武船院模具制造工艺讲义

第一章绪论第一节中国模具工业的现状与发展一、中国模具工业和制造技术现状改革开放以来，随着国民经济的高速发展，市场对模具的需求量不断增长。近年来，模具工业一直以15%左右的增长速度快速发展，模具工业企业的所有制成分也发生了巨大变化，除了国有专业模具厂外，集体、合资、独资和私营也得到了快速发展。随着与国际接轨的脚步不断加快，市场竞争的日益加剧，人们已经越来越认识到产品质量、成本和新产品的开发能力的重要性。而模具制造是整个链条中最基础的要素之一，模具制造技术现已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志，并在很大程度上决定企业的生存空间。近年来许多模具企业加大了用于技术进步的投资力度，将技术进步视为企业发展的重要动力。一些国内模具企业已普及了二维CAD，并陆续开始使用UG、Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS等国际通用软件，个别厂家还引进了Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris和MAGMASOFT等CAE软件，并成功应用于模具的设计中。以汽车覆盖件模具为代表的大型冲压模具的制造技术已取得很大进步，东风汽车公司模具厂、一汽模具中心等模具厂家已能生产部分轿车覆盖件模具。此外，许多研究机构和大专院校开展模具技术的研究和开发。经过多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技术方面取得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面做出了贡献。例如，吉林大学汽车覆盖件成型技术所独立研制的汽车覆盖件冲压成型分析KMAS软件，华中理工大学模具技术国家重点实验室开发的注塑模、汽车覆盖件模具和级进CAD/CAE/CAM软件，上海交通大学模具CAD国家工程研究中心开发的冷冲模和精冲研究中心开发的冷冲模和精冲模CAD软件等在国内模具行业拥有不少的用户。虽然中国模具工业在过去十多年中取得了令人瞩目的发展，但许多方面与工业发达国家相比仍有较大的差距。例如，精密加工设备在模具加工设备中的比重比较低；CAD/CAE/CAM技术的普及率不高；许多先进的模具技术应用不够广泛等等，致使相当一部分大型、精密、复杂和长寿命模具依赖进口。二、中国模具工业和制造技术的发展方向模具技术的发展应该为适应模具产品“交货期短”、“精度高”、“质量好”、“价格低”的要求服务。达到这一要求急需发展如下几项：（1）全面推广CAD/CAM/CAE技术 模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向。随着微机软件的发展和进步，普及CAD/CAM/CAE技术的条件已基本成熟，各企业将加大CAD/CAM技术培训和技术服务的力度；进一步扩大CAE技术的应用范围。计算机和网络的发展正使CAD/CAM/CAE技术跨地区、跨企业、跨院所地在整个行业中推广成为可能，实现技术资源的重新整合，使虚拟制造成为可能。(2)高速铣削加工国外近年来发展的高速铣削加工，大幅度提高了加工效率，并可获得极高的表面光洁度。另外，还可加工高硬度模块，还具有温升低、热变形小等优点。高速铣削加工技术的发展，对汽车、家电行业中大型型腔模具制造注入了新的活力。目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向发展。(3)模具扫描及数字化系统高速扫描机和模具扫描系统提供了从模型或实物扫描到加工出期望的模型所需的诸多功能，大大缩短了模具的在研制造周期。有些快速扫描系统，可快速安装在已有的数控铣床及加工中心上，实现快速数据采集、自动生成各种不同数控系统的加工程序、不同格式的CAD数据，用于模具制造业的“逆向工程”。模具扫描系统已在汽车、摩托车、家电等行业得到成功应用。(4)电火花铣削加工电火花铣削加工技术也称为电火花创成加工技术，是一种替代传统的用成型电极加工型腔的新技术，它利用高速旋转的简单的管状电极作三维或二维轮廓加工(像数控铣一样)，因此不再需要制造复杂的成型电极，是电火花成形加工领域的重大发展。在国外模具加工中已有这种技术的应用。预计这一技术将得到发展。(5)提高模具标准化程度我国模具标准化程度正在不断提高，估计目前我国模具标准件使用覆盖率已达到30%左右。国外发达国家一般为80%左右。(6)优质材料及先进表面处理技术选用优质钢材和应用相应的表面处理技术来提高模具的寿命是十分重要的。模具热处理和表面处理是能否充分发挥模具钢材料性能的关键环节。模具热处理的发展方向是采用真空热处理。模具表面处理的发展方向是采用工艺先进的气相沉积(TiN、TiC等)、等离子喷涂等技术。(7)模具研磨抛光的自动化、智能化模具表面的质量对模具使用寿命、制件外观质量等方面均有较大的影响。自动化、智能化的研磨与抛光方法替代现有手工操作，是提高模具表面质量的重要途径。(8)模具自动加工系统的发展这是我国长远发展的目标。模具自动加工系统应有多台机床合理组合；配有随行定位夹具或定位盘；有完整的机具、刀具数控库；有完整的数控柔性同步系统；有质量监测控制系统。第二节模具制造技术的基本要求及特点一、模具制造的基本要求在工业产品的生产中，应用模具的目的在于保证产品的质量，提高生产率和降低成本等。因此，除了正确进行模具设计，采用合理的模具结构外，还必须有高质量的模具制造作为技术。制造模具时，不论采取哪一种方法都应该满足如下几个要求：1.制造精度高为了生产合格的产品和发挥模具的效能，模具设计和制造必须具有较高的精度。模具的精度主要由制品精度要求和模具结构决定，为了保证制品的精度和质量，模具工作部分的精度通常要比制品精度高2～4级。模具结构则对上、下模之间的配合有较高的要求，组成模具的零件都必须有足够的制造精度，否则模具将不可能生产合格的制品，甚至会导致模具无法正常使用。2.使用寿命长模具是比较昂贵的工艺装备，目前模具制造费用约占产品成本的10%～30%，其使用寿命将直接影响生产成本。因此，除了小批量生产和新产品试制等特殊情况外，一般都要求具有较长的使用寿命，在大批量生产的情况下，模具的使用寿命更加重要。3.制造周期短模具制造周期的长短主要决定于制造技术和生产管理水平的高低。为了满足生产的需要，提高产品的竞争能力，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、制造精度要求以及加工方法有关。模具技术人员必须根据制品要求合理设计和制定其加工工艺，努力降低模具制造成本。必须指出，上述四个指标是互相关联、相互影响的。片面追求模具精度和使用寿命必将导致制造成本的增加，只顾降低成本和缩短周期而忽略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，应根据实际情况全面考虑，即应在保证产品质量的前提下，选择与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小。如果想提高模具制造的综合指标，就应该认真研究现代模具制造理论，积极采用先进制造技术，以满足现代工业发展的需要。二、模具加工程序模具加工的一般程序是：模具标准件准备→坯料准备→模具零件形状加工→热处理→模具零件精加工→模具装配。冲模由凸模、凹模、导向、顶出等部分组成，注塑模及压铸模由型腔部分的定模以及型芯部分的动模，还有导向、顶出、支承等部分组成。一副模具的零件多达100种以上。其中除了标准件可以外购，直接进行装配外，其它零件都要进行加工。坯料准备是为各模具零件提供相应的坯料。其加工内容按原材料的类型不同而异。对于锻件或切割钢板要进行六面加工，除去表面黑皮，将外形尺寸加工到要求，磨削两平面及基准面，使坯料平行度和垂直度符合要求。直接应用标准模块，则坯料准备阶段不需要再作任何加工，是缩短制模周期的最有效方法。模具设计人员应尽可能选用标准模块。模具零件形状加工的任务是按要求对坯料进行内外形状的加工。例如，按冲裁凸模所需形状进行外形加工，按冲裁凹模所需形状加工型孔、紧固螺栓及销钉孔。又如按照注塑模型芯的形状进行内、外形状加工，或按型腔的形状进行内形加工。热处理是使经初步加工的模具零件半成品达到所需的硬度。模具零件的精加工是对淬硬的模具零件半成品进一步加工，以满足尺寸精度、形状精度和表面质量的要求。针对精加工阶段材料较硬的特点，大多数采用磨削加工和精密电加工方法。无论是冲模或注塑模都有预先加工好的标准件供模具设计人员选用。现在，除了螺栓、销钉、导柱、导套等一般标准外，还有常用圆形和异形冲头、导销、推杆等各种标准件。此外还开发了许多标准组合，使模具标准化达到更高的水平。模具制造中的标准化程度越高，则加工周期越短。模具装配的任务是将已加工好的模具零件及标准件按模具总装配图要求装配成一副完整的模具。在装配过程中，需对某些模具零件进行抛光和修整。试模后还需对某些部位进行调整和修正，使模具生产的制件符合图样要求。而且模具能正常地连续工作，模具加工过程才结束。在整个模具加工过程中还需对每一道加工工序的结果进行检验和确认，才能保证装配好的模具达到设计要求。三、模具加工方法的分类模具加工方法主要分为切削加工及非切削加工两大类。这两类中各自所包含的各种加工方法见表1-1。通常，按照模具的种类、结构、用途、材质、尺寸、形状、精度及使用寿命等各种因素选用相应的加工方法。各种加工方法均有可能达到的精度和经济精度。为了降低生产成本，根据模具各部位的不同要求尽可能使用各加工方法的经济精度。四、传统模具制造向现代模具制造的过渡传统模具技术主要是根据设计图样，用仿形加工、成形磨削以及电火花加工方法来制造模具。近年来，随着计算机网络的高速发展，引发了一场信息技术革命，并构造了一个全球范围的虚拟环境，极大地缩短了人与人之间的距离。计算机技术、自动化技术、网络通信技术，这三者的有机结合给现代制造技术准备了技术条件和奠定了物质基础。现代模具制造是伴随这些技术的发展而提出并得到实质性应用。模具制造能够利用CAD/CAE/CAPP/CAM技术和数控加工技术有效地对整个设计制造过程进行预测评估，迅速获得样本，有利于争取定单、赢得客户，同时节省大量的模具试制材料费用，减少模具返修率，缩短生产周期，大大降低了模具成本。在此期间，人们还针对新的技术环境进行深入探讨研究，甚至可以利用网络通信技术，在世界范围内组织最精良的动态联盟队伍来完成每个项目，快速解决各种难题。可见，高新技术的发展给模具注入了新的生机，模具制造现代化正成为国际模具业发展的一种趋势。国内模具业也正从传统模具制造模式向着现代模具制造模式过渡。表1-1模具加工方法分类加工方法机床使用工（刀）具适用范围切削加工平面加工龙门刨床牛头刨床龙门铣床刨刀刨刀端面铣刀对模具坯料进行六面加工车削加工车床数控车床立式车床车刀车刀车刀加工内外圆柱锥面、端面、内槽、螺纹、成型表面以及滚花、钻孔、铰孔和镗孔等钻孔加工钻床横臂钻床铣床数控铣床加工中心钻头、铰刀钻头、铰刀钻头、铰刀钻头、铰刀钻头、铰刀加工模具零件的各种孔深孔钻深孔钻头加工注塑模冷却水孔镗孔加工卧式镗床加工中心铣床镗刀镗刀镗刀镗销模具中的各种孔坐标镗床镗刀镗削高精度孔铣削加工铣床数控铣床加工中心立铣刀、端面铣刀立铣刀、球头铣刀立铣刀、球头铣刀铣削模具各种零件仿形铣床球头铣刀进行仿形加工雕刻机小直径立铣刀雕刻图案磨削加工平面磨床砂轮磨削模板各平面成形磨床数控磨床光学曲线磨床砂轮砂轮砂轮磨削各种形状模具零件的表面坐标磨床砂轮磨削精密模具孔内、外圆磨床砂轮圆形零件的内、外表面万能磨床砂轮可实施锥度磨削电加工型腔电加工电极用上述切削方法难以加工的部位线切割加工线电极精密轮廓加工电解加工电极型腔和平面加工抛光加工手持抛光机各种砂轮去除铣削痕迹抛光机或手工抛光锉刀、砂纸、油石、抛光剂对模具零件进行抛光非切削加工挤压加工压力机挤压凸模难以切削加工的型腔铸造加工铍铜压力铸造精密铸造铸造设备石膏模型铸造设备铸造注塑模型腔电铸加工电铸设备电铸母型精密注塑模型腔表面装饰纹加工蚀刻装置装饰纹样板在注塑模型腔表面加工五、现代模具制造技术的特点为了便于比较，图1-1、图1-2给出传统模具制造和现代模具制造流程。从中可以归纳出一些主要特点：1.传统制模的质量依赖于人为因素，再现能力差，整体水平不易控制；现代制模的质量依赖于物化因素，再现能力强，整体水平容易控制。2.传统制模采用串行方式进行，易造成设计与制造脱节，重复劳动多，加工周期长；现代制模则采用并行方式进行，设计和制造基于共同的数学模型，可以在模具总体工艺方案指导下通过公共数据库并行通信，相互协调，共享信息，重复劳动少，加工周期短。3.传统制模只能通过试模来完成对模具质量的评价，返修多，成本高；现代制模则通过计算机数据模拟和仿真技术来完善模具结构，返修少，成本低。正因为有了各种新的制造途径和手段，模具制造水平得到了有效的提高。表1-2反映了传统模具制造与现代模具制造技术水平的差别。模具装配图材料清单产品原型修正（收缩率、起模斜度、回弹等等）备料模具装配图材料清单产品原型修正（收缩率、起模斜度、回弹等等）备料/定制模架零件图模具加工装配/钳修试模模具性能评价返回各部门修改不合格投入使用合格模具总体工艺方案图1-1传统模具制造流程图产品评价产品原型（模型、产品图）产品原型（模型、产品图）产品评价模具总体工艺方案（CAPP）指导完善并行通信模具结构工艺方案（CAPP）产品原型修正（收缩率、起模斜度、回弹）模具加工工艺方案（CAPP）模具关键部分（型芯、型腔、电极）备料、预加工建立模具关键部分数学模型（CAD）模具结构设计（CAD）数控编程（CAM）模具结构性能评价（CAE）加工质量评价（仿真）否否订制模架、出材料清单、装配图、工艺文件等数控加工好好装配试模投入使用图1-2现代模具制造流程图表1-2传统模具制造与现代模具制造的技术比较项目分类传统模具制造现代模具制造精度/mm冲模（定转子模）尺寸精度步距精度塑料模（电视机外壳）锻模0.01～0.0160.01～0.020.05～0.10.05～0.10.002～0.0050.0023～0.0050.005～0.010.02～0.03粗糙度Ra/um冲模塑料模压铸模锻模1.6～0.80.8～0.40.4～0.21.6～0.80.4～0.20.1～0.050.10.4制造周期汽车覆盖件模具电视机外壳模具化油器压铸模伞齿轮锻模1年左右7～8个月4～5个月3～4个月6～7个月2～3个月2～3个月1～2个月使用寿命定转子级进模（硬质合金）电视机外壳塑料模化油器压铸模3000～5000万次10～20万件5～10万件2～6亿次60万件以上40万件以上六、学习本课程的基本要求“模具制造工艺”课程是模具设计与制造专业的主要专业课之一。涉及的知识面广，综合性较强。金属材料及热处理、数控技术、机械制造工艺及设备等课程的有关内容都将在“模具制造工艺”课程中得到综合应用。制定任何模具零件工艺路线，都需要具备较广泛的机械加工方面的专业知识和技术基础知识。因此在学习中善于综合应用相关课程的知识，是十分重要的。“模具制造工艺”是一门实践性较强的课程。任何模具零件的工艺路线和所采用的工艺方法都和实际生产条件密切相关，在处理工艺技术问题时一定要理论联系实际。对于同一个零件，在不同的生产条件下可以采用不同的工艺路线和工艺方法达到工件的技术要求。要注意在生产过程中学习、积累模具生产的有关知识和经验，以便能更好地处理生产中的有关技术问题。“模具制造工艺”和其它科学技术一样，也在不断的发展和提高。在制定工艺路线时要充分考虑一些新工艺、新技术应用的可行性，并加以应用，以不断提高模具制造的工艺技术水平。思考题1-1试述中国模具制造技术发展方向。1-2模具制造有哪些基本要求？

模具加工工艺规程的编制工艺规程设计模具加工的工艺规程是规定模具零部件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件。模具生产工艺水平的高低及解决各种工艺问题的方法和手段都要通过机械加工工艺规程来体现。因此，模具加工的工艺规程设计是一项重要的工作，它要求设计者必须具备丰富的生产实践经验和扎实的机械制造工艺基础理论知识。模具是机械产品，模具的机械加工类同于其他机械产品的机械加工，但同时又有其特殊性。模具一般是单件小批量生产，模具标准件则是成批生产。成型零件的加工精度要求较高，所采取的加工方法往往不同于一般机械加工方法。所以，模具加工工艺规程具有与其他机械产品同样的普遍性，同时还具有其特殊性。一、模具各类加工工艺过程的组成1.模具生产过程与工艺过程（1）生产过程生产过程是将原材料或半成品转变成为成品的全过程。它主要包括原材料的运输和保存，生产的准备工作，毛坯制造，零件的加工和热处理，模具的装配、试模和校正，直至包装等。（2）机械加工工艺过程机械加工工艺过程是用机械加工方法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。（3）装配工艺过程装配工艺过程是按规定的技术要求，将零件或部件进行配合和连接，使之成为半成品或成品的工艺过程。 将合理的机械加工工艺过程确定后，以文字和图表形式作为加工的技术文件，即为机械加工工艺规程。2.模具机械加工工艺过程的组成由于模具一般是单件生产，因此模具加工工艺规程常采用工艺过程卡片的形式。工艺过程卡片是以工序为单位，简要说明模具或零、部件的加工（或装配）过程的一种工艺文件。工艺过程卡片的内容较简单，但从卡片中能了解零件的工艺流程及加工方案。模具加工工艺规程是模具厂（车间）进行技术装备、组织生产及指导生产的依据，按照规程进行生产就能得到合格的零件。工艺过程一般由以下内容组成：（1）工序工序是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。它是工艺过程的基本组成部分，又是生产计划、经济核算的基本单元，也是确定设备负荷、配备工人、安排作业以及工具数量等的依据。划分是否为同一个工序的主要依据是工作地点（设备）、加工对象（工件）是否变动以及加工是否连续完成。如果其中之一有变动或加工不是连续完成，则应划为另一道工序。如何判断一个工件在一个工作地的加工过程是否连续呢？现以一批工件上某孔的钻、铰加工为例说明。如果每一个工件在同一台机床上钻孔后就接着铰孔，则该孔的钻、铰加工过程是连续的，应算同一工序。若在该机床上将这一批工件都钻完孔后，再逐个铰孔，对一个工件的钻铰加工过程就不连续了，钻、铰加工应划分成两道工序。再例如在“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）安装安装是工件（或装配单元）经一次装夹后所完成的那一部分工序。一个工序中可以只有一次安装，也可以有多次安装。例如车两端面属一道工序，但需两次装夹。多一次装夹不但增加了装卸工件的时间，同时还会产生装夹误差。因此，在工序中应尽量减少装夹次数。（3）工位工位是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。如图2－1就是利用回转工作台在一次装夹后，依次完成装卸工件、钻孔、扩孔和铰孔的四工位的加工。图2－1多工位加工工位1－装卸工件工位2－钻孔工位3－扩孔工位4－铰孔（4）工步工步是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。一个工序可包括几个工步，也可能只有一个工步。加工表面与加工工具只要改变一个，就应算作不同工步，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。对一次装夹中连续进行的若干相同的工步，为简化工序内容，通常写一个工步。如钻4-ф15，为提高效率，用几把刀具或一把复合刀具同时加工一个工件上的几个表面称复合工步，复合工步也视为一个工步。如图2－2所示，在转塔车床上用前刀架进行横向运动来车端面2、4及用转塔装刀车外圆1、3和车孔5，即为复合工步的例子。图2－2复合工步示例（5）进给切削工具在加工表面上切削，则每切去一层材料称一次进给，一个工步可以进行一次进给，也可以进行多次进给。例如外圆的余量较多，在粗车工步中可以进行多次进给。二、模具生产的工艺特征模具是工业产品生产中一种不可缺少的工装。它的社会效益很大。一套模具可以生产数十万件产品零件。但对于模具厂来说，模具生产却只能是单件生产规模，所以模具生产的工艺特征表现为：1.毛坯制造采用木模、手工造型、砂型铸造或自由锻造。毛坯精度低、加工余量大。2.除采用通用设备按机群式布置外，更需采用高效、精密的专用加工设备和机床。3.使用通用夹具，而少采用专用夹具，由划线及试切法保证尺寸。4.除采用通用量具及万能夹具外，更需采用精密测量仪器。5.对工人技术要求较高。6.在工艺过程中，同一工序的加工内容较多，即采用集中工序，因而生产效率较低。7.工艺规程是简单的工艺过程卡片。8.一般模具广泛采用配合加工方法，而精密模具则要考虑工作部分的互换性。9.模具生产应最大限度地实行零部件工艺技术及其管理的标准化、通用化、系列化，转单向生产为批量生产。10.模具厂（车间）需具备专业化的生产组织形式，该形式与其生产方式相适应。三、模具制造工艺过程的基本要求模具制造工艺过程必须满足以下基本要求：1.保证模具质量在正常生产条件下，按工艺过程所加工的零件，应能达到图样规定的全部精度和表面质量要求。2.保证制造周期在规定的日期内，将模具制造完毕。为此，应力求缩短成形加工工艺路线，制定合理的加工工序。3.具有良好的劳动条件4.模具的成本低廉5.不断提高加工工艺水平采用新工艺、新技术、新材料、以提高模具生产效益，降低成本，使模具生产有较高的技术经济效益和水平。6.模具生产的两个特点1)单件生产；2)按照与用户签订的提供模具的合同来安排生产计划。四、生产纲领与生产类型1．生产纲领工厂制造产品（或零件）的年产量。在制定工艺规程时，一般按产品（或零件）的生产纲领来确定生产类型。零件生产纲领的计算公式：N＝Qｎ（1＋ａ＋ｂ）式中N－零件的生产纲领；Q－产品的生产纲领；ｎ－每台产品中该零件的数量ａ－该零件的备品率；ｂ－该零件的废品率。2．生产类型根据产品生产纲领的大小和品种的多少，模具制造业的生产类型主要可分为：单件生产和成批生产两种类型。 1）单件生产生产的产品品种较多，每种产品的产量很少，同一个工作地点的加工对象经常改变，且很少重复生产。如新产品试制用的各种模具和大型模具等都属于单件生产。 2）成批生产产品的品种不是很多，但每种产品均有一定的数量。工作地点的加工对象周期性的更换，这种生产称为成批生产。例如模具中常用的标准模板、模座、导柱、导套等零件及标准模架等多属于成批生产。 同一产品（或零件）每批投入生产的数量称为批量。根据产品的特征和批量的大小，成批生产可分为小批生产、中批生产和大批生产。不同的生产类型，所考虑的工艺装备、对工人的技术要求、工时定额、零件的互换性等都不相同。五、模具加工工艺的编制（一）模具零件的工艺性及特点每一副模具都是由形状不一、大小不同的零件所组成，各种零件在模具中所起的作用也不同，在这些零件中，主要是凸、凹模。这些零部件是产品成形的关键部件，作为一个设计者，不仅应当考虑到保[李舒田1]证产品的尺寸精度和模具结构的合理性等因素，还应当考虑其工艺性，即设计出来的零部件应根据操作工人的技能和现有的设备条件，在满足零件的尺寸精度的前提下，能通过各种方法加工出来。因此，如果设计出来的零件遇到加工困难、尺寸精度不易保证，甚至不能加工的时候，尽管设计是很先进的，但是设计者也应当改变模具结构（或采用镶拼结构、或整体分解），以满足零件加工工艺性的要求。（二）编制模具零件工艺规程的基本原则和原始资料工艺规程是指导生产的重要文件，工厂的实际生产都是按照它所规定的加工工艺路线和各道工序进行的。按照工艺规程组织生产，可以保证产品质量和较高的劳动生产率与经济性，使制造出来的产品满足优质、高产、低消耗的要求。工艺规程还能作为技术准备和生产准备工作的基本依据。如安排原材料、半成品和外购件的供应，刀具、夹具、量具及工具电极的设计、制造和采购及设备、人员的配备等。此外，工艺规程是新建、扩建工厂或车间的基础。在新建或扩建工厂或车间时，也要根据工艺规程来确定设备的种类和数量、车间的面积和人员、车间的平面布置和基建要求及投资预算等。1．编制模具零件工艺规程的基本原则制订工艺规程的原则是在一定的生产条件下，以最小的劳动量和最低的费用，按生产计划规定的速度，可靠的加工出符合图样上所提出的各项技术要求的零件。工艺规程首先要保证产品质量，同时要争取最好的经济效益。在制订工艺规程时，要体现以下几个方面的要求：1）技术上的先进性在编制模具零件工艺规程时，应采用新工艺、新技术和新材料，以获得较高的生产率，促进生产技术的发展。但不应加大操作工人的劳动强度，而应该依靠机床和工艺设备来保证。2）工艺上的合理性每一个模具零件的制造，都会有几种不同的加工方案，这时应该首先选择那种最能保证加工零件的精度又具有比较大的可靠性的加工方案。在选择加工方案时，优先考虑的是模具质量。3）经济上的合理性在一定的生产条件下，可能有几种保证零件技术要求的工艺方案，此时应全面考虑，通过核算或分析选择经济效益最佳的方案，以使零件的坯料减少和减少工序及降低成本。同样，加工要求不高的零件尽量不使用高精度的设备，而采用一般精度的设备。4）缩短制造周期在编制模具零件工艺规程时，在满足零件加工精度的前提下，尽可能减少不必要的工序及倒回流工序；尽量多使用或套用标准件或外购件。5）创造必要的工作条件在编制工艺规程时必须保证操作人员具有良好而安全的工作条件，还应考虑到工艺装备，以保证加工零件的合格和减轻工人的劳动强度。2．编制模具零件工艺规程的原始资料编制模具零件工艺规程必须根据零件对象（零件形状结构、加工质量要求）、加工数量、毛坯材料性质和具体生产条件进行，为此在编制工艺规程前，应具备下列原始资料：1）模具整套装配图和零件图及明细表。2）技术协议书（或任务书），包括模具制造副数、制造周期、压制件产品图和技术要求及模具压制设备的规格、型号等。3）模具材料性能资料，包括模具钢材锻打性能、热处理性能、机械加工和电火花加工性能及各种钢材品种及规格。4）现有生产条件，如加工设备和工艺装备的情况（包括各种设备的型号、规格、技术性能、台数等），操作工人的等级水平、工艺装备制造能力以及对外协作生产等情况。5）相关工艺资料，包括各种工艺守则、时间定额标准及有关工艺纪律。（三）编制模具零件工艺规程的步骤1．熟悉和了解整副模具工作时的动作和各个零件在装配图中的位置、作用及相互间的配合关系。2．零件图的工艺分析。3．确定加工工艺路线。4．确定毛坯形状和大小。5．确定各工序使用的机床及各工序必须的专用夹具、刀具、量具和工具电极图样。6．确定每个工序尺寸、加工余量及公差。7．确定每个工序的加工用量和时间定额。8．确定重要工序和关键尺寸的检查方法。9．填写工艺过程卡片。第二节零件工艺性分析零件图是编制工艺规程最主要的原始资料。在编制工艺规程时，应了解该零件的功用、结构特点及与其它零件的关系，分析各项公差和技术要求的制订依据，从中找出主要技术要求和关键技术问题。一、零件的结构工艺性 任何零件从形体上分析都是由一些基本表面和特殊表面组成的。基本表面有内、外圆柱表面、圆锥表面和平面等，特殊表面主要有螺旋面、渐开线齿形表面及其它一些成形表面。研究零件结构，首先要分析该零件是由哪些表面所组成，因为表面形状是选择加工方法的基本因素之一。例如，对外圆柱面一般采用车削和外圆磨削进行加工；而内圆柱面（孔）则多通过钻、铰、镗、内圆磨削和拉削等方法获得。除了表面形状外，表面尺寸大小对工艺也有重要影响。例如对直径很小的孔宜采用铰削加工，不宜采用磨削加工；深孔应采用深孔钻进行加工。它们在工艺上都有各自的特点。 分析零件结构，不仅要注意零件各构成表面的形状尺寸，还要注意这些表面的不同组合，因为正是这些不同的组合形成了零件结构上的特点。例如：以内、外圆柱面为主，既可以组成盘、环类零件，也可以构成套筒类零件。套筒类零件既可以是一般的轴套，也可以是形状复杂的薄壁套筒。显然上述不同结构特点的零件，在工艺上存在较大的差异。机械制造中通常按照零件结构和工艺过程的相似性，将各种零件大致分为轴类零件、套类零件、盘环类零件、叉架类零件以及箱体等，以便使工艺典型化。模具零件中的模柄、导柱等零件和一般机械零件的轴类零件在结构或工艺上有许多相同或相似之处。导套是一个典型的套类零件。整体结构的圆形凹模和一般机械零件的盘类零件相类似，但其上的型孔加工则比一般盘类零件要复杂的多，所以圆形凹模又具有不同于一般盘类零件的工艺特点。结构工艺性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。因此，在保证零件使用要求的前提下，其结构应能满足机械加工和电火花加工过程的工艺要求，这样有利于应用先进的、高效率的加工方法，从而降低生产成本，提高劳动生产率。对零件结构工艺性的要求大致有以下几点：1)便于达到零件图上要求的加工质量。即零件的结构应能保证在加工时用比较容易、工作量较小的方法来达到规定的质量要求。2)便于采用高生产率的加工方法。如零件加工表面形状的分布应合理；零件结构应标准化、规格化；零件应具有足够的刚性等。3)有利于减少零件的加工工作量。零件设计时应尽量减少加工表面，减少工作量和刀具、电极、材料的消耗。4)有利于缩短辅助时间。如零件加工时便于定位和装夹，既可简化夹具结构，又可缩短辅助时间。表2－1列出了几种零件的结构并对零件结构的工艺性进行对比。表2－1零件结构的工艺性进行对比比较序号结构的工艺性不好结构的工艺性好说明1键槽的尺寸、方位相同，可在一次装夹中加工出全部键槽，提高生产率2退刀槽尺寸相同，可减少刀具种类，减少换刀时间3三个凸台表面在同一平面上，可在一次进给中加工完成4小孔与壁距离适当，便于引进刀具5方形凹坑的四角加工时无法清角6型腔淬硬后，骑缝销孔无法用钻铰方法配作7销孔太深，增加铰孔工作量。螺孔太长，没有必要8将淬硬型芯安装在模板上时，定位销孔无法用钻铰方法配作。改为浅凹定位使加工容易二、零件的技术要求零件图上应全面而正确地表示出各项技术要求，这些技术要求大致是：加工表面尺寸精度、形状精度和表面粗糙度。加工表面之间的相互位置精度。材料的力学性能、硬度和热处理要求及其它特殊要求等。零件的技术要求对制订工艺方案起着决定性的作用。通过分析，充分领会这些技术要求，判断其制定是否恰当，明确技术要求中的关键问题，以便采取适当措施，为合理制定工艺规程作好必要的准备。第三节毛坯及加工余量 毛坯是根据零件所要求的形状、工艺尺寸等制成的供进一步加工用的生产对象。正确选择毛坯有重要的技术经济意义。因为它不仅影响毛坯制造工艺、设备及费用，而且对零件材料的利用率、劳动量消耗、加工成本等都有重大影响。一、毛坯的种类模具零件常用的毛坯主要有原型材、锻造件、铸造件和半成品件四种。1．原型材原型材是指利用冶金材料厂提供的各种截面的棒料、丝料、板料或其他形状截面的型材，经过下料后直接送往加工车间进行表面加工的毛坯。2．锻件经原型材下料，再通过锻造获得合理的几何形状和尺寸的坯料，称为锻件毛坯。（1）锻造的目的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，由于大量使用了高碳高铬工具钢，这类材料的冶金质量存在缺陷，如存在大量的共晶网状碳化物。这种碳化物很硬也很脆，而且分布不均匀，降低了材料的力学性能，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，晶粒组织细化，才能充分发挥材料的力学性能，提高模具零件的加工工艺性和使用寿命。（2）锻造毛坯 由于模具生产大多属于单件或小批量生产，模具零件锻件的锻造方式多为自由锻造。模具零件锻造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。1）锻件加工余量：如果锻件机械加工的加工余量过大，则不仅浪费了材料，而且还会造成机械加工工作量过大，增加了机械加工工时；如果锻件的加工余量过小，会使锻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不能消除，无法得到合格的模具零件。2）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。3）锻件毛坯下料尺寸的确定：计算锻件坯料体积Ⅴ坯：Ⅴ坯＝Ⅴ锻K式中Ⅴ锻―锻件的体积；K―损耗系数；K＝1.05~1.10。 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。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%。②计算锻件坯料尺寸：理论圆棒料直径D理为D理＝圆棒料的直径按现有棒料的直径规格选取，当Ⅴ理比较接近实有规格时，Ⅴ实≈Ⅴ理。圆棒料的长度L实应根据锻件毛坯的质量和选定的坯料直径，查选棒料长度重量表确定。计算完D理和L实后应验证锻造比，如果不符合要求，应重新选取D实。3．铸件在模具零件中常见的铸件有冲压模具的上、下模座，大型塑料模的框架等，材料为灰铸铁HT200和HT250；精密冲裁模的上、下模座，材料为铸钢ZG270－500；大、中型冲压成形模的工作铸件零件，材料为球墨铸铁和合金铸铁；另外吹塑模具和注射模具中的铸造铝合金，如铝硅合金ZL102等。 对于铸件的要求主要有：铸件的化学成分和力学性能应符合图样规定的材料牌号标准；铸件的形状和尺寸要求应符合铸件图的规定；铸件的表面应进行清砂处理；去除结疤、飞边和毛刺，其残留高度应小于1~3mm；铸件内部，特别是靠近工作面处不得有气孔、砂眼、裂纹等缺陷；非工作面不得有严重的疏松和较大的缩孔；铸件应及时进行热处理，铸钢件依据牌号确定热处理工艺，一般以完全退火为主，退火后硬度不大于229HBS；铸件应进行时效处理，以消除内应力和改善加工性能，铸铁件热处理后的硬度不大于269HBS。半成品件随着模具专业化和专门化的发展以及模具标准化的提高，以商品形式出现的冷冲模架、矩形凹模板、矩形模板、矩形垫板等零件（GB/2851－1990，GB/T2852－1990，JB/T8049－1995，JB/T7642~7644－1994），以及塑料注射模标准模架的应用日益广泛。当采购这些半成品件后，再进行成形表面和相关部位的加工，对于降低模具成本和缩短模具制造周期都是大有好处的。这种毛坯形式应该成为模具零件毛坯的主导方向。二、选择毛坯时应考虑的因素1．零件材料的工艺特性以及零件对材料组织和性能的要求如凸模及凹模，为获得良好的力学性能，不论其结构形状复杂还是简单，均应选用锻件。2．零件的结构形状及外形尺寸如轴类零件，若各台阶直径相差不大，可直接选用圆棒料；若各台阶直径相差较大，则宜选择锻件。零件的外形尺寸对毛坯选择有较大的影响，大型零件可选择毛坯精度较低的砂型铸造和自由锻造的毛坯，中小型零件可选择标准模锻毛坯。3．零件的生产工艺和经济性当零件的产量较大时，应选择精度和生产率较高的毛坯制造方法，如标准锻件和铸件的大批量生产。虽然用于毛坯制造的设备和工艺装备费用较高，但可以通过降低材料消耗和减少机械加工费用予以补偿。当零件的产量较小时，则选择自由锻造或手工造型的铸造毛坯。总之，毛坯类型和制造方法的选择，要考虑零件的生产工艺和经济性。三、毛坯形状与尺寸的确定由于毛坯制造技术的限制，零件被加工表面的技术要求还不能从毛坯制造直接得到，所以毛坯上某些表面需要留有一定的加工余量，通过机械加工达到零件的质量要求。毛坯尺寸与零件的设计尺寸之差称为毛坯余量或加工总余量，毛坯尺寸的制造公差称为毛坯公差。毛坯余量和公差的大小与零件材料、零件尺寸及毛坯制造方法有关，可根据有关手册或资料确定。一般情况下将毛坯余量叠加在加工表面上即可求得毛坯尺寸。 毛坯的形状尺寸不仅和毛坯余量大小有关，在某些情况下还要受工艺需要的影响。为了便于毛坯制造和便于机械加工，对某些形状比较特殊或小尺寸的零件，单独加工比较困难，可将两个或两个以上的零件制成一个毛坯，经加工后再切割成单个的零件。如图2－3所示，毛坯长度：L＝20ｎ＋（ｎ－1）B式中ｎ－切割零件的个数；B－切口宽度。图2－3一坯多件的毛坯ａ）零件ｂ）毛坯第四节定位基准的选择在制定零件加工的工艺规程时，正确地选择工件的定位基准有着十分重要的意义。定位基准选择的好坏，不仅影响零件加工的位置精度，而且对零件各表面的加工顺序也有很大的影响。1．基准的概念零件是由若干表面组成，各表面之间有一定的尺寸和相互位置要求。模具零件表面间的相对位置要求包括两方面：表面间的距离尺寸精度和相对位置精度（如同轴度、平行度、垂直度和圆跳动等）要求。研究零件表面间的相对位置关系离不开基准，不明确基准就无法确定零件表面的位置。基准是用来确定生产对象上几何要素间的几何关系所依据的那些点、线、面。如果要计算和测量某些点、线、面的位置和尺寸，基准就是计算和测量的起点依据。基准按其作用不同可分为设计基准和工艺基准两大类。1)设计基准在零件图上用以确定其他点、线、面的基准称为设计基准。例如图2—4所示的零件，其轴心线O—O′是各外圆表面和内孔的设计基准；端面A是端面B，C的设计基准；内孔表面D体现的轴心线O—O′是φ40h6外圆表面径向圆跳动和端面B端面圆跳动的设计基准。图2－4零件图示例2)工艺基准零件在加工和装配过程中所使用的基准，称为工艺基准。工艺基准按用途不同，分为工序基准、定位基准、测量基准和装配基准。（1）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、位置的基准称为工序基准。工序图是一种工艺附图，加工表面用粗实线表示，其余表面用细实线绘制，如图2－5所示。外圆柱面的最低母线B为工序基准。模具生产属于小批生产，除特殊情况外一般不绘制工序图。图2－5工序基准（2）定位基准在加工时，为了保证工件相对于机床和刀具之间的正确位置所使用的基准称为定位基准。例如图2－4所示零件，零件套在心轴上磨削Ф40ｈ6外圆表面时，内孔即为定位基准。（3）测量基准零件检验时，用以测量已加工表面尺寸及位置的基准，称为测量基准。如图2－4所示，当以内孔为基准（套在检验心轴上）检验Ф40ｈ6外圆的径向圆跳动和端面圆跳动时，内孔即为测量基准。（4）装配基准装配时用以确定零件在部件或产品中位置的基准，称为装配基准。例如，图2－4所示零件φ40h6及端面B即为装配基准。2．工件的安装方式为了在工件的某一部位上加工出符合规定技术要求的表面，在机械加工前，必须使工件在机床上相对于工具占据某一正确的位置。通常把这个过程称为工件的“定位”。工件定位后，由于在加工中受到切削力、重力等的作用，还应采用一定的机构将工件“夹紧”，使其确定的位置保持不变。工件从“定位”到“夹紧”的整个过程，统称为“安装”。 工件安装的好坏是模具加工中的重要问题，它不仅直接影响加工精度、工件安装的快慢、稳定性，还影响生产率的高低。为了保证加工表面与其设计基准间的相对位置精度，工件安装时应使加工表面的设计基准相对机床占据一正确的位置。如图2－4所示，为了保证加工表面Ф40ｈ6径向圆跳动的要求，工件安装时必须使其设计基准（内孔轴心线O-O＇）与机床主轴的轴心线重合。 在各种不同的机床上加工零件时，有各种不同的安装方法。安装方法可以归纳为直接找正法、划线找正法和采用夹具安装法等三种。(1)直接找正法采用这种方法时，工件在机床上应占有的正确位置，是通过一系列的尝试而获得的。具体的方式是在工件直接装在机床上后，用千分表或划针，以目测法校正工件的正确位置，一边校验，一边找正，直至合乎要求。直接找正法的定位精度和找正的快慢，取决于找正方法、找正工具和工人的技术水平。它的缺点是花费时间多，生产率低，且要凭经验操作，对工人技术水平要求高。故仅用于单件、小批量生产中。此外，对工件的定位精度要求较高，例如误差小于0.01~0.05ｍｍ时，如果采用夹具，因其本身有制造误差，而难以达到要求，就不得不使用精密量具和由较高技术水平的工人用直接找正法来定位，以达到其精度要求。(2)划线找正法此法是在机床上用划针按毛坯或半成品上所划的线来找正工件，使其获得正确位置的一种方法。显而易见，此法要多一道划线工序。划线本身有一定宽度，在划线时尚有划线误差，校正工件位置时还要观察误差。因此，该法多用于生产批量较小，毛坯精度较低，以及大型工件等不宜使用夹具的粗加工中。(3)采用夹具安装法夹具是机床的一种附加装置，它在机床上相对刀具的位置，在工件未安装前已预先调整好，所以在加工一批工件时，不必再逐个找正定位，就能保证加工的技术要求，既省工又省事，是先进的定位方法，在成批和大量生产中广泛应用。夹具在现代生产中已得到了大量应用。3．定位基准的选择定位基准不仅要影响工件的加工精度，而且对同一个被加工表面所选用的定位基准不同，其工艺路线也可能不同。所以选择工件的定位基准是十分重要的。机械加工的最初工序只能用工件毛坯上未经加工的表面作定位基准，这种定位基准称粗基准。用已加工过的表面作定位基准称为精基准。在制定零件机械加工工艺规程时，总是先考虑选择怎样的精基准定位把工件加工出来，然后考虑选择什么样的粗基准定位，把用作精基准的表面加工出来。 工件定位时，究竟要选用几个表面作为定位基准方能保证加工要求呢？按照六点定位原理，要根据加工时对工件应限制的自由度个数来确定。如2－6所示的支承块，为了获得尺寸ｈ1，用铣刀加工顶面时，需要限制、、自由度，选择底面（F面）定位即可。 加工B、C表面时，为获得尺寸ｔ和ｈ2并保证加工面与基面A、F的垂直度和平行度要求，需要限制、、、和五个自由度，应选择F面（主定位面）、A面（导向面）定位。图2－6支承块 加工孔时为保证孔的位置尺寸ｓ1、ｓ2、20及孔与F面的垂直度要求，必须限制工件六个自由度，故应选择F面（主要定位面）、A面（导向面）和D面（止推面）三个基准面定位。 如何正确地选择定位基准，在生产中已总结出一些规律。(1)精基准的选择选择精基准时，主要应考虑减少定位误差和安装方便、准确。选择原则如下：1)基准重合原则选择被加工表面的设计基准为定位基准，以避免因基准不重合引起基准不重合误差，容易保证加工精度。如图2－7所示，当加工表面B，C时，从基准重合的原则出发，应选择表面A(设计基准)为定位基准。加工后表面B、C相对A面的平行度取决于机床的几何精度，尺寸精度误差则取决于机床一刀具一工件等工艺系统的一系列因素。图2－7基准重合工件示例2)基准统一原则应选择多个表面加工时都能使用的定位基准作精基准。这样便于保证各加工表面间的相互位置精度，避免基准变换所产生的误差，简化夹具的设计和制造工作。例如，轴类零件的大多数工序都采用顶尖孔为定位基准，齿轮的齿坯和齿形加工多采用齿轮的内孔及基准端面为定位基准。3)自为基准原则有些精加工或光整加工工序要求余量小而均匀，应选择加工表面本身作为精基准。而该表面与其他表面之间的位置精度，则用先行工序保证。例如在导轨磨床上磨削导轨时，安装后用百分表找正工件的导轨表面本身，此时床脚仅起支撑作用。此外珩磨、铰孔及浮动镗孔等都是“目为基准”的例子。4)互为基准原则当两个表面相互位置精度要求高，并且它们自身的尺寸与形状精度都要求很高时，可采用互为精基准的原则。(2)粗基准的选择粗基准选择的好坏，对以后各加工表面加工余量的分配，以及工件加工表面和非加工表面间的相对位置均有很大的影响。因此，必须重视粗基准的选择。粗基准的选择有两个出发点：一是保证各加工表面有足够的余量；二是保证不加工表面的尺寸和位置符合图样要求。选择原则如下：1)具有非加工表面的工件，为保证非加工表面与加工表面之间的相对位置要求，一般应选择非加工表面为粗基准。若工件有几个非加工表面，则粗基准应选位置精度要求较高者，以达到壁厚均匀、外形对称等要求。如图2－8所示零件，外圆柱面1为不加工表面，选择柱面1为粗加工孔和端面，加工后能保证孔与外圆柱面间的壁厚均匀。图2-82)具有较多加工表面的工件在选择粗基准时，应按下述原则合理分配各加工表面的加工余量：①为保证各加工表面都有足够的加工余量，选择毛坯上加工余量最小的表面作为粗基准。②若零件必须首先保证其重要表面余量均匀，则应选择该表面为粗基准。③若有几个不加工表面，则粗基准应选位置精度要求较高者。3)粗基准的表面应尽量平整，没有浇口、冒口或飞边等其他表面缺陷，以使工件定位可靠，夹紧方便。4)由于粗基准是毛坯表面，比较粗糙，不能保证重复安装的位置精度，定位误差很大。因而，粗基准一般只使用一次。(3)辅助基准的应用工件定位时，为了保证加工表面的位置精度，多优先选择设计基准或装配基准为定位基准，这些基准一般均为零件上的重要工作表面。但有些零件的加工，为了安装方便或易于实现基准统一，人为地造成一种定位基准，如图2—9所示车床小刀架的工艺凸台A应和定位面B同时加工出来，以使定位稳定可靠。辅助基准在零件工作中并无用途，完全是为了工艺上的需要，加工完毕后如有必要可以去掉辅助基准。图2－9具有工艺凸台的刀架毛坯第五节零件工艺路线的拟定制定模具的加工工艺规程时，应该在充分调查研究的基础上，提出多种方案进行分析比较。因为工艺路线不但影响加工的质量和生产效率，而且影响到工人的劳动强度、设备投资、车间面积、生产成本等。拟定工艺路线就是制定工艺过程的总体布局。其主要任务是选择各个表面的加工方法和加工方案，确定各个表面的加工顺序以及整个工艺过程中工序数目等。除合理选择定位基准外，拟定工艺路线还要考虑表面加工方法、加工阶段的划分、工序的集中与分散和加工顺序等四个方面。1．表面加工方法的选择一个有一定技术要求的零件表面，一般不是用一种工艺方法一次加工就能达到设计要求的，所以应根据被加工表面的质量要求、生产类型以及各种工艺方法所能达到的加工经济精度和表面粗糙度等因素来确定被加工表面应分几次加工方能达到其设计要求，并确定相应的工艺路线。以上因素中的加工经济精度是指在正常的加工条件下（采用符合质量标准的设备、工艺装备和标准技术等级的工人、不延长加工时间）所能保证的加工精度。常见工艺方法能达到的经济加工精度及经济表面粗糙度可查阅有关工艺手册。表2－2至表2－4是部分摘录。表2－2外圆柱表面的经济加工精度序号加工方法经济精度(公差等级表示)经济粗糙度Ra/μm适用范围1粗车IT11～1312.5～50适用于淬火钢以外的各种金属2粗车-半精车IT8～103.2～6.33粗车-半精车-精车IT7～80.8～1.64粗车-半精车-精车-滚压(或抛光)IT7～80.025～0.25粗车-半精车-磨削IT7～80.4～0.8主要用于淬火钢，也可用于未淬火钢，但不宜加工有色金属6粗车-半精车-粗磨-精磨IT6～70.1～0.47粗车-半精车-粗磨-精磨-超精加工(或轮式超精磨)IT50.012～0.18粗车-半精车-精车-精细车(金刚车)IT6～70.025～0.4主要用于要求较高的有色金属加工9粗车-半精车-粗磨-精磨-超精磨(或镜面磨)IT5以上0.006～0.025极高精度的外圆加工10粗车-半精车-粗磨-精磨-研磨IT5以上0.006～0.1表2-3孔的加工方法及加工精度序号加工方法经济精度(公差等级表示)经济粗糙度Ra/μm适用范围1钻IT11～1312.5加工未淬火钢及铸铁的实心毛坯，也可用于加工有色金属。孔径小于15～20㎜2钻-铰IT8～101.6～6.33钻-粗铰-精铰IT7～80.8～1.64钻-扩IT10～116.3～12.5加工未淬火钢及铸铁的实心毛坯，也可用于加工有色金属。径大于15～20㎜5钻-扩-铰IT8～91.6～3.26钻-扩-粗铰-精铰IT70.8～1.67钻-扩-机铰-手铰IT6～70.2～0.48钻-扩-拉IT7～90.1～1.6大批大量生产(精度由拉刀的精度而定)9粗镗(或扩孔)IT11～136.3～12.5除淬火钢外各种材料，毛坯有铸出孔或锻出孔10粗镗(粗扩)-半精镗(精扩)IT9～101.6～3.211粗镗(粗扩)-半精镗(精扩)-精镗(铰)IT7～180.8～1.612粗镗(粗扩)-半精镗(精扩)-精镗-浮动镗刀精镗IT6～70.4～0.813粗镗(扩)-半精镗-磨孔IT7～80.2～0.8主要用于淬火钢，也可用于未淬火钢，但不宜用于有色金属14粗镗(扩)-半精镗-粗磨-精磨IT6～70.1～0.215粗镗-半精镗-精镗-精细镗(金刚镗)IT6～70.05～0.4主要用于精度要求高的有色金属加工16钻-(扩)-粗铰-精铰-珩磨；钻-(扩)-拉-珩磨；粗镗-半精镗-精镗-珩磨IT6～70.025～0.2精度要求很高的孔17以研磨代替上述方法中的珩磨IT5～130.006～0.1表2-4平面的加工方法及加工精度序号加工方法经济精度(公差等级表示)经济粗糙度Ra/μm适用范围1粗车IT11～1312.5～50端面2粗车-半精车IT8～103.2～6.33粗车-半精车-精车IT7～80.8～1.64粗车-半精车-磨削IT6～80.2～0.85粗刨(或粗铣)IT11～136.3～25一般不淬硬平面(端铣表面粗糙度Ra值较小)6粗刨(或粗铣)-精刨(或精铣)IT8～101.6～6.37粗刨(或粗铣)-精刨(或精铣)-刮研IT6～70.1～0.8精度要求较高的不淬硬平面，批量较大时宜采用宽刃精刨方案8以宽刃精刨代替上述刮研IT70.2～0.89粗刨(或粗铣)-精刨(或精铣)-磨削IT70.2～0.8精度要求高的淬硬平面或不淬硬平面10粗刨(或粗铣)-精刨(或精铣)-粗磨-精磨IT6～70.025～0.411粗铣-拉IT7～90.2～0.8大量生产，较小的平面(精度视拉刀精度而定)12粗铣-精铣-磨削-研磨IT5以上0.006～0.1高精度平面 选择零件表面加工方法应着重考虑以下几个问题：(1)首先要保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。由于获得同一精度及表面粗糙度的加工方法往往有若干种，实际选择时还要结合零件的结构形状、尺寸大小以及材料和热处理等要求。例如对于IT7级精度的孔，采用镗削、铰削、拉削和磨削均可达到要求，但型腔体上的孔一般不宜选择拉削或磨孔，而常选择镗孔或铰孔，孔径大时选择镗孔，孔径小时选择铰孔。(2)工件材料的性质对加工方法的选择也有影响。如淬火钢应采用磨削加工，对于有色金属零件，为避免磨削时堵塞砂轮，一般都采用高速镗、精密铣或高速精密车削进行精加工。(3)在选择表面加工方法时，除了首先要保证质量要求外，还应考虑生产效率和经济性的要求。大批量生产时，应尽量采用高效率的先进工艺方法。但是在年产量不大的生产情况下，采用高效率加工方法及专用设备，则会因设备利用率不高，造成经济上的损失。此外，通过任何一种加工方法所获得的加工精度和表面质量均有一个相当大的范围，但只在一定的精度范围方法内这种方法才是经济的。这种一定范围的加工精度，即为该种加工方法的经济精度。选择加工方法时，应根据工件的精度要求选择与经济精度相适应的加工方法。(4)为了能够正确地选择加工方法，还要考虑本厂、本车间现有的设备情况及技术条件，充分利用现有设备，挖掘企业潜力，发挥工人及技术人员的积极性和创造性。同时也应考虑不断改进现有的方法和设备，推广新技术，提高工艺水平。2.加工阶段的划分对于加工质量要求较高的零件，工艺过程应分阶段进行，这样才能保证零件的精度要求，充分利用人力、物力资源。模具加工的工艺过程一般可分为以下几个阶段：(1)粗加工阶段主要任务是切除各加工表面上的大部分加工余量，使毛坯在形状和尺寸上尽量接近成品。因此，在此阶段中应采取措施尽可能提高生产率。(2)半精加工阶段任务是使主要表面消除粗加工留下的误差，达到一定的精度及留有精加工余量，为精加工做好准备，并完成一些次要表面(如钻孔、铣槽等)的加工。(3)精加工阶段主要是去除半精加工所留的加工余量，使工件各主要表面达到图纸要求的尺寸精度和表面粗糙度。(4)光整加工阶段对于精度和表面粗糙度要求很高(如IT6级及IT7级以上的精度，表面粗糙度Ra值小于或等于0.4um)的零件可采用光整加工。但光整加工一般不用于纠正几何形状和相互位置误差。工艺过程分阶段的主要原因有如下几项：(1)保证加工质量工件粗加工时切除金属较多，产生较大的切削力和切削热，同时也需要较大的夹紧力，而且加工后内应力要重新分布。在这些力和热的作用下，工件会发生较大的变形。如果不分阶段而进行连续粗精加工，就无法避免上述原因所引起的加工误差。加工过程分阶段后，粗加工造成的加工误差，通过半精加工和精加工即可得到纠正，以达到逐步提高零件的加工精度，降低零件的表面粗糙度，保证零件加工质量的目的。(2)合理使用设备加工过程划分阶段后，粗加工可采用功率大、刚度高、精度低的高效率机床加工，以提高生产效率。精加工则可采用高精度机床加工，以确保零件的精度要求。这样既充分发挥了设备的各自特点，又做到了设备的合理使用。(3)便于安排热处理工序对于一些精密零件，粗加工后安排去应力的时效处理可减少内应力变形对精加工的影响。而半精加工后安排淬火不仅容易满足零件的性能要求，而且淬火引起的变形也可通过精加工工序予以消除。此外，粗、精加工分开后，毛坯的缺陷(如气孔、砂眼和加工余量不足等)可在粗加工后及早发现，及时决定修补或报废，以免对应报废的零件继续进行精加工而浪费工时和其他制造费用。精加工表面安排在后面加工，还可以保护其不受损伤。在拟定工艺路线时，一般应遵循划分加工阶段这一原则。但具体运用时要灵活掌握，不能绝对化。例如，对于要求较低而刚性又较好的零件，可不必划分加工阶段。对于一些刚性好的重型零件，由于装夹吊运很费工时，往往不划分加工阶段。而在一次安装中完成表面的粗、精加工，更易保证位置精度要求。3.工序的集中与分散对同一工件的同样加工内容，可以安排两种不同形式的工艺规程：一种是工序集中的工艺规程，另一种是工序分散的工艺规程。所谓工序集中，是使每个工序中包括尽可能多的工步内容，因而使总的工序数目减少，夹具的数目和工件的安装次数也相应地减少。所谓工序分散，是将工艺路线中的工步内容分散在更多的工序中去完成，因而每道工序的工步少，工艺路线长。工序集中和工序分散的特点都很突出。工序集中有利于保证各加工面间的相互位置精度要求，有利于采用高生产率的机床，节省装夹工件的时间，减少工件的搬动次数。工序分散可使每个工序使用的设备和夹具比较简单，调整、对刀比较容易，对操作工人的技术水平要求较低。传统的流水线、自动线生产多采用工序分散的组织形式(个别工序亦有相对集中的形式，如箱体类零件采用专用组合机床加工孔系等)。这种组织形式可以实现高效率生产，但是适应性较差，特别是那些工序相对集中、专用组合机床较多的生产线，转产比较困难。采用高效自动化机床，以工序集中的形式组织生产(典型的例子是采用加工中心组织生产)，除了具有上述工序集中生产的优点以外，生产适应性更强，转产相对容易。因而尽管这种生产方式设备价格昂贵，仍然得到愈来愈多的应用。4.加工顺序的安排(1)机械加工顺序的安排安排机械加工顺序时，应考虑以下几个原则：1)先粗后精当零件需要分阶段进行加工时，先安排各表面的粗加工，中间安排半精加工，最后安排主要表面的精加工和光整加工。由于次要表面的精度要求不高，一般经粗、半精加工即可完成；对于那些与主要表面相对位置关系密切的表面，通常置于主要表面精加工之后进行加工。2)先主后次零件上的装配基面和主要工作表面等先安排加工。而键槽、紧固用的光孔和螺孔等，由于加工面小，又和主要表面有相互位置要求，一般应安排在主要表面达到一定精度之后(如半精加工之后)进行加工，但应在最后精加工之前进行加工。3)基面先加工每一加工阶段总是应先安排基面加工工序。例如轴类零件的加工中采用中心孔作为统一基准，因此每个加工阶段开始总是打中心孔，以作为精基准，并使之具有足够的精度和表面粗糙度要求(常常高于原来图纸上的要求)。如果精基准面不止一个，则应按照基面转换的次序和逐步提高精度的原则安排加工。例如精密轴套类零件，其外圆和内孔就要互为基准，反复进行加工。4)先面后孔对于模座、凸凹模固定板、型腔固定板、推板等一般模具零件，因平面所占轮廓尺寸较大，用平面定位比较稳定可靠。因此，其工艺过程总是选择平面作为定位精基面，先加工平面再加工孔。(2)热处理工序的安排模具零件常采用的热处理工艺有退火、正火、调质、时效、淬火、回火、渗碳和氮化等。按照热处理的目的，上述热处理工艺可大致分为预先热处理和最终热处理两大类。1)预先热处理预先热处理包括退火、正火、时效和调质等。这类热处理的目的是改善加工性能，消除内应力，为最终热处理做组织准备，其工序位置多在粗加工前后。2)最终热处理最终热处理包括各种淬火、回火、渗碳和氮化处理等。这类热处理的目的主要是提高零件材料的硬度和耐磨性，常安排在精加工前后。(3)辅助工序的安排辅助工序包括工件的检验、去毛刺、清洗和涂防锈油等。其中检验工序是主要的辅助工序，它对保证零件质量有着极为重要的作用。检验工序应安排在：①粗加工全部结束后，精加工之前；②零件从一个车间转向另一个车间前后；③重要工序加工前后；④特种性能检验(磁力探伤、密封性检验等)前；⑤零件加工完毕，进入装配和成品库时。第六节工序设计工序设计的内容是为每一工序选择机床和工艺装备，确定加工余量、工序尺寸和公差，确定切削用量、工时定额及工人技术等级。1．机床和工艺装备的选择这部分内容在拟定工艺过程时就应作初步考虑。在单件小批生产时，应尽量选用通用的机床和工、夹、量具，以缩短生产准备时间和减少费用。在大批大量生产时，应合理选用专用机床和专用的工、夹、量具，以提高生产率和降低成本。2．加工余量及工序尺寸的确定为加工出合格的零件，必须从毛坯上切去的那层金属，称为加工余量。加工余量分为工序余量和总余量。工序余量是指相邻两工序的工序尺寸之差；总余量是指毛坯尺寸与零件图样上的设计尺寸之差，它等于相应表面各工序余量之和。在加工面上留有加工余量的目的，是为了切除上道工序留下来的加工误差和表面缺陷（例如铸件表面的冷硬层、气孔、夹砂层、锻件及热处理件表面的氧化皮、脱炭层、表面裂纹，切削加工后的应力层和粗糙表面等），从而提高工件的精度和减少表面粗糙度值。毛坯上所留出的加工余量不应过大或过小。过大，浪费材料，增加动力、刀具的消耗，增大劳动量，有时把工件上最耐磨的表层也切去了；过小，则不能保证切去工件表面的缺陷层，不能纠正上道工序的加工误差，有时还会使刀具加剧磨损。确定加工余量大小时，应在保证加工质量的条件下，余量越小越好。由于各工序的加工要求和条件不同，余量的大小也不同，一般，越是精加工工序，工序余量越小。目前，确定加工余量的方法有三种：(1)估计法结合工厂生产情况，根据工艺人员经验来确定余量。为防止产生废品，往往估计的余量偏大，故仅适用于单件小批生产。(2)查表法以工艺手册中推荐的加工余量为基础，结合具体的加工要求和条件进行调整，确定加工余量。此法较简单可靠，应用较广泛。查表时应注意表中数据是公称值，对称表面（如轴或孔）的余量是双边的，非对称表面的余量是单边的。(3)计算法根据经验资料和计算公式，对影响加工余量的因素进行分项和综合计算，确定加工余量。此法较准确，有利于保证加工质量和节约金属。但计算时间长，仅在大批大量生产中确定一些重要工序的加工余量时才采用。3．切削用量的确定及工时定额的估算切削用量在单件小批生产中，由操作者根据具体情况自己确定；在大批大量生产中，对组合机床、自动机床和多刀加工工序以及精度和表面质量要求很高的工序，则应参阅有关手册合理地选择切削用量，并填入工艺文件切实执行。工时定额是安排生产计划、进行成本核算的主要依据，在设计新厂时，又是计算设备和工人数量、布置车间的依据。在单件小批生产中，工时定额根据经验估定；在大批大量生产中，工时定额根据计算和实践结果确定。4．填写工艺文件工艺规程制定后，以表格或卡片的形式确定下来，作为生产准备和施工依据的技术文件，称为工艺文件。工艺文件主要有以下三种：（1）机械加工工艺过程卡片工艺过程卡片中简单的只列出了整个零件加工的工艺路线（包括毛坯、机械加工和热处理），其内容有各工序的名称和顺序，所用的机床、工艺装备，工人等级及时间定额等。工艺过程卡片相当于工艺规程的总纲，它是制订其他工艺文件的基础，也是进行生产技术准备工作、编制生产计划和组织生产的依据。由于对各工序说明不够具体，故适用于生产管理。单件小批生产中，一般以工艺过程卡片指导生产，但卡片内容应填得比较详细和明确。（2）机械加工工艺卡片工艺卡片是以工序为单位详细说明整个工艺过程的工艺文件，其内容包括零件的工艺特性（材料、重量、加工表面及其精度和粗糙度要求等）、毛坯性质、生产类型、各工序的具体内容及要求，重要的工序还应画出工序简图。工艺卡片可用于指导工人进行生产和帮助车间干部与技术人员掌握整个零件的加工过程。工艺卡片主要用于成批生产，也用于小批生产中比较重要的零件。（3）机械加工工序卡片工序卡片是根据工艺卡片为每个工序制定的工艺文件，其内容包括该工序加工所必需的资料，如定位基准、工件装夹方法、工序尺寸及公差，以及机床、刀具、量具、切削用量和工时定额等。工序卡片一般具有工序简图。工序卡片是用来具体指导工人进行生产的，在大批大量生产中，每个零件的每个工序都要有工序卡片。在成批生产中只是主要零件的每个工序有工序卡片，而一般零件仅关键工序才有工序卡片。除上述卡片外，还有用于检验工序的检验卡片以及半自动、自动机床用的调整卡片等。5．根据需要设计必要的工具、夹具、刀具和量具等。思考题2-1模具的机械加工与一般机械加工相比具有哪些特殊性？2-2何谓设计基准，何谓工艺基准？2-3零件加工时粗基准的选择原则是什么？精基准的选择原则是什么？2-4车削轴类零件时，一般采用什么作为定位基准？2-5选择零件表面加工方法时应考虑哪些因素？2-6举例说明在机械加工工艺过程中，如何合理安排热处理工序位置？

第三章模具零件制造精度及表面质量第一节模具制造精度分析一、概述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位的配合精度。模具零件的加工质量是保证模具所加工产品质量的基础。零件的机械加工质量包括零件的机械加工精度和加工表面质量两大方面，本节主要讨论模具零件的机械加工精度问题。机械加工精度是指零件加工后的实际几何参数与理想几何参数的符合程度。其符合程度越高，加工精度就越高。在机械加工过程中，往往由于各种因素的影响，使得加工出的零件不可能与理想的要求完全一致。机械零件的加工精度包含三方面的内容：尺寸精度、形状精度和位置精度。这三者之间是有联系的。通常形状公差应限制在位置公差之内，而位置误差一般也应限制在尺寸公差之内。当尺寸精度要求高时，相应的位置精度、形状精度也应提高要求，但形状精度要求高时，相应的位置精度和尺寸精度有时不一定要求高，这要根据零件的功能要求来决定。一般情况下，零件加工精度越高加工成本就越高，生产效率就越低。因此设计人员应根据零件的使用要求，合理地规定零件的加工精度。在机械加工中，零件的尺寸、几何形状和表面间相对位置的形成，取决于工件和刀具在切削运动过程中相互位置的关系，而工件和刀具，又安装在夹具和机床上，并受到夹具和机床的约束。因此，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，称为工艺系统，加工精度问题也就牵涉到整个工艺系统的精度问题。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。工艺系统的误差是“因”，是根源，加工误差是“果”，是表现。因此，把工艺系统的误差称之为原始误差。一般模具的精度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。影响模具精度的主要因素有：（1）产品制件的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、生产成本以及使用寿命都有很大的影响。（2）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。今后模具零件精度将更大地依赖于模具加工技术手段的高低。（3）模具装配钳工的技术水平模具的最终精度在很大程度上依赖于装配调试，模具光整表面的表面