模具零件制造工艺编制02毛坯ppt

2.4毛坯选择在编制工艺规程时，必须考虑毛坯方案，正确选择毛坯，对降低生产成本作用较大。2.4.1毛坯的分类和选择原则2.4.2毛坯的结构工艺性2.4.3毛坯加工2.4.1毛坯的分类和选择原则用以制造模具零件毛坯的有型材、型材焊接件、铸件、锻件四类。铸造毛坯又分为砂型铸造、金属模铸造、压力铸造、精密铸造。锻造毛坯又分为自由锻、普通模锻、精密模锻等。返回应根据所用材料、零件结构、复杂程度、生产类型和本厂的生产条件几个方面来决定。此外，异型钢材、粉末冶金、工程塑料都在迅速推广，它们可以制造小余量、无余量毛坯。有些精密铸造件，只需精加工即可成为成品，有些根本不需要机械加工，即可直接装配在产品中使用。1毛坯的分类2毛坯的选择原则返回2.4.2毛坯的结构工艺性根据被加工零件情况，在设计毛坯图时应注意两方面问题。1.毛坯的形状和尺寸工艺人员在分析产品图纸后，应该对所负责设计的工艺过程的那部分零件决定毛坯方案，而后在编制工艺过程的同时，逐步决定毛坯尺寸和形状，画出毛坯图。返回根据所采用的毛坯方案，在原零件尺寸基础上加上各表面在各工序所有的加工余量的总和(总加工余量)，构成毛坯的初步形状，而后根据毛坯制造和零件机械加工所要求的结构工艺性修改其形状，绘制毛坯图。2.毛坯的结构工艺性为了有利于毛坯成型、有利于机械加工，在设计毛坯时应充分注意其结构工艺性。(1)铸件的结构工艺性分型面——一般取在制件中间部位截面较大处。由于液态金属在冷凝过程中，缺陷、夹渣大部分都集中在上部，所以上半部的加工余量比下半部略大些。预制孔——为了减轻毛坯重量，减小机械加工量，带孔零件的毛坯应制出预制孔，但小孔不便制出。铸件的壁厚——壁厚均匀，转接处带圆角。为了便于液态金属的流动，防止局部严重缩孔，铸件壁厚应均匀，并带圆角。返回图2.3铸件壁厚和转接处形状(a)工艺性好；(b)工艺性差加强筋——为减轻铸件的重量，铸件结构往往有许多凹缺。但铸铁性能较脆，所以在凹缺的地方应加上加强筋(图2.4)。图2.4带加强筋的铸件返回大型铸件上表面应尽量不采取水平位置——由于铸件上部容易集中气孔、夹渣或充填不足等现象，大型铸件上表面面积较大，最好做成斜面，并把冒口放置在这一部位，以保证铸件质量(图2.5)。ab图2.5减速箱盖形状(a)不合理；(b)合理(2)锻件的结构工艺性分模面——应放置在两个尺寸最大的，相互垂直的外廓尺寸所在平面。因为模锻件有飞边，大都用整体(两块、最多三块)模坯，分模面在最大外廓部位有利于拔模。返回圆角和斜度——为了便于锻件成型，在转接处应有圆角；为便于拔模，锻件的拔模方向表面应有斜度或锥度。一般上模部分斜度或锥度大于下模部分斜度(图2.6)。外形尽量简单平直，以便于制造模腔，便于锻件成型。预制孔——锻件锻造后，金属内部的晶粒被压扁或拉长成纤维状，增加了材料的强度。所以带孔零件最好预制孔，大孔可以制成通孔，但当L/d2时，或d30mm时，只能做成盲孔(图2.7)。图2.6锻件的拔模斜度图2.7锻件纤维分布与预制孔返回(3)其他结构工艺性问题为了加工方便而且能保证加工质量，可把两件或更多件零件组成整图，采用整体毛坯，在圆弧部分加工完毕之后再切开。有些小零件外形较简单，一个方向都是直母线(图2.8)，在设计毛坯时可把若干件合成一个大毛坯，加工到合适的时候再切开。ab图2.8外形简单的小零件返回为了减少工件装夹变形，对于薄壁类零件应考虑多件合成一个毛坯，减少加工的装夹部位。有些小型、精度较高的轴类零件，为了保证各部分的位置精度，毛料需要加长，作为装夹用，以免加工时调头装夹误差过大。有些零件，如小型整体式刀具用作切削的部位要用高速钢，刀柄部一般只用碳钢就可以了，毛坯料应分成两部分，经对焊成一整体。返回2.4.3毛坯加工其选择主要取决于模具的使用条件和结构形式。模具零件最常见的毛坯形式是锻件、型材、铸件等。1对于模具工作状态下的承载能力要求高，或者是模具关键零件的结构形状不很复杂，采用锻造毛坯较合理。2模具的一些较次要的和结构形状简单的零件，采用热轧圆钢、钢板或型材作为毛坯较合理。3对于单件结构复杂而不便于或不允许拆散拼装的，或批量很大的模具，采用铸造毛坯较合理。返回模具毛坯外形的机械加工方法，通常是按照这些外形表面的几何特征和质量要求来进行选择的。旋转体表面，如圆柱面和圆锥面等，多在普通车床上进行加工，平面多采用铣床和刨床加工，长而窄的平面采用刨床加工效果更好。在进行模具毛坯的加工时，由于外形表面粗糙不平整，往往不便于装夹，因此，选择毛坯装夹面时，既要考虑对加工质量的影响，又要考虑装夹的稳定性和可靠性。毛坯加工机床的选择，主要考虑机床的生产效率、机床动力、机床各部分的刚度和强度等。在这些条件得到满足的情况下，机床应具备尽量高的精度等级，这是因为毛坯外形表面加工时切除的金属量很大，而且这层被切除的金属硬度较高。返回通常毛坯在进行机械加工前，应进行适当的热处理，尤其是采用铸件毛坯时，若不先进行退火处理，则会因铸造过程中产生的内应力分布不均匀造成机械加工后毛坯严重变形从而使毛坯成为废品。经过退火处理后，毛坯的组织均匀，硬度下降，既有利于对材料性能的要求，又使切削加工变得容易进行。在正常的情况下，毛坯的热处理是由毛坯的专业生产厂来完成的，因此，在订购毛坯时应向毛坯生产厂提出这一要求。对于一些精密模具或者结构复杂的模具，在进行毛坯外形加工后也要安排一些热处理工序，及时消除因切削大量金属后产生的内应力，减少零件内应力作用不平衡的程度，以便将零件的变形控制在最小的范围内。返回在进行毛坯的机械加工时，还应该正确选择刀具，采用适当的切削方法。在加工铸铁材料的毛坯时，可选用YG8、YG6、YG4等硬质合金刀具材料；加工合金钢毛坯时，可选用YT30、YT60、YT15和YG3硬质合金刀具；加工45号钢时，可选用YT15、YT30和YT60硬质合金刀具。为了保证刀具的使用寿命，在毛坯进行第一刀加工时，应当将切削深度适当取大些，使锋利的刀刃深入到毛坯硬皮层内，避免刀刃被毛坯表层硬皮磨钝或撞坏。返回1.锻件毛坯模具中的工作零件，大量使用高碳高铬工具钢，这类材料的冶金质量存在严重的缺陷，如大量共晶网状碳化物的存在，这种碳化物很硬也很脆，而且分布不均匀，降低了材质的力学性能，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，细化晶粒组织，充分发挥材料的力学性能，才能提高模具零件的加工工艺性和使用寿命。返回1.锻件毛坯综上所述，锻造的主要目的有：(1)通过锻造得到合理的几何形状和机械加工余量，节省原材料和减少机械加工工作量，并使圆棒料的疏松和气泡等缺陷得到改善，提高了材料的致密度，并得到良好的机械加工性能。(2)通过锻造改善材料碳化物分布不均匀的状态，使碳化物偏析≤3级，改善由于碳化物分布不均匀，造成的热处理易开裂、硬度不均、脆性加大、冲击韧性降低以及碳化物堆聚或呈网状出现在模具刃口处、易崩刃、折断和剥落等现象。提高了材质的热处理性能和模具的使用寿命。(3)改善坯料的纤维方向，使纤维方向分布合理，满足不同类型模具的要求，提高模具零件的承载能力，同时通过合理的纤维方向，使模具零件的各向淬火变形趋向一致，提高材料的力学性能和使用性能。返回通过锻造和预处理可以获得机械加工和热处理加工需要的金相组织状态，从而提高了模具零件的机械加工和热处理加工的工艺性。毛坯锻造的技术要求如下：(1)模坯机械加工余量矩形锻件加工余量见表2.5。圆形锻件的加工余量见表2.6。(2)锻件热处理锻造后的毛坯为了消除锻造应力，软化锻件，便于以后的机械加工，应进行退火、正火和调质处理。交出的锻件要有一定的硬度值。各种钢材锻件硬度值见表2.7。(3)对于模具主要零件，尤其是对热处理质量和使用寿命有要求的零件，坯料应采用改锻工艺，即坯料在锻造时经多次镦粗和拔长，以改进锻件致密度，使内部组织均匀，改进其使用性能及力学性能。(4)锻件表面不能有裂纹、氧化皮脱碳层和表面锻造不平现象。尺寸应符合图纸要求，内部不应有夹层现象。返回返回返回返回锻造工艺要点如下：(1)碳素工具钢、低合金钢的锻造碳素工具钢及低合金钢锻造要点见表2.8。(2)高铬钢及高速钢的锻造返回返回(2)高铬钢及高速钢的锻造返回坯件的加工方法如下：(1)备料一般根据模具图纸的零件明细表进行备料。返回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。根据计算出的体积与重量，依据材料库现有钢材的直径，换算出所需钢材的长短，并留有加工余量。锻压后的各个方向的外形尺寸，应比实际尺寸各方向放大5mm~6mm，即在各方向应留有5mm~6mm的余量。热轧圆钢棒最小机械加工余量见表2.12。返回(2)坯料加工工序长方体加工工序：备料——锻造——热处理退火——刨六面——磨平面。圆形坯料加工工序：备料——车加工——平磨上下平面或内外圆磨表面。机械加工后的各坯料应打刻上印记、编号，超过20kg的零件，应在侧面设有供吊车提吊的凸起及凹口或吊环孔。各个零件加工后，各边应倒成(0.5~1.5)×45°角以防后续工序碰伤手。（3)坯料的留磨余量返回2.锻压设备的选择模具生产属于单件生产。模具锻件的锻压方式应该是自由锻，使用的锻压设备为空气锤或蒸汽—空气锤。锻锤吨位的选择是否合理，直接影响锻件质量、锻造生产率和锻杆寿命。锻锤吨位过小，则锻造打击能量不足，造成锻打不深不透，锻件仅仅在表层发生一定的变形，而锻件心部的质量得不到改善，甚至发生恶化，如果锻锤吨位选择过大，则打击过重，容易出现锻裂现象。获得优良的锻件，应该选取足够能量的锻锤，以充分的变形进行多向反复锻打，控制锻件质量。返回3.锻造方式锻件的锻造方式主要有三种，即轴向镦拔、横向镦拔和多向镦拔。(1)轴向镦拔轴向镦拔又称纵向镦拔、单向镦拔或不变向镦拔，它是沿着钢材的轴向，进行不变换方向的往复镦粗和拔长。每次镦拔过程如图2.9所示。返回返回(2)横向镦拔横向镦拔又称径向镦拔，它是将钢料轴向镦拔之后，转90°沿垂直于纤维方向的多次镦拔，最终在镦粗或者拔长状态下进行整形。横向镦拔过程如图2.10所示。多向镦拔法是获得优质锻件坯料的一种常用锻造方法。它的特点是锻造变形均匀，容易锻透，组织全面改善，碳化物细碎。返回(3)多向镦拔多向镦拔又称三向镦拔，它综合了轴向及横向镦拔的特点，对原棒料从三个方向轮番进行反复镦拔。返回4.锻件的质量要求影响锻件质量的主要因素有以下四个方面：原材料的质量状态和备料情况；锻锤吨位的选择是否合理；锻件坯料的加热、冷却温度，每次锻压变形量等工艺参数是否正确；锻造方式的选择和锻造比的大小。对锻件的质量有如下要求：(1)锻件的形状、尺寸要求应符合锻件图的要求，机械加工余量要符合规定的要求。(2)锻件的表面裂纹、折叠等缺陷及脱碳层深度应控制在机械加工余量的1/3以下。(3)碳化物不均匀等级对于过共析碳素工具钢及合金工具钢的残余网状碳化物、带状碳化物及碳化物偏析三项均不应超过2级，形状简单，受力不大的模具零件不应超过3级。返回(4)纤维方向的合理分布及钢材表面层的正确配置圆棒料的表面层组织比较致密，越向中心组织越差，圆棒锯切下料后两端面相当于心部组织，其力学性能差。应将圆棒料的表面层配置在工作面上。锻造时，避免圆棒料的端面置于工作型腔处。返回(4)纤维方向的合理分布及钢材表面层的正确配置对于型腔尺寸要求严格，淬火后不再加工的精密模具零件，锻件的纤维方向应平行于型腔的短轴(图a)；或纤维方向垂直于型腔端面呈辐条状放射分布(图2.12(b))；最佳的纤维方向为无定向分布(图c和d)，这种情况不仅各方向淬火变形量接近一致，便于控制，而且力学性能和耐磨性能达到较高水平。对于重载模具或淬火后再进行尺寸加工的模具，其纤维方向应与最大拉应力方向平行，或者纤维方向在型腔部位不间断。返回(5)锻件硬度及金相组织锻件在锻造之后应及时进行球化退火等预处理，以消除锻件内残留的片状碳化物，形成有利于强韧性和冷、热加工工艺性的球化体组织。一般锻件在退火后，磨去脱碳层，检查布氏硬度，精密、复杂和重载的模