。后制订的，反映了加工中的客观规律。因此，工艺规程是（1）

26、指导工人操 作和用于生产、工艺管理工作的主要技术文件，（2）又是新产品投产前进 行生产准备和技术准备的依据和新建、扩建车间或工厂的原始资料，（3） 此外，先进的工艺规程还起着交流和推广先进经验的作用。 1.1.6 1.1.6 工艺规程的制定工艺规程的制定 完整性 规范性 3.3.对工艺规程的要求对工艺规程的要求 (1)保证可靠地达到产品图纸所提出的全部技术要求。 (2)能获得高质量、高生产效率。 (3)有利于节约原材料和工时消耗，不断降低成本。 (4)有利于减轻工人劳动强度，保证安全和良好的工作条件。 4.4.工艺文件的形式：工艺文件的形式：多种多样，区别很大，主要决定于生产类型。 在单件小批

27、生产中一般只编制综合工艺过程卡综合工艺过程卡。 在成批生产中多采用机械加工工艺卡片机械加工工艺卡片。 大批大量生产中则要求完整和详细的文件，一般是工艺过程卡、工序卡工艺过程卡、工序卡 片，片，有时甚至包括操作卡、调整卡操作卡、调整卡以及检验卡检验卡。 各工厂采用的工艺文件并无须统一格式，但基本内容大同小异。 返回 5.对待工艺规程的态度 1）严格遵守 工艺规程是经过逐级审批的，因而也是工厂生产中的工艺纪律， 有关人员必须严格执行。 2）允许修改 工艺规程也不是一成不变的，随着科学技术的进步和生产的发展， 工艺规程会出现某些不相适应的问题，因而工艺规程应定期整顿，及时吸 取合理化建议、技术革新成果、新技术和新工艺。使工艺规程更加完善和 合理。 二、制订工艺规程的原始资料二、制订工