《模具制造工艺学》第1章

第1章模具机械加工基础返回目录2019年8月15日星期四1231.1制订模具加工工艺流程1.2模具零件的机械加工精度概述1.3模具零件的加工表面质量返回目录2019年8月15日星期四1.1制订模具加工工艺规程模具加工工艺规程一般包括模具加工工艺路线、各工序加工内容、设备和工艺装备、切削用量和时间定额、质量检验方法等。制订模具零件加工工艺规程要遵循“优质、高产、低成本”的原则，其制订过程如下：（1）分析研究零件图样，了解该零件的作用，找出零件的主要技术要求及要求较高的主要表面，并了解各项技术要求制订的依据，审查零件的结构工艺性。（2）选择和确定毛坯；（3）拟订模具的加工工艺路线；（4）拟订工序的加工内容；（5）对工艺方案进行技术经济分析；（6）填写工艺文件。返回目录2019年8月15日星期四1.1.1模具加工工艺规程的基本概念1.生产过程制造模具时，将原材料或半成品转变为成品的各相关劳动过程的总和称为生产过程。模具生产制造过程主要包括生产技术准备阶段、模具零件加工阶段和模具装配阶段等。1）生产技术准备阶段生产技术准备阶段的主要任务是分析模具图样，制订工艺规程；编制数控加工程序；设计和制造工装夹具；制订生产计划，制订并实施工具、材料、标准件等外购和零件外协加工计划。返回目录2019年8月15日星期四1传统的切削加工，如车、铣、刨、磨、钳等。加工方法非切削加工，如电加工、冷挤压、铸造等。23数控加工，如数控铣削加工、加工中心加工等。焊接、热处理和其他表面处理等。42）模具零件加工阶段模具零件加工阶段的加工方法很多，基本可以概括为：返回目录2019年8月15日星期四3）模具装配阶段模具装配阶段是根据模具装配图样要求的质量和精度，将加工好的零件组合在一起构成一副完整模具的过程。除此之外，模具装配阶段的任务还有清洗、修配模具零件，试模及修整等。由上述过程可以看出，模具产品的生产过程是相当复杂的。为了便于组织生产和提高劳动生产率，现代模具工业的发展趋势是自动化、专业化生产。这样各工厂的生产过程就变得比较简单，有利于保证质量、提高效率和降低成本。如模具零件毛坯的生产，由专业化的毛坯生产工厂来承担。模具上的导柱、导套、顶杆等零件，由专业化的标准件厂来完成。这既有利于模具上各种零件质量的保证，也利于降低成本。返回目录2019年8月15日星期四2.工艺过程在模具制造过程中，直接改变被加工工件的形状、尺寸、物理性质和装配过程等称为工艺过程。按照完成零件制造过程中采用的不同工艺方法，工艺过程可以分为铸造、锻造、冲压、焊接、热处理、机械加工、表面处理和装配等工艺过程。以机械加工方法（主要是切削加工方法）直接改变毛坯的形状、尺寸和表面质量，使其成为合格模具零件的过程，称为模具机械加工工艺过程。机械加工艺过程是由一个或若干个工序组成。一个或一组工人在同一个工作地点，对一个或同时几个工件所连续完成的那一部分工艺过程称为工序。工序不仅是组成工艺过程的基本单元，也是组织生产、核算成本和进行检验的基本单元。返回目录2019年8月15日星期四图1-1有肩导柱返回目录2019年8月15日星期四序号工序工序要求1锯切割H×（L＋4）棒料2车车端面至长度（L＋2），钻中心孔；调头车端面，长度至L，钻中心孔3车车外圆H×T至尺寸要求；粗、精车外圆D×（L－T），留磨量、倒角、切槽、3°角等4热热处理55～60HRC5车研中心孔，调头研另一中心孔6磨磨D（N-T），D（L-N）至各自的尺寸要求表1-1有肩导柱机械加工工艺过程的工序划分返回目录2019年8月15日星期四工序可分为安装、工位、工步和走刀（行程）。1）安装确定工件在机床或夹具上占有一个正确位置的过程，称为定位。工件定位后将其固定，使之在加工过程中保持定位位置不变，即夹紧。工件的定位和夹紧过程称为装夹。工件经一次装夹后所完成的那部分工序称为安装。在某一工序中，有时需要对工件进行多次装夹加工，表1-1序号2中，先装夹工件一端，车端面至长度（L＋2），钻中心孔，称为装夹1；再掉头装夹工件，车端面，长度至L，钻中心孔，称为装夹2。加工过程中，应尽量减少安装次数，以减少安装误差和辅助时间。返回目录2019年8月15日星期四2）工位为了完成一定的工序内容，一次装夹工件后，工件与夹具或设备的可动部分一起相对于刀具和设备的固定部分所占据的每一个位置称为工位。利用回转工作台对模板上圆周分布的孔系的加工，即为多工位加工。3）工步对工序进一步划分即为工步。一道工序（一次安装或一个工位）中，加工若干个表面可能只需一把刀具，也可能只加工一个表面，但却要用若干把不同的刀具。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，称为一个工步。返回目录2019年8月15日星期四如果上述两项中有一项改变，就成为另一工步。表1-1序号3中，包括车外圆、倒角、切槽等几个工步。为了提高加工效率和加工质量，用几把刀具同时加工几个表面的工步称为复合工步，在工艺文件上可看做一个工步。4）走刀（行程）有些工步，由于余量较大或其他原因，需要用同一刀具对同一表面进行多次切削，则刀具对工件每进行一次切削就是一次走刀（行程）。走刀是工步的一部分，一个工步可包括一次或多次走刀。返回目录2019年8月15日星期四1.1.2模具零件的工艺分析零件图是编制模具加工工艺规程最主要的原始资料。在编制时，应了解该零件的功用、结构特点及与其他零件的关系，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。返回目录2019年8月15日星期四1便于达到零件图上要求的加工质量。即模具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。要求便于采用高生产率的加工方法。如模具零件加工表面形状的分布应合理；模具零件的结构应标准化、规格化；模具零件应具有足够的刚性等。23有利于减少模具零件的加工工作量。模具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。有利于缩短辅助时间。如模具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。41.模具零件的结构工艺性返回目录2019年8月15日星期四表1-2几种模具零件结构的工艺性对比返回目录2019年8月15日星期四返回目录2019年8月15日星期四技术要求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位置精度。各加工表面的粗糙度，以及表面质量方面的其他要求。热处理要求及其它要求。2.模具零件的技术要求返回目录2019年8月15日星期四1.1.3毛坯的选择1.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）锻造件经原型材下料，再通过锻造获得合理的几何形状和尺寸的坯料，称为锻造件。返回目录2019年8月15日星期四3）铸造件在模具零件中常见的铸造件有冲压模的上、下模座，大型塑料模的框架等，其材料为HT200和HT250；精密冲裁模的上、下模座，其材料为ZG270-500；大、中型冲压成形模的工作铸造件零件，其材料为球墨铸铁和合金铸铁。返回目录2019年8月15日星期四对铸件的要求铸造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。铸造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。铸造件内部，特别是靠近工作面处不得有气孔、砂眼、裂纹等缺陷。铸造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不大于269HBS。返回目录2019年8月15日星期四4）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，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，有利于降低模具成本和缩短模具制造周期。这种毛坯形式应该成为模具零件毛坯的主导方向。返回目录2019年8月15日星期四2.选择毛坯时应考虑的因素1）模具零件材料的工艺特性。2）模具零件的结构形状及外形尺寸。3）模具零件的生产工艺和经济性。3.毛坯形状与尺寸的确定由于毛坯制造技术的限制，模具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，通过机械加工达到模具零件的质量要求。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。毛坯余量和毛坯公差的大小与零件材料、零件尺寸及毛坯制造方法有关，可根据相关手册或资料确定。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。返回目录2019年8月15日星期四毛坯形状与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机械加工，对某些形状比较特殊或小尺寸的模具零件，单独加工比较困难，可将两个或两个以上的模具零件制成一个毛坯，经加工后再切割成单个的模具零件。如图1-2所示，毛坯长度L的表达式为L＝20n＋（n－1）B式中，L为毛坯长度（mm）；n为切割零件的个数；B为切口宽度（mm）。返回目录2019年8月15日星期四（a）零件（b）毛坯图1-2一坯多件的毛坯返回目录2019年8月15日星期四1.1.4基准1.基准的概念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。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。如图1-3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的端面圆跳动的设计基准。返回目录2019年8月15日星期四返回目录2019年8月15日星期四2）工艺基准模具零件在加工和装配过程中所使用的基准称为工艺基准。工艺基准按其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1-4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。返回目录2019年8月15日星期四（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。图1-3中零件，零件套在心轴上磨削φ40ｈ6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其位置的基准称为测量基准。图1-3中当以内孔为基准（套在检验心轴上）检验φ40ｈ6外圆的径向圆跳动和端面B的端面圆跳动时，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。图1-3中的零件φ40h6和端面B即为装配基准。返回目录2019年8月15日星期四2.工件的安装方式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个正确的位置。1）直接找正法采用直接找正法时，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。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。返回目录2019年8月15日星期四2）划线找正法划线找正法是在机床上用划针按毛坯或半成品件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