15-质量

模具制造基础第15讲质量在模具零件的加工中，如何保证零件的精度要求是保证模具质量的关键问题。零件表面的加工通过刀具和工件之间的相对运动关系，获得一定的形状并不难，难的是在获得复杂形状的同时必须保证其高精度的要求。要找到提高加工质量的途径，必须了解和掌握各种因素对加工质量的影响规律。★模具零件的机械加工质量包括：机械加工精度机械加工表面质量第15讲模具的机械加工质量概念机械加工精度零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状和相互位置）与理想几何参数的接近程度；实际值愈接近理想值，加工精度就愈高。加工误差零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状和相互位置）对理想几何参数的偏离量。第15讲模具的机械加工质量概念机械加工——精度接近程度加工误差——偏离量※两者的关系是对一个问题从两种不同角度的评定。保证和提高加工精度的问题，实际上就是控制和减少加工误差的问题。第15讲模具的机械加工质量概念加工过程中有很多因素影响加工精度。实际加工不可能把零件做得与理想零件完全一致，总会产生大小不同的偏差。公差——从保证产品的使用性能分析，没有必要把每个零件都加工得绝对精确,而只要求它在某一规定的范围内变动，这个允许变动的范围，就是公差。合格品——加工误差不超过图样规定的偏差的零件。※制造者的任务就是要使加工误差小于图样上规定的公差。第15讲模具的机械加工质量零件的加工精度包含：尺寸精度——机械加工后零件的直径、长度和表面间距离等尺寸的实际值与理想值的接近程度。形状精度——机械加工后零件几何图形的实际形状与理想形状的接近程度。位置精度——机械加工后零件几何图形的实际位置与理想位置的接近程度。第15讲模具的机械加工质量加工经济精度加工过程中有很多因素影响零件的加工精度，即使是同一种加工方法在不同的工作条件下所能达到的加工精度也是不相同的。加工经济精度——在正常生产条件下（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。※每一种加工方法的加工经济精度并不是固定不变的，它将随着工艺技术的发展，设备及工艺装备的改进，以及生产管理水平的不断提高而逐渐提高。第15讲模具的机械加工质量第15讲模具的机械加工质量影响机械加工精度的因素机械加工后产生的加工误差主要是由机床、夹具、刀具、量具和工件所组成的工艺系统，在完成任何一个加工过程中，有许多误差因素使工件与刀具之间正确的几何关系被破坏而造成的。原始误差由工艺系统各环节及相对位置偏移产生的误差。原始误差可分为：工艺系统初始状态造成的误差切削过程物理因素变化造成的误差原始误差工件相对于刀具在静止状态下已存在的误差加工原理误差工件的装夹误差调整误差刀具误差工件相对于刀具在运动状态下已存在的误差夹具误差机床主轴回转误差机床导轨间的误差机床传动误差工艺系统初始状态造成的误差工艺系统初始状态造成的误差切削过程物理因素变化造成的误差第15讲模具的机械加工质量原始误差与加有关工过程测量误差刀具磨损工艺系统受力变形工艺系统受热变形工件残余应力引起的变形切削过程物理因素变化造成的误差工艺系统初始状态造成的误差切削过程物理因素变化造成的误差第15讲模具的机械加工质量工艺系统的几何误差1、加工原理误差采用近似的成形运动或近似的刀刃轮廓（成形刀具）进行加工而产生的误差。加工原理零件表面通过刀具和工件之间的相对运动成形的这种运动联系。加工原理误差因其可以简化机床或刀具结构，而减少机构运动带来的误差，并能提高生产率和经济性。※其误差不应超过10%－15%工件的公差值原始误差工艺系统初始状态造成的误差切削过程物理因素变化造成的误差工艺系统的几何误差原始误差工艺系统初始状态造成的误差切削过程物理因素变化造成的误差2、机床几何误差加工中，刀具相对于工件的成形运动，通常都是通过机床完成的。工件的加工精度在很大程度上取决于机床的精度。机床的几何误差包括：机床主轴回转误差机床导轨导向误差机床传动链传动误差机床的制造误差、安装误差、使用中的磨损等都会直接影响工件和刀具的相互位置关系，从而影响加工精度。工艺系统的几何误差原始误差工艺系统初始状态造成的误差切削过程物理因素变化造成的误差2、机床几何误差机床主轴回转误差机床导轨导向误差机床传动链传动误差主轴的瞬时回转轴线对其理论回转轴线在规定测量平面内的变动量。主轴回转误差的影响几何形状精度、位置精度、表面粗糙度等。机床主轴※主轴回转精度是机床精度的一项重要指标。是用来装夹工件或刀具并传递切削运动的重要零件。理论上其回转轴线的空间应该固定不变；实际上，由于主轴部件中轴承、轴颈、轴承座孔的制造和装配误差、润滑条件以及动力因素的影响，其瞬时空间位置处于变化中。机床主轴回转误差的三种形式实际中，回转误差是三种基本形式误差的合成。径向圆跳动端面圆跳动角度摆动机床主轴回转误差的三种形式径向圆跳动是主轴回转轴线相对于平均回转轴线在径向的变动量，主要影响工件圆柱面的精度。例：车外圆时它使加工面产生圆度和圆柱度误差。产生径向圆跳动误差的主要原因：主轴支承轴颈的圆度误差、轴承工作表面的圆度误差等。加工方法不同，产生的误差也完全不同。例：车削与镗削机床主轴回转误差径向圆跳动端面圆跳动角度摆动端面圆跳动是主轴回转轴线沿平均回转轴线方向的变动量。对圆柱面的加工没有影响，但在加工端面时，会影响端面形状和轴向尺寸精度。（如螺旋面）例：车端面时它使工件端面产生垂直度、平面度误差。产生轴向圆跳动的原因：主轴轴肩端面和推力轴承承载端面对主轴回转轴线有垂直度误差。机床主轴回转误差径向圆跳动端面圆跳动角度摆动角度摆动主轴回转轴线相对平均回转轴线成一倾斜角度的运动，工件会带有锥度或成椭圆型。例：车削时，它使加工表面产生圆柱度误差和端面的形状误差。机床主轴回转误差径向圆跳动端面圆跳动角度摆动影响主轴回转精度的主要因素主轴误差，如圆度、同轴度等轴承误差主轴系统的径向不等刚度及热变形机床主轴回转误差径向圆跳动端面圆跳动角度摆动机床主轴回转误差提高主轴回转精度的主要措施提高主轴部件（主轴及箱体轴承孔等）的制造精度选用高精度的轴承，提高主轴部件的装配精度，对主轴部件进行平衡，对滚动轴承进行适当预紧使其间隙消除使主轴的回转误差不反映到工件上利用装夹方式，使工件的定位精度不依赖主轴的回转精度。工艺系统的几何误差原始误差工艺系统初始状态造成的误差切削过程物理因素变化造成的误差2、机床几何误差机床主轴回转误差机床导轨导向误差机床传动链传动误差导轨是机床中确定各主要部件相对位置关系的基准。导轨在水平面内直线度误差、垂直面内直线度误差的影响、前后导轨的平行度误差、导轨对主轴回转线平行度误差的影响。机床导轨误差导轨是机床中确定各主要部件相对位置关系的基准。导轨在水平面内直线度误差的影响车、外圆磨等加工，误差的敏感方向。导轨在垂直面内直线度误差的影响平面磨、铣、刨等加工法向方向的位移（误差的敏感方向），误差直接反映到加工表面。前后导轨的平行度误差的影响如果前后导轨扭曲，将使床鞍产生横向倾斜，刀具产生位移，引起工件形状误差。导轨对主轴回转线平行度误差的影响导轨在水平面内的直线度误差对加工精度的影响导轨在垂直平面内的直线度误差对加工精度的影响导轨间的平行度误差对加工精度的影响机床导轨误差※除了导轨本身的制造误差之外，导轨磨损是造成机床精度下降的主要原因。选用合理的导轨形状和导轨组合形式，采用耐磨合金铸铁导轨、镶钢导轨、贴塑导轨、滚动导轨以及对导轨进行表面淬火处理等措施均可提高导轨的耐磨性。工艺系统的几何误差原始误差工艺系统初始状态造成的误差切削过程物理因素变化造成的误差2、机床几何误差机床主轴回转误差机床导轨导向误差机床传动链传动误差传动链始末两端传动元件相对运动的误差。一般用传动链末端元件的转角误差来衡量。机床传动链误差是影响表面加工精度的主要原因之一。机床传动链的传动误差传动链始末两端传动元件相对运动的误差。一般用传动链末端元件的转角误差来衡量。机床传动链误差是影响表面加工精度的主要原因之一。传动链中各传动元件如齿轮、蜗轮、蜗杆等，因制造误差、装配误差（主要是装配偏心）和磨损，就会破坏正确的运动关系，使工件加工产生误差，提高传动元件的制造精度和装配精度，减少传动件数，均可减小传动链误差。一般加工中，传动误差对工件的影响不大。当加工要求工件和刀具间必须有准确的传动关系的时，传动误差是影响精度的主要因素，如加工螺纹或用展开法加工齿轮等。机床传动链的传动误差减少传动误差对加工精度的影响的主要措施：减少传动环节缩短传动链；提高传动副(特别是末端元件)的制造和装配精度，减少传动间隙；按降速比递增的原则分配各传动副的传动比；采用误差校正装置消除误差传动链误差工艺系统的几何误差原始误差工艺系统初始状态造成的误差切削过程物理因素变化造成的误差3、其他几何误差包括：刀具误差夹具误差与磨损测量误差其他几何误差刀具误差刀具误差对加工精度的影响随刀具种类的不同而不同。一般刀具包括普通车刀、铣刀等的制造误差对加工没有直接影响。定尺寸刀具包括钻头、铰刀、槽铣刀等的（包括安装使用不当及磨损的影响造成的）尺寸误差直接影响工件的尺寸精度。成形刀具包括成形车刀、成形铣刀等的制造误差及磨损，直接影响别加工表面的形状精度。其他几何误差刀具误差刀具的尺寸磨损量是在被加工表面的法线方向上测量的。新刃磨刀具切削初期，刀具磨损较剧烈，这段时间的刀具磨损量称为初期磨损量；进入正常磨损阶段后，磨损量与切削路程成正比，其斜率称为相对磨损，相对磨损表示每切削1000m路程刀具的尺寸磨损量；当切削路程超出时，磨损急剧增加，这时应停止切削。其他几何误差夹具误差与磨损夹具的作用是使工件相对于刀具和机床占有正确的位置，夹具的几何误差对工件的加工精度（特别是位置精度）有很大影响。（例：钻套）夹具的误差主要包括：定位元件、刀具导向元件、分度机构及夹具体等的制造精度；夹具上各元件工作表面间的相对尺寸误差；夹具在使用过程中工作表面的磨损等。其他几何误差夹具误差与磨损夹具误差直接影响工件加工表面的位置精度或尺寸精度，特别是位置误差。在设计夹具时，对夹具上直接影响工件加工精度的有关尺寸的制造公差一般取为工件上相应尺寸公差的1／2－1／5。夹具元件磨损将使夹具的误差增大，但夹具的磨损是逐渐而缓慢的，对加工的影响不明显。为保证工件加工精度，夹具中的定位元件、导向元件、对刀元件等关键易损元件均需选用高性能耐磨材料制造。其他几何误差测量误差测量误差是工件的测量尺寸与实际尺寸的差值。加工一般精度的零件时，测量误差可占工序尺寸公差的1／5～1/10；加工精密零件时，测量误差可占工序尺寸公差的1／3左右。测量误差主要包括：量具、量仪本身的制造误差及磨损；测量者测量时的接触点、接触力；测量者显示值读取的正确程度；测量过程中环境温度等。※要正确选择和使用量具，以保证测量精度。工艺系统的几何误差原始误差工艺系统初始状态造成的误差切削过程物理因素变化造成的误差工艺系统受力变形对加工精度的影响工艺系统的刚度是指工件加工表面所受切削力的法向分力与刀具相对工件在该方向上的位移量的比值。工艺系统总的变形量包括：机床的变形量夹具的变形量刀具的变形量工件的变形量工艺系统的变形与刚度的关系工艺系统在个组成元件在切削力、夹紧力、传动力及重力等的作用下，将产生相应的变形，破坏了刀具与工件在静态下调整好的相互位置及正确的成形运动需要的几何关系，造成加工误差。工业系统的受力变形通常是弹性变形；其抵抗弹性变形的能力用刚度来表示。刚度越大，变形越小，加工精度越高。工艺系统受力变形对加工精度的影响切削力作用点位置的变化引起的形状误差例：细长轴的加工切削力大小变化引起的加工误差例：切削量的变化其他力引起的加工误差