1、模具制造工艺学主编：柳舟通 余立刚 科学出版社本书主要内容 第一章 绪论 第二章 模具加工工艺规程的编制 第三章 模具数控加工工艺 第四章 模具零件的机械加工与光整加工 第五章 模具零件的现代加工与成形方法 第六章 模具典型零件加工工艺 第七章 模具装配工艺第一章 绪论 1.1 模具技术的发展 1.2 模具的生产过程和特点 1.3 模具的经济技术指标 1.4 本课程的性质任务和要求1.1 模具技术的发展 1.1.1 模具在现代工业中的地位 1.1.2 我国模具技术的现状及发展趋势1.1.1 模具在现代工业中的地位 在现代工业生产中，模具是生产各种工业产 品的重要工艺装备，它以其特定的形状通过一
2、定 的方式使原材料成型。模具成形由于具有优质、高产、省料和低成本等特点，现已在国民经济各 个部门，特别是汽车、拖拉机、航空航天、仪器 仪表、机械制造家用电器石油化工轻工日用品等 工业部门得到及其广泛的应用1.1.1 模具在现代工业中的地位 据统计，利用模具制造的零件，在飞机、汽 车、拖拉机、电机电器、仪器仪表等机电产品中 占60%70%，在电视机、录音机、计算机等电子 产品中占80%以上，在自行车、手表、洗衣机、电冰箱、电风扇等轻工业产品中占85%以上。1.1.1 模具在现代工业中的地位 汽车工业，一个车型的轿车共需4000多 套模具，价值23亿元。在各种类型的汽车中，平均一个车型需要冲压模具
3、2000套，其中大中型 覆盖件模具300套。example1.1.1 模具在现代工业中的地位 模具工业已成为工业发展的基础，许多新产 品的开发和生产很大程度上都依赖于模具生 产。而作为制造业基础的机械行业，据国际生产 技术协会预测，21世纪机械制造工业的零件，其 粗加工的75%和精加工的50%都将依赖模具完成。在产品生产的各个阶段，无论是大量生产，批量 生产，还是产品试制阶段，也都越来越多的依赖 于模具。因此模具工业已是国民经济的基础工 业。1.1.1 模具在现代工业中的地位 模具工业发展的关键是模具技术的进步，模 具技术又涉及到多学科的交叉。模具作为一种高 附加值和技术密集型产品，其技术水平
4、的高低已 成为衡量一个国家制造水平的重要标志之一。1.1.1 模具在现代工业中的地位 世界上许多国家，特别是一些工业发达国家都特别重视模具技术的开发，大力发展模具工 业，积极采用先进技术和设备，提高模具制造水 平，已取得了显著的经济效益。美国是世界超级 经济大国，也是世界模具工业的领先国家，早在 20世纪80年代末，美国模具行业有约12万个企 业，从业人员约17万多人，模具总产值达6447亿 美元。example1.1.1 模具在现代工业中的地位 日本模具工业是从1957年发展起来的，当年模具总产 值只有106亿日元，到1998年总产值已超过488万亿日元，在短短的40余年内增加了460多倍，
5、这也是日本经济飞速 发展并在国际市场上占有一定优势的重要原因之一。早20 世纪90年代初，日本全国就有13115家模具工业企业，其 中生产冲模的占40%，生产塑料膜的占40%，生产压铸模的 占5%，橡胶模的占4%，锻模的占3%，铸造模的占3%，玻璃 模的占3%，粉末冶金模的占2%。example1.1.1 模具在现代工业中的地位 据统计，在1997年商品模具已占模具总量的 1/3以上。模具已成为当代工业生产的重要手段 和工艺发展方向之一。现代工业产品的品种发展 和生产效益的提高，在很大程度上取决于模具的 发展和技术经济水平。目前，模具已成为衡量一 个国家制造水平的重要标志之一。example1
6、.1.1 模具在现代工业中的地位 纵观世界经济的发展，模具工业在经济繁荣 和经济萧条时代都不可或缺，经济发展较快时，产品畅销，自然要求模具能跟上；而经济发展滞 缓时期，产品不畅销，企业必然想方设法开发新 产品，这同样会给模具带来强劲需求。因此，国 内外行家都称现代模具工业是“不衰的工业”。1.1.1 模具在现代工业中的地位 目前，世界模具市场仍供不应求。近几年，世界模具市场总量一直为600650亿美元左右，其中，美国、日本、法国、瑞士等国已年出口模具约占本国模具总产量的1/3，可见研究和发展模具技术，提高模具技术水平，对于促进国民经济的发展有着特别重要的意义。模具在日本被誉为“进入富裕社会的源
7、动力”，在德国则冠之为“金属加工业中的帝王”，在罗马尼亚被视为“黄金”，早欧美其他一些发达国家被称为“磁力工业”。可以断言，随着工业生产的迅速发展，模具工业在国民经济发展过程中将发挥越来越重要的作用。1.1.1 我国模具技术的现状及发展趋势 我国模具工业起步晚，底子薄，与工业发达 国家相比有很大的差距。但改革开发以来，再过 家产业政策和与之配套的一系列国家经济政策的 支持和引导下，尤其是国民经济的高速发展，大 大的提高了模具的商品化程度，推动了模具技术 和模具工业的迅速发展。1.1.1 我国模具技术的现状及发展趋势 (1)一些科研院所和高等院校在模具技术的基础理论、模具设计与结构、模具制造加工
8、技术、模具材料及模具加工设备等方面都取得了可喜的实用性成果。并培养了一批高级模具技术人才，使现代模具制造技术中的高科技含量逐渐增加.1.1.1 我国模具技术的现状及发展趋势 (2)模具标准化工作时代表模具工业和模具 技术发展的重要标志。到目前为止，已经制定了 冲压模、塑料模、压铸模、和模具基础技术等50 多项国家标准、近300个标准号。基本满足了国 内模具生产技术发展的需要。1.1.1 我国模具技术的现状及发展趋势 (3)一些先进、紧密和高自动化程度的模具加工设备，如数控仿型铣床、数控加工中心、精密坐标磨床、连续轨迹数控坐标磨床、高精度低损耗数控电火花成形加工机床，慢走丝精密电火花线切割机床、
9、精密电解加工机床、三坐标测量仪、挤压研磨机等模具加工和检测用的精密高校设备，由过去依靠进口到逐步自行设计制造，使模具加工工艺手段登上了一个新台阶，同时为先进加工工艺的推广奠定了物质基础。1.1.1 我国模具技术的现状及发展趋势 (4)模具CAD/CAM已得到较广泛的应用，模 具计算机仿真技术也应用于模具设计制造中。各 院校、研究机构正在开展模具智能制造、并行工 程、虚拟制造、敏捷制造和快速制造等先进制造 技术的研究。1.1.1 我国模具技术的现状及发展趋势 (5)研究开发了几十种模具新钢种及硬质合 金等新材料，并采用了热处理等新工艺。模具新 材料的应用，以及热处理技术和表面处理技术的 开发和应
10、用，使模具寿命大幅度的提高。1.1.1 我国模具技术的现状及发展趋势 (6)快速成型技术在模具制造上的应用。是 20世纪80年代以来模具制造技术的又一重大发 展。快速成型制造技术是综合了机械工程、CAD、数控技术、激光技术和材料科学技术的一 种全新的制造工艺。快速成型技术应用于模具制 造，使模具设计和制造更加快速、经济、实用，对多品种、小批量产品的生产具有重要的意义。1.1.1 我国模具技术的现状及发展趋势 (7)我国模具的品种、精度、和产业规模有 了很大的发展。据统计，我国现有模具生产厂2 万余家，从业人员50多万人，九五期间的年增长 率为13%，2000年总产值为270亿元，占世界总量 的
11、5%。十五期间，我国模具市场在汽车、家用 电器、电子及通信产品、建材、玩具、仪器仪表 等行业有更大的需求。1.1.1 我国模具技术的现状及发展趋势 从总体上看，虽然我国模具工业已得到较大 的发展，但仍然不能满足国内经济高速发展的需 要。还须花费大量资金向国外进口一些模具，特 别是精密、大型、复杂、长寿命型模具，仍主要 依赖进口。目前，就整个模具市场来看，进口模 具约占市场总量的20%左右，其中，中高档模具 进口比例占到40%以上。我国模具工业不能满足国内经济需要的原因（1）专业化和标准化程度低（2）模具品种少，效率低，经济效益也差。（3）制造周期长，模具精度不高，制造技术较 落后。（4）模具寿
12、命短，新材料使用量不到10%（5）力量分散，管理落后。我国模具工业发展方向（1）开发、发展精密、复杂、大型、长寿命模具，以满足 国内市场的需要。（2）加速模具标准化和商品化，以提高模具质量，缩短模 具制造周期。（3）大力开发和推广应用模具CAD/CAM技术，提高模具制 造过程的自动化程度。（4）积极开发模具新品种、新工艺、新技术和新材料。（5）发展模具加工成套设备，以满足高速发展的模具工业 需要。1.2模具的生产过程和特点模具的生产过程分析估算模具设计模具制图零件加工试模装配调整1.2模具的生产过程和特点模具的生产过程模具的生产过程模具总寿命制品材料所用的设备模具费用交货期分析估算分析估算 模
13、具费用 模具费用是指材料费、外购零件费、设计 费、加工费、装配调整及试模费等。必要时，还 要估算各种加工方法所用的工具及其加工费等，最后得出模具制造价格。分析估算 交货期 估算完成每项工作的时间，并决定交货期。分析估算 模具总寿命 估算模具的单次寿命以及经多次简单修复后 的总寿命（即在不发生事故的情况下，模具的自 然寿命）。分析估算 制品材料 制品规定使用的材料性能、尺寸大小、消耗 量以及材料利用率等。分析估算 所用的设备 了解应用模具的设备性能、规格及其附属设 备。在进行模具估算时，只注意模具费用及交货 期是不够的。一个优秀的模具技术人员，应该对 模具制造和试模过程中可能出现的问题以及制成
14、后的使用情况有充分的了解和估计。模具设计 在进行模具设计时，首先要尽量多地收集信 息，并认真地加以研究，然后再进行模具设计。若不这样做，即使是设计出的模具性能优良，精 度很高，也不能符合要求，所完成的设计并不是 最佳设计。模具设计所要收集的信息（1）来自营业方面的信息 产量（月产量和总产量等）产品单价 模具价格和交货期 被加工材料的性质及供应方法等 将来的市场变化等模具设计所要收集的信息（2）所要加工制品的质量要求、用途以及设计修 正、改变形状和公差的可能性（3）生产部门的信息，包括使用模具的设备性 能、规格、操作方法以及技术条件。（4）模具制造部门的信息，包括加工设备及技术 水平等。（5）标
15、准件及其他外购件的供应情况等。模具制图装配图的绘制方法 主视图画成上下模对合状态（下止位置）；俯视图只 画下模。主视图画上下模组合状态，俯视图上下模各画一半。绘制组合状态的主视图后再分别画上下模俯视图。应用时，可根据模具结构的需要选用其中的一种。模具制图零件图 零件图要根据装配图绘制，使其满足各种配 合关系，并注明尺寸公差及各种表面粗糙度，有 的还要写明技术条件。标准件不必画零件图。零件加工 每个需要加工的零件，都必须按图样要求 制订其加工工艺（填写工艺卡），然后分别进行 粗加工、半精加工、热处理及精修抛光。装配调整 装配就是把加工好的零件组合在一起构成一 幅完整的模具。在这一过程中，仅仅把加
16、工好的 零件紧固，或是打入定位销等纯装配操作时极少 见的。一般都是在装配调整过程中进行一定的人 工整修或机械加工。试模 装配调整好的模具，还需要安装在机器设备 上进行试模。检查模具在运行过程中是否正常。所得到的制品形状尺寸等是否符合要求。如有不 符合要求的则必须拆下来加以修正，以便再次试 模，直到完全能正常运行并能加工出合格的制 品。模具的生产特点模具属于单件、多品种生产 模具是高寿命专用工艺装备。通常，生产某 一个制品，一般都只需要一两幅模具，所以模具 生产属于单件、多品种生产规程的性质。模具的生产特点客观要求模具生产周期短 当前由于新产品更新换代的加快和市场的竞 争，客观上要求模具生产周期
17、越来越短。模具的 生产管理、设计和工艺加工都应该适应客观要求模具的生产特点模具生产的成套性 当某个制件需要多付模具来加工时，各幅模 具之间往往互相牵连和影响。只有最终制件合 格，这一系列模具才算合格，因此在生产和计划 安排上必须充分考虑这一特点。模具的生产特点试模和试修 由于模具生产的上述特点和模具设计的经验 性，模具在装配后必须通过试模，最后确定是否 合格，同时有些部位需要试修才能最后确定。因 此在生产进度安排上必须留有一定的试模周期。模具的生产特点模具加工向机械化、精密化和自动化发展 目前产品零件对模具精度的要求越来越高，高精度、高寿命、高效率的模具越来越多。而加 工精度主要取决于加工机床
18、精度、加工工艺条 件、测量手段和方法。目前精密成型磨床、CNC 高精度平面磨床、精密数控电火花线切割机床、高精度连续轨迹坐标磨床以及三坐标测量机的使 用越来越普遍，使模具加工向高技术密集型发 展。模具的制造特点制造质量要求高 模具制造不仅要求加工精度高，而且还要求 加工表面质量要好。一般来说，模具工作部分的 制造公差都应控制在0.01mm以内，有的甚至要 求在微米级范围内；模具加工后的表面不仅不允 许有任何缺陷而且工作部分的表面粗糙度Ra都要 求小于0.8um模具的制造特点形状复杂 模具的工作部分一般都是复杂的二维或者三 维曲面，而不是一般机械加工的简单几何体。模具的制造特点材料硬度高 模具实
19、际上相当于一种机械加工工具，其硬 度要求较高，一般都是用淬火工具钢或硬质合金 等材料制成，若用传统的机械加工方法制造，往 往感到十分困难。模具制造的工艺特点材料硬度高 模具加工上尽量采用万能通用机床、通用刀 量具和仪器，尽可能地减少专用工具的数量。模具制造的工艺特点 在模具设计和制造上较多的采用“实配 法”、“同镗法”等，使得模具零件的互换性降 低，但这是保证加工精度，减小加工难度的有效 措施。今后随着加工技术手段的提高，互换性程 度将会提高。模具制造的工艺特点 在制造工序安排上，工序相对集中，以保证 模具加工质量和进度，简化管理和减少工序周转 时间。1.3模具的经济技术指标模具的生产成本模具
20、的寿命模具的精度和刚度模具的生产周期模具的经济技术指标内容模具的精度和刚度 模具精度模具装配钳工的技术水平模具制造的生产方式和管理水平产品制作精度模具加工技术手段的水平影响模具精度的因素影响模具精度的因素 产品制作精度 产品制件的精度越高，模具工作零件的精度 就越高，模具精度的高低不仅对产品制作的精度 有直接影响，而且对模具的生产周期、生产成本 都有很大的影响。影响模具精度的因素 模具加工技术手段的水平 模具加工设备的加工精度如何、设备的自动 化程度如何，是保证模具精度的基本条件。今后 模具精度更大的依赖模具加工技术手段的高低。影响模具精度的因素 模具装配钳工的技术水平 模具的最终精度很大程度
21、上依赖装配调试来 完成，模具光整表面的表面粗糙度数值主要依赖 模具钳工来完成，因此模具钳工技术水平如何是 影响模具精度的重要因素。影响模具精度的因素 模具制造的生产方式和管理水平 模具工作刃口尺寸在模具设计和生产时，是 采用“实配法”，还是“分别制造法”是影响模具精 度的重要方面。对于高精度模具只有采用“分别 制造法”才能满足高精度的要求和实现互换性生 产。模具刚度 对于高速冲压模、大型件冲压成形模、精密 塑料模和大型塑料模，不仅要求具有精度高，还 应有良好的刚度。这类模具工作负荷较大，当出 现较大的弹性变形时，不仅要影响模具的动态精 度，而且关系到模具能够继续正常工作。1.3.2 模具的生产
22、周期 模具的生产周期是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。模具生产周期的长短主要决定于制模技术和 生产管理水平的高低。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。1.3.2 模具的生产周期模具生产技术手段的现代化模具生产的经营和管理水平模具技术和生产的标准化程度模具企业的专门化程度影响模具生产周期的因素影响模具生产周期的因素 模具技术和生产的标准化程度 模具标准化程度是一个国家模具技术和生产 发展到一定阶段的产物。目前，我国模具技术的 标准化已有良好的基础，有模具基础技术标准、各种模具设计标准、模具工艺标准、模具毛坯和 半成品件标
23、准以及模具检验和验收标准等。影响模具生产周期的因素 模具企业的专门化程度 现代工业发展的趋势是企业分工越来越细，企业产品的专门化程度越高，越能提高产品质量和经济效率，并有利于缩短产品生产周期。目前，我国模具企业的专门化程度还较低，只有各模具企业生产自己最擅长的模具类型，有明确和固定的服务范围，同时各模具企业互相配合搞协作化生产，才能缩短模具生产周期。影响模具生产周期的因素 模具生产技术手段的现代化 模具设计、生产、监测手段的现代化也是影 响模具生产周期的因素之一。只有大力推广和普 及模具CAD/CAM技术；粗加工向高效率发展，模具下料采用高速锯床、阳极切割和砂轮切割等 高效设备。影响模具生产周
24、期的因素 模具生产的经营和管理水平 从管理上要效率，研究模具企业生产的规律 和特点，采用现代化的管理手段和制度管理企 业，也是影响模具生产周期的重要因素。1.3.3 模具的生产成本 模具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。从性质上分为生产成本、非生产成本和生产 外成本，我们讲的模具生产成本是指与模具生产 过程由直接关系的生产成本。1.3.3 模具的生产成本模具材料的选择模具加工设备模具的标准化程度和企业生产的专门化程度模具结构的复杂程度和模具功能的高低模具精度的高低影响模具生产成本的主要因素影响模具生产成本
25、的主要因素 模具结构的复杂程度和模具功能的高低 现代科学技术的发展使得模具向高精度和多 功能自动化方向发展，相应使模具生产成本提 高。影响模具生产成本的主要因素 模具精度的高低 模具的精度和刚度越高，模具生产成本也 高。模具精度和刚度应该与客观需要的产品制件 的要求、生产批量的要求相适应。影响模具生产成本的主要因素 模具材料的选择 模具费用中，材料费在模具生产成本中约占 25%-30%，特别是因模具工作零件材料类别的 不同，相差较大。所以应该正确地选择模具材 料，使模具工作零件材料类别首先应该和要求的 模具寿命相协调，同时应采取各种措施充分发挥 材料的效能。影响模具生产成本的主要因素 模具的标
26、准化程度和企业生产的专门化程度 这些都是制约模具成本和生产周期的重要因 素，应通过模具工业体系的改革有计划、有步骤 地解决。1.3.4 模具寿命 模具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 的多次修磨和易损件更换后的寿命。模具寿命=工作面的一次寿命修磨次数易损 件的更换次数 1.3.4 模具寿命模具加工质量模具工作状态产品零件状况模具结构模具材料影响模具寿命的因素影响模具寿命的因素 模具结构 合理的模具结构有利于提高模具的承载能 力，减轻模具承受的热-机械负荷水平。例如，模具可靠的导向机构，对于避免凸 模和凹模间的互相焙上是有帮助的，对截面尺 寸变化处理
27、是否合理，对模具寿命影响较大。影响模具寿命的因素 模具材料 应根据产品零件生产批量的大小，选择模具材料。生产的批量越大，对模具的寿命要求也越高，应选择承载能力强，服役寿命长的高性能模具材料。另外应注意模具材料的冶金质量可能造成的工艺缺陷及工作时的承载能力的影响，采取必要的措施来弥补冶金质量的不足，以提高模具寿命。影响模具寿命的因素 模具加工质量 模具零件在机械加工，电火花加工，以及锻造预处理、淬火硬化，在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。影响模具寿命的因素 模具工作状态 模具工作时，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寿命产生影响。影响模具寿命的因素 产品零件状况 被加工零件材料的表面质量状态、材料硬 度、伸长率等力学性能，被加工零件的尺寸精 度都对模具寿命有直接的关系。
