模具机械加工基础

模具机械加工基础 第一章 模具机械加工基础 1.1 模具制造工艺规程的设计 规定模具零部件机械加工工艺过程和操作方法的工艺文件，是规范和指导模具生产过程的指导书。 模具是机械产品，模具的机械加工又不同于一般机械产品的机械加工，必须具备扎实的机械制造工艺基础知识和实践经验。 一、基本概念 1、模具的生产过程和工艺过程 ? 生产过程 生产过程是指将原材料或半成品转变为产品的各有关劳动过程的总和。 包含的主要内容有: ? 生产技术的准备过程;(图纸、工艺、原材料等) ? 毛坯的制造过程;(铸、锻、冲、锯、割等) ? 模具零件的各种加工过程;(机加工、焊接、热处理等) ? 模具的装配过程;(部装、总装、试模和油封等) ? 各种生产服务活动。(供应、运输、包装等辅助劳动) 模具制造过程复杂，只有经过标准化、专业化才能提高生产效率。 ? 工艺过程 工艺过程是把原材料变为成品的各种直接有关的过程，如备制毛坯、机械加工、热处理、表面处理和装配、试模等。 模具的机械加工工艺过程是用机械加工的方法，直接改变毛坯的形状、尺寸和表面质量，使其成为模具零件的工艺过程。 模具制造工艺规程是指以文字和简图形式表述而形成的指导和规范施工的技术文件。 2、模具机械加工工艺过程的组成 工艺规程:工序，安装、工位、工步和走刀等。 ? 工序 工序是工艺规程的基本单元; 工序是指一个(或一组)工人，在一个固定的工作地点(如机床或钳工台)，对一个(或同时几个)工件所连续完成的那部分工艺过程。 划分工序的主要依据:零件在加工过程中工作地点(或机床)是否发生变更。 ? 工步与走刀 工序又可划分为工步; 工步:在一个工序内，当加工表面、切削工具和切削用量中的转速与进给量均不变时，所完成的那部分工序称为工步。 一个工步内，分几次切削，每一次切削就是一次走刀。走刀是工步的一部分。 ? 安装与工位 加工以前，在机床或夹具上先占据一个正确的位置,定位，定位后对工件进行夹紧的过程称为安装(装夹)。 安装次数影响加工精度。 工位:工件在机床上占据的每一个加工位置为一个工位。 3、生产纲领与生产类型 ? 生产纲领 工厂制造产品(或零件)的年产量称为生产纲领。 在制定工艺规程时，生产纲领决定生产类型。 二、模具的技术经济指标 为了正确把握设计、制造和使用的关系，必须了解生产实际对模具的要求，也就是模具的技人经济指标。模具的技术经济指标概括起来可以归纳为:模具的精度和刚度、模具的生产周期、模具的生产成本和模具的寿命4个基本方面。 模具生产过程的各个环节都应该根据生产对模具在这4个方面的要求考虑问题，同时模具的技术经济指标也是衡量一个国家、地区和企业模具生产技术水平的重要标志。 1 模具的精度和刚度 〔]) 模具的精度 机械产品的精度包括尺寸精度、形状精度、位置精度和表面粗糙度。机械产品在工作状态和非工作状态的精度不同。分别称为动态精度和静态精度。 模具的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。模具工作部位的精度高于产品制件的精度，例如冲栽模刃口尺寸的精度要高于产品制件的精度。冲裁凸模和凹模间冲裁间隙的数值大小和均匀一致性也是主要精度参数之一。 平时测量出的精度都是非工作状态下的精度(如冲裁间隙)，即静态精度，而在作状态时，受到工作条件的影响，静态精度发生了变化、变为动态精度，动态精度才是真正有实际意义的。 一般模具的精度也应与产品制件的精度相协调，同时受模具加工技术手段的制约。随着制造技术的发展，模具加工技术手段的提高，模具精度也会相应地提高，模具工作零件的互换性生产将成为现实。 (2)模具的刚度 对于高速冲冲压模、大型件冲压成型模、精密塑料模和大型塑料模，不仅要求其精度高，同时还要求其具有良好的刚度。这类模具的工作负荷较大，当出现较大的弹性变形时，不仅要影响模具的动态精度(而且关系到模 2 具能否正常工作。因此在模具设计中，在满足强度要求的同时，还应保证模具的刚度，向时在制造中也要避免由于加工不当造成的附加变形。 2. 模具的生产周期 模具的生产周期是指从接受模具订货任务开始到模具试模鉴定后交付合格模具所用的时间。当前，模具使用单位要求模具的生产周期越来越短，以满足市场竞争和更新换代的需要。因此，模具生产周期的长短是衡量模具企业生产能力和技术水平的综合标志之一，也关系到模具企业在激烈的市场竞争中有无立足之地。同时模具的生产周期长短也是衡量一个国家模具技术管理小平高低的标志。 影响模具生产周期的主要因素有:? 模具技术和生产的标准化程度;? 模具企业的专门化程度;? 模具生产技术手段的先进程度;? 模具生产的经营和管理水平。 3.模具的省生产成本 模具的生产成本是指企业为生产和销售模具支付费用的总和。模具的生产成本包括原材料费、外购件费、外协件费、设备折旧费、经营开支等等。从性质上又分为生产成本、非生产成本和生产外成本。通常讲的模具生产成本是指与模具生产过程有直接关系的生产成本。 影响模具生产成本的主要因素有;? 模具结构的复杂程度和模具功能的高低:? 模具精度的高低;? 模具材料的选择;? 模具的加工设备;? 模具的标准化程度和企业生产的专门化程度。 4(模具的寿命 模具的寿命是指模具在保证产品零件质量的前提下，所能加工的制件的总数量，它包括工作面的多次修磨及易损件更换前后所加工制件的数量之和。 一般在模具设汁阶段就应明确该模具所适用的生产批量类型或模具生产制件的总次数，即模具的设计寿命。不同类则模具的正常损坏形式也不一洋，但总的来说工作表面损坏的形式有摩擦损坏、塑性变形、开裂、疲劳损坏、啃伤等等。 影响模具寿命的主要因素有: (1)模具的结构 合理的模具结构有助于提高模具的承载能力、减轻模具承受的热,机械负荷水平。 (2)模具的材料 应根据产品零件生产批量的大小，选择模具材料。 (3)模具的加工质量 模民零件也机械加工、电火花加工、锻造、顶处理、淬硬和表面处理时的缺陷，都会对模具的耐磨性、抗咬合能力、抗断裂能力产生显著的影响。 (4)模具的工作状态 模具工作时、所使用设备的精度与刚度、润滑条件、被加工材料的预处理状态、模具的预热和冷却条件等都对模具的寿命产生影响。 3 (5)产品零件的状况 被加工零件材料的表面质量状态，材料的硬度、延展率等力学件能，被加工零件的尺寸精度等都与模具的寿命有直接的关系。 模具的精度和刚度、生产周期、模具的生产成本以及模具的寿命，它们之间是互相影响和互相制约的。在实际生产过程中要根据产品零件和客观需要综合平衡这些因素，抓住主要矛盾，求得最佳的经济效益，满足生产的需要。 三、工艺规程的主要内容 1(工艺规程过程的作用和内容 工艺规程是记述由毛坯加工成为零件的过程的一种工艺文件，它简要地规定了零件的加工顺序，选用的机床、工具、工序的技术要求及必要的操作方法等。因此，工艺规程具有指导生产和组织工艺准备的作用，且生产中必不可少的技术文件。 工艺规程的形式很多，随各企业的生产条件、组织形式和模具的加工批量不同而不同。 模具的工艺规程可以分为零件的机械加工工艺、检验工艺、装配工艺规程等，但主要以零件的机械加工工艺规程为主，其他工艺则按需要而定。又因为模具常为单件小批量生产、所以零件加工时常用工艺过程卡来指示加工过程， 2(制定工艺规程的原则 制造工艺规程的原则是在一定的生产条州下，要使所编制的工艺规程能以最少的劳动量和最低的费用，可靠地加工出符合图样及技术要求的零件。工艺规程首先要保证产品的质量，同时要争取最好的经济效益、在制定工艺规程时(要汗意以下 3个方向。 (1)技术卜的先进性 在制定工艺规程时、要了解国内外本行业工艺技术的发展。通过必要的工艺试验，优先采用先进工艺加工艺装备，同时还要充分利用现有的生产条件。 (2)经济上的合理性 在一定的生产条件下，可能会出现几个保证工件技术要求的工艺方案。此时应全面考虑，通过核算或评比选择经济上最合理的方案，使产品的能源、物资消耗和成本最低。 (3)有良好的劳动条件 制定工艺规程时，要注意保证工人具有良好、安全的劳动条件，通过机械化、自动化等途径，把工人从笨重的体力劳动中解放以来。 制定工艺规程时，工艺人员必须认真研究原始资料，如产品图样、生产纲领、毛坯资料及生产条件的状况等。然后参照同行业工艺技术的发展，综合本部门的生产实践经验，进行工艺文件的编制。 3 制定工艺规程的步骤 编制工艺规程，一般可按以下步骤进行: 4 (1)零件图的研究与工艺审查; (2)确定生产类型; (3)确定毛坯的种类和尺寸; (4)选择定位基准和主要表面的加工方法，拟定零件的加工工艺路线; (5)确定工序尺寸、公差及其技术要求; (6)确定机床、工艺装备、切削用量及时间定额; (7)填片工艺文件。 4(工艺文件的格式及应用 将工艺规程的内容填入一定格式的卡片，即为生产准备和施工依据的技术文件，称为工艺文件。在我国各企业的机械加工工艺规程表格不尽一致，但是其基本内容是相同的。常见的工艺文件有以下几种: (1) 工艺过程综合卡片 这种卡片主要列出了整个零件加工所经过的工艺路线(包括毛坯、机械加工和热处理等)，它是制定其他工艺文件的基础，也是进行生产技术准备、编制作业计划和组织生产的依据。在单件小批量生产中，一般简单零件只编制工艺过程综合卡片作为工艺指导文件。 (2) 工艺卡片 这种卡片是以工序为单位、详细说明整个工艺过程的工艺文件。它不仅标出工序顺序、工序内容，同时对主要工序还表示出工步内容、工位及必要的加工简图或加工说明。此外，还包括零件的工艺特性(材料、质量、加工表面及其精度和表面粗糙度要求等)、毛坯性质和生产纲领。在成批生产中广泛采用这种卡片，对单件小批量生产中的某些重要零件也要制定工艺卡片。 (3) 工序卡片 工序卡片是在工艺卡片的基础上分别为每—个工序制定的，是用来具体指导工人进行操作的一种工艺文件。工序卡片中详细记载了该工序加工所必需的工艺资料，如定位基淮、安装方法、所用机床和工艺装备、工序尺寸及公差、切削用量及工时定额等。在大批量生产中广泛采用这种卡片。在中、小批量生产中，对个别重要工序有时也编制工序卡片。 四、模具加工的工艺分析 模具的零件图是制定工艺规程最主要的原始资料。在制定工艺时，必须首先对其加以认真分析。为厂更深刻地理解零件结构上的特征和主要技术要求，通常还要研究模具的总装图、部件装配图及验收标准，从中了解零件的功用和相关零件的配件，以及主要技术要求制定的依据等。 1(零件的结构分析 由于使用要求不同模具零件具有各种形状和尺寸。但是，如果从外形上加以分析，各种零件都是由一些基本的表面和异形表面组成的。基本表面有内、外圆柱表面、圆锥表面扣平面等，异形表面主要有螺旋面、渐开纯齿形表面及其他一些成型表 5 面等。 在研究具体零件的结构特点时，首先要分析该零件是由哪些表面组成的，出为表面形状是选样加工方法的基本因素。例如，外圆表面一般由车削和磨削加工出来，内孔则多通过钻、扩、铰、镗和磨削等加工方法获得。除表面形状外，表面尺寸对工艺也有重要的影响。以内孔为例，大孔与小孔、深孔与浅孔均有不同的特点。 2(零件的技术要求分析 零件的技术要求包括以下几个方面:?主要加工表面的尺寸精度:?主要加工表面的形状精度:?主要加工表面之间的相互精度;?各加工表面的粗糙度，以及表面质量方面的其他要求;?热处理要求及其他要求。 根据零件结构的特点，在认真分析了零件主要表面的技术要求之后，对零件的加工工艺即有初步的认识。 首先，根据零件主要表面的精度和表面质量的要求，初步确定为达到这些要求所需的最终加工方法，然后再确定相应的中间工序及粗加工工序所需的加工方法。例如，对于孔径不大的IT7级精度的内孔，最终加工方法取精铰时、则精铰扎之前通常要经过钻孔、扩孔和粗铰孔等加工。 其次要分析加工表面之间的相对位置要求，包括表面之间的尺寸联系和相对位置精度、认真分析零件网上尺寸的标注及主要表面的位置精度、即可初步确定各加工表面的加工顺序。 零件的热处理要求影响加工方法和加工余量的选择，对零件加工工艺路线的安排也有一定的影响。例如、要求渗碳淬火的零件，热处理后一般变形较大。对于零件上精度要求较高的表面工艺上要安排精加工工序〔多为磨削加工)，而且要适当加大精加工的工序加工余量。 五(毛坯的设计和质量要求 模具零件毛坯的设计是否合理，对于模具零件加工的工艺性以及模具的质员和寿命都有很大的影响，在毛坯的设计中，首先考虑的是毛坯的形式，在决定毛坯形式时主要考虑以下几个方面: (1) 模具材料的类别 根据在模具设汁中规定的模具材料类别、可以确定毛坏形式。例如精密冲裁模的上、下模座多为铸钢材料，大型覆盖件检深模的凸模、凹模和压边圈零件为合金铸铁时，这类零件的毛坯形式必然为铸钢材料，又如非标准模架的上、下模座材料多为45钢，毛坯形形式应该是厚钢板的原型材 模具结构中的工作零件，例如精密冲裁模和重载冲压模的工作零件,多为高碳高合金工具钢，其毛坯形式应该为锻造件，高寿命冲我模的工作零件材料多为硬质合金。其毛坯形式为粉末冶金件。对于模具结构中的一般结构件，多选择原型材毛 6 坯形式。 (2) 模具零件的几何形状特征和尺寸关系 当模具零件的不同外形表面尺寸相差较大时(如大型凸缘式模柄零件)，为了节省原材料和减少机械加工的工作量(应该选择锻件毛坯形式。 通常模具零件的毛坯形式主要分为原型材、锻造件、铸造件和半成品件4种。 1. 原型材 原型材是指利出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，经过下料以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模具零件坯料，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，大量使用高碳高铬工具钢(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跪、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，提向模具零件的加工工艺性和使用寿命。 2)锻件毛坯 由于模具生产大多属于单件或小批量生产，模具零件锻件毛坯的锻造方式多为自由锻造。模具零件锻造的几何形状多为圆柱形、圆板形、矩形，也有少数为T形、L形、U形等。 (1)锻件的加工余量 如果锻件机械加工的加工余量过大，不仅浪费了材料，同时造成机械加工工作量过大，增加机械加工工时;如果锻件的加工余量过小，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、圆棒料的下料长度(L)和圆棒料的直径(D)的关系，应满足L,(1.25—2.5)d。在满足上述关系的前提下，应尽量选用小规格的圆棒料。模具钢材料原则上采用锯床割下料方式。应避免锯一个切口后打断，这样易于生成裂纹。如采用热切法下料，应注意将毛刺除尽，否则易生成折叠而造成锻件废品。 锻件毛坯—F料尺寸的确定方法如下: 7 ?计算锻件坏料的体积V坯， V,V，K坯锻 V坯式中， ——锻件的体积; K一—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。为了汁等方便，总损耗量可按锻件质量的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,、在加热次数较多并有 定鼓形时，从损耗取10,。 ?计算锻件坏料的尺寸 理论圆棒料直径为D理 圆棒料的直径按现有棒料的直径规格选取，当D比较接近实际规格时，理 圆棒料的长度L应根据锻件毛坯的质量和选定的坯料直径，查选实 棒料长度质量表确定。 计算完后应验证锻造比，如果缎造比不符合要求，应重新选取 。 3(铸造件 模具零件中常见的铸件有冲压模具的上模座和下模座、大型塑料模的框架等，材料为灰铸铁HT200和HT250;精密冲裁模的上模座和下模座，材料为铸钢ZG270—500;大、中型冲压成形模的工作零件，材料为球墨铸铁和合金铸铁;吹塑模具和注射模具中的铸造铝合金，如铝硅合金ZLl02等。 对于铸件的质量要求主要有: (1)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; (2)铸件的形状和尺寸要求应符合铸件图的规定; (3)铸件的表面应进行清砂处理，去除结疤、飞边和毛刺，其残留高度应小于或等于1,3mm; (4)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; (5)铸件应及时进行热处理，铸钢应依据牌号确定热处理工艺。热处理工艺一般以完全退火为主，退火后硬度?229HB。铸铁件应进行时效处理，以消除内应力和改善加工性能，铸铁件热处理后的硬度?269HB。 4.半成品件 8 随着模具向专业化和专门化方向发展以及模具标准化程度的提高，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 2857(1,28595—8l，GB,T2851(1—2853.2—81)，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，对于降低模具成本利缩短模具制造周期都大有好处。这种毛坯形式应该成为模具零件毛坯的主要形式。 六、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。本节先建立一些有关甚准和定位的概念，然后再着重讨论定位基准选择的原则。 1(基准的概念 零件都是由若干表面组成，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。基准就其一般意义来讲，就是零件上用以确定其他点、线、面的位置所依据的点、线、面。基淮按其作用不同，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、间的基准，称为设计基准。例如图l—1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4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1—l 零件图示例 9 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。工艺基淮按用途不同，又分为定位基准、测量基准和装配基准。 2. 工件的安装方式 为了在工件的某—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”。 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3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—系列的尝试而获得的。具体的方式是将工件直接装在机床上后，用百分表或划针盘上的划针，以目测法校正工件的正确位置(—边校验一边找正(直至符合要求。 (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。划出的线本身有一定宽度。在划线时又有划线误差，校正工件位置时还有观察误差，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、是高效的定位方法，在成批和大量生产中广泛应用。 3 定位基准的选择 设计基准已经由零件图给定，而定位基准可以有多种不向的方案。一般在第一道工序中只能选用毛坯表面来定位、在以后的工序中可以采用已经加工过的表 10 面来定位。有时可能遇到这样的情况:工件上没有能作为定位基准用的恰当表面，此时就必须在工件上专门设置或加工出定位的基面，称为辅助基准。例如图1—2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，加上完毕后如有必要可以去掉辅助基准。 图1,2 具有工艺凸台的刀架毛坯 七、 零件工艺路线的分析与拟定 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 (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—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)在选样表面加工方法时，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 11 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—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 它的任务是使主要表面消除粗加上留下的误差，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 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o(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。 工艺过程划分阶段的主要原因: ? 保证加工质量。 ? 合理使用设备。 ? 便于安排热处理工序。 ? 及早发现毛坯内部缺陷，避免损失。 3、工序集中与分散 在机械加工工艺中，对同一零件同一加工内容可以有两种。 不同形式的工艺规程:工序集中和工序分散的工艺规程。 工序集中: (模具加工) 减少安装次数，保证位置精度，减少周转时间。 工序分散: (一般机械产品)(流水线)使用设备和夹具简单，调整和对刀容易，技能要求相对低，工艺路线长。 4、加工顺序的安排 ?切削加工的安排 安排时考虑的原则: ? 粗加工,半精加工,精加工,光整加工 ? 先主后次，装配基面和主要工作表面优先加工，其它有位置公差要求的面或孔在半精加工后进行。 ? 基准面先加工，每一阶段基面先加工。 ?先面后孔，先加工面后加工孔。 12 ? 热处理工序的安排 模具零件常用的热处理工艺:退火、正火、调质、时效、淬火回火、渗碳和 化学处理等等。在工序上可分为预先热处理和最终热处理两大类。 ? 预先热处理 退火、正火、时效、调质等。 目的:改善机械加工性能，消除内应力，均匀和细化组织，为最终热处理作 准备。 工序位置一般安排在粗加工前后。 ? 最终热处理 淬火、回火、渗碳、氮化等。 目的:决定模具零件材料最终的机械力学性能(硬度、耐磨性、强度等等)。 工序位置一般都安排在精加工前后。 ? 辅助工序的安排 检验、去毛刺、清洗和防锈等。检验时主要辅助工序。 检验工序的安排: ? 粗加工后精加工前一次。 ? 一个车间转向另一个车间之前。 ? 冲压工序加工的前后。 ? 特种性能的检验(探伤、密封性检测)之前。 ? 零件加工完毕，进入装配或成品库之前。 八、加工余量与工序尺寸的确定 ?、加工余量的概念 1、加工总余量与工序余量 毛坯尺寸与零件设计尺寸之差称为加工总余量。 每一工序切除的金属层厚度称为工序余量。 相互关系:工序余量又定义为相邻两工序基本尺寸之差。 一般可分为:单边余量、双边余量。非对称结构的加工表面常用单边余量。 ? 加工余量的确定 确定方法:计算法、查表法、经验法。 模具生产中常用查表法和经验法。 13 图1,4 被包容件的加工余量和公差 ? 工序尺寸与公差的确定 在大多数加工中，采用基准重合原则(步骤): 1、确定各加工工序的加工余量; 2、从终加工工序开始(设计尺寸)到第二道工序，依次加上每道工序的加工余量，求出各工序的基本尺寸(包括毛坯尺寸); 3、确定各工序尺寸的公差(按各加工方法的经济精度); 4、按“入体原则”标注各工序尺寸和公差。 九、工艺装备的选择 1、设备(机床)选择的注意点: ?零件尺寸与机床规格相适应; ?设备精度与工序要求的加工精度相适应; ?设备的生产率与加工零件的生产类型相适应; ?根据现场生产情况，合理安排设备负荷。 2、夹具的选择 单件小批量,通用夹具;大批量,专用夹具;夹具精度应与加工精度相适应。 3、刀具的选择 一般采用标准刀具;特殊加工采用复合刀具或专用刀具;刀具的类型、规格、精度与加工要求相适应。 4、量具的选择 单件小批量用通用量具，大批量用专用量具，量具的精度必须与加工精度相适应。 1(2 模具的制造精度 一、概述 模具的制造精度:工作零件的精度、相关部位的配合精度。 模具零件的加工质量包括两个方面: ?零件的机械加工精度;?零件成形表面的质量(第三节) 零件机械加工精度定义: 零件加工后的实际几何参数与设计几何参数的符合程度。零件机械加工精度的内容:尺寸精度、形状精度、位置精度。(三者互有联系)。一般情况下，加工精度愈高成本愈大、生产效率就相对低，设计应合理规定加工精度。在机械加工过程中，机床、刀具、夹具和工件构成一个完整的系统称为工艺系统。 工艺系统产生的误差称为原始误差。 影响模具精度的主要因素: 14 ? 制件的精度; ? 模具加工的技术手段和水平; ? 模具装配钳工的技能水平; ? 生产方式和管理水平; 二、影响模具零件制造精度的因素 1、工艺系统的误差对加工精度的影响 ? 加工原理误差 采用近似成形运动或近似刀刃轮廓进行加工而产生的误差。如数控铣曲线或 曲面，齿轮滚刀加工等。 ? 调整误差 每道工序中都有夹具和刀具的安装和调整，产生的误差。 工艺系统的调整有试切法和调整法两种。 ? 机床误差 导轨和主轴的精度产生的误差。 ?夹具的制造误差与磨损 夹具的制造精度和装夹精度对加工表面的位置精度影响最大。 ?刀具的制造误差与磨损 ? 采用定尺寸刀具加工时(铰刀拉刀钻头键槽铣刀)直接影响零件尺寸精度; ? 采用成形刀具加工时直接影响形状精度; ? 采用展成刀具(滚刀、插齿刀)直接影响形状精度; ? 一般刀具制造对加工无影响，主要是磨损的影响。 2、工艺系统受力变形产生的加工误差 在切削力、夹紧力和重力的作业下，工艺系统组成件产生变形，静态位置和 动态位置发生变化从而产生误差。 工艺系统产生的变形属于弹性变形，克服弹性变形的能力称为工艺系统刚度。 ? 工艺系统刚度对加工精度的影响 ?切削力作用点位置的变化产生工件形状误差; ?切削力大小的变化产生加工误差; ?夹紧力和重力产生加工误差; ? 传动力和惯性力对加工精度的影响 ? 减少工艺系统受力变形对加工精度影响的措施 减少工艺系统受力变形是提高加工精度的有效途径之一。 采取的措施:?提高工艺系统刚度; ?减小载荷及其变化。 15 提高刚度的方法: ? 合理设计工艺装备的结构; ? 提高连接表面的接触刚度; ? 采用合理的装夹和加工方式。 减小载荷及其变化的方法 ? 合理选择刀具的几何参数和切削用量，减小切削力。 ? 毛坯分组，使一次调整中余量均匀，减少切削力变化。 ? 减少工件残余应力产生的变形 内应力会使零件产生变形，破坏已加工零件的加工精度。 方法: ? 增加消除内应力的热处理工序，如去应力退火、时效等 ? 合理安排工艺过程; ? 改善零件的结构，减少内应力的发生。 3、工艺系统的热变形对加工精度的影响 ? 工件热变形对加工精度的影响 工件与刀具之间的切削和摩擦产生热量，热胀冷缩影响加工精度。 ? 刀具热变形对加工精度的影响 几何参数选择不当，切削力和摩擦力加大，刀具受热伸长，影响加工精度，如连续车加工长轴会产生锥度等。 ? 机床热变形对加工精度的影响 受内外热源的影响，机床各部件变形不均匀，影响了加工的精度，尤其是数控机床和精密机械加工设备。 三、提高加工精度的途径 综上分析，机械加工误差是由工艺系统中的原始误差引起的。控制原始误差是提高加工精度的主要方面。 两大措施: ? 误差预防技术; ? 误差补偿技术。 1(3 模具机械加工的表面质量 一、模具零件的表面质量 1、加工表面质量的含义 零件机械加工的表面质量又称表面完整性，包含表面的几何特征和表面层的物理力学性能两方面的内容。 ? 表面特征 16 ? 表面粗糙度 较小间距和峰谷组成的微观几何特征，主要是刀具运动轨迹造成，一般波高与波长比 > 1/50。 ? 表面波度 宏观几何形状误差和表面粗糙度之间的几何形状误差，是刀具偏移和振动造成，一般波高与波长比为1/50,1/100。 ? 表面加工纹理 表面微观结构的主要方向，取决于加工方法，即主运动和进给运动的关系。 ? 伤痕 材料的内部或表层缺陷，随机分布。 ? 表面层的物理力学性能 ?加工硬化;?金相组织;?残余应力 2、零件表面质量对使用性能的影响 ?表面质量对零件耐磨性的影响 表面粗糙度太大，磨损增加，太小磨损也会加剧，零件摩擦表面的粗糙度有一个最佳值。 表面层的加工硬化会提高耐磨性，太硬又会变脆加剧磨损。 ?表面质量对疲劳强度的影响 粗糙度和缺陷处在交变载荷作用下会产生疲劳裂纹，光整加工，提高疲劳强度。 加工硬化能提高疲劳强度，但硬化程度过大容易产生脆裂残余应力为压应力时，防止裂纹扩展，提高疲劳强度，拉应力时，降低疲劳强度。 ? 表面质量对零件耐腐蚀性能的影响 17 粗糙度愈小，耐腐蚀性愈好，不易积聚腐蚀性物质。 残余压应力不易让腐蚀物进入，增强耐腐蚀性能。 ? 表面质量对零件配合性质和其它方面的影响 粗糙度过大，在间隙配合中，加剧磨损;过盈配合中，凸峰被挤平，有效过盈量小，影响配合的可靠性。 二、影响表面质量的因素和提高的途径 1、影响加工表面几何特征的因素和改进措施 在构成加工表面几何特征的四个方面中，粗糙度是主要内容。 ? 切削加工后的表面粗糙度 主要取决于切削残留面积的高度(如图1,7)，影响的因素有:刀尖圆弧 ‘半径r主偏角k、副偏角k和进给量f等。 ，rr 影响切削后的表面粗糙度还有其它的因素: ? 切削速度,低速宽刀精切和高速切削 ? 材料,脆性材料比塑性材料好 ? 金相组织,晶粒细小均匀较好 ? 切削液和增大刀具前角有利于降低粗糙度。 ? 磨削加工后的表面粗糙度 主要取决于砂轮的几何因素和零件表面层的塑性变形。 ? 几何因素的影响,砂轮的组织和磨粒的大小，单位面积磨粒数愈多，粗糙度愈小。 ? 磨削表面层的塑性变形对粗糙度的影响 磨削时磨料一般为负前角，压力大温度高(900?)，晶粒会被拉长，容易发生相变或烧伤，容易产生塑性变形，从而增大表面粗糙度。 采取的措施: 18 ? 磨削用量,砂轮转速要高，磨削深度要小，减小塑性变形。 ? 砂轮的选择,不同材料选择不同类型的砂轮。如砂轮的粒度、硬度、组织、材料等。 ?合理选择磨削液 2、影响表面层金属力学性能的因素和改进措施 金属切削加工时，物理力学性能主要的变化是:显微硬度、金相组织、产生残余应力。 ?表面层的加工硬化(冷作硬化) ?冷作硬化是由于机械加工过程中引起塑性变形的原因所产生的。 评定冷作硬化的指标:表层金属的HV、硬化深度h、硬化程度N. 关系式: ?影响表面冷作硬化的因素 切削力愈大，塑性变形就愈大。 变形速度(切削速度)愈快，塑性变形将不充分。 切削温度高，回复再结晶作用大，硬化程度就小。 加工材料的塑性好，硬化程度会增加。 ?冷作硬化的测定方法 测定HV和h，然后计算硬化程度N，测量方法是采用斜截面测量法(如图1,8。 ?表面层金属金相组织的变化 ? 磨削加工时的金相组织的变化 机械加工时温度会升高，容易产生相变，一般切削不会很高，而磨削时，温度会很高，组织会变化。对于淬火钢，表层硬度会下降，颜色呈氧化膜颜色，称为磨削烧伤。影响零件使用性能。烧伤的三种形式:淬火烧伤、回火烧伤、退火烧伤。 19 ? 影响磨削烧伤的因素和改善措施 温度是主要原因，三个方面考虑:合理选择磨削用量; 正确选择砂轮; 改善冷却条件。 如图1,9、1,10 ?表层金属的残余应力 产生的原因:表层塑性变形与里层不变形而引起。 ?表面强化工艺 定义:通过冷压加工方法，产生塑性变形，降低粗糙度，提高表面硬度并在表面产生残余压压力的工艺方法。 方法:喷丸强化、滚压加工、挤压加工等。 20 21