模具制造技术

模具制造技术主编李冰辉北京理工大学出版社前言模具是工业生产的基础工艺装备。振兴和发展我国的模具工业，日益受到人们的重视和关注。在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通信等产品中，60%~80%的零部件，都要依靠模具成型。用模具生产制件所表现出来的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗，是其他加工制造方法所不能比拟的。模具又是“效益放大器”，用模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。模具工业地位之重要，还在于国民经济的五大支柱产业—机械、电子、汽车、石化、建筑，都要求模具工业的发展与之相适应。机械、电子、汽车工业需要大量的模具，特别是轿车大型覆盖件模具、电子产品的精密塑料模具和冲压模具，目前在质与量上都远不能满足这些支柱产业发展的需要。前言本书针对授课学生的特点，在注重基础性、全面性的同时又很看重实用性。本书着重介绍基本理论、基本概念及基本技能，还增设了工程实例分析，以增进学生分析实际问题的能力。在章节安排上，力求符合授课学生的接受能力。语言方面力求通俗易懂，图例力求与实际相符。全书分六章讲述了模具制造的基础知识、模具制造工艺规程的制订、模具零件的机加工、模具零件的特种加工、模具先进制造技术、模具零件的装配工艺。本书适合作为中等职业学校模具设计与制造专业及相关专业的教学用书，也可作为相关技术人员的自学、参考用书。由于编者能力有限，书中总会存在缺点和不足之处，也难免有错误出现，还请广大师生批评指正，大家共同提高，在此深表谢意。第一章导论第一节模具的定义及分类第二节模具制造技术的一般特点第三节模具制造技术的发展现状第四节模具制造技术的未来趋势第一章导论本章概述本章讲述了模具的一些基本概念，让大家对模具行业有个初步的了解，包括模具的定义及分类，模具制造技术的特点、发展现状及未来趋势。在对模具有了整体的把握之后，在后面的学习实践中才能有的放矢，更好地学习本门课程。教学目标1.掌握模具的概念及分类。2.掌握模具制造技术的特点。3.了解模具制造技术的发展现状及未来趋势。4.对模具行业有感官性的把握。下一页返回第一节模具的定义及分类我们日常生产、生活中所使用到的各种工具和产品，大到机床的底座、机身外壳，小到一个胚头螺丝、纽扣以及各种家用电器的外壳，无不与模具有着密切的关系。那么，到底什么叫做模具呢?下面我们给出模具的定义。模具(mold;matrix;pattern):在工业生产中，用各种压力机和装在压力机上的专用工具，用以注塑、吹塑、挤出、压铸或锻压成型、冶炼、冲压、拉伸等方法把金属或非金属材料制出所需形状的零件或制品，这种专用工具统称为模具。下一页返回第一节模具的定义及分类按照分类标准的不同，模具有不同的分类方法。按所成型的材料的不同，模具可分为金属模具和非金属模具。金属模具又分为铸造模具(有色金属压铸，钢铁铸造)和锻造模具等;非金属模具也分为塑料模具和无机非金属模具。而按照模具本身材料的不同，模具可分为砂型模具、金属模具、真空模具、石蜡模具等。其中，随着高分子塑料的快速发展，塑料模具与人们的生活密切相关。塑料模具一般可分为注射成型模具、挤塑成型模具、气辅成型模具等。上一页返回第二节模具制造技术的一般特点模具作为现代工业生产中的重要工艺装备，它的制造质量、使用寿命、生产周期等均对其产品的生产成本、质量、周期有重要影响。模具生产具有一般机械产品的共性，同时又具有其特殊性。与一般机械产品制造相比，模具制造的难度通常较大。作为一种专用工艺装备，模具生产和工艺有以下几方面特点。下一页返回第二节模具制造技术的一般特点1.模具形状复杂，并要求有高的制造精度和工作表面质量模具的工作部分一般都是二维或三维的复杂曲面，而不是一般机械加工的简单几何形面，因此模具的形状十分复杂。同时，模具不仅制造质量要求高，而且还要求加工表面质量好。模具的精度主要由制件精度和模具结构要求所决定。模具加工精度主要取决于加工机床精度、加工工艺条件、测量手段和工人的技术水平等。在模具生产中精密的数控加工设备使用越来越多，如平面和成型磨床、数控铿铣床、加工中心、数控电火花加工和慢走丝线切割机床、连续轨迹坐标磨床、三坐标测量仪等，加工中还要采用一些特殊的工艺配制方法，以保证加工面间的位置精度和尺寸的一致性。上一页下一页返回第二节模具制造技术的一般特点2.模具材料的硬度高因为模具是一种用来进行机械加工的工具，所以要求模具有很高的硬度。模具的重要零件一般都是采用淬火合金工具钢或硬质合金等材料制造的，硬度较高，采用传统的机械加工方法制造比较困难，所以模具加工方法有别于一般机械加工。上一页下一页返回第二节模具制造技术的一般特点3.模具要求有较长的使用寿命模具一般价格比较贵，模具的加工费用占产品成本的10%~30%。模具的使用寿命将直接影响产品成本的高低，故要求模具应有较长的使用寿命，特别是大批量生产，要保证生产效率，模具的使用寿命更为重要。模具的材料及热处理状态、制造精度、工作表面的粗糙度、装配质量等因素是影响模具寿命的重要因素。尤其是模具工作表面的加工精度和表面质量最重要，因为工作表面质量越好，摩擦磨损就越小，模具的使用寿命就越高。上一页下一页返回第二节模具制造技术的一般特点

4.模具要求有较短的制造周期由于新产品更新换代的加快和市场竞争日趋激烈，要使产品具有市场竞争力，这就要求模具生产周期越来越短。提高模具的现代设计水平、新的制造工艺水平以及标准化生产水平、提高模具的生产管理水平，是缩短制造周期的重要因素。5.模具要求有较低的成本前面已经提到，模具的成本是产品成本的重要组成部分。要降低产品成本就要首先降低模具的制造成本。模具的制造成本与模具结构的复杂程度、模具材料、制造精度等要求及加工方法有关。模具的材料、结构和精度在模具的设计中决定，而在制造中必须根据制品要求合理选择加工方法和制订合理的加工工艺，降低加工成本。另外在满足使用的前提下尽量使模具的结构简单、材料便宜、精度够用即可。上一页返回第三节模具制造技术的发展现状采用模具成型方法生产零件，具有优质、高效、省料、低成本等优点，因此模具制造技术在国民经济各个部门得到了极其广泛的应用。据统计，利用模具制造的零件，在汽车、飞机、电机、电器、仪器仪表等机电产品中占70%，在电视机、录音机、计算机等电子产品中占80%以上，在手表、洗衣机、电冰箱等轻工产品中占85%以上。我国模具工业近年来发展很快，据不完全统计，2006年我国模具生产厂点有3万家左右，从业人员约100多万人，近年来，模具行业的发展保持了良好势头，模具企业总体上订单充足，任务饱满，增长在20%以上。2006年模具销售额为720亿元。2006年进口模具20.47亿美元，与上年基本持平，比2005年减少1.03%;出口总量为10.41亿美元，比2005年增长41.06%，出口首次突破10亿美元。下一页返回第三节模具制造技术的发展现状为了加快模具工业的发展，国家采取了许多措施，如引进国外模具制造先进技术，给专业模具厂提供资金进行技术改造，制订相关模具国家标准等。虽然我国模具制造技术已取得很大发展，但是与先进国家之间还存在较大的差距。具体表现在:我国模具制造的专业化和标准化程度较低;模具品种少，生产效率较低，经济效益也不高;模具制造周期长，模具精度不高，与模具制造业相适应的先进设备相对较少;我国生产的模具普遍寿命较短，仅为国外模具寿命的1/5~1/3，模具材料和热处理是非常薄弱的环节;企业组织结构都不够合理;总量供不应求、产品结构不够合理等。上一页下一页返回第三节模具制造技术的发展现状模具工业的快速发展，对模具制造技术不断提出更高更新的要求。世界上一些工业发达的国家，模具制造技术的发展非常迅速。模具制造水平的高低，已经成为衡量一个国家制造水平高低的重要标志。为了适应工业生产对模具的需求，模具制造过程不断采用新工艺和先进加工设备，不仅改善了模具的加工质量，也提高了模具制造的机械化、自动化程度。同时，CAD/CAM的应用给模具设计和制造开辟了广阔的前景。上一页返回第四节模具制造技术的未来趋势由于现代社会工业生产的产品品种多、更新快、市场竞争激烈，为了适应用户对模具制造的短交货期、高精度、低成本的迫切需求，模具工业呈现了如下的发展趋势。1.模具的精度将越来越高10年前，精密模具的精度一般为5μm，现在已达2~3μm，不久1μm精度的模具即将上市。随着零件微型化及精度要求的提高，有些模具的加工精度要求在1μm以内，这就要求发展超精加工工艺。下一页返回第四节模具制造技术的未来趋势2.计算机辅助模具设计和制造(模具CAD/CAM)将会广泛应用模具CAD/CAM技术在模具设计和制造上的应用是模具技术的又一次革命，普及和提高模具CAD/CAM技术的应用是模具制造业发展的必然趋势。我国的模具设计与制造正朝着数字化方向发展，由于CAD的普遍应用，国内外一些通用或专用软件已经得到了比较普遍的应用，特别是模具成型零件方面的软件:PRO/E,UG,CIMATRON,MASTCAM等不仅可为CNC编程和CAD/CAE/CAM集成提供保证，还可以在设计时进行装配干涉的检查，保证设计和工艺的合理性。采用计算机辅助设计，并将数据传输到加工制造设备上，实现计算机辅助制造，或将设计与制造连成一体实现设计制造一体化，可以依据设计模型进行自动加工程序的编制，还可以实现加工结束后的自动检测。上一页下一页返回第四节模具制造技术的未来趋势3.模具检测、加工设备向多功能方向发展新型多功能复合模具是在多工位级进模基础上开发出来的，一副多功能模具除了冲压成型零件外，还担负着叠压、攻丝、铆接和锁紧等组装任务，这种多功能模具生产出来的不再是单个零件，而是成批的组件，如触头与支座的组件、各种微小机、电器及仪表的铁芯组件等。上一页下一页返回第四节模具制造技术的未来趋势4.模具材料及表面处理技术发展迅速模具工业要上水平，材料应用是关键。因选材和用材不当，致使模具过早失效，大约占失效模具的45%以上。在模具材料方面，常用冷作模具钢有CrWMn,Cr12,Cr12MoV和W6Mo5Cr4V2等;常用新型热作模具钢有美国H13、瑞典QR080M,QRO90SUPREME等;常用塑料模具用钢有预硬钢(如美国P20)、热处理硬化型钢(如美国P2，日本PD613,PD555、瑞典-胜白136等)、大型模架用HT250。多工位精密冲模常采用钢结硬质合金及硬质合金YG20等。在模具表面处理方面，其主要趋势是:由渗入单一元素向多元素共渗、复合渗(如TD法)发展;由一般扩散向CVD,PVD,PCVD、离子渗入、离子注入等方向发展;同时热处理手段由大气热处理向真空热处理发展。另外，目前对激光强化、辉光离子氮化技术及电镀(刷镀)防腐强化等技术也日益受到重视。上一页下一页返回第四节模具制造技术的未来趋势5.快速经济模具的前景十分广阔当今是多品种小批量生产的时代，21世纪，这种生产方式占工业生产的比例达75%以上。一方面是制品使用周期短，另一方面花样变化频繁，要求模具的生产周期愈短愈好，开发快速经济模具越来越引起人们的重视。例如研制各种超塑性材料来制作模具，用环氧(E)、聚醋(P)或其中填充金属(M)、玻璃(G)等增强简易模具制作。这些模具的主要特点是制造工艺简单，精度易控制，收缩率较小，价格便宜，寿命较高。上一页下一页返回第四节模具制造技术的未来趋势6.随着热流道技术的日渐推广应用，热流道模具在塑料模具中的比重将逐步提高由于采用热流道技术的模具可提高制件的生产率和质量，并能大幅度节约制件的原材料，因此，热流道技术的应用在国外发展很快，已十分普遍。许多塑料模具厂所生产的塑料模具已有一半以上采用了热流道技术，有的厂使用率甚至已达80%以上，效果十分明显。上一页下一页返回第四节模具制造技术的未来趋势7.随着塑料成型工艺的不断改进与发展，气辅模具及适应高压注射成型等工艺的模具将随之发展塑料件的精度分为尺寸精度、几何形状精度和外观精度(即光译、色调等)。为了确保精度要求，模具生产企业将继续研究发展高压注射成型工艺，以及注射压缩成型工艺。在注射成型中，影响成型件精度的最大因素是成型收缩，高压注射成型可减小树脂收缩率，增加塑件尺寸的稳定性。气体辅助注射成型技术已比较成熟，它能改善塑件的内在和外观质量，具有注射压力低、制品变形小、易于成型壁厚差异较大的制品等优点，而且可以节约原料及提高制件生产率。从而大幅度降低成本。8.模具技术含量将不断提高，中、高档模具比例将不断增大，这也是产品结构调整所带来的市场走势上一页返回小锦囊

如何学好本门课程?模具制造技术的一大特点就是有很强的综合性和实践性，涉及的知识面较广，要求思维比较灵活。因此，学生在学习本课程时，除了重视基本的概念及工艺原理等理论学习外，还应特别注意实践环节，应在模具制造和使用工厂进行参观实习，对于任何一个模具零件，其制造工艺的制订和加工方法的选用，都与现场生产条件密切相关，要善于将相关课程的知识综合运用到模具制造的实际问题当中。在处理工艺技术问题时，必须结合现场具体加工条件，理论联系实际，学习、积累模具制造的基本理论、基本知识和基本技能。另外还应认真参加实训篇安排的训练项目，进行模具零件制造工艺课程设计等，以增加感性认识，提高动手能力。另外，与本课程相关的基础课程有“机械工程材料与热处理”、“公差刚量技术”、“工程力学”、“机械基础”、“金属切削机床与刀具”等，其中的知识将在本课程中得到综合应用。返回每章一练1.如果给模具下一个定义，你会如何表述?2.简述模具制造技术的一般特点。3.根据近几年模具行业的发展状况，你认为模具制造技术有何前景?发展趋势是什么?返回第二章模具制造工艺规程的制定第一节模具制造工艺规程的基本理论第二节模具制造工艺规程制定的实施细节第三节制定模具零件机械加工工艺规程举例第二章模具制造工艺规程的制定本章概述本章详细讲述了模具制造工艺规程的基本理论和基本概念以及它们是如何制订的。根据工艺规程制订实施细节的要求，我们就能制订出科学合理的工艺规程来指导我们的模具制造过程。实施的细节包括:毛坯的选择、工艺路线的拟订、加工余量和工序尺寸及公差的确定、机床与工艺装备的选择等。我们在制订的时候要综合考虑多方面的因素且细致耐心才能使方案更加合理。下一页返回第二章模具制造工艺规程的制定教学目标1.掌握模具制造工艺规程的基本理论和基本概念。2.知道模具制造工艺规程实施有哪些细节。3.明确模具制造工艺规程实施中应该注意的事项。4.尝试自己制订一套简单的工艺规程。上一页下一页返回第一节模具制造工艺规程的基本理论让我们先来了解一下模具制造工艺规程的基本理论和基本概念，为后面的学习打下基础。模具加工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。它集中体现了模具生产工艺水平的高低和解决各种工艺问题的方法和手段，所以制订模具加工工艺规程不仅需要深厚的机械制造工艺理论知识，还必须具备丰富的生产实践经验。模具加工工艺规程是否先进、合理，直接影响到模具的加工质量、加工周期和加工成本。上一页下一页返回第一节模具制造工艺规程的基本理论一、模具零件加工工艺过程的组成模具虽然也是机械产品，但是它具有特殊性，表现在:模具生产批量小，大多具有单件生产的特点，而模具标准件是成批生产。模具零件加工精度较高，有些零件形状复杂，因此除了一般的机械加工方法以外，还需采用特种加工方法与设备。所以，模具加工工艺规程也具有其特殊性。模具的机械加工工艺过程由一个或几个按顺序排列的工序组成。上一页下一页返回第一节模具制造工艺规程的基本理论1.工序由一个(或一组)工人在一台机床(或一个工作地点)对一个(或同时几个)工件所连续完成的那部分工艺过程，称为工序。每一个工序又可以分为安装、工位、工步和走刀。区分工序的主要依据是工作地点是否改变和加工是否连续。这里所说的连续是指该工序的全部工作要不间断地连续完成。模具制造工艺过程是由一个或若干个顺序排列的工序组成，即:构成机械加工工艺过程的基本单元是工序。一个工序内容由被加工零件结构的复杂程度、加工要求及生产类型来决定，同样的加工内容，可以有不同的工序安排。例如，加工如图2-1所示的阶梯轴，当加工数量较少时，可按表2-1所示划分工序;当加工数量较大时，可按表2-2所示划分工序。上一页下一页返回第一节模具制造工艺规程的基本理论2.划分工序从表2-1和表2-2可以看出，当工作地点变动时，即构成另一工序。同时，在同一工序内所完成的工作必须是连续的，若不连续，也即构成另一工序。工序是组成机械加工工艺过程的基本单元，也是制订生产计划和进行生产成本核算的基本单元。上一页下一页返回第一节模具制造工艺规程的基本理论3.安装零件加工前，使其在机床或夹具中相对刀具占据正确位置并给予固定的过程，称为装夹(装夹包括定位和夹紧两过程)。零件通过一次装夹后所完成的那一部分工序称为安装。在一道工序中，工件可能需要装夹一次或多次才能完成加工。如表2-2所示的工序1要进行两次装夹:先夹工件一端，车端面，钻中心孔，称为安装1;再调头车另一端面，钻中心孔，称为安装2。工件在加工中，应尽量减少装夹次数，以减少装夹误差和装夹工件所花费的时间。上一页下一页返回第一节模具制造工艺规程的基本理论4.工位为了完成一定的工序内容，同时也为了减少零件装夹次数，在零件的一次安装中，使零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称为工位。工位的变换可以借助于夹具的分度机构或机床工作台实现。采用多工位连续加工，可提高生产率和保证被加工表面的相互位置精度。如图2-2所示是一个利用移动工作台或移动夹具，在一次装夹中顺次完成铣端面、钻中心孔两个工位的加工。这样不仅减少了装夹工件所花的时间，而且在一次装夹中加工完毕，避免了重复安装带来的误差，提高了加工精度。上一页下一页返回第一节模具制造工艺规程的基本理论5.工步在一道工序的一次安装中，可能要加工几个不同的表面，也可能用几把不同刀具进行加工，还有可能用几种不同的切削用量(不包括背吃刀量)分几次进行加工。为了描述这个过程，工序又可细分为工步。工步是指加工表面、加工刀具和切削用量(不包括背吃刀量)都不变时，所完成的那一部分工序内容。一般情况下，上述三个要素中任意改变一个，就认为是不同的工步了。上一页下一页返回第一节模具制造工艺规程的基本理论但下述两种情况例外。第一种情况，对那些连续进行的若干个相同的工步，可看做一个工步。如图2-3所示零件，连续钻4个Φ15mm的孔，可看做一个钻4个Φ15mm孔的工步，以简化工艺文件。另一种情况，有时为了提高生产率，用几把不同的刀具，同时加工几个不同表面，如图2-4所示，也可看做一个工步，称为复合工步。6.走刀有些工步，由于加工余量较大，需要对同一表面分几次切削，刀具从被加工表面每切下一层金属层即称为一次走刀。每个工步可以包括一次走刀或几次走刀。上一页下一页返回第一节模具制造工艺规程的基本理论二、工艺规程制订的原则和步骤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称为工艺规程。模具的工艺规程可以分为零件的机械加工工艺规程、检验工艺规程和装配工艺规程等，但主要以机械加工工艺规程为主，其他工艺规程按需要而定。上一页下一页返回第一节模具制造工艺规程的基本理论1.工艺规程的作用工艺规程是在具体生产条件下的，最合理或较合理的工艺过程和操作方法，并按规定的形式书写成工艺文件，经审批后用于指导生产。它简要地规定了零件各个工序的排列顺序，加工尺寸、公差及技术要求，切削用量和工时定额，选用的机床和工艺设备及工艺措施等内容。它的作用体现在以下几方面。上一页下一页返回第一节模具制造工艺规程的基本理论(1)工艺规程是指导生产的重要技术文件工艺规程是经过生产验证而确定的，对生产起指导作用，也是产品质量的保证，所以在生产中应该严格遵守。但是工艺规程也不是固定不变的，随着工艺技术的不断改进和完善，工艺规程也可以根据生产的实际情况进行修改，经过审批后执行。(2)工艺规程是生产组织和生产管理的依据工艺规程是生产计划、调度、工人操作、工时定额、质量检验和成本核算等制订的依据，能够使各工序科学有序地衔接，使生产达到优质、低成本和高效率的目的。上一页下一页返回第一节模具制造工艺规程的基本理论(3)工艺规程是新建、扩建工厂或车间的主要技术资料在新建、扩建工厂或车间时，根据工艺规程和其他资料，可以统计出应配备的机床设备的种类和数量，计算出厂房面积和人员及工种数量，确定机构设置、各种管理制度和厂房布局等。上一页下一页返回第一节模具制造工艺规程的基本理论2.制订工艺规程的基本原则(1)必须可靠地保证加工出符合图样及所有技术要求的产品或零件在制订工艺规程时，要充分考虑和采取一切确保产品质量的措施，以全面、可靠和稳定地达到设计图样上所要求的尺寸精度、表面粗糙度和形位公差以及其他技术要求。(2)保证最低的生产成本和最高的生产效率在现有的生产条件下，要采用劳动量、原材料和能源消耗最少的工艺方案，从而使生产成本降到最低，使企业获得最佳的经济效益。上一页下一页返回第一节模具制造工艺规程的基本理论(3)保证良好的安全工作条件在制订工艺规程时，应考虑到尽量减轻工人的劳动强度，尽可能采用机械化和自动化的措施，保障生产安全，创造良好而安全的工作环境。(4)保证工艺技术的先进性在制订工艺规程时，要了解国内外本行业工艺技术的发展;在立足于本企业实际条件的基础上，所制订的工艺规程应具有先进性，尽量采用新工艺、新技术、新材料。上一页下一页返回第一节模具制造工艺规程的基本理论3.制订工艺规程所需的原始资料制订工艺规程所需的原始材料主要有:产品装配图、零件图;产品验收质量标准;产品的生产纲领;毛坯材料与毛坯生产条件;工厂的生产条件(包括机床设备和工艺装备、工人的技术水平、工厂自制工艺装备的能力以及工厂供电、供气的能力等有关资料);工艺规程设计、工艺装备设计所用设计手册和有关标准;国内外先进制造技术资料等。上一页下一页返回第一节模具制造工艺规程的基本理论4.制订工艺规程的步骤研究产品的装配图和零件图，进行工艺分析;由零件生产纲领确定零件生产类型;确定毛坯的种类、技术要求和制造方法;拟订零件加工工艺路线，主要包括选定工艺基准、确定加工方法、安排加工顺序和确定工序内容，在安排加工顺序时应遵循先粗后精、先基准后其他、先平面后轴孔的原则，并且工序要适当集中;上一页下一页返回第一节模具制造工艺规程的基本理论确定各工序的加工余量，计算工序尺寸及其公差;确定各工序的技术要求及检验方法;选择各工序使用的机床设备及刀具、夹具、量具和辅助工具等工艺装备;确定各工序的切削用量及时间定额;填写工艺文件。上一页下一页返回第一节模具制造工艺规程的基本理论5.工艺文件的形式将工艺规程的内容，填入一定格式的卡片，即成为生产准备和施工依据的技术文件，称为工艺文件。常用的工艺文件有以下两种。(1)机械加工工艺过程卡片它是以工序为单位，简要说明产品或零部件的加工过程(包括毛坯制造、机械加工、热处理等)的一种工艺文件。它是生产管理的主要技术文件，也是制订其他工艺文件的基础，广泛用于成批生产和单件小批量生产中比较重要的零件。模具零件一般都制订机械加工工艺过程卡片作为工艺文件。上一页返回下一页第一节模具制造工艺规程的基本理论(2)机械加工工序卡片它是在工艺过程卡片的基础上按每道工序所编的一种工艺文件，一般具有工序简图，并详细说明该工序的每一个工步的加工内容、工艺参数、操作要求以及所用设备和工艺装备等。它是指导加工人员进行生产与帮助车间管理人员和技术人员掌握整个零件加工过程的主要技术文件，主要用于大批量生产中的所有零件、中批量生产中的重要零件和单件小批量生产中的关键工序。返回上一页下一页第一节模具制造工艺规程的基本理论三、零件的工艺分析零件的工艺分析分为零件结构的工艺性分析和零件的技术要求分析。1.零件结构的工艺性分析零件结构的工艺性是指所设计的零件在满足使用性能要求的前提下制造的可行性和经济性。当某个零件的结构形状在现有的工艺条件下，既能方便地制造，又有较低的制造成本时，这种零件结构的工艺性就好。模具零件的结构，从形体上进行分析都是由一些基本表面和特殊表面组成的。基本表面包括内、外圆柱面，圆锥面和平面等;特殊表面包括螺旋面、渐开线齿形面和其他一些成型表面。下一页返回上一页第一节模具制造工艺规程的基本理论分析零件结构的工艺性，首先要分析该零件是由哪些表面所组成的，因为零件表面形状是选择加工方法的基本因素。例如，对外圆柱面一般采用车削和磨削进行加工，对内孔一般则采用钻、扩、铰、铿、磨削等进行加工。除了表面形状外，还要分析表面的尺寸大小。例如，直径很小的孔的精加工宜采用铰削，不宜采用磨削。上一页下一页返回第一节模具制造工艺规程的基本理论此外，还要注意零件各构成表面的不同组合，表面的不同组合形成了零件结构上的特点。例如，以内、外圆表面为主，既可组成盘类零件、环类零件，也可组成套筒类零件。对于套筒类零件，也有一般的轴套和形状复杂的薄壁套筒之分。零件结构工艺性涉及面很广，必须全面综合地加以分析。表2-3所示为几种在常规工艺条件下零件的结构工艺性分析的实例。上一页返回第二节模具制造工艺规程制定的实施细则模具制造工艺规程制订的实施过程中包括很多细节，包括毛坯的选择、定位基准的选择、工艺路线的选择、加工余量、工序尺寸及公差的确定、机床与工艺装备的选择等。下面我们一一讨论。一、模具零件的毛坯选择零件毛坯的选择，是原材料经加工转变为合格零件的第一步。因此，零件毛坯的结构要素和材料需与模具零件所要求的材料和结构要素相符合。毛坯选择正确与否，不仅影响产品质量，而且对制造成本也有直接影响。所以，正确地选择毛坯有着重大的技术经济意义。毛坯的种类很多，同一种毛坯有多种制造方法。机械制造中常用的毛坯有以下几种。下一页返回第二节模具制造工艺规程制定的实施细则1.毛坯的种类模具零件所用的毛坯种类主要有型材、铸件、锻件、焊接件、冲压件和冷挤压件等。(1)型材型材是指钢、有色金属或塑料等通过轧制、拉拔、挤压等方式生产出来的，沿长度方向横截面不变的材料。型材经过下料后可作为毛坯直接送车间进行表面加工。型材按截面形状可分为:圆钢、方钢、六角钢、扁钢、角钢、槽钢及其他特殊截面的型材。型材有冷拉和热轧两种。热轧型材的精度低，价格较冷拉型材便宜，用于一般零件的毛坯。冷拉型材的尺寸较小，精度高，易于实现自动送料，但价格较贵，多用于批量较大且在自动机床上进行加工的情况。上一页下一页返回第二节模具制造工艺规程制定的实施细则(2)铸件铸件适合制作形状复杂的模具零件毛坯，尤其是采用其他方法难以成型的复杂件毛坯。铸铁的优点是具有良好的铸造成型性能、切削性能、耐磨与润滑性能，并具有一定的强度，价格低廉。故常用于表面承压较低的标准冲模模架的上、下模座等，材料一般为灰铸铁HT200和HT250;精密冲裁模的上模座和下模座，材料一般为铸钢ZG270-500;大型覆盖件拉深模的凸模、凹模和压边圈零件，材料为合金铸铁。缺点是铸件的内部组织容易产生缩孔、裂纹、砂眼等缺陷，不能承受重载荷。上一页下一页返回第二节模具制造工艺规程制定的实施细则(3)锻件锻件适合制作要求强度较高、形状简单的模具零件毛坯。锻件由于塑性变形的结果，内部晶粒较细，没有铸造毛坯的内部缺陷，其机械性能优于同样材料的铸件。但采用锻造方法很难得到形状复杂特别是有复杂内腔的模具零件。锻件有自由锻造锻件和模锻件两种。自由锻造锻件是在锻锤或压力机上用手工操作而成型的锻件。它的精度低，加工余量大，生产率也低，适合于单件小批生产及大型锻件。上一页下一页返回第二节模具制造工艺规程制定的实施细则模锻件是在锻锤或压力机上，通过专用锻模而锻制成型的锻件。它的精度和表面质量均比自由锻造锻件好，可以使毛坯形状更接近工件形状，加工余量小。同时由于模锻件的材料纤维组织分布好，锻制件的机械强度高。模锻的生产率高，但需要专用的模具，且锻锤的吨位也要比自由锻造大。其主要用于批量较大的中小型锻件。(4)焊接件焊接件适于单件小批生产中制造大型毛坯，其优点是制造简便，周期短，毛坯质量轻;缺点是焊接件抗振性差，由于内应力重新分布引起的变形大，因此，在进行机械加工前需经时效处理。上一页下一页返回第二节模具制造工艺规程制定的实施细则(5)冲压件冲压件的尺寸精度高，可以不再进行加工或只进行精加工，生产率高。适于批量较大而零件厚度较小的中小型零件。(6)冷挤压件冷挤压件精度高，表面粗糙度值小，可以不再进行机械加工。但要求材料塑性好，所用材料主要为有色金属和塑性好的钢材。其生产率高，适于大批量生产中制造形状简单的小型零件。上一页下一页返回第二节模具制造工艺规程制定的实施细则2.毛坯的选择毛坯的种类和制造方法对零件的加工质量、生产率、材料消耗及加工成本都会产生直接影响。提高毛坯精度，可减少机械加工的劳动量，提高材料利用率，降低机械加工成本，但毛坯制造成本随之提高，两者是相互矛盾的。选择毛坯应综合考虑下列因素。(1)零件材料对加工工艺性能和力学性能的要求一般零件材料一经选定，毛坯的种类和工艺方法也就基本上确定了。例如，当材料为铸铁、青铜、铸铝时，因为其具有良好的铸造性能，应选择铸件毛坯;尺寸较小、形状不复杂的钢质零件，力学性能要求也不太高时，可以直接采用型材作为毛坯;而重要的钢制零件，为了保证其有足够的力学性能，应该选择锻件毛坯。上一页下一页返回第二节模具制造工艺规程制定的实施细则(2)零件的结构形状与外形尺寸零件的结构形状与外形尺寸对选择毛坯同样有重要影响。例如对于阶梯轴，如果各台阶直径相差不大，可以采用棒料作为毛坯;各台阶直径相差很大时，则采用锻件作为毛坯，因为这样可以节约材料和减少机械加工工作量。套类零件可以采用轧制或铸造等方法成型。模座零件一般以铸铁件为毛坯，承受较大载荷的箱体可以用铸钢件作为毛坯。大型零件受设备条件限制，一般只能用自由锻和砂型铸造;中小型零件根据需要可选用模锻和各种先进的铸造方法。上一页下一页返回第二节模具制造工艺规程制定的实施细则(3)生产类型生产类型分为单件小批量生产和大批大量生产。单件小批生产时，采用先进的毛坯制造方法所节约的材料和机械加工成本，相对于毛坯制造所增加的设备和专用工艺装备费用就得不偿失了，故应选毛坯精度和生产率均较低的一般毛坯制造方法，如自由锻和手工木模造型等方法。大批大量生产时，应选用毛坯精度和生产率都高的先进的毛坯制造方法，使毛坯的形状、尺寸尽量接近零件的形状、尺寸，以节约材料，减少机械加工工作量，由此而节约的费用会远远超出毛坯制造所增加的费用，获得好的经济效益。上一页下一页返回第二节模具制造工艺规程制定的实施细则(4)生产条件选择毛坯的种类和制造方法应考虑毛坯制造车间的设备情况、工艺水平和工人技术水平，同时还应考虑采用先进工艺制造毛坯的可行性和经济性。同时，应尽可能组织外协，实现毛坯制造的专业化生产，以获得好的经济效益。(5)充分考虑利用新工艺、新技术和新材料随着毛坯制造专业化生产的发展，目前毛坯制造方面的新工艺、新技术和新材料的应用越来越多，如精铸、精锻、冷轧、冷挤压、粉末冶金和工程塑料的应用日益广泛，这些方法可大大减少机械加工量，节约材料，有着十分显著的经济效益。上一页下一页返回第二节模具制造工艺规程制定的实施细则3.毛坯余量从毛坯表面经多道工序切去的全部金属层的厚度，即毛坯尺寸与零件图样上标注的尺寸的差值称加工总余量。(1)铸造毛坯的余量铸造毛坯的余量大小与铸件的尺寸关系很大，选择铸造毛坯余量的方法见表2-4。由于在铸造时铸件顶面易产生铸造缺陷，所以，顶面的加工余量应大于底面和侧面的加工余量。(2)锻造毛坯的余量由于在锻造时易产生夹层、裂纹、氧化皮和脱碳层等因素的影响，锻造毛坯的加工余量也较大，如表2-5和表2-6所示。机械零件的加工质量和生产效率，在很大程度上取决于所选用的零件毛坯。上一页下一页返回第二节模具制造工艺规程制定的实施细则二、零件工艺路线的拟订工艺路线的拟订是工艺过程的总体布局。在制订机械加工工艺规程时，首先应拟订零件加工的工艺路线。它的主要任务是:选择零件各表面的加工方法和加工方案，确定各表面的加工顺序和整个工艺过程中的工序数目等。拟订工艺路线是设计工艺规程最为关键的一步，需顺序完成以下几个方面的工作。上一页下一页返回第二节模具制造工艺规程制定的实施细则1.选择定位基准定位基准对制订零件的加工工艺规程有重要的意义，它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影响。(1)基准的概念和种类基准是在零件图上或实际的零件上，用来确定其他点、线、面位置所依据的那些点、线、面。基准按其功用不同可分为设计基准和工艺基准。①设计基准在零件图上用来确定其他点、线、面位置的基准，称为设计基准。图2-5所示为轴套零件，轴线O-O是外圆和内孔的设计基准。端面A是端面B,C的设计基准，内孔20H7的轴心线是40h6外圆柱面径向跳动和端面B端面圆跳动的设计基准。上一页下一页返回第二节模具制造工艺规程制定的实施细则②工艺基准在加工、测量和装配过程中使用的基准，称为工艺基准。工艺基准按用途不同可分为工序基准、定位基准、测量基准和装配基准。工序基准:在工序图上用来确定本工序被加工表面加工后的尺寸、形状、位置的基准称为工序基准。定位基准:在加工时，为了使零件相对于机床和刀具占据的正确位置(即将零件定位)，所使用的基准称为定位基准。测量基准:检验零件时，用来测量加工表面位置和尺寸所使用的基准称为测量基准。装配基准:装配时用来确定零件或部件在产品中的相对位置所采用的基准称为装配基准。上一页下一页返回第二节模具制造工艺规程制定的实施细则(2)零件的安装在机械加工中，为了在零件的某一部位上加工出符合规定技术要求的表面，加工前，必须使零件在机床或夹具中相对于刀具占据正确的位置，这一过程称为定位。零件定位后，为了防止切削力、重力、惯性力等破坏定位，必须使零件的定位位置保持不变，这一操作称为夹紧。将零件从定位到夹紧的整个过程，称为安装。上一页下一页返回第二节模具制造工艺规程制定的实施细则(3)定位基准的选择定位基准包括粗基准和精基准。在机械加工的最初一道工序中，只能用零件毛坯上未经加工的表面作为定位基准，这种定位基准称为粗基准;用已经加工过的表面作为定位基准则称为精基准。合理地选择定位基准，对于保证加工精度和确定加工顺序都有决定性的影响。①粗基准的选择选择粗基准主要应考虑两个问题，一是如何保证各加工表面都有足够的加工余量，二是非加工表面的尺寸、位置均应符合图样要求。一般应注意以下几点问题。上一页下一页返回第二节模具制造工艺规程制定的实施细则为了保证加工表面与非加工表面之间的位置尺寸要求，应选非加工表面作为粗基准，对图2-6所示的零件，可以选择外圆柱面D和左端面定位，这样可以保证内、外圆柱面同轴(壁厚均匀)和尺寸L;如果需要保证某重要加工表面的加工余量均匀，应选该表面作为粗基准，图2-7所示为车床床身，床身的导轨面是重要的表面，要求加工时只切去一小层均匀的余量，以获得硬度高而均匀的表面层，增强导轨的耐磨性，所以加工时应先选择导轨面作为粗基准加工床腿底平面，然后以床腿底平面作为精基准加工导轨面;上一页下一页返回第二节模具制造工艺规程制定的实施细则对于有较多加工面的零件，为了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为粗基准，图2-8所示为阶梯轴，由于锻造误差，毛坯大端和小端的同轴度误差为3mm，这时选择小端作为粗基准先车大端，则大端的加工余量足够，加工后大端外圆与小端毛坯外圆基本同轴，再以经过功口工的大端外圆作为精基准车小端，则小端外圆的加工余量也就足够了;上一页下一页返回第二节模具制造工艺规程制定的实施细则选作粗基准的表面，应尽可能平整，不能有飞边、浇口、冒口或其他缺陷，以确保零件定位准确、夹紧可靠;一般情况下粗基准不重复使用，在同一尺寸方向上粗基准通常只允许使用一次，这是因为粗基准一般都很粗糙，重复使用同一粗基准所加工的两组表面之间的位置误差会相当大，图2-9所示为一小轴，如重复使用毛坯面B定位分别加工表面A和C，必然会使A,C之间产生较大的同轴度误差。上一页下一页返回第二节模具制造工艺规程制定的实施细则②精基准的选择选择精基准应有利于保证加工精度，并使零件装夹方便。选择精基准时，重点考虑如何减少工件的定位误差，保证工件的加工精度，同时也要考虑工件装卸方便，夹具结构简单，一般应遵循下列原则:上一页下一页返回第二节模具制造工艺规程制定的实施细则准重合原则。尽可能选择加工表面的设计基准作为定位基准，避免因为基准不重合而造成的定位误差，这一原则称为基准重合原则。图2-10所示的零件，设计尺寸为l1,l2，如果以B面定位加工C面，这时定位基准与设计基准重合，可以直接保证设计尺寸l1;如果以A面定位加工C面，则定位基准与设计基准不重合，这时只能保证尺寸l，而设计尺寸l1是通过l2和l间接保证的。l1的精度取决于l2和l的精度。尺寸l的误差即为定位基准A与设计基准B不重合而产生的误差，它将影响尺寸l1的加工精度。上一页下一页返回第二节模具制造工艺规程制定的实施细则基准统一原则。当零件以某一组精基准定位，可以比较方便地加工其他各表面时，应尽可能在多数工序中采用同一组精基准定位，这一原则称为基准统一原则。采用基准统一原则，不仅可以避免因为基准变换而引起的定位误差，而且在一次装夹中能够加工出较多的表面，既便于保证各加工表面间的位置精度，又有利于提高生产率。例如轴类零件在大多数工序中都采用顶尖孔作为定位基准，箱体类零件常采用一面两孔作为定位基准，齿轮的齿坯和齿形的加工多采用齿轮的内孔和基准端面作为定位基准。上一页下一页返回第二节模具制造工艺规程制定的实施细则自为基准原则。某些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，这一原则称为自为基准原则。例如，磨削床身导轨面时可先用百分表找正导轨面，然后进行磨削，这样可以获得小而均匀的余量，如图2-11所示，这时导轨面就是定位基准面。上一页下一页返回第二节模具制造工艺规程制定的实施细则互为基准原则。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，反复进行加工，这一原则称为互为基准原则。例如，车床主轴前后支承轴颈与主轴锥孔间有严格的同轴度要求，常先以主轴锥孔为基准磨削主轴前、后支承轴颈表面，然后再以前、后支承轴颈表面为基准磨削主轴锥孔，最后达到图纸上规定的同轴度要求。保证零件安装准确、可靠，操作方便的原则。所选定位基准应能使工件定位稳定，夹紧可靠，操作方便，夹具结构简单。上一页下一页返回第二节模具制造工艺规程制定的实施细则以上介绍了精基准选择的几项原则，每一原则只能说明一个方面的问题，理想的情况是使基准既重合又统一，同时还能保证定位稳定、可靠、操作方便，夹具结构简单。但实际运用中往往出现相互矛盾的情况，这就要求从技术和经济两方面进行综合分析，抓住主要矛盾进行合理选择。还应该指出，工件上的定位基准，一般应是工件上具有较高精度要求的表面，但有时为了使基准统一或定位可靠，操作方便，可人为地制造一种基准面，这些表面在零件的工作中并不起作用，仅仅在加工中起定位作用，如顶尖孔、工艺搭子等。这类基准称为辅助基准，这些表面也叫工艺表面。上一页下一页返回第二节模具制造工艺规程制定的实施细则2.表面加工方法的选择零件的形状尽管有多种多样，但它们都可以认为是由多种简单的几何表面所组成，如外圆、孔、平面、锥面、成型表面等。针对每一种几何表面，都有一系列加工方法与这相对应。不同的加工方法，如车、磨、刨、铣、钻、铿等，所能达到的精度和表面粗糙度是不一样的。即使是同一种加工方法，在不同的加工条件下所得到的精度和表面粗糙度也大不一样，这是因为在加工过程中，将有各种因素(如工人的技术水平、切削用量、刀具的刃磨质量、机床的调整质量等)对精度和表面粗糙度产生影响。各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度，可查阅有关手册。表2-7、表2-8和表2-9分别列出了外圆、内孔和平面的加工方案，可供选择加工方法时参考。选择加工方法时应考虑以下几个方面的问题:上一页下一页返回第二节模具制造工艺规程制定的实施细则

(1)根据加工表面的技术要求，确定加工方法和加工方案一般总是首先根据零件主要表面的技术要求和工厂的具体条件，先选定它的最终加工方法，然后再逐一选定各有关前导工序的加工方法。上一页下一页返回第二节模具制造工艺规程制定的实施细则(2)考虑工件的材料零件材料的可加工性对加工方法的选择也有影响。如有色金属就不宜采用磨削方法进行精加工，而淬火钢的精加工就需采用磨削加工的方法。需要注意的是，任何一种加工方法，可以获得的精度和表面粗糙度值均有一个较大的范围，例如，精细地操作，选择低的切削用量，获得的精度较高，但又会降低生产率，提高成本。反之，如增加切削用量提高了生产率，虽然成本降低了，但精度也较低。所以，只有在一定的精度范围内才是经济的，这一定范围的精度就是指在正常加工条件下(即不采用特别的工艺方法，不延长加工时间)所能达到的精度，这种精度称为经济精度，相应的表面粗糙度称为经济表面粗糙度。上一页下一页返回第二节模具制造工艺规程制定的实施细则(3)要考虑生产率和经济性问题大批量生产时，应选用高效率的加工方法，采用专用设备。例如，用拉削方法加工平面和孔，用铣削和磨削组合的方法同时加工几个表面，用数控机床加工复杂表面等。但是如果生产批量不大，盲目采用高效率的先进加工方法和专用设备则会增加产品成本。(4)应考虑本厂的现有设备和生产条件应充分利用本厂现有设备、工艺装备和具体条件，挖掘企业潜力，发挥工人和技术人员的积极性和创造性。上一页下一页返回第二节模具制造工艺规程制定的实施细则3.加工阶段的划分(1)加工阶段所谓划分加工阶段，就是把整个工艺过程划分成几个阶段，做到粗、精加工分开进行。模具的机械加工工艺过程一般可以划分为以下几个阶段。①粗加工阶段该阶段的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半精加工阶段该阶段的主要任务是使主要表面消除粗加工留下的误差，为精加工做好必要的精度准备和余量准备;并完成次要表面的终加工，例如钻孔、攻螺纹、铣键槽等。③精加工阶段该阶段的主要任务是保证各主要表面达到图纸规定的技术要求。上一页下一页返回第二节模具制造工艺规程制定的实施细则④光整加工阶段对于尺寸精度和表面粗糙度要求特别高的表面，才安排光整加工。例如加工精度为IT6级以上、表面粗糙度Ra为0.4μm以上的零件可采用光整加工。该阶段的主要任务是提高被加工表面的尺寸精度和降低表面粗糙度，但一般不能纠正形状误差和位置误差。上一页下一页返回第二节模具制造工艺规程制定的实施细则(2)划分加工阶段的原因①保证加工质量的需要在粗加工阶段中，由于切除的金属层较厚，产生的切削力和切削热都比较大，所需的夹紧力也大，因而工件会产生较大的弹性变形和内应力，从而造成较大的加工误差和较大的表面粗糙度，需通过半精加工和精加工逐步减小切削用量、切削力和切削热，逐步修正工件的变形，提高加工精度，降低表面粗糙度，最后达到零件图的要求，同时各阶段之间的时间间隔可使工件得到自然时效，有利于消除工件的内应力，使工件有恢复变形的时间，以便在后一道工序中加以修正。上一页下一页返回第二节模具制造工艺规程制定的实施细则②合理使用机床设备的需要粗加工时一般采用功率大，精度不高的高效率设备;精加工时采用高精度机床。这样不但提高了粗加工的生产效率，而且也延长了高精度机床的使用寿命，且可降低加工成本。③便于热处理工序的安排热处理工序的插入自然地将机械加工工艺过程划分为几个阶段。如在精密主轴加工中，在粗加工后进行去应力的时效处理，在半精加工后进行淬火处理，在精加工后进行冰冷及低温回火处理，最后再进行光整加工处理。上一页下一页返回第二节模具制造工艺规程制定的实施细则④及时发现毛坯缺陷粗加工各表面后可及早发现毛坯的缺陷，及时修补或报废，避免继续加工而增加损失，而且精加工阶段安排在最后，可保护精加工后的表面尽量不受损伤。(3)两点说明将工艺过程划分成几个阶段是对整个加工过程而言的，不能单纯从某一表面的加工或某一工序的性质来判断。例如工件的定位基准的加工总是优先安排，而在精加工阶段中安排某些钻孔之类的粗加工工序也是常有的，有时甚至是需要的。上一页下一页返回第二节模具制造工艺规程制定的实施细则划分加工阶段也并不是绝对的。对于刚性好、加工精度要求不高或余量不大的工件就不必划分加工阶段。有些精度要求高的重型件，由于运输安装费时费工，一般也不划分加工阶段，而是在一次装夹下完成全部粗加工和精加工任务。为减少夹紧变形对加工精度的影响，可在粗加工后松开夹紧机构，然后用较小的夹紧力重新夹紧工件，继续进行精加工，这对提高加工精度是有利的。上一页下一页返回第二节模具制造工艺规程制定的实施细则4.工序的集中与分散对于同一个零件安排同样的加工内容，有工序集中和工序分散两个不同的原则。(1)工序集中原则所谓工序集中，就是把工件上较多的加工内容集中在一道工序中进行，而整个工艺过程由数量比较少的复杂工序组成。工序集中的特点:工序数目少、设备数量少，可相应减少操作工人人数和生产面积;工件装夹次数少，不但缩短了辅助时间，而且在一次装夹下加工的多个表面之间容易保证其较高的位置精度要求;上一页下一页返回第二节模具制造工艺规程制定的实施细则有利于采用高效率的专用机床和工艺装备，从而提高生产效率;由于采用比较复杂的专用设备和专用工艺装备，因此生产准备工作量大，调整费时，对产品更新的适应性差。(2)工序分散原则所谓工序分散，就是在每道工序中仅仅对工件上很少的几个表面进行加工，整个工艺过程由数量比较多的简单工序组成。工序分散的特点:工序数目多，设备数量多，相应地增加了操作工人人数和生产面积;可以选用最有利的切削用量;机床、刀具、夹具等结构简单，调整方便;生产准备工作量小，改变生产对象容易，生产适应性好。上一页下一页返回第二节模具制造工艺规程制定的实施细则工序集中和分散各有其特点，必须根据生产类型、工厂的设备条件、零件的结构特点和技术要求等具体生产条件确定。在大批量生产中，趋向于采用高效机床、专用机床及自动生产线等设备按工序集中原则组织工艺过程，但也可采用彻底的工序分散原则组织工艺过程，例如，轴承制造厂加工轴承外圈、内圈等，就是按工序分散原则组织工艺过程的。在成批生产中，既可按工序分散原则组织工艺过程，也可采用多刀半自动车床或转塔车床等高效通用机床按工序集中原则组织工艺过程。在单件小批生产中，宜采用通用机床按工序集中原则组织工艺过程。在现代制造中，由于数控机床等先进制造技术的使用，工艺过程的安排趋向于工序集中。上一页下一页返回第二节模具制造工艺规程制定的实施细则5.加工顺序的安排(1)机械加工工序的安排机械加工工序的安排应遵循以下几个原则:①先基面后其他选作精基准的表面加工应优先安排，以便为后续工序的加工提供精基准。②先粗后精整个零件的加工顺序，应是粗加工工序在前，相继为半精加工、精加工及光整加工工序。上一页下一页返回第二节模具制造工艺规程制定的实施细则③先主后次先加工零件主要工作表面及装配基准面，然后加工次要表面。由于次要表面的加工工作量比较小，而且它们往往与主要表面有位置精度的要求，因此一般都放在最后的精加工或光整加工之前进行。当次要表面的加工劳动量很大时，为了减少由于加工主要表面产生废品造成工时损失，主要表面的精加工工序也可安排在次要表面加工之前进行。④先面后孔对于箱体、支架等类型零件，平面的轮廓尺寸较大，用它定位比较稳定，因此应选平面作精基准，先加工平面，然后以平面定位加工孔，有利于保证孔的加工精度。上一页下一页返回第二节模具制造工艺规程制定的实施细则(2)热处理工序的安排模具零件经常采用的热处理工艺有退火、正火、调质、时效、淬火、回火、渗碳、渗氮等。按照热处理的目的不同，一般将上述热处理工艺分为预备热处理和最终热处理两大类。①预备热处理预备热处理包括退火、正火、时效和调质处理等，其目的是改善加工性能，消除内应力和为最终热处理作好组织准备。一般多安排在粗加工前后。退火和正火是为了改善切削加工性能和消除毛坯的内应力，常安排在毛坯制造之后粗加工之前进行。调质处理即淬火后的高温回火，能获得均匀细致的组织，为以后表面淬火和渗氮作组织准备，所以调质处理可作为预备热处理，常置于粗加工之后进行。上一页下一页返回第二节模具制造工艺规程制定的实施细则时效处理主要用于消除毛坯制造和机械加工中产生的内应力，最好安排在粗加工之后进行。对于加工精度要求不高的工件可放在粗加工之前进行。对于机床床身、立柱等结构比较复杂的铸件，在粗加工前后都要进行人工时效(或自然时效)处理，使材料组织稳定，日后不再有较大的变形。除铸件外，对一些刚性差的精密零件(如精密丝杠)，为消除加工中产生的内应力，稳定零件的加工精度，在粗加工、半精加工和精加工之间可安排多次时效处理。上一页下一页返回第二节模具制造工艺规程制定的实施细则渗碳淬火常用于处理低碳钢和低碳合金钢，目的是使零件表层增加含碳量，淬火后使表层硬度增加，而芯部仍保持其较高的韧性，渗碳淬火有局部渗碳淬火及整体渗碳淬火之分，整体渗碳淬火时，有时需先将有关部位(如淬火后需钻孔的部位等)进行防渗保护，以便淬火后加工;或将有关部位的加工放在渗碳淬火之前进行。渗氮、液体碳氮共渗等热处理工序，可根据零件的加工要求安排在粗、精磨削之间或在精磨之后进行，用于装饰及防锈表面的电镀、发蓝处理等工序，一般都安排在机械加工完毕后进行。上一页下一页返回第二节模具制造工艺规程制定的实施细则(3)辅助工序的安排辅助工序种类很多，包括工件的检验、去毛刺、平衡及清洗工序等，其中检验工序对保证产品质量有极为重要的作用，需在下列场合安排检验工序:粗加工全部结束之后，精加工之前;工件从一个车间转到另一个车间时;重要工序加工前后;零件全部加工结束后。上一页下一页返回第二节模具制造工艺规程制定的实施细则除了一般性的尺寸检查(包括形位误差检查)和表面粗糙度检查之外，还有其他检查，如X射线检查、超声波探伤检查等用于检查工件的内部质量，一般都安排在工艺过程的开始进行，荧光检查和磁力探伤主要用于检查工件表面质量，通常安排在精加工阶段进行。其他辅助工序也不应该忽视，例如当零件表层或内腔的毛刺对机器装配质量影响很大时，在切削加工之后，应安排去毛刺工序。零件在进入装配之前，一般都应安排清洗工序。零件内孔、箱体内腔易存留切屑，研磨、琦磨等光整加工工序之后，微小磨粒易附着在零件表面上，也应安排清洗工序。上一页下一页返回第二节模具制造工艺规程制定的实施细则三、加工余量、工序尺寸及公差的确定1.加工余量的确定在机械加工中，必须合理地确定加工余量，这对于提高产品质量和降低生产成本都有十分重要的意义。加工余量过大，不但浪费材料，而且增加了切削工时，增大刀具和机床的磨损，从而降低了生产率，增加了产品的成本;加工余量过小，会使零件表面加工困难，容易造成废品，从而增加产品的成本。上一页下一页返回第二节模具制造工艺规程制定的实施细则(1)加工余量的概念为了保证零件的质量，在加工过程中，需要从加工表面切除的金属层厚度，称为加工余量，一般用字母z表示。①加工余量某一表面毛坯尺寸与零件设计尺寸之差称为总加工余量，图2-12所示为轴和孔的总加工余量的分布情况。②工序余量相邻两工序的工序尺寸之差称为工序余量。它是被加工表面在一道工序切除的金属层厚度。工序余量有单边余量和双边余量之分。上一页下一页返回第二节模具制造工艺规程制定的实施细则单边余量在平面上，加工余量为非对称的单边余量，如图2-13所示。对于外表面:对于内表面:式中Z—本道工序的工序余量;la—上道工序的基本尺寸;lb—本道工序的基本尺寸。上一页下一页返回第二节模具制造工艺规程制定的实施细则双边余量在回转表面(外圆与内孔)上，加工余量为对称的双边余量，如图2-14所示。对于外圆表面:对于内圆表面:式中2Z—本道工序的工序余量;da—上道工序的基本尺寸;db—本道工序的基本尺寸。上一页下一页返回第二节模具制造工艺规程制定的实施细则(2)基本加工余量、最大加工余量、最小加工余量由于工序尺寸有偏差，各工序中实际切除的余量大小也变化的，因此，工序余量又分为基本加工余量(简称余量)、最大加工余量Zmax和最小加工余量Zmin基本加工余量等于前后工序基本尺寸之差;最大加工余量等于上道工序最大工序尺寸和本道工序最小工序尺寸之差;最小加工余量等于上道工序最小工序尺寸和本道工序最大工序尺寸之差;工序加工余量的变化范围称为加工余量的公差，其值等于上道工序和本道工序的工序尺寸公差之和。具体计算公式为上一页下一页返回第二节模具制造工艺规程制定的实施细则基本加工余量:最大加工余量:最小加工余量:加工余量的公差:式中a—上道工序的基本尺寸;b—本道工序的基本尺寸;amax，amin—上道工序的最大工序尺寸和本道工序最小工序尺寸;bmax,bmin—本道工序的最大工序尺寸和本道工序最小工序尺寸;Ta—上道工序的工序尺寸公差;Tb—本道工序的工序尺寸公差。上一页下一页返回第二节模具制造工艺规程制定的实施细则工序尺寸公差一般按“入体原则”标注。对被包容尺寸(轴径，实体的长、宽、高)，上偏差为0，其最大尺寸就是基本尺寸;对包容尺寸(孔径、槽宽)，下偏差为0，其最小尺寸就是基本尺寸。而孔距和毛坯尺寸的公差按双向对称偏差的形式标注。(3)影响加工余量的因素确定合理工序余量的基本要求是:各道工序所留下的最小加工余量能够保证被加工表面在上道工序中所产生的各种误差和表面缺陷被相邻的后续工序去除，使加工质量逐步提高。影响最小加工余量的主要因素如下。上一页下一页返回第二节模具制造工艺规程制定的实施细则①上道工序后的表面粗糙度和表面缺陷层深度表面粗糙度和表面缺陷层是指铸件的冷硬层、气孔类渣层，锻件和热处理的氧化皮、脱碳层、表面裂纹或其他破坏层，切削加工后的残余应力层等，如图2-15所示。它们的大小与加工方法有关。各种加工方法的表面粗糙度和表面缺陷层深度的数值可以查阅工艺手册确定。在本道工序加工时应去除这部分厚度。②上道工序的尺寸公差Ta上道工序结束后，表面存在尺寸误差和一些几何形状误差如锥度、椭圆度、平面度等，如图2-16所示。这些误差的总和一般不超过上道工序的尺寸公差Ta,Ta的数值可根据选用的加工方法所能达到的经济精度，查阅工艺手册确定。上一页下一页返回第二节模具制造工艺规程制定的实施细则③上道工序各表面之间相互位置的空间误差Pa。这些误差包括轴线的直线度、轴线与表面的垂直度、外圆与内孔的同轴度、平面的平面度等。图2-17所示的轴，由于上道工序有直线度误差δ，本道工序的加工余量必须增加2δ才能保证该轴在加工后无弯曲。Pa的数值与上道工序的加工方法和零件的结构有关，可用近似计算法或查有关资料确定。若存在两种以上的空间误差时，可用向量和进行合成。④本道工序加工时的安装误差ξb它除了包括定位误差和夹紧误差外，还包括夹具本身的制造误差，其大小为三者的向量和。图2-18所示为用三爪卡盘夹紧零件外圆来磨削内孔时，由于三爪卡盘定位不准确，使零件中心和机床主轴回转中心偏移了一个e值，为了加工出内孔就需要使磨削余量增大2e值。上一页下一页返回第二节模具制造工艺规程制定的实施细则(4)确定加工余量的方法①分析计算法这种方法以一定的实验数据资料和计算公式为依据，对影响加工余量的诸因素进行逐项的分析计算以确定加工余量的大小。这种方法比较科学，但需要积累准确、可靠的数据，且计算过程较复杂，所以目前很少应用，仅在贵重材料及某些大批量生产中采用。②经验估计法这种方法是依靠经验采用类比法估算确定加工余量的大小。但是在实际使用中，为了防止余量不够而出现废品，余量选择都偏大，所以这种方法一般用于单件小批量生产。③查表修正法这种方法是以有关工艺手册和资料所推荐的加工余量为基础，结合实际加工情况进行修正以确定加工余量的大小。这种方法比较实用，应用最广。上一页下一页返回第二节模具制造工艺规程制定的实施细则2.工序尺寸及公差的确定工序尺寸及其公差的确定除了与加工余量的大小有关之外，还与工序基准的选择有密切关系。下面只介绍加工过程中工序基准与设计基准重合时工序尺寸及其公差的确定方法。(1)工序尺寸的确定当工序基准与设计基准重合时，被加工表面最终工序的尺寸及公差一般可以直接按零件图样规定的尺寸和公差确定。中间各道工序的尺寸则按零件图样规定的尺寸依次加上(对于外表面)或减去(对于内表面)各道工序的加工余量求得。计算的顺序是由后向前推算，直到毛坯尺寸。上一页下一页返回第二节模具制造工艺规程制定的实施细则图2-19所示为加工外表面时各道工序尺寸之间的关系，其中D，为最终工序尺寸。由图示关系可知，对于外表面，本道工序的工序尺寸加上本道工序的加工余量，即为上道工序的工序尺寸。计算方法如下:D2=D1+Z1;D3=Dz+Z2=D1+Z1+Z2;D4=D3+Z3=D1+Z1+Z2+Z3;D5=D4+Z4=D1+Z1+Z2+Z3+Z4。确定工序尺寸时，应注意内、外表面的区别和单面余量与双面余量的区分。上一页下一页返回第二节模具制造工艺规程制定的实施细则(2)工序尺寸公差的确定工序尺寸公差主要根据加工方法、加工精度和经济性确定。一般均按该工序加工方法的经济加工精度选定(可以从机械加工手册中查得)。当工序基准与设计基准重合时，最终工序的公差一般就是零件图样规定的尺寸公差。毛坯尺寸公差按照毛坯制造方法或根据所选型材的品种规格确定。上一页下一页返回第二节模具制造工艺规程制定的实施细则四、机床与工艺装备的选择正确选择工艺装备与机床在制订机械加工工艺规程中，对保证零件的加工质量和提高生产率有着直接的影响。如何选择合适的机床与工艺装备，注意以下内容。1.刀具的选择刀具的选择主要取决于所确定的加工方法、零件材料，所要求的加工精度、生产率和经济性、机床类型等。一般应尽量采用标准刀具，必要时也可以采用各种高生产率的复合刀具和专用刀具。上一页下一页返回第二节模具制造工艺规程制定的实施细则2.夹具的选择在大批量生产的情况下，应广泛使用专用夹具。单件小批量生产中应尽量选用通用夹具，如各种卡盘、平口钳、回转台等。非标准件的模具零件大都属于单件小批量生产，但对于某些结构复杂、精度很高的模具零件，也应使用专用夹具，以保证其技术要求。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。单件小批量生产中应尽量选用通用夹具，如游标卡尺、百分表等;大批量生产中应采用极限量规和量仪等。量具的精度必须与加工精度相适应。上一页下一页返回第二节模具制造工艺规程制定的实施细则4.机床的选择选用机床时应注意以下几点:机床的精度应与所加工零件要求的精度相适应;机床的主要规格尺寸应与所加工零件的尺寸大小相适应;机床的生产率应与所加工零件的生产类型相适应，单件小批量生产时选择通用机床，大批量生产时选择高生产率的专用机床;选择机床应结合现有的实际情况，例如现有机床的类型、规格、实际精度、负荷情况以及机床的分布排列情况等。上一页返回第三节制定模具零件机械加工工艺规程举例一、凸模零件工艺性分析如图2-20所示冷挤压凸模零件。冷挤压凸模在工作时，凸模承受很大的压力，而凹模承受很大的张力，其单位压力甚至可达到制件毛坯强度极限的4~6倍。由于挤压时金属在型腔内流动，使凸模和凹模的工作面都要承受剧烈的摩擦。这种摩擦及金属被挤压导致材料的剧烈变形均会产生热量，模具表面的瞬时温度甚至可达200℃-300℃，因此要求冷挤压凸模在长期工作时不得出现折断和弯曲疲劳断裂，凸模零件表面还要有较高的耐磨性。下一页返回第三节制定模具零件机械加工工艺规程举例凸模材料采用Cr12MoV，热处理硬度60~62HRC,Cr12MoV材料具有高耐磨性、淬透性、高热稳定性、高的抗压强度，缺点是原型材的共晶碳化物偏析严重，可通过充分的“改锻”才能发挥材料的性能。零件的形状为细长杆件，为增强零件的刚度，在工作段之后的轴段直径逐渐加大，且各轴段连接处均采用圆弧过渡，为增强凸模的承力面，固定端采用锥形。模具工作表面比较短，可减小被挤压材料与凸模的摩擦，同时要求凸模工作表面粗糙度值较小。零件毛坯采用锻件，通过“改锻”来改善原材料中共晶碳化物偏析和网状碳化物状态，采用“多向徽拔法”以充分发挥材料的性能，并且在锻造之后进行碳化物偏析检验和晶粒度检查。上一页下一页返回第三节制定模具零件机械加工工艺规程举例为了便于加工和测量，在大端增加工艺尾柄，各轴段外表面尽量在一次装夹中或用同一基准装夹进行加工，尽可能避免基准的转换，以保证工作端和固定端的位置精度要求。各主要表面在热处理后进行精密磨削加工和抛光以达到表面粗糙度数值。在各阶段加工中，各过渡部分需要圆弧过渡，并且不留粗加工刀痕和磨削裂纹以保证凸模工作寿命。所以，解决凸模的刚度、强度、耐疲劳性和高寿命是冷挤压凸模工艺分析的重点。上一页下一页返回第三节制定模具零件机械加工工艺规程举例二、工艺方案一般挤压凸模的工艺方案为:备料-锻造-等温退火-车、铣-淬火及回火-磨削-检验-工具磨切夹头及顶台-时效-研磨及抛光。挤压凸模的工艺流程比较简单，但各工序必须要有严格的详细的施工说明，以保证挤压模具的质量要求。如锻造时应根据不同材料和要求制订及执行预热-加热-始锻-终锻的温度、时间以及徽拔次数等技术规范;经锻压后的锻件还需放入干燥的石灰粉中冷却，以防冷却速度过快。冷挤压凸模材料主要是含碳量较高的共析钢和过共析钢。所以锻造后常采用等温球化退火，其目的是降低硬度、改善加工性能、细化组织、减少工件变形和开裂，并为最终热处理打好基础。等温球化退火比完全退火周期更短、效率更高。上一页下一页返回第三节制定模具零件机械加工工艺规程举例由于凸模前端面是工作表面，需保持其完整性，故在车加工时应留顶台并在顶台处加工中心孔。中心孔是后续工序的定位基准，凸模成品检验合格后方能切掉顶台并对前端面进行磨削加工。最后检验全长尺寸和外观形状。在粗车时对尾部带有夹具锥体的凸模，由于后续工序需要进行铣削和外圆磨削等，在其尾端应留出装夹部位，即所谓留夹头并打中心孔，夹头也应在成检后切掉并对端面进行磨削。最终热处理多采用高温盐浴炉进行加热后在油介质中进行淬火，可使防止脱碳和氧化的效果更好。上一页下一页返回第三节制定模具零件机械加工工艺规程举例在精磨中要针对凸模材质选择适宜的砂轮，磨削过程中要合理选择切削用量，并进行充