1、 第2章模具机械加工基础 模具加工工艺规程制定 2.1 模具零件的机械加工精度 2.2 模具零件的机械加工表面精度 2.3 模具的技术经济分析 2.4 2.1 2.1 模具加工工艺规程制订模具加工工艺规程制订 用机械加工的方法直接改变毛坯形状、尺寸和机械性能等，使之变为合格零件的过程，称为机械加工工艺过程。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。将原材料或半成品转变为成品的全过程称为生产过程。主要包括：（1）产品投产前的生产技术准备过程（2）毛坯的制造过程（3）零件的加工过程（4）产品的装配过程（
2、5）各种生产服务活动 2.1.1 2.1.1 模具的生产过程和工艺过程模具的生产过程和工艺过程 1生产过程 2工艺过程及其组成工艺过程及其组成 模具的机械加工工艺过程是由一个或几个按顺序排列的工序组成。（1）工序 工序是一个或一组工人，在一个工作地点对同一个或同时对几个零件进行加工，所连续完成的那一部分工艺过程。每一个工序又可以分为安装、工位、工步和走刀。（2）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。（3）工位 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
3、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。（4）工步 工步是在加工表面、切削刀具、切削速度和进给量都不变的情况下所连续完成的那一部分工序，称为工步。工步是构成工序的基本单元。（5）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。3生产纲领和生产类型生产纲领和生产类型 （1）生产纲领 企业在计划内应生产的产品的年生产量称为生产纲领。零件的年生产纲领由下式计算：NQn（1+a）（1+b）（2）生产类型 企业（或车间、工段、班组、工作地）生产专业化程度的分类称为生产类型。工艺规程
4、的作用体现在以下方面：（1）工艺规程是指导生产的重要技术文件。（2）工艺规程是生产组织和生产管理的依据。（3）工艺规程是新建或扩建工厂或车间主要技术资料。2.1.2 2.1.2 模具工艺规程制定的原则和步骤模具工艺规程制定的原则和步骤 1模具工艺规程的作用 2制定模具工艺规程的基本原则制定模具工艺规程的基本原则 （1）必须可靠保证加工出符合图样及所有技术要求的产品或零件。（2）保证最低的生产成本和最高的生产效率。（3）保证良好的安全工作条件。（4）保证工艺技术的先进性。3制定工艺规程所需的原始资料制定工艺规程所需的原始资料 主要有：产品装配图、零件图；产品验收质量标准；产品的年生产纲领；毛坯材
5、料与毛坯生产条件；工厂的生产条件；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。4制定工艺规程的步骤制定工艺规程的步骤 （1）研究产品的装配图和零件图，进行工艺 分析。（2）由零件生产纲领确定零件生产类型。（3）确定毛坯的种类、技术要求和制造方法。（4）拟订零件加工工艺路线。（5）确定各工序的加工余量，计算工序尺寸及其公差。（6）确定各工序的技术要求及检验方法。（7）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。（8）确定各工序的切削用量及时间定额。（9）填写工艺文件。5工艺文件的形式工艺文件的形式 （1）机械加工工艺过程卡片 它是以工序为单位，
6、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。模具零件一般都制定机械加工工艺过程卡片作为工艺文件。机械加工工艺过程卡片的格式见见表12。（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。机械加工工序卡片的格式见表13。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，这种零件结构的工艺性就好。表14 列举了几种在常规工艺条
7、件下零件的结构工艺性分析的实例。2.1.3 2.1.3 模具零件的工艺分析模具零件的工艺分析 1零件结构的工艺性分析 零件的技术要求包括：尺寸精度、几何形状精度、各表面的相互位置精度、表面质量、零件材料、热处理及其它要求。分析时应注意以下两点：（1）零件的技术要求既要满足设计要求，又要便于加工。（2）在满足产品使用性能的条件下，零件图上标注的尺寸精度等级和表面粗糙度要求应取最经济值。2零件的技术要求分析零件的技术要求分析 模具零件所用的毛坯种类主要有：型材、铸件、锻件和半成品件四种。2 选择毛坯的原则 （1）零件材料对加工工艺性能和力学性能的要求。（2）零件的形状结构和尺寸。（3）生产类型。（
8、4）生产条件。2.1.4 2.1.4 毛坯的选择毛坯的选择 1毛坯的种类 基准是在零件图上或实际的零件上，用来确定其它点、线、面位置时所依据的那些点、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它点、线、面位置的基准，称为设计基准。2.1.5 2.1.5 定位基准的选择定位基准的选择 1定位基准的概念和种类（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。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。2零件的安装零件的安装 在
9、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。3定位基准的选择定位基准的选择（1）粗基准的选择 1）为了保证加工表面与不加工表面之间的位置尺寸要求，应选不加工表面作粗基准。2）如果需要保证某重要加工表面的加工余量均匀，应选该表面作粗基准。3）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粗基准。4）选作粗基准的表面，应尽可能
10、平整，不能有飞边、浇口、冒口或其它缺陷，以确保零件定位准确、夹紧可靠。5）一般情况下粗基准不重复使用。3定位基准的选择定位基准的选择（2）精基准的选择 1）基准重合原则。2）基准统一原则。3）自为基准原则。4）互为基准原则。5）保证零件安装准确、可靠，操作方便的原则。（1）选择定位基准 （2）表面加工方法的选择 （3）加工阶段的划分 （4）工序的集中与分散 （5）加工顺序的安排 2.1.6 2.1.6 零件工艺路线的拟定零件工艺路线的拟定 为了保证零件的质量，在加工过程中，需要从加工表面上切除的金属层厚度，称为加工余量，一般用字母Z表示。加工余量一般有两种分类方法：（1）总加工余量和工序余量。
11、（2）基本加工余量、最大加工余量、最小加工余量。2.1.7 加工余量的确定 1加工余量的概念 2影响加工余量的因素影响加工余量的因素 （1）上道工序后的表面粗糙度和 表面缺陷层深度。（2）上道工序的尺寸公差Ta。（3）上道工序各表面之间相互位置的空间误差a。（4）本工序加工时的安装误差b。3确定加工余量的方法确定加工余量的方法 （1）分析计算法 以一定的实验数据资料和计算公式为依据。（2）经验估计法 依靠经验采用类比法估算确定加工余量的大小。（3）查表修正法 以有关工艺手册和资料所推荐的加工余量为基础。计算方法如下：D2D1Z1 D3D2Z 2D1Z 1Z 2 D4D3Z 3D1Z 1Z 2Z
12、 3 D5D4Z 4D1Z 1Z 2Z 3Z 4 2.1.8 2.1.8 工序尺寸及其公差的确定工序尺寸及其公差的确定 1工序尺寸的确定 2工序尺寸公差的确定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。（1）机床的精度应与所加工零件所要求的精度相适应。（2）机床的主要规格尺寸应与所加工零件的尺寸大小相适应。（3）机床的生产率应与所加工零件的生产类型相适应。（4）选择机
13、床应结合现有的实际情况。2.1.9 2.1.9 机床与工艺装备的选择机床与工艺装备的选择 1机床的选择 2工艺装备的选择工艺装备的选择（1）夹具的选择 大批量生产广泛使用专用夹具。单件小批量生产中应尽量选用通用夹具。（2）刀具的选择 依据加工方法、工件材料、所要求的加工精度、生产率和经济性、机床类型等。（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。2.2 2.2 模具零件的机械加工精度模具零件的机械加工精度 零件的机械加工质量主要包括零件的机械加工精度和加工表面质量两个方面。本节主要讨论模具零件的机械加工精度。机械加工精度是指零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状和位置）
14、与理想几何参数的符合程度。主要包括以下方面：（1）零件的尺寸精度（2）零件的形状精度（3）零件的位置精度 零件加工后的实际几何参数对理想几何参数的偏离程度，称为加工误差。2.2.1 2.2.1 机械加工精度概述机械加工精度概述 1机械加工精度与加工误差 2获得机械加工精度的方法：获得机械加工精度的方法：（1）试切法 试切法是指通过试切测量调整再试切的方法反复进行，直至零件的尺寸精度达到图纸给定要求的方法。（2）定尺寸刀具法 定尺寸刀具法是指用刀具的相应尺寸来保证零件的加工尺寸达到要求的加工方法。（3 3）调整法）调整法 调整法是指按零件规定的尺寸预先调调整法是指按零件规定的尺寸预先调整好刀具与
15、工件的相对位置，并且在一批整好刀具与工件的相对位置，并且在一批零件的加工过程中始终保持这个位置不变，零件的加工过程中始终保持这个位置不变，来保证零件加工尺寸的方法。来保证零件加工尺寸的方法。(4)(4)自动控制法 自动控制法是把测量装置、进给装置、切削装置和控制系统等组成一个自动控制的加工系统，自动完成加工过程中的切削加工、尺寸测量和刀具调整等工作，当零件尺寸达到加工要求后，机床自动退刀并停止加工。在机械加工时，由机床、夹具、刀具和零件组成了一个相互联系的完整系统，称为机械加工工艺系统，简称工艺系统。工艺系统会有各种各样的误差产生，加工误差是工艺系统误差导致的结果，所以工艺系统的误差也称为原始
16、误差。2.2.2 2.2.2 影响加工精度的因素影响加工精度的因素 1工艺系统的几何误差对加工精度的影响工艺系统的几何误差对加工精度的影响（1）加工原理误差 加工原理误差是指由于采用近似的成形运动或近似的刀具轮廓进行加工所产生的误差。1）采用近似的成形运动产生的加工原理误差。2）采用近似的刀具轮廓形状产生的加工原理误差。（2）机床误差 1）主轴回转误差 2）导轨误差 3）传动链误差（3）刀具的制造误差和磨损 （4）夹具的误差和磨损（5）调整误差 2工艺系统受力变形对加工精度的影响工艺系统受力变形对加工精度的影响（1）工艺系统的受力变形对加工精度的影响 1）切削力作用点位置变化引起的零件形状误差
17、。2）切削力大小变化引起的零件形状误差。3）夹紧力引起的加工误差。4）重力引起的加工误差。5）惯性力引起的加工误差。6）传动力引起的加工误差。（2）减小工艺系统受力变形对加工精度影）减小工艺系统受力变形对加工精度影响的措施 1）提高工艺系统刚度 合理设计零部件结构，提高其刚度。合理设计零部件结构，提高其刚度。提高连接表面的接触刚度。采用合理的装夹方法和加工方法。2）减小切削力及其变化 3工艺系统受热变形对加工精度的影响工艺系统受热变形对加工精度的影响（1）工艺系统的受热变形对加工精度的影响 1）零件受热变形。2）机床受热变形。3）刀具受热变形。（2）减小工艺系统热变形的措施 1）减少发热和隔热
18、 2）加强散热能力 3）均衡温度场 4）保持工艺系统的热平衡 1、误差预防技术 （1）直接减小原始误差法 2.2.3 2.2.3 提高零件加工精度的途径提高零件加工精度的途径 例如，加工细长轴时，主要原始误差因素是工件刚性差，所以，采用反向进给切削法，并加上跟刀架，使零件受拉伸，从而达到减小变形的目的。（2）转移原始误差法 是把影响加工精度的原始误差转移到不影响或少影响加工精度的方向上区。（3）误差分组法 采用分组调整，把毛坯件按误差大小分成n组，则每组零件的误差就缩小为原来的1/n。（4）“就地加工”法 是把各相关零件、部件先行装配，然后就地进行最终加工。误差补偿技术是指在现存的原始误差条件
19、下，通过分析、测量，并以这些误差源为依据，人为地在工艺系统中引入一个附加的误差源，使之与工艺系统原有的误差相抵消，以减少或消除零件的加工误差。特别是借助计算机辅助技术，可以达到很好的实际效果。2、误差补偿技术、误差补偿技术 2.3 2.3 模具零件的机械加工表面质量模具零件的机械加工表面质量 为了保证机器的使用性能和延长使用寿命，就要提高机器零件的耐磨性、疲劳强度、抗蚀性、密封性、接触刚度等性能，而这些性能主要取决于零件的表面质量。机械加工表面质量是以零件的加工表面和表面层作为分析和研究对象的。（1）表面粗糙度 是指加工表面上具有的较小间距和峰谷所组成的微观几何形状误差。（2）表面波度 是介于
20、表面宏观几何形状误差和表面粗糙度之间的几何形状误差。（3）伤痕 是指加工表面上一些个别位置上出现的缺陷。2.3.1 2.3.1 模具零件的表面质量模具零件的表面质量 1零件表面的几何特性 2零件表面的力学性能零件表面的力学性能 （1）表面层的加工硬化 是指机械加工过程中，表面层金属的硬度有所提高的现象。（2）表面层金相组织变化 是指机械加工过程中，由于切削热的作用引起表面层金属的金相组织发生变化。（3）表面层残余应力 是指机械加工后，零件表面层残留的压应力或拉应力。（1）表面粗糙度对耐磨性的影响 一般说表面粗糙度值越小，零件耐磨性越好。但表面粗糙度值太小，紧密接触的两个光滑表面之间润滑油不易储
21、存，容易发生分子粘接，磨损反而增加。因此，接触面的粗糙度有一个最佳值，这个值与零件的工作情况有关，重载荷下的表面粗糙度最佳值比轻载荷时大。2.3.2 2.3.2 机械加工表面质量对零件使用性机械加工表面质量对零件使用性能的影响 1零件的表面质量对耐磨性的影响 （2）表面加工硬化对耐磨性的影响 表面层的加工硬化使摩擦副表面层金属的硬度提高，所以一般可使耐磨性提高。但也不是冷作硬化程度越高，耐磨性就越高，这是因为过度的加工硬化将会引起金属组织过度疏松，甚至出现裂纹和表层金属的剥落，使耐磨性下降。所以零件的表面硬化层必须控制在一定的范围内。2零件的表面质量对疲劳强度的影响零件的表面质量对疲劳强度的影
22、响（1）表面粗糙度对疲劳强度的影响 表面粗糙度值越大，应力集中越严重，越容易形成和扩展疲劳裂纹。（2）表面层残余应力对疲劳强度的影响 表面层残余拉应力将使疲劳裂纹扩大，加速疲劳破坏；而表面层残余压应力能够阻止疲劳裂纹的扩展，延缓疲劳破坏的产生。（3）表面加工硬化对疲劳强度的影响 加工硬化可以在零件表面形成一个冷硬层，能够防止裂纹产生并阻止已有裂纹的扩展，从而提高零件的疲劳强度。但是如果冷硬层过深过硬，反而容易产生疲劳裂纹。3零件的表面质量对耐蚀性能的影响零件的表面质量对耐蚀性能的影响 表面粗糙度值越大，则凹谷中聚积腐蚀性物质就越多，渗透和腐蚀作用就越强烈。因此，零件的表面粗糙度值越大，耐蚀性能
23、就越差。表面层的残余应力对零件的耐蚀性能也有较大影响。表面层的残余拉应力会降低零件的耐蚀性，而残余压应力则能增强零件的耐蚀性。4零件的表面质量对配合精度的影响零件的表面质量对配合精度的影响 表面粗糙度值的大小将影响配合表面的配合精度。对于间隙配合，表面粗糙度值大会使磨损加大，使实际间隙增大，破坏了要求的配合性质。对于过盈配合，装配过程中一部分表面凸峰被挤平，使实际过盈量减小，降低了配合件之间的连接强度。（1）切削加工对表面粗糙度的影响因素 1）几何因素 2）物理因素 3）工艺系统振动 2.3.3 2.3.3 影响机械加工表面质量的因素及影响机械加工表面质量的因素及改善途径 1机械加工后的表面粗
24、糙度 （2）磨削加工对表面粗糙度的影响因素）磨削加工对表面粗糙度的影响因素 影响磨削表面粗糙度的主要因素有：1）砂轮的粒度 2）砂轮的硬度 3）砂轮的修整）砂轮的修整 4）磨削速度）磨削速度 5）磨削深度 6）零件转速和纵向进给量 7）零件材料的硬度及韧性 2机械加工后的表面层物理机械性能机械加工后的表面层物理机械性能 （1）表面层加工硬化 影响加工硬化的主要因素有：1）刀具 2）切削用量 3）零件材料 零件材料的塑性越大，加工时产生的塑性变形也越大，加工硬化现象就越严重。（2）表面层材料金相组织变化 在磨削加工中，热量中的 70以上都传给了零件，造成当被磨削零件表面烧伤。改善磨削烧伤具体措施有：1）正确选择砂轮 2）合理选择磨削用量 3）改善冷却条件（3）表面层残余应力 产生残余应力的原因主要有：1）冷态塑性变形的影响 2）热态塑性变形的影响 3）金相组织变化的影响 表面层体积膨胀时，因为受到基体的限制，产生了压应力；表面层体积缩小时，则产生了拉应力。（4）提高和改善零件表面层物理机械性能）提高和改善零件表面层物理机械性能的措施 1）喷丸强 2）滚压加工）滚压加工 3）挤压加工 参考教材 2.4 2.4 模具的技术经济分析模具的技术经济分析
