模具材料及应用教案

PAGEPAGE31模具材料及制造工艺教师：郭秀艳教研室：材料成型第1章模具材料概述1.1模具及模具材料分类模具是一种高效率的工艺装备，在冶金、电子、轻工、机械制造等行业的生产中广泛应用。模具分类模具→冷作模具、热作模具、型腔模具三类。冷作模具→冷冲裁模具（落料、冲孔）和冷变形模具（弯曲、拉深）两类；热作模具→热冲切模具（切边）、热变形模具（锻造）和压铸模具（铝合金、铜合金等压铸模具）三类；型腔模具→塑料模具（注塑、挤出模具）、橡胶模具、陶瓷模具、玻璃模具、粉末冶金模具等。模具材料分类模具材料→钢铁材料、非铁金属和非金属材料三类。钢铁材料按合金元素的含量分类：碳素工具钢（0.65%-1.35%C），共8各牌号，T7T8、T10、T12、T13，随C含量增加，硬度增大，耐磨性增大）低合金模具钢：在碳素钢中加入适量的合金元素。例如：CrWMn中合金模具钢高合金模具钢，例如Cr12Cr12MoV按用途分类：冷作模具钢主要是碳素工具钢T7A、T8A、T10A，高碳低合金钢，高碳高铬合金钢。热作模具钢（耐热）主要是中碳合金钢（0.3-0.6%C）5CrNiMo，3Cr2W8V塑料模具钢成型塑料制品用的模具45钢，40Cr调制处理。非铁金属材料铜基材料、低熔点合金、高熔点合金、难溶合金、硬质合金、钢结硬质合金等硬质合金：难溶金属碳化物和起粘结作用的金属组成的烧结材料，具有高强度、高耐磨性。非金属材料陶瓷、橡胶、塑料模具材料的选用原则在选取材料时，应考虑以下几个因素：生产批量、冲压材料性能、凸凹模工作条件、材料性能、生产使用情况。模具材料的使用性能硬度——衡量材料软硬程度的性能指标。冷作模具硬度在52-60HRC、热作模具硬度在40-52HRC。对于同一种钢，在一定硬度值内，硬度与变形抗力成正比，单如果组织不同，同一硬度值但变形抗力却有很大差别。热硬性（红硬性）——指高温状态的热作模具，保持其组织和性能的稳定，保持高硬度的能力。钢的硬度和热硬性取决于钢的化学成分、热处理工艺及表面处理工艺。耐磨性——衡量模具使用寿命的重要指标。磨损形式：冷作模具（磨粒磨损、粘着磨损）、热作模具（氧化磨损）、疲劳磨损等。影响因素：硬度、组织。铁素体耐磨性差、马氏体耐磨性好、下贝氏体耐磨性最好。强度——衡量材料变形抗力和断裂抗力的性能指标。冷作模具变形抗力——常温下的屈服点；热作模具变形抗力——高温屈服点。冷作模具断裂抗力——常温下抗拉强度、抗压强度、抗弯强度；热作模具断裂抗力——抗拉强度、热疲劳导致的断裂韧度。韧性——反映模具的脆断抗力（折断、崩刃）。疲劳抗力——反映材料在交变载荷下抵抗疲劳破坏的性能指标。模具材料的工艺性能可加工性切削、磨削、抛光、冷拔和锻压等。淬硬性和淬透性淬硬性——指钢经淬火后能达到的最高硬度。它取决于钢中马氏体碳含量。马氏体硬度随碳含量的增加而增加，但马氏体硬度不能代表钢的硬度，当碳含量在0.6%时，钢硬度下降，马氏体硬度增加。淬透性——指获得淬硬层深度的能力。或者说是获得马氏体的能力。淬硬层越深、淬透性越好。淬火温度和热处理变形淬火温度应尽可能宽模具在切削加工后通过热处理可获得所需组织和性能。脱碳敏感性脱碳敏感性指钢铁材料在热处理过程中表面碳元素是否易于逸出的特性。如果热处理过程中工件表面的碳元素易于逃逸到环境中，就说该材料的脱碳敏感性大，反之则小。通常工件碳含量越小、碳化物形成元素越多脱碳敏感性就越小。第2章冷作模具材料2.1冷作模具的工作条件及性能要求一、冲裁模1.工作条件：工作部分为刃口，易受摩擦，凸模因摩擦会变短，凹模因摩擦会变薄，直至无法工作而失效。2.性能要求：高的硬度和耐磨性，抗压、抗弯和适当的韧性。二、冷镦模1.工作条件：凹凸模表面受剧烈冲击性摩擦，温度可达300℃，凸模易受弯曲应力。失效形式：工作表面产生摩擦磨损导致凹模开裂，凸模镦粗、凹模模口胀大、棱角堆踏。2.性能要求：足够的硬度，高的抗压强度和高的冲击韧性。三、冷挤压模1.工作条件：受强大的挤压力作用，受坯料塑变流动的剧烈摩擦，凸模受强烈的弯曲应力。2.性能要求：高的强韧性，良好的耐磨性。四、拉拔模及成形模包括拉深模、胀形模、弯曲模和拔管模等。1.工作条件：模具表面受到强烈的摩擦，凹模主要受径向张力的作用，凸模主要承受轴向压缩力和摩擦力的作用。2.性能要求：高的耐磨性。2.2冷作模具用钢一、低淬透性冷作模具钢1.碳素工具钢T7A、T8A、T10A、T12A、T13，都属于高碳钢，含碳量在0.65%-1.35%。A表示高级优质。（1）性能碳素钢经处理后有较高的硬度和一定的耐磨性。但淬透性低，热硬性、耐磨性差，淬火温度范围窄，易变形开裂。T10A钢应用最为普遍。冷作模具较少采用T8钢，主要有两方面原因：一是T8钢淬火加热过热敏感性大，甚至在加热温度比较低(780~790℃)的条件下，T8钢的晶粒也容易长大，韧度较差；二是T8钢淬火后组织中没有过剩的碳化物，因而耐磨性差。而过共析钢T10A在加热时能获得比较细的晶粒，淬火过热敏感性小，经适当热处理后可获得较高的强度和一定的韧度，淬火后组织中还保留一些剩碳化物，可提高模具的耐磨性，这是T10A钢应用比较普遍的原因。亚共析钢T7、T7A的耐磨性不及T10A，但T7、T7A钢有较好的韧度，所以，在制作韧度要求较高的模具时，可采用T7或T7A。碳含量超过1.1%的过共析钢T12A，T13过剩碳化物较多，并且颗粒较粗大，碳化物在组织中的分布也不均匀，容易形成网状或断续网状，使钢的力学性能变坏。但是，对于韧度要求不高，只要求高硬度和耐磨性的切边模和刀具，常采用T12、T13钢。（2）热加工工艺锻造——T10A、T12A钢锻造时，终锻温度过高，冷却速度过缓，会析出二次渗碳体，导致模具淬火开裂、磨削裂纹。退火——将金属构件加热到高于或低于临界点，保持一定时间，随后缓慢冷却，从而获得接近平衡状态的组织与性能的金属热处理工艺。球化退火——钢中碳化物球化而进行的退火工艺。将钢加热到Ac1以上20～30℃，保温一段时间，然后缓慢冷却，得到在铁素体基体上均匀分布的球状或颗粒状碳化物的组织。冷锻后的毛坯必须进行球化退火，钢的塑性不仅与钢中铁素体含量和碳含量有关，还取决于组织状态.球化退火的目的是要使钢获得小颗粒球粒状碳化物并均匀地分布在铁素体基体上的显微组织，降低硬度，改善钢的切削性能，并为最终热处理作组织准备.正火——将工件加热至Ac3以上30~50℃，保温一段时间，从炉中取出在空气中冷却的金属热处理工艺。其目的是在于使晶粒细化和碳化物分布均匀化。淬火——将钢件加热到奥氏体化温度并保持一定时间，然后以大于临界冷却速度冷却，以获得如马氏体、贝氏体等的热处理工艺。回火——是将淬火钢加热到奥氏体转变温度以下，保温1到2小时冷却的工艺。回火往往是与淬火相伴，并且是热处理的最后一道工序。经过回火，钢的组织趋于稳定，淬火钢的脆性降低，韧性与塑性提高，消除或者减少淬火应力，稳定钢的形状与尺寸，防止淬火零件变形和开裂，高温回火还可以改善切削加工性能。2.GCr15钢（1）性能：高硬度、高强度、良好的耐磨性、一定的韧性。与碳素工具钢比，淬透性高，热倾向小。（2）热加工工艺锻造、球化退火和正火、淬火、回火二、低变形冷作模具钢（高碳低合金模具钢）在碳素工具钢的基础上加入少量合金元素，如Cr、Mn、S、W、V等，这类刚的韧性、耐磨性、热硬性都比碳素工具钢高。CrWMn钢性能：淬透性高，因含有较多的含W碳化物，故具有高硬度和高的耐磨性。但碳化物析出较严重，易形成网状碳化物，韧性差。热加工工艺：锻造、退火、正火、淬火、回火。2.9Mn2V钢性能：9Mn2V钢是一种综合力学性能比碳素工具钢好的低合金工具钢，它具有较高的硬度和耐磨性。淬火时变形较小，加入Mn可提高淬透性。但过热倾向大，故钢中含有一定量的钒，细化了晶粒，减小了钢的过热敏感性。同时碳化物较细小和分布均匀。热加工工艺：锻造、退火、淬火、回火。三、高耐磨微变形冷作模具钢1.Cr12型钢Cr12性能：高硬度、耐磨性和抗压强度，高度淬透性，但冲击韧性差，主要用作冲击负荷较小，要求高耐磨的冷冲模。Cr12MoV性能：高硬度，耐磨性，Mo、V可使组织进一步细化，强韧性提高。热加工工艺：锻造、退火、淬火、回火。四、高强度高耐磨冷作模具钢（高速钢）高速钢W18Cr4V，W6Mo5Cr4V2性能：又名高速工具钢或锋钢，意思是淬火时即使在空气中冷却也能硬化，并且很锋利。它是一种成分复杂的合金钢，含有钨、钼、铬、钒、钴等碳化物形成元素。它在高速切削产生高热情况下(约500℃)仍能保持高的硬度，HRC能在60以上。这就是高速钢最主要的特性——红硬性。而碳素工具钢经淬火和低温回火后，在室温下虽有很高的硬度，但当温度高于200℃时，硬度便急剧下降，在500℃完全丧失了切削金属的能力，这就限制了碳素工具钢制作切削工具用。而高速钢由于红硬性好，弥补了碳素工具钢的致命缺点，可以用来制造切削工具。热处理工艺：必须经过退火、淬火、回火等一系列过程。退火的目的是消除应力，降低硬度，使显微组织均匀，便于淬火。退火温度一般为860～880℃。淬火时由于它的导热性差一般分两阶段进行。先在800～850℃预热(以免引起大的热应力)，然后迅速加热到淬火温度1190～1290℃（不同牌号实际使用时温度有区别），后油冷或空冷或充气体冷却。淬火后因内部组织还保留一部分(约30%)残余奥氏体没有转变成马氏体，影响了高速钢的性能。为使残余奥氏体转变，进一步提高硬度和耐磨性，一般要进行2～3次回火，回火温度560℃，每次保温1小时。五、高韧性冷作模具钢1.6W6Mo5Cr4V钢（降碳高速钢）性能：碳化物含量减少，在保证高硬度、高耐磨性的同时，提高了钢的抗弯强度、塑性和韧性。但易产生脱碳，耐磨性差。热处理工艺：锻造、退火、淬火、回火。2.基体钢——指成分与高速钢正常淬火组织中的基体成分相同的钢。65Cr4W3Mo2VNb钢性能：加入少量Nb，形成稳定的NbC，阻止奥氏体晶粒长大，同时具有高速钢的强度、硬度、耐磨性，又有较好的韧性。热加工工艺：锻造、退火、淬火、回火。3.6CrNiSiMnMoV钢——（高强韧性低合金冷作模具钢）性能：降低了碳含量，新增了Ni、Si元素，碳化物偏析小，韧性好，但耐磨性略低。六、高耐磨高韧性冷作模具钢1.9Cr6W3Mo2V2（GM）钢性能：高耐磨，高韧性热加工工艺2.Cr8MoWV3Si钢性能：增加了碳含量和碳化物元素的含量，颗粒细小，分布均匀，强度、韧性、耐磨性均好。2.3特殊用途冷作模具材料一、特俗用途冷作模具钢1.9Cr18耐蚀冷作模具钢性能：高碳、高铬，马氏体中铬含量高，高硬度、高耐磨性、良好的耐蚀性。2.7Mn15Cr2Al3V2WMo无磁模具钢性能：高硬度、强度、耐磨性、Mn含量高，磁导率低，不易被磁化。二、硬质合金1.金属陶瓷硬质合金将高熔点、高硬度的金属碳化物粉末（WC、TIC）和粘结剂（Co、Ni）混合后，加压成型，再经烧结而成的一种粉末冶金材料性能：高硬度、高度抗压强度和高的耐磨性，2.钢结硬质合金以WC、TiC等为硬质相，以合金钢为粘结剂，用粉末冶金方法加工而成的模具材料。性能：高硬度、高耐磨性、高抗压性、高韧性。2.4冷作模具的选材及热处理特点一、冲裁模的选材及热处理选材1.薄板冲裁模根据生产批量、尺寸大小、复杂程度。2.厚板冲裁模特点：刃口易磨损，凸模易崩刃、折断。性能：具有较高的强韧性和高的耐磨性。二、冷镦模的选材及热处理特点1.轻载冷镦模2.重载冷镦模三、冷挤压模具的选材及热处理特点1.冷挤压模选材性能：要求具有高强韧性、高耐磨性、一定的抗回火软化能力。选材：碳素工具钢适合挤压应力小，批量不大的正挤压模具；Cr12应用普遍；高速钢适合制作承受高挤压负荷的反挤压凸模；硬质合金适用于大批量生产的冷挤压模具。2.冷拉深模的选材及热处理特点性能：具有良好的耐磨性能和抗粘附性能。选材：小批量生产T8AT10ACrWMn大批量生产，易磨损部位用镶嵌模块方式解决。

第3章热作模具材料3.1热作模具的工作条件及性能要求一、锤锻模锤锻模是热锻模的一个种类，段模模膛制成与所需锻件凹凸相反的相应形状，并作合适的分型。将锻件坯料加热到金属的再结晶温度上的锻造温度范围内，放在锻模上，再利用锻造设备的压力将坯料锻造成带有飞边或极小飞边的锻件。根据使用设备的不同，锻模分锤锻模、机械压力机锻模、螺旋压力机锻模、平锻模等。锻模对高温状态下的金属进行加工，工作条件较差，需承受反复冲击载荷和冷热交变作用，产生很高的应力。金属流动时还会长生摩擦效应。因此模具在作业条件下应具有高的强度、硬度、耐磨性、韧性、耐氧化性、热传导性和耐冷热疲劳性。二、热挤压模热挤压是塑性的金属坯料在压力的作用下通过挤压模具型腔形成所要求形状的型材或管材的过程。工作条件：高温、高压、磨损和热疲劳等恶劣条件下服役的。失效形式：主要是破裂、磨损、冲刷腐蚀、过热和热疲劳裂纹等原因造成的。性能要求：高的热稳定性、冷热疲劳抗力、高耐磨性、高强度、足够的韧性。三、压铸模压力铸造简称压铸，是一种将熔融合金液倒入压室内，以高速充填钢制模具的型腔，并使合金液在压力下凝固而形成铸件的铸造方法。定模：固定在压铸机定模安装板上，有直浇道与喷嘴或压室联接动模：固定在压铸机动模安装板上，并随动模安装板作开合模移动合模时，闭合构成型腔与浇铸系统，液体金属在高压下充满型腔；开模时，动模与定模分开，借助于设在动模上的推出机构将铸件推出.主要失效形式：热疲劳开裂、热磨损和热溶蚀。性能要求：高的耐热性、耐冷热疲劳性、高的导热性、抗氧化性、耐蚀性、高的淬透性。四、热冲切模主要失效模式：刃口磨损、崩刃、卷边性能要求：高耐磨、高硬度、热硬性、强韧性、良好的工艺性。3.2热作模具用刚一、热锻模用钢1.5CrNiMo钢2.5CrMnMo钢3.4CrMnSiMoV钢4.5Cr2NiMoVSi钢二、热挤压模具钢1.钨系热作模具钢2.铬系热作模具钢3.铬钼钢及钨钼钢三、高耐热模具钢3Cr2W8V钢3.3热作模具的选材及热处理特点一、热锻模的选材1.5CrNiMo钢2.5CrMnMo钢3.4CrMnSiMoV钢4.5Cr2NiMoVSi钢热处理特点：退火、淬火、回火二、热挤压模的选材及热处理3Cr2W8、4Cr5MoSiV1等热处理：预备热处理、退火、高温调质淬火+高温回火=调质，调质是淬火加高温回火的双重热处理，其目的是使工件具有良好的综合机械性能。时效处理：为了消除精密量具或模具、零件在长期使用中尺寸、形状发生变化，常在低温回火后（低温回火温度150-250℃）精加工前，把工件重新加热到100-150℃，保持5-20小时，这种为稳定精密制件质量的处理，称为时效。三、压铸模的选材及热处理材料：锌合金、铝或镁合金、铜合金和钢铁四大类处理：去应力退火：将钢件加热到稍高于Ac1的温度，保温一定时间后随炉冷却到550~600℃出炉空冷的热处理工艺称为去应力退火。去应力加热温度低，在退火过程中无组织转变，主要适用于毛坯件及经过切削加工的零件，目的是为了消除毛坯和零件中的残余应力，稳定工件尺寸及形状，减少零件在切削加工和使用过程中的形变和裂纹倾向。球化退火：将钢加热到稍低于或稍高于Ac1的温度或者使温度在A1上下周期变化，然后缓冷下来。目的在于使珠光体内的片状渗碳体以及先共析渗碳体都变为球粒状，均匀分布于铁素体基体中(这种组织称为球化珠光体)。淬火回火第4章塑料模具材料4.1塑料模具的工作条件、失效形式及性能要求一、塑料模具的失效形式磨损、腐蚀、变形、断裂二、塑料模具材料的性能要求1.较高的耐热性；2.足够的强度和硬度；3.良好的耐蚀性；4.良好的耐磨性；5.良好的切削加工性；6.良好的镜面抛光性；7.良好的电加工性；8.良好的花纹图案光蚀性。4.2塑料模具用钢渗碳型塑料模具钢、调制型塑料模具钢、淬硬型塑料模具钢、预硬型塑料模具钢、耐腐蚀塑料模具钢、时效硬化型塑料模具钢。一、塑料模具钢特点1.渗碳型塑料模具钢0Cr4NiMoV（LJ）钢、12CrNiA钢2.淬硬型塑料模具钢碳素工具钢、低合金冷作模具钢、Cr12、高速钢、基体钢3.预硬型塑料模具钢3Cr2Mo（P20）系列钢、5CrNiMnMoVSCa钢、8Cr2MnWMoV5钢4.时效硬化塑料模具钢18Ni、25CrNi3MoAl钢、06Ni6CrMoVTiAl（06Ni）钢、PMS钢4.3塑料模具的选材及热处理特点一、塑料模具的选材1.根据塑料制品种类和质量要求选材；2.根据塑料生产批量选材；3.根据塑料模的加工方法选材；4.根据塑料件的尺寸大小及精度要求选材；5.模具的制造难度和交货期限。二、塑料模具的热处理特点要求：1.合适的工作硬度和足够的韧性；2.确保淬火微小变形；3.表面无缺陷，易抛光；4.足够的强度。热处理特点：1.渗碳钢热处理——渗碳技术要求；渗碳工艺要求。2.淬硬钢塑料模热处理热处理变形小，型腔面光洁。3.预硬钢塑料模热处理先球化退火，消除锻造应力，获得球状珠光体组织。4.失效硬化钢塑料模热处理先固溶处理，再进行失效处理。第5章金属切削知识5.1切削运动与切削要素5.2刀具切削部分的基本定义1．切削运动与切削用量（1）掌握工件上的三个表面（待加工表面、加工表面、已加工表面）（2）掌握切削运动（主运动、进给运动、合成切削运动）（3）掌握切削用量三要素（切削速度、进给量、背吃刀量）2．刀具切削部分的基本定义（1）掌握刀具标注角度的参考系（2）掌握刀具工作角度的参考系掌握进给运动对工作角度的影响；掌握刀具安装对工作角度的影响（3）掌握刀具的标注角度了解主剖面与法剖面的角度换；了解主剖面与任意剖面的角度换算3．切削层参数与切削形式掌握切削层参数的内容、几种切削形式的概念5.3刀具材料1．掌握刀具材料应具备的性能2．掌握常用刀具材料：（1）高速钢（2）硬质合金3．了解其它刀具材料：涂层刀具、陶瓷、人造金刚石与立方氮化硼重点掌握常用高速钢的牌号、性能及选用；常用硬质合金的牌号、性能及选用。第6章金属切削过程6.1切削的形成及切屑类型1.切屑的形成金属切屑的形成过程与用刀具把一叠卡片1、2、3、4、……等推到1、2、3、4、……等位置的情形相似，卡片之间相互滑移即表示金属切削区域的剪切变形经过这种变形以后,切屑从刀具前面上流过时又在刀、屑界面处产生进一步的摩擦变形。通常，切屑的厚度比切削厚度大，而切屑的长度比切削长度短，这种现象就叫切屑变形。金属被刀具前面所挤压而产生的剪切变形是金属切削过程的特征。由于工件材料刀具和切削条件不同,切屑的变形程度也不同,因此可以得到各种类型的切屑。2.切屑力切削时刀具的前面和后面上都承受法向力和摩擦力，这些力组成合力F，在外圆车削时,一般将这个切削合力F分解成三个互相垂直的分力（图3[切削合力和分力]）：切向力F──它在切削速度方向上垂直于刀具基面，常称主切削力；径向力F──在平行于基面的平面内,与进给方向垂直,又称推力；轴向力F──在平行于基面的平面内,与进给方向平行,又称进给力。一般情况下,F最大,F和F较小,由于刀具的几何参数刃磨质量和磨损情况的不同和切削条件的改变，F、F对F的比值在很大的范围内。3.积屑瘤在用低、中速连续切削一般钢材或其他塑性材料时,切屑同刀具前面之间存在着摩擦,如果切屑上紧靠刀具前面的薄层在较高压强和温度的作用下，同切屑基体分离而粘结在刀具前面上,再经层层重叠粘结,在刀尖附近往往会堆积成一块经过剧烈变形的楔状切屑材料，叫做积屑瘤。积屑瘤的硬度较基体材料高一倍以上，实际上可代替刀刃切削。积屑瘤的底部较稳定，顶部同工件和切屑没有明显的分界线,容易破碎和脱落,一部分随切屑带走，一部分残留在加工表面上，从而使工件变得粗糙。所以在精加工时一定要设法避免或抑制积屑瘤的形成。6.2切削力切削用量定义：是指切削速度、进给量和切削深度三者的总称，这三者又称切削用量三要素。切削速度v：在切削加工中，刀刃上选定点相对于工件的主运动速度。v=πdn/1000(m/min)式中d完成主运动的刀具或工件的最大直径（mm）n主运动的转速（r/min）进给量f：工件或刀具的主运动每转或每双行程时，工件和刀具在进给运动中的相对位移量。vf=n*f（mm/min）切削深度ap：等于工件已加工表面与待加工表面间的垂直距。对于外圆车削ap=（dw-dm)/2(mm)对于钻孔ap=dm/2(mm)式中dw工件加工前直径(mm)；dm工件加工后直径(mm)。6.3切屑温度与切削液1.切屑温度切削过程中切削区各处的温度是不同的，形成一个温度场切屑和工件的温度分布，这个温度场影响切屑变形、积屑瘤的大小、加工表面质量、加工精度和刀具的磨损等，还影响切削速度的提高。一般说来，切削区的金属经过剪切变形以后成为切屑,随之又进一步与刀具前面发生剧烈摩擦,所以温度场中温度分布的最高点不是在正压力最大的刃口处，而是在前面上距刃口一段距离的地方。切削区的温度分布情况，须用人工热电偶法或红外测温法等测出。用自然热电偶法测出的温度仅是切削区的平均温度。2.切屑液也称冷却润滑液，用于减少切削过程中的摩擦和降低切削温度，以提高刀具寿命、加工质量和生产效率。常用的切削液有切削油、乳化液和化学切削液3类。6.4刀具失效及刀具耐用度刀具在切削时的磨损是切削热和机械摩擦所产生的物理作用和化学作用的综合结果。刀具磨损表现为在刀具后面上出现的磨损带、缺口和崩刃等，前面上常出现的月牙洼状的磨损，副后面上有时出现的氧化坑和沟纹状磨损等。当这些磨损扩展到一定程度以后就引起刀具失效，不能继续使用。刀具逐渐磨损的因素，通常有磨料磨损、粘着磨损、扩散磨损、氧化磨损、热裂磨损和塑性变形等。在不同的切削条件下，尤其是在不同切削速度的条件下，刀具受上述一种或几种磨损机理的作用。例如，在较低切削速度下，刀具一般都因磨料磨损或粘着磨损而破损；在较高速度下，容易产生扩散磨损、氧化磨损和塑性变形。刀具寿命刀具由开始切削达到刀具寿命判据以前所经过的切削时间叫做刀具寿命(曾称刀具耐用度)，刀具寿命判据一般采用刀具磨损量的某个预定值，也可以把某一现象的出现作为判据，如振动激化、加工表面粗糙度恶化，断屑不良和崩刃等。达到刀具寿命后，应将刀具重磨、转位或废弃。刀具在废弃前的各次刀具寿命之和称为刀具总寿命。6.5工件材料的切削加工工艺性指零件被切削加工成合格品的难易程度。它根据具体加工对象和要求，可用刀具寿命的长短、加工表面质量的好坏、金属切除率的高低、切削功率的大小和断屑的难易程度等作为判据。在生产和实验研究中，常以作为某种材料的切削加工性的指标，它的含义是：当刀具寿命为分钟时,切削该材料所允许的切削速度。越高，表示加工性越好,一般取60、30、20或10分钟。第7章金属切削机床及切屑加工7.1金属切削机床的分类及基本构造金属切削机床是用切削、磨削或特种加工方法加工各种金属工件，使之获得所要求的几何形状、尺寸精度和表面质量的机床（手携式的除外）。金属切削机床是使用最广泛、数量最多的机床类别。7.2常用机床概述车削加工是利用工件的旋转和刀具的直线移动加工工件的，在车床上可以加工各种回转表面。由于车削加工具有高的生产率，广泛的工艺范围以及可得到较高的加工精度等特点，所以车床在金属切削机床中占的比例最大，约占机床总数的20-35%，车床是应用最广泛的金属切削机床之一。下面以常见的CA6140型普通机床为例来分析车床的组成及加工特点。\o"查看图片"车床一、CA6140型普通机床CA6140型普通机床是普通精度级机床。（一）机床的组成其主要部件如下：（1）主轴箱用来支承主轴并通过变换主轴箱外部手柄的位置（变速机构），使主轴获得多种转速。装在主轴箱里的主轴是一空心件，用来通过棒料。主轴通过装在其端部的卡盘或其他夹具上带动工件旋转。（2）挂轮箱是把主轴的转动传给进给箱，调换箱内的齿轮并与进给箱相配合，可获得各种不同的进给量或加工各种不同的螺纹。（3）进给箱（走刀箱）主轴的转动通过进给箱内的齿轮机构传给光杠或丝杠。变换箱体外面的手柄位置，可使光杠或丝杠得到不同的转速。（4）溜板箱通过其中的转换机构将光杠或丝杠的转动变为拖板的移动。经拖板实现纵向或横向进给运动。大拖板使车刀作纵向运动；中拖板使车刀作横向运动；小拖板纵向车削短工件或绕中拖板转过一定角度来加工锥体，也可以实现刀具的微调。（5）刀架用来装夹刀具。（6）尾座安装在床身右端的导轨上，其位置可根据需要左右调节。它的作用是安装后顶尖以支承工件和安装各种刀具。（7）床身是车床的基础零件，用来支承和安装车床的各个部件，以保证各部件间有准确的相对位置，并承受全部切削力。车身上有四条精确的导轨，以引导拖板和尾座移动。此外还有冷却润滑装置、照明装置及盛液盘等。（二）车床上的运动在车床上加工各种回转表面，必须具备下列运动。（1）主运动在车床上工件的旋转为主运动。（2）进给运动即刀架的纵向和横向运动以主轴转一转，刀具相对工件移动距离来表示进给运动的大小，进给运动的速度较低，以mm/r表示。此外，还有刀具的切入、退出及返回等辅助运。\o"查看图片"车刀（三）车床的传动系统二、卧式车床应用范围及加工特点车床的工艺范围相当广泛，在几乎不加其他装置的情况下，能完成的各种工作：用中心钻钻中心孔（a）；车外圆（b）；车端面（c）；使用麻花钻钻孔（d）；镗孔（e）；用绞刀绞孔（f）；切槽和切断（g）；车螺纹（h）；用滚花刀滚花（i）；车锥面（j）；车特形面（r）；盘绕弹簧（l）。1、车外圆车外圆是最基本、最简单的切削方法。车外圆一般经过粗车和精车两个步骤。粗车的目的是使工件尽快的接近图纸上的形状和尺寸。并留有一定的精车余量。粗车精度为IT11、IT12，粗糙度为12.5μm。精车则是切去少量的金属，以获得图纸上所需的形状、尺寸和较小的表面粗糙度。精车精度为IT6～IT8。2、车端面车端面时，常用的车刀有偏刀和弯头车刀两种，车削时，车刀可由外圆向中心给进，。但由于用偏刀由外向中心进给时是用副切削刃进行切削，同时受切削力方向的影响，刀尖易扎入工件形成凹面，影响工件质量。因此，在精车端面时，偏刀再最后一次走刀应由中心向外进给，这样能避免下述缺点如图。用弯头车刀车端面时，由于是利用主刀刃来进行切削，所以，切削顺利，适用于加工较大端面。车端面时，车刀的刀尖要对准中心。否则不仅改变前、后角的大小，而且在工件中心还会留有一个切不掉的凸台，把刀尖压坏或损坏。3、切断和切槽所谓切断是指在车床上用切断刀截取棒料或将工件从原料上切下的加工方法。切断时一般采用正车切断法，同时进给速度应均匀并保持切削的连续性。正切容易产生振动，致使切断刀折断。因此，在切断大型工件时，常采用反车切断法进行切断。反车切断法刀具对工件作用力与工件的重力G的方向一致，有效地减少了振动，而且排屑容易，减少了刀具的摩损，改善了加工条件。由于刀头切入工件较深，散热条件差，因此切钢件时应加冷却液。圆柱面上各种形状的槽，一般是用与槽性相应的车刀进行加工。较宽的槽，可通过几次吃刀来完成，最后根据槽的要求进行精车。4、车圆锥面用圆锥面的配合时，同轴度高、装卸方便。锥角较小时，可以传递较大扭矩。因此圆锥面广泛用于刀具和工具。圆锥面的加工方法有以下三种：（1）转动小刀架车锥面车削锥度较大和较短的内、外圆锥面时，松开固定小刀架拖板的螺母，将刀架小拖板饶转盘转轴线转过某一角度（工件的半锥角），然后锁紧螺母。摇动小拖板的手柄，使车刀沿着圆锥面母线移动，从而加工出所需的圆锥面。这种方法的优点是能加工锥角很大的外锥面，操作简单，调整方便，因此应用广泛。但因受小拖板行程的限制，不能加工较长的锥面，不能做机动进给，因此只适用于加工短的圆锥面，单件小批量生产。（2）宽刃车刀车锥面用宽刃车刀加工较短的圆锥面，锥体长度L20～25mm。车刀安装时，切削刃应与锥面母线平行。较长的锥面不能用宽刃刀切削，否则，将引起振动，使工件表面产生波纹。（3）偏移尾架车锥面在加工较长工件上的小锥度外圆锥面时，可把尾架顶尖向外偏移一定距离S，使锥面母线与车刀的纵向进给方向平行，利用车刀的自动纵向进给，来车出所需的锥面。这种方法可以加工较长的锥面，并能采用机动进给。但只能加工半锥角较小的外锥面。因为当圆锥过大时，顶尖在工件中心孔内歪斜，接触不良，磨损也不均匀，会影响加工质量。此外，对于一些锥面较长，精度要求较高，而批量又较大的零件还可采用靠模法车削。5、钻孔和镗孔在车床上钻孔，工件一般装在卡盘上，钻头则装在尾架上，此时工件的旋转为主运动。为防止钻偏，应先将工件端面车平，有时还在端面中心处先车出小坑来定中心。钻孔时动作不宜过猛，以免冲击工件或折断钻头。钻深孔时，切削不易排出，故应经常退出钻头，以清除切屑。钻钢料时应加冷却液，钻铸铁不加冷却液。镗孔是钻出或铸、锻出的孔的进一步加工。在成批大量生产中，镗孔常作为车床绞孔或滚压加工的半径加工的半精加工工序。镗孔与车外圆相似，分粗镗和精镗，必须注意的是切深进刀的方向与车外圆相反。用于车床的镗孔刀，其特点是刀杆细长，刀头较小，以便于深入工件孔内进行加工。由于刀杆钢性差，刀头散热体积小，加工中容易变形，切削用量要比车外圆小些，应采用较小的进给量和切削深度，进行多次走道完成。6、车螺纹螺纹按牙形分为三角螺纹、梯形螺纹、锯齿螺纹和矩形螺纹等。生产中常用的三角螺纹，其螺纹车刀切削部分的形状应与螺纹的轴向截面相符合。车削时，工件每转一转，车刀必须纵向移动一个导程（单头螺纹，导程=螺距），才能加工出正确的螺纹。钻床及其加工钻床主要是加工孔，一般只适于加工直径在100mm以内的孔，直径更大的孔，则需在镗床上进行加工。钻削、镗削加工时，主运动是刀具的旋转运动，单位为米/分（m/min）；进给运动是刀具的轴向运动，单位为米/主轴每转（m/r）或毫米/刀具每齿(mm/z)。一、钻床的功用和分类\o"查看图片"钻床钻床主要用于加工尺寸不太大，精度要求不很高的孔，主运动为刀具随主轴的转动；进给运动为刀具沿主轴轴线的运动。加工前调整好被加工工件孔的中心，使它对准刀具的旋转中心。加工过程中工件固定不动。按JB1838-85的规定，钻床共分为摇臂钻床、台式钻床、立式钻床、卧式钻床、深孔钻床和中心孔钻床等八组二十八个系，而以摇臂钻床应用最为广泛。1、摇臂钻床在一些大而重的工件上加工孔，人们希望工件固定不动，移动钻床主轴，使主轴对准被加工孔，因此就产生了摇臂钻床。摇臂钻床的主轴箱5可沿着摇臂4的导轨横向调整位置，摇臂4可沿外立柱3的圆柱面上下调整位置，此外，摇臂4及外立柱3又可绕内立柱2转动。因此工作时，可以方便地调整主轴6的位置，这时工件固定不动。摇臂钻床广泛地应用于单件和中、小批生产中加工大、中型零件。2、立式钻床加工前需调整工件在工作台上的位置，使被加工孔中心线对准刀具的旋转中心，在加工过程中工件是固定不动的。加工时主轴既旋转又作轴向进给运动，同时由进给箱传来的运动，通过小齿轮和主轴筒上的齿条，使主轴随着主轴套筒作轴向直线进给。进给箱和工作台的位置可沿立柱上的导轨上下调整，以适应加工不同高度的工件需要。在立式钻床上，加工完一个孔后再加工另一个孔时，需移动工件。这对于大而重的孔件，操作很不方便。因此，立式钻床仅适用于加工中、小型工件。3、台式钻床台式钻床简称“台钻”，实质上是一种加工小孔的立式钻床。钻孔直径一般在15mm以下。由于加工的孔径很小，所以台转的主轴转速往往较高，最高可达到每分钟几万转。台钻小巧灵活，适用方便，适于加工小型零件上的小孔，通常用手动进给。二、钻削的应用范围及加工特点在钻床上可完成以下切削加工：用麻花钻钻孔（a）；用扩孔钻扩孔（b）；用绞刀铰孔（c）；用锪钻（划钻）锪锥坑（d）；锪鱼眼坑（e）；锪平面（f、g）；用丝锥攻螺纹孔（h）。虽然钻床可完成以上各种加工，但主要是用来钻孔、扩孔和铰孔。1、钻孔加工的特点（1）钻孔时麻花钻深埋孔中，处于封闭状态，排削困难，故散热条件极差。再加上冷却润滑液很难到达切削区，使得刀具（在不加冷却润滑液时）吸收的热量达到总热量的一半以上，容易引起刀具磨损。（2）钻头是定尺寸刀具，直径受加工孔径的限制，因而钻头的强度和刚度较低。加之仅靠两条棱边导向，导向作用较差。因此，容易造成加工孔的歪斜，孔径扩大及孔不圆等弊病。故钻孔精度低，粗糙度大，其经济精度一般在IT10以下，Ra=6.3～25μm。（3）钻削时轴向力较大，主要是由横刃产生的。因为钻头切削刃上各点的前角随半径的减小变化很大。在横刃处前角约为负540，实际上是刮削，所以产生了很大的轴向力。（4）由于上述三个特点，钻孔时只能选用较小的切削用量，所以生产率低，另外受钻头直径等多种因素限制，钻孔直径一般不超过100mm。2、扩孔的特点扩孔是对已钻出、铸出或锻出的孔用扩孔钻进一步加工的方法。扩孔有以下特点：（1）因为扩孔时切削深度较小，再加上扩孔钻相当于具有3～4个刃齿的麻花钻，且无横刃，其钻尖处前角较大，在切削深度较小时仅靠钻尖处一小段主切削刃切削，故扩孔时切削力小，发热也就很少，动力消耗及因热效应引起的刀具磨损均较小。（2）由于有预加工的孔，故排削方便，冷却润滑条件好。（3）扩孔钻钻芯粗、刚性好，再加上有3～4个导向棱带，故切削平稳，可纠正的孔的轴线歪斜。（4）受扩钻孔直径的限制，扩孔一般只适用于直径100mm以下的孔的加工。（5）由于以上原因，扩孔时可采用较大的切削用量，同时能得到较高的加工精度和较小的表面粗糙度。一般扩孔经济精度为IT9～IT10级，表面粗糙度Ra=3.2～6.3μm。3、铰孔的特点铰孔属孔的精加工。这主要是因为绞刀的主、副偏角都很小。切削刃又多，使残留面积极小，再加上铰削深度很小（精铰时ap=0.05～0.25mm）、铰削速度很低。使切削力、切削热均很小，不产生积屑瘤。同时，铰刀上很长的刮光刃对孔壁有修刮和挤光的作用。故可以得到很高的尺寸精度和很小的表面粗糙度，使机铰的经济精度达IT7～IT8级，粗糙度为Ra=0.8～3.2μm。手铰更高，分别为IT6～IT7级和Ra=0.4～0.8μm，但它不能校正孔的轴线，而且一般只能加工直径80mm以下的孔。镗床及其加工主要是用镗刀进行镗孔，由于镗床的主轴、工作台等部件刚度好，精度较高，所以在镗床上可加工出尺寸、形状和位置精度均较高的孔，尤其适合加工箱体类结构复杂、外形尺寸较大的工件。镗床主要有下列几类：卧式镗床、坐标镗床、金刚镗床、立式镗床、深孔镗床、落地镗床等。1、卧式镗床在卧式镗床上进行镗孔、车端面和凸缘、钻孔、铣平面、车内螺纹等加工，如图31-29所示。这种机床通用性好、应用广泛，所以习惯上又称万能镗床。卧式镗床的外型如图19-30所示。加工时，刀具安装在主轴3或平旋盘4上。主轴箱1可获得各级转速和进给量，同时还可沿立柱2的导轨上下移动。工件安装在工作台5上，同工作台一起随下滑座7或上滑座5作纵向或横向移动。可用工作台绕上滑座的导轨调整角度以加工互相成一定角度的孔或平面。当镗刀杆伸出较长时，可用后立柱10上的支承9来支承镗杆，以提高镗杆的刚度。当刀具装在平旋盘4的径向刀架上时，刀具可以作径向进给以车削端面。2、落地镗床在加工某些庞大而笨重的工件时，我们希望工件在加工过程中固定不动，运动由机床部件来实现。因此，在卧式镗床的基础上，又产生了落式镗床。落式镗床没有工作台，工件直接固定在地面的平板上。镗轴的位置，是由立柱沿床身导轨作横向移动及主轴箱沿立柱导轨作上下移动，来进行调整的。落地镗床较大，它的镗轴直径往往在125mm上。落地镗床是用于加工大型零件的重型机床，因此它具有下列主要特点：（1）万能性大。大型工件装夹及找正困难而且费时，因此希望尽可能在一次安装中将全部表面加工出来，所以落地镗床的万能性较大，机床可以进行镗、铣、钻等各种工作。（2）由于机床庞大，为使操纵方便起见，通常是用悬挂式操纵板或操纵台集中操纵；（3）为了观察部件位移方便，落地镗床大多备有移动部件（立柱、主轴箱及镗轴）位移的数码显示装置，以节省观察及测量位移的时间和减轻工人劳动强度。铣床及其加工一、铣床的功能与分类铣床是用铣刀进行切削加工的机床。铣床的主运动是铣刀的旋转运动，铣床的主参数是工作台的宽度。和刨床相比，它的切削速度高，而且是多刃连续切削，所以生产率较高。目前铣床在很多场合上取代了刨床工作。（一）卧式铣床卧式铣床的主轴与工作台平行。为扩大机床的应用范围，有的卧式铣床的工作台可以在水平面内旋转一定角度，故称为万能卧式铣床。在生产中应用最广泛的是X62W卧式升降台铣床。加工时，工件安装在工作台上，铣刀装在铣刀心轴上，在机床主轴的带动下旋转。工件随工作台作纵向进给运动；滑座沿升降台上部的导轨移动，实现横向进给运动。升降台可沿车身导轨升降，以便调整工件与刀具的相对位置。横梁的前端可安装吊架，用来支承铣刀心轴的外伸端，以提高心轴刚性。横梁可沿床身顶部水平导轨移动，调整其伸出长度。进给变速箱可变换工作台、滑座和升降台的进给速度。（二）立式铣床立式升降台铣床与卧式铣床的主要区别是：立式铣床的主轴与工作台垂直。如图31-33所示。有些立式铣床为了加工需要，可以把立铣头旋转一定的角度，其他部分与卧式升降台相同。卧式及立式铣床都是通用机床，常适用于单件及成批生产中。二、铣床附件为了扩大铣床的加工范围，铣床一般均配有附件。常用附件有以下几种：（一）平口钳铣削加工常用平中钳夹紧工作。它具有结构简单、夹紧可靠和使用方便等特点，广泛用于装夹矩形工件。生产中常用的是可调整的回转式平中钳。（二）回转工作台回转工作台主要用来加工带有内外圆弧面工件及对工件分度。分为手动进给和机动进给两种。传动轴可与铣床的传动装置相联结，以实现机动进给。扳动手柄可以接通或断开机动进给。调整挡块2的位置，可以使转盘1自动停止在预定位置上。若将手轮5上，可进行手动进给。（三）、分度头分度头是铣床上最常用的标准附件，常用分度头的格规有FW250、FW320、FW100、FW500等多种。规格代号中的F表示分度头，W表示万能，数字表示分度头能加工最大直径。三、铣削的应用范围及加工特点（一）在铣床上的加工范围相当广泛。1、铣水平面、斜平面、垂直平面（可在各式铣床上进行）（1）在卧式铣床上用圆柱铣刀铣水平面。（2）在立式或龙门铣床上用端铣刀铣水平面，如图b所示。（3）在卧式铣床上用角铣刀铣斜面。（4）在卧式铣床上将工件倾斜安装，用圆柱铣刀铣斜面。（5）在立铣或龙门铣上将主轴回转一角度，用端铣刀铣斜面。（6）在立铣或龙门铣上将工件倾斜安装，用端铣刀铣斜面。（7）在卧铣或龙门铣上用端铣刀铣垂直面。2、在卧式铣床上用角铣刀铣V形槽。3、铣沟槽（1）在立式或龙门铣床上用立铣刀铣削（2）用槽铣刀在卧式铣床上铣削4、在卧式或龙门铣床上用三面刃盘铣刀铣台阶。5、在卧式铣床上用三面刃组合铣刀铣两侧面。6、在卧式铣床上用片铣刀切断。7、在卧式铣床上用成形铣刀铣特形面。8、在立式铣床上使用分度头用立铣刀铣凸轮。9、在卧式铣床上使用分度头用槽铣刀铣花键槽，铣单键槽时则不用分度头。10、在卧式铣床上用与螺旋槽法截面廓形相适应的成形盘铣刀铣螺旋面。11、先在卧式铣床上用三面刃盘铣刀或先在立铣上用立铣刀铣出T形槽的垂直槽，然后用T形槽铣刀在立铣床上铣出T形槽的水平槽。12、先在立式铣床上用立铣刀铣出矩形直槽，然后用立式燕尾槽铣刀铣出燕尾面。此外，在铣床上还可以加工圆锥齿轮。（二）铣削加工的特点1、铣削加工的优点：铣刀是多刃刀具，一般来说同一时刻只有几个刀齿参与工作，其它刀齿均处于非工作状态。这样每一刀齿均有较充分的冷却时间，因而提高铣刀耐用度。因铣刀是多刃刀具，铣削工作量由多个刀齿平均负担，所以可采用大的进给量。主运动是旋转运动，无惯性限制所以可采用高速切削。由于上述原因，使铣削生产率、铣刀耐用度均比刨削高，加工精度比刨削约高难度1～2级，粗糙度与刨削大致相同。2、铣削加工的缺点：铣刀每一刀齿均是周期性地参加切削，故每一刀齿在切入与切离时会造成冲击现象，这是影响铣刀耐用度、切削速度的提高，使加工精度和粗糙度不高。铣削时，切削厚度和切削面积是变量，因此切削力周期性变化，容易引起振动。铣削经济精度为IT9～IT10，表面粗糙度为1.6～3.2μm。第8章机械加工工艺规程的编制8.1生产过程和工艺过程1．生产过程把原材料转变为成品的全过程，称为生产过程。生产过程一般包括：原材料的运输仓储保管、生产技术准备、毛坯制造、机械加工、含热处理、装配、检验、喷涂、包装和入库等。2．工艺过程在上述生产过程中凡是直接改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等，使之成为成品或半成品的过程称为工艺过程。工艺过程的种类较多，有毛坯制造、热处理、机械加工、装配等工艺过程。机械加工工艺过程是机械产品生产过程的一部分，是对机械产品中的零件采用各种加工方法直接用于改变毛坯的形状、尺寸、表面粗糙度以及力学物理性能，使之成为合格零件的全部劳动过程。8.2零件的工艺分析机械加工工艺过程是由若干个顺序排列的工序组成的，机械加工中的每一个工序又可依次细分为安装、工位、工步和走刀。1．工序机械加工工艺过程的工序是指一个（或一组）工人在一个工作地点对一个（或同时对几个）工件连续完成的那一部分工艺过程。只要工人、工作地点、工作对象之一发生变化或不是连续完成，则应成为另一工序，因此同一个零件同样的加工内容可以有不同的工序安排，此外，零件的生产类型不同，为了提高生产率和加工经济性，加工过程中的工序划分也不同。如图12-1所示的阶梯轴，当加工数量较少时，工艺过程和工序的化分如表12-1所示，共有四道工序。在加工数量较多时如表12-2所示可分为六道工序。数控加工中工序的划分比较灵活，不受该定义的限制。工序是组成工艺过程的基本单元，也是生产计划和经济核算的基本依据。表12-1单件小批量生产工艺过程工序号工序内容设备1车两端面、钻中心孔车床2车外园、车槽和倒角车床3铣键槽、去毛刺铣床、钳工4磨外圆磨床

2．安装工件经一次装夹后所完成的那一部分工序内容，称为安装。在一道工序中工件可能只需要安装一次，也可能需要安装几次，表12-2的工序4中只需一次安装即可铣出键槽，表12-1工序2中至少两次安装才能完成全部工艺内容。表12-2大批量生产工艺过程工序号工序内容设备1两端同时铣端面钻中心孔专用机床2车一端外园、车槽和倒角车床3车外园、车槽和倒角车床4铣键槽铣床5去毛刺钳工6磨外圆磨床

3．工位在工件的一次安装中，通过分度（或移动）装置，使工件相对于机床床身变换加工位置，我们把每一个加工位置上的安装内容称为工位。在一个安装中，可能只有一个工位，也可能需要有几个工位。4．工步加工表面、切削刀具、切削速度和进给量都不变的情况下所完成的工位内容，称为一个工步。带回转刀架的机床（转塔车床、加工中心）其回转刀架的一次转位所完成的工位内容应属一个工步，此时若几把刀具同时参与切削，该工步称为复合工步。8.4定位基准的选择一、工件的定位（一）工件的装夹在设计机械加工工艺规程时，主要考虑的问题之一是如何将工件装夹在机床上或者夹具中，这里装夹有两个含义，即定位和夹紧。定位是指确定工件在机床或夹具占有正确位置的过程，夹紧是指工件定位后将其固定，使其在加工过程中保持定位位置不变的操作。工件在机床上或夹具中装夹有三种主要方法：图12-2直接找正安装⒈直接找正装夹工件的定位过程可以由操作工人直接在机床上利用千分表、划线盘等工具找正某些有相互位置要求的表面，然后夹紧工件称为直接找正装夹。例如套类零件内孔磨削时的装夹（如图12-2所示），磨削前应将工件轻轻夹在内圆磨床的四爪卡盘中以千分表对外圆进行找正，使外圆轴心线与机床主轴轴心线相重合，然后夹紧，以保证磨削后工件外圆与内圆的同轴度。这种安装方式效率低，但找正精度可以很高，适合单件小批量生产或在精度要求特别高的生产中使用。图12-3划线找正装夹2．划线找正装夹划线找正装夹装夹方法是按图纸要求在工件表面上划出位置线以及加工线和找正线，装夹工件时，先在机床上按找正线找正工件位置，然后夹紧工件。例如在长方形工件上镗孔（如图12-3所示）可先在划线平台上划出孔的十字中心线，再划出加工线和找正线，然后将工件在四爪单动卡盘上轻轻夹住，用划线检查找正线，找正后夹紧工件。划线找正装夹不需要其它专用设备，通用性好，但生产效率低，精度不高，适用于单件、中小批生产中的复杂铸件或零件精度较低的粗加工工序。3．夹具装夹为保证加工精度要求和提高生产率，通常采用夹具装夹，用夹具装夹工件，不需要划线和找正，直接由夹具来保证工件在机床上的正确位置，并在夹具上直接夹紧工件，该方法操作比较简单，容易保证加工精度，在各类生产类型中都广泛应用。（二）工件定位的基本原理1．六点定位基本原理工件在空间具有六个独立的运动，即六个自由度：三个坐标方向的移动自由度、、和转动自由度、、，如图12-4所示。若使工件在空间占有确定的位置，就必须按一定的要求布置六个支承点（及定位元件）来限制工件的六个自由度，这就是工件的“六点定位原理”。如图12-5所示的长方形工件，底面A放置在不在同一直线上的三个支承点上，限制了工件的、、三个自由度；12-4工件在空间的自由度工件侧面B紧靠在沿长度方向布置的两个支承点上，限制了、两个自由度，端面C紧靠在一个支承点上，限制了自由度。由图12-5可知，工件形状不同，定位表面不同，定位点的布置情况会各不相同。1．工件自由度与加工要求的关系工件定位时，影响加工要求的自由度必须限制，不影响加工精度的自由度不必限制。如铣削图12-6所示零件上的通槽，、、三个自由度影响槽底面与A面的平行度及尺寸两项加工要求，、两个自由度影响槽侧面与B面的平行度及尺寸两项加工要求，自由度不影响通槽加工。、、、、五个自图12-5长方形工件的六点定位由度对加工要求有影响，应该限制。自由度对加工要求无影响，可以不限制。1．

完全定位与不完全定位工件的六个自由度全部被限制的定位称为完全定位（如图12-5所示）。工件被限制的自由度少于六个，但不影响加工要求的定位称为不完全定位（如图12-6所示）。完全定位与不完全定位是实际加工中最常用的定位方式。2．

过定位与欠定位按照加工要求应该限制的自由度没有被限制的定位称为欠定位。欠定位是不允许的。因为欠定位保证不了加工要求。工件的一个或几个自由度被不同的定位元件重复限制的定位称为过定位。如图12-7所示的连杆定位方案，长销限制了、、、四个自由度，支承板限制了、、三个自由度，其中、被两个定位元件重复限制，这就产生过定位。当工件小头孔与端面有较大垂直度误差时夹紧力将使连杆变形，或使长销弯曲（如图12-7c），造成连杆加工误差。若采用图12-7d方案，即将长销改为短销，就不会产生过定位。二、定位基准的选择（一）基准及其分类基准是机械制造中应用得十分广泛的一个概念，是用来确定生产对象上几何要素之间的几何关系所依据的哪些点、线、面。根据基准功用不同，可分为设计基准和工艺基准。1.设计基准设计图样上所采用的基准称为设计基准，例如图12-8所示的轴心线O—O是各外圆表面和内孔的设计基图12-8衬套简图准；Ф30内孔的轴心线是Ф45h6外圆表面径向跳动和端面B端面圆跳动的设计基准。2．工艺基准在工艺过程中所采用的基准，称为工艺基准。它包括：（1）装配基准在装配时用以确定零件或部件在产品中的相对位置所采用的基准。（2）测量基准在加工中或加工后用来测量工件的形状、位置和尺寸误差，测量时所采用的基准。（3）工序基准在工序图上用来确定本工序所加工表面加工后的尺寸、形状、位置的基准。（4）定位基准在加工时用于工件定位的基准。（二）定位基准的选择在制定零件加工工艺过程时，合理地选择定位基准，对保证零件的位置精度，安排加工顺序有着决定性的影响。选择定位基准应从有相互位置精度要求的表面中选择，且尽量与设计基准或装配基准重合。定位基准可分为粗基准和精基准。用未加工过的毛坯表面作为定位基准的称为粗基准；用已加工过的表面作为定位基准的称为精基准。1．

粗基准的选择粗基准的选择是否合理，直接影响到各加工表面加工余量的分配，以及加工表面和不加工表面的相互位置关系。因此，必须合理选择。具体选择时一般应遵循以下原则：⑴保证相互位置要求的原则为保证加工面和不加工面的相互位置要求则应以不加工面作为粗基准。如图12-10所示，以不加工的外圆表面作粗基准，可以保证内孔加工后壁厚均匀。同时还可以在一次安装中加工出大部分要加工的表面。⑵保证加工表面加工余量合理分配原则为保证重要加工表面的加工余量均匀，应选择该表面的毛坯面为粗基准。例如，车床床身加工中，导轨面是最重要的表面，它不仅精度要求高，而且要求导轨面有均匀的金相组织和较高的耐磨性，应使导轨面去除余量小且均匀。因此应选择导轨面为粗基准，先加工底面（如图12-11a），然后再以底面为精基准加工导轨面（如图12-11b）。这就可以保证导轨面的加工余量均匀。⑶便于工件装夹的原则选择粗基准时，必须考虑定位准确、夹紧可靠操作方便等，要求选用的粗基准尽可能平整、光洁和有足够大的尺寸，不允许有飞边、浇冒口等缺陷。⑷粗基准一般不得重复使用的原则若毛坯的定位面很粗糙，在两次装夹中使用同一粗基准就会造成相当大的定位误差。如图12-12所示的小轴，如果重复使用毛坯面B定位加工A和C，则会使加面A和C产生较大的同轴度误差。2.精基准的选择选择精基准主要考虑如何减少加工误差、保证加工精度，使工件装夹方便，并使零件的制造较为经济、容易，具体选择时可遵循以下原则：图12-12重复使用粗基准示例⑴基准重合原则选择被加工表面的设计基准为精基准称为基准重合原则。采用基准重合原则可以避免由定位基准和设计基准不重合而引起的定位误差。⑵基准统一原则当工件以某一组精基准可以比较方便地加工其它表面时，应尽可能在多数工序中采用此同一组精基准定位，这就是基准统一原则。采用统一基准可以避免基准变换所产生的误差，提高各加工表面之间的位置精度，同时简化夹具的设计和制造的工作量。⑶自为基准原则某些要求加工余量小而均匀的精加工工序，选择加工表面本身为基准进行加工，称为自为基准原则。如拉孔、铰孔、珩磨孔、浮动镗刀镗孔都是自为基准加工的例子。采用自为基准原则加工时，只能提高加工表面本身的尺寸精度、形状精度，不能提高加工表面的位置精度，加工表面的位置精度应由前道工序保证。(4)互为基准原则为使各加工表面之间有较高的位置精度，且使其加工余量小而均匀，可采用两个表面互为基准反复加工，称为互为基准原则。在实际生产中，精基准的选择要完全符合上述原则，有时很难做到。应根据具体的加工对象和加工条件，从保证主要技术要求出发，灵活选用有利的精基准。8.5工艺路线的拟定零件的工艺分析（一）产品的装配图和零件图分析分析产品的装配图和零件图，其目的是了解产品的用途、性能和工作条件，熟悉零件在产品中的地位和作用，找出主要的和关键的技术要求，以便在拟订工艺过程时采取适当的工艺措施加以保证。1.零件的完整性与正确性分析零件的视图应足够、正确及表达清楚，并符合国家标准，尺寸及有关技术要求应标注齐全，几何要素（点、线、面）之间的关系（如相切、相交、垂直、平行等）应明确。2.零件技术要求分析零件技术要求主要是指尺寸精度、位置精度、形状精度、表面粗糙度及热处理等。这些要求在保证使用性能的前提下应经济合理。过高的精度要求会使工艺过程复杂、加工困难、成本提高。3．零件材料分析在满足零件功能的前提下应选用廉价的材料。材料选择应立足国内，不要轻易选用贵重及紧缺的材料。（二）零件的结构工艺性分析零件结构工艺是指所设计的零件在能满足使用要求的前提下制造的可行性和经济性。功能相同的零件，其结构工艺性可以有很大差异。所谓结构工艺性好，是指在现有的工艺条件下既能方便制造，又有较低的制造成本。对零件图进行工艺性审查时，如发现图样上的视图、尺寸标准、技术要求有错误或遗漏，或结构工艺性不好时，只能向有关部门提出建仪，在征得设计人员同意后按规定手续进行必要的修改与补充，不得擅自更改图样。设计工艺路线是制定工艺规程的重要内容之一，其主要内容包括选择加工表面的加工方法、划分加工阶段、划分工序以及安排工序的先后顺序等，设计者应根据从生产实践中总结出来的一些综合性的工艺原则，结合实际生产条件，提出几种方案，通过对比分析从中选择最佳方案。加工方法的选择