模具机械加工的基本理论

君子接物，度量宽厚，尤大地之博，无所不载。责已甚严，责人甚轻。名高任重，气度雍容，望之俨然，即之温然。-------梁启超感悟人生第二章模具机械加工的基本理论龚兴厚([e-mail])化工楼309第一节模具制造工艺规程编制一、基本概念二、工艺规程制订原则和步骤三、产品图样的工艺分析四、毛坯设计五、定位基准的选择六、零件工艺路线分析与拟定七、加工余量与工序尺寸的确定八、工艺装备的选择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。模具的生产过程，是指将用户提供的产品信息和制件的技术信息通过结构分析、工艺性分析，设计成模具；并基于此，将原材料经过加工、装配，转变为具有使用性能的成型工具的全过程。原材料的运输、存放生产准备毛坯制造机加工、热处理装配试模包装、入库一、基本概念模具制造工艺过程可定义为：直接改变生产对象的形状、尺寸、相互位置及性能，将其转变为成品或半成品的过程。它是模具生产过程的主要部分，即从生产准备到验收、试模合格之前，属于制造工艺过程。零件的机械加工工艺过程(工艺路线或工艺流程)：用机械加工的方法，直接改变原材料或毛坯的形状、尺寸和性能等，使之变为合格零件。装配工艺过程是将零件装配成部件或产品的过程。工艺过程是由一个或若干个依次排列的工序所组成。毛坯顺次通过这些工序就变成了成品或半成品。一个（或一组）工人，在一个固定的工作地点（一台机床或一个钳工台），对一个（或同时对几个）工件所连续完成的那部分工艺过程，称为工序。它是工艺过程的基本单元，又是生产计划和成本核算的基本单元。阶梯轴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工步。加工表面与加工工具只要改变一个，就应算作另一工步，如对同一个孔进行钻孔、扩孔、铰孔，应作为三个工步。在工艺卡片中，按工序写出各加工工步，就规定了一个工序的具体操作方法及次序。当同时对一个零件的几个表面进行加工时，则为复合工步。在一个工步内由于被加工表面需切除的金属层较厚，需要分几次切削，则每进行一次切削就是一次走刀。工件在加工前，在机床或夹具中相对刀具应有一个正确的位置并给予固定，这个过程称为装夹，一次装夹所完成的那部分加工过程称为安装。安装是工序的一部分。每一个工序可能有一次安装，也可能有几次安装。在同一工序中，安装次数应尽量减少，这样既可以提高生产效率，又可以减少由于多次安装带来的加工误差。为减少工序中的装夹次数，常采用回转工作台或回转夹具，使工件在一次安装中，可先后在机床上占有不同的位置进行连续加工，每一个位置所完成的那部分工序，称一个工位。工厂制造产品(或零件)的年产量，称为生产纲领。N为零件的生产纲领(件/年)；Q为产品的生产纲领(台/年)；n为每台产品中包含该零件的数量(件/台)；a为该零件备件的百分率；b为该零件废品的百分率。根据产品的生产纲领的大小和品种的多少，模具制造业的生产类型主要可分为：单件生产和成批生产。单件生产：单个地生产不同结构和不同尺寸的产品，并且很少重复。例如，重型机器制造、专业设备制造和新产品试制等。成批生产：一年中分批地制造相同的产品，制造过程有一定的重复性。例如，机床制造就是比较典型的成批生产。每批制造的相同产品的数量称为批量。根据批量的大小，成批生产又可分为：工艺规程是记述由毛坯加工成为零件的一种工艺文件，它简要地规定了零件的加工顺序、选用机床、工具、工序的技术要求以及必要的操作方法等。因此，工艺规程具有指导生产和组织工艺准备的作用，是生产中必不可少的技术文件。二、工艺规程制定的原则和步骤1）技术上的先进性。2）经济上的合理性。3）有良好的劳动条件。制定工艺规程的原则1）对产品装配图和零件图的分析与工艺审查。2）确定生产类型。3）确定毛坯的种类和尺寸。4）选择定位基准和主要表面的加工方法，拟定零件加工工艺路线。5）确定各工序余量，计算工序尺寸、公差，提出其技术要求。6）确定机床、工艺装备、切削用量及时间定额。7）填写工艺文件。制定工艺规程的步骤将工艺规程的内容，填入一定格式的卡片，即为生产准备和施工依据的技术文件，称为工艺文件。（1）工艺过程综合卡片（2）工艺卡片（3）工序卡片模具产品的生产，设计图纸就相当于工作指令，同时也是设计工艺过程的基本原始资料。工艺人员在拟定工艺方案的时候，首先要认真领会该产品的功用和各零件的结构特点，分析它的工艺性，基准情况以及应该采用什么样的加工方法。然后了解各项技术要求，分析关键所在，建立起如何保证加工质量的概念。三、产品图样的工艺分析零件结构的工艺性，是指所设计的零件在满足使用要求的前提下制造的可行性和经济性。零件结构的工艺性好是指零件的结构形状在满足使用要求的前提下，按现有的生产条件能用较经济的方法方便地加工出来。机械零件都是根据使用需要而设计的，所以各个零件的形状、尺寸相差很大。但如果从形体上分析，都是由单一的表面所组成，这些表面大致可分为：(1)基本表面属于一般常见的简单几何形状，如平面、圆柱面、圆球面以及由这些表面所派生的圆锥、圆台、棱柱、棱台等。(2)特形表面都属较为复杂的曲线、曲面所组成，如螺旋面、椭圆或椭球面、抛物面、双曲面及渐开线或摆线齿轮表面等。简单的零件可由一种表面构成。复杂的零件，可能由好几种表面所构成。需进一步分析各组成表面的连接形式，在头脑里构成一个立体形象，而后才可以较为正确地选择加工方法，研究怎样入手加工。零件的技术要求分析零件的技术要求包括下列几个方面：（1）主要加工表面的尺寸精度；（2）主要加工表面的几何形状精度；（3）主要加工表面之间的相互位置精度；（4）零件表面质量；（5）零件材料、热处理要求及其他要求。首先，根据零件主要表面的精度和表面质量的要求，初步确定为达到这些要求所需要的最终加工方法，然后再确定相应的中间工序及粗加工工序所需的加工方法。例如：对于孔径不大的IT7级精度的内孔，最终加工方法取精铰时，则精铰孔之前，通常要经过钻孔、扩孔和粗铰孔等加工。加工表面之间的相对位置要求，包括表面之间的尺寸联系和相对位置精度。认真分析零件图上尺寸的标注及主要表面的位置精度，即可初步确定各加工表面的加工顺序。零件的热处理会影响加工方法和加工余量的选择。例如：要求渗碳淬火的零件，热处理后一般变形较大。对于零件上精度要求较高的表面，工艺上要安排精加工工序（多为磨削加工），而且要适当加大精加工的工序加工余量。在研究零件图时，如发现图样上的视图、尺寸标注、技术要求有错误或遗漏、结构工艺性不好时，应提出修改意见。但修改时必须征得设计人员的同意，并经过一定的审批手续。四、毛坯设计毛坯是根据零件所要求的形状、工艺尺寸等而制成的供进一步加工用的生产对象。重要性：正确选择毛坯，对降低生产成本作用较大；对于模具零件加工的工艺性以及模具质量和寿命都有很大的影响。毛坯形式的选择基于以下两点：模具材料的类别：上模座、下模座、凸模、凹模、工作零件、一般结构件。模具零件几何形状特征和尺寸关系。毛坯形式原型材锻造件铸造件半成品件型材（sectionbar）是铁或钢以及具有一定强度和韧性的材料（如塑料、铝、玻璃纤维等）通过轧制，挤出，铸造等工艺制成的具有一定几何形状的物体。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，经过下料以后直接送往加工车间进行表面加工的毛坯。原型材锻造件锻件毛坯是经原型材下料，再通过锻造获得合理的几何形状和尺寸的坯料。锻造的目的通过锻造，打碎共晶网状碳化物，并使碳化物分布均匀，晶粒组织细化，才能充分发挥材料的力学性能，提高模具零件的加工工艺性和使用寿命。锻件毛坯模具零件锻造的几何形状多为圆柱形、原板形、矩形，也有少数为T形、L形、П形等形状。锻件下料尺寸的确定：在圆棒料的下料长度(L)和圆棒料的直径(d)的关系上，应满足L=(1.25~2.5)d。在满足上述关系的前提下，尽量选用小规格的圆棒料。锻件毛坯下料尺寸的确定：计算锻件坯料体积V坯：V坯=V锻KV锻为锻件的体积；K为损耗系数；K=1.05~1.10总损耗量：烧损量、切头损耗、芯料损耗加工余量：为保证加工精度和工件尺寸，在工艺设计时预先增加而在加工时去除的一部分工件尺寸量。总损耗量：烧损量、切头损耗、芯料损耗烧损量包括坯料在加热和锻打时产生的氧化皮而形成的材料损耗，它和坯料加热次数、加热条件有关。切头损耗指在锻造时由于切除锻件两端不平和裂纹部分的损耗，一般较小锻件不考虑这部分损耗。芯料损耗指锻件需要冲孔而产生的损耗。计算锻件坯料尺寸：理论圆棒料直径D理为圆棒料的直径按现有棒料的直径规格选取，当D理比较接近实有规格时，D实≈D理。圆棒料的长度L实应根据锻件毛坯的质量和选定的坯料直径，查选棒料长度重量表确定。计算完D实和L实后应验证锻造比，如果不符合要求，应重新选择D实。30.637DV理坯冲压模具的上模座和下模座、大型塑料模的框架、吹塑模具和注射模具中的铸造铝合金、大中型冲压成形模的工作零件等均为铸件。对于铸件的质量要求主要有：1）化学成分和力学性能应符合图样规定的材料牌号标准；2）铸件的形状和尺寸要求应符合铸件图的规定；3）铸件的表面应进行清砂处理；去除结疤、飞边和毛刺；4）铸件内部，特别是靠近工作面处不得有气孔、砂眼、裂纹等缺陷；非工作面不得有严重的疏松和较大的缩孔；5）铸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。铸件金属材料抵抗硬的物体压陷表面的能力，称为硬度HBS(布氏硬度)是硬度指标。布氏硬度是根据压痕单位表面积上的载荷大小来计算硬度值，它不适用于测定硬度较高的材料。布氏硬度＝F(载荷)/A凹（压痕球形表面积）HT200指的是最低抗拉强度为200MPa的灰铸铁。HT250指的是最低抗拉强度为250MPa的灰铸铁。塑料注射模标准模架的应用日益广泛。当采购这些半成品后，再进行成形表面和相关部位的加工，对于降低模具成本和缩短模具制造周期都是大有好处的。这种毛坯形式应该成为模具零件毛坯的主要形式。半成品件考考你1.什么是模具加工工艺规程、工序、工步？2.零件的技术要求包括哪几个方面？本次课结束！五、定位基准的选择重要意义：定位基准选择的好坏，不仅影响零件加工的位置精度，而且对零件各表面的加工顺序也有很大的影响。一般来讲，基准就是零件上用以确定其他点、线、面的位置所依据的点、线、面。基准设计基准工艺基准定位基准测量基准装配基准在零件图上用以确定其他点、线、面的基准零件在加工和装配过程中所使用的基准。基准加工时使工件在机床或夹具中占据一正确位置用以测量已加工表面尺寸及位置的基准装配时用以确定零件在部件或产品中的位置工件的安装方式安装方式直接找正法划线找正法采用夹具安装安装：定位→夹紧影响：加工精度、工件安装的快慢、稳定性、生产率直接找正法具体的方式是在工件直接装在机床上后，用千分表或划针，以目测法校正工件的正确位置，一边校验，一边找正，直至合乎要求。直接找正法的定位精度和找正的快慢，取决于找正的方法、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。此外，对工件的定位精度要求较高，例如误差小于0.01~0.05mm时，如果采用夹具，因其本身有制造误差，而难以达到要求，就不得不使用精密量具和由较高技术的工人用直接找正法来定位，以达到其精度要求。直接找正百分表找正划线找正法此法是在机床上用划针按毛坯或半成品上所划的线来找正工作，使其获得正确位置的一种方法。该法多用于生产批量较小，毛坯精度低，以及大型工件等不宜使用夹具的粗加工中。划线找正采用夹具安装夹具是机床的一种附加装置，它在机床上相对刀具的位置，在工件未安装前以预先调整好，所以在加工一批工件时，不必再逐个找正定位，就能保证加工的技术要求，既省工又省事，是先进的定位方法，在成批和大量生产中广泛应用。包括粗基准的选择和最终工序（含中间工序）所用的精基准的选