第7讲模具机械制造工艺规程

1第7讲模具制造一、概述1、模具制造概况随着全球经济一体化的到来，作为制造业明珠的模具制造业，也发生深刻变化，模具形状越来越复杂，制造精度越来越高，制造周期越来越短，同时模具寿命要求高，这些变化，迫使模具企业重视技术进步。目前模具设计制造广泛采用CAD/CAE/CAM/PDM技术，同时在技术装备上大规模采用高尖精设备，如高精度大规格的数控铣床、坐标磨床、精密数控电火花加工机床，甚至一些企业花巨资购买高速铣床，大型三坐标测量机。模具制造由传统得手工艺、普通机床制造转变为靠高精度设备保证质量速度得加工制造过程。22模具制造工艺特点1)模具制造的基本要求：模具制造精度高；使用寿命长；制造周期短；制造成本低。32)模具制造的特点制造质量要求高；精度＋/－0.01，Ra0.8形状复杂；3D曲面材料硬度高；合金工具钢、硬质合金、淬火的单件生产；订单式生产；生产不均衡工序多，制造周期长（调试）。42)模具制造的特点严格来说，模具制造也属机械制造的研究范畴。由于模具制造难度较大，与—般机械制造相比，有许多特殊性。(1)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土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Rd都要求小于0．8µm。(2)形状复杂模具的工作部分一般都是二维或三维的复杂曲面，而不是一般机械加工的简单几何体。(3)材料硬度高模具实际上相当于一种机械加工工具，其硬度要求较高，—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。(4)单件生产通常，生产其一个制品，—般都只需要一、二副模具，所以模具制造一般都是单件生产。每制造一副模具，都必须从设计开始，大约需要一个多月甚至几个月的时间才能完成．设计、制造周期都比较长。53模具制造的基本工艺路线64模具的主要加工方法机械加工特种加工包括电火花成形加工、线切割加工、电解、电化学抛光、电解磨削、电铸、化学蚀刻、超声波加工、激光加工等铸造加工7二、课程内容8§7模具的机械加工§7.1机械加工工艺规程1)生产过程生产过程是将原材料或半成品转变为成品所进行的全部过程。一、生产过程与工艺过程整机的制造过程、零件/部件的制造过程工厂的生产过程:各个车间的生产过程准备生产过程：原材料及半成品的供应、设备维修、质量检测、工具的制造以及专业化协作生产等。9总体设计零部件设计决定功能选择材料决定结构与尺寸制定技术条件绘出样图图7-1机械产品的生产过程决定生产方案制定工艺规程及工艺卡设计并制造工艺装备铸件锻件冲压件焊接件棒料非金属材料毛坯粗加工半精加工精加工热处理表面处理组件装配部件装配总装配调试检测外购件外协件标准件产品设计工艺准备毛坯制造机械加工装配调试技术与生产管理(包括检测)依具体要求贯穿全过程涂装出厂102)工艺过程工艺过程：加工对象性能的变化，包括几何形状、硬度、状态、信息量等等。而产生任何性能的变化必须具备三个基本要素：原料、能源、信息。工艺过程是生产过程的主要部分。一般工艺过程有锻压、铸造、机械加工、冲压、焊接、热处理、表面处理、装配和试车等。工艺过程是一个动态过程，表现为物质(原材料或生产对象)的变化和流动的过程；同时也反应了信息和能量的变化和流动的过程。是一个物质流动、信息流动和能量流动的综合动态过程。11二、工艺过程的组成机械加工工艺过程是由一系列工序组成的，毛坯依次通过这些工序变为成品。工序是工艺过程的基本组成部分。表1-4,5机械加工工艺过程卡片,机械加工工序卡片1工序在一个工作地点上、对一个工件(或—组工件)进行加工所进行的连续工作过程叫工序。划分工序的依据：1.工序中的工人、工件和所用机床或工作地点是否改变；2.二加工过程是否连续完成：如车床上的粗、精加工。120.03A0.03A0.025A1.6601.6A13工序工序内容设备1(1)粗车大端面、大外圆，钻孔；(2)调头,粗车小端面、小外圆、台阶端面，精车小端面、小外圆、台阶端面,倒角；(3)调头精车大端面、大外圆,精镗孔,倒角车床2磨小端面磨床3滚齿滚齿机4插键槽插床5检验检验台●单件小批生产14工序号工序内容设备1粗车大端面、大外圆，钻孔，内倒角车床12粗车小端面、小外圆、台阶端面，内倒角车床23拉孔拉床4精车小端面、小外圆、台阶端面，外倒角车床35精车大端面、大外圆、台阶，倒角车床46滚齿滚齿机7拉键槽拉床8检验检验台●大批生产15合并工步为简化工艺文件，对于在一次安装中连续进行的若干相同的工步，常可看为一个工步。如用一把钻头连续钻削几个相同尺寸的孔就认为是一个工步。2．工步工序可细分为多个工步。当加工表面不变，切削刀具不变，切削用量中的切削速度和进给量不变的情况下所完成的那一部分工艺过程称为工步。在大批量车削齿轮时，工序1包括下列4工步：①粗车大端面；②粗车大外圆；③钻孔；④倒角。16复合工步为了提高生产效率，用几把不同的刀具或复合刀具同时加工一个工件上的几个表面看成是一个工步。如图所示。图7-3复合工步173．走刀在一个工步中，用同一刀具、同一切削用量，对同一表面进行多次切削时，相对被加工表面移动一次，切去一层金属的过程，称为走刀，如图7－7所示。一个工步可包括一次或几次走刀。图7－4以棒料加工阶梯轴184.安装工件在机床或夹具中定位并夹紧的过程称为安装。在一个工序内，工件的加工可能只需安装一次．也可能需要安装几次。工件加工中应尽量减少安装次数，因为多一次安装就多一次安装误差，且增加安装工件的辅助时间。195.工位为了减少工件的安装次数，在加工中常采用各种回转工作台、回转夹具或移动夹具及多轴机床。工件在一次安装中，在机床上所占有的每一个位置上所完成的那一部分工作称为工位。多工位加工的好处：减少工件安装次数，缩短辅助时间，提高生产率，有利于保证加工精度。利用回转工作台的多工位加工钻孔扩孔铰孔20三、生产纲领、生产类型及其工艺特征1.生产纲领生产纲领指企业在计划期内应当生产的产品产量和进度计划。计划期通常为1年，生产纲领也称产品的年生产量。零件的生产纲领要计入备品及废品的数量。2.生产类型生产类型是指企业生产专业化程度的分类。产品的生产纲领决定了工厂的生产规模和生产方式。根据生产纲领、产品的复杂程度和质量的大小，生产方式可分为大量生产、成批生产(大批、中批与小批生产)和单件生产三种类型。21(1)单件生产单件生产的基本持点是生产的产品品种繁多，每种产品仅制造一个或少数几个少再重复生产。(2)成批生产一年中分批轮流地制造几种不同的产品，每种产品均有一定的数量，工作地的加工对象周期性地重复。(3)大量生产产品的数量很大，大多数工作地按照一定的生产节拍进行某种零件的某道工序的重复加工。小批生产和单件生产相似,常称单件小批生产,大批生产和大量生产相似,常称大批大量生产。22生产类型重型机械(W＞200Kg)中型机械(W＝200Kg)小型机械(W＜200Kg)单件生产5以下＜20＜100小批生产5～1020～200100～500中批生产------200～500500～5000大批生产------500～50005000～50000大量生产------＞5000＞50000注：W为零件的质量。表7-3生产类型与生产纲领的关系23各种生产类型的工艺过程特点生产类型单件、小批生产成批生产大批、大量生产加工对象经常换，不固定周期性更换固定不变零件互换性配对制造,无互换性,广泛用于钳工修配普遍具有互换性,一般不用试配全部互换,某些高精度配合件采用分组装配、配研或配磨毛坯制造与加工余量木模手工造型或自由锻造，毛坯精度低，加工余量大部分用金属模或模锻，毛坯精度及加工余量中等广泛采用金属模机器造型、精密铸造、模锻或其它高效成型方法，毛坯精度高及加工余量较小机床设备及布置通用设备，极少用数控机床，按机群布置通用机床及部分高效专用机床和数控机床等，按零件类别分工段布置广泛采用高效专用机床信自动机床，按流水线排列或采用自动线24各种生产类型的工艺过程特点(续)生产类型单件、小批生产成批生产大批、大量生产夹具与安装多用通用夹具，极少用专用夹具，通常用划线找正广泛使用专用夹具，部分用划线找正，广泛使用高效能的专用夹具尺寸获得方法试切法调整法调整法及自动化刀具与量具多用通用刀具与万能量具较多采用专用夹具与量具广泛使用高效能的专用刀具与量具工艺规程有简单的工艺路线卡有工艺规程，对关键工序有详细的工艺规程有详细的工艺规程生产率低中高成本高中低25一、工件的安装与基准§7.2安装与定位1.工件的安装定位:为使工件获得所需的尺寸精度、形状精度、位置精度和表面质量，在其机械加工过程中，使工件相对与机床、刀具占据一个正确位置的过程。夹紧:使工件在加工过程中保持所占据的确定位置不变的过程称。安装(装夹):定位与夹紧的总称。工件安装的好坏将直接影响零件的加工精度,而安装的快慢则影响生产率的高低。261)直接找正安装直接找正安装是用划针或百分表等直接在机床上找正工件的位置。图7-6直接找正安装特点:生产率低,适用于单件、小批量生产,形状简单的零件,对工人技术水平要求高。272)划线找正安装是用划针根据毛坏或半成品上所划的线为基准，找正它在机床上正确位置的一种装夹方法。特点:划线费时，技术水平要求高,定位精度不高。此安装只用于批量不大、形状复杂而笨重的工件,或毛坯的尺寸公差很大而无法采用夹具装夹的工件。图7-7按划线找正装夹283).专用夹具安装利用专用夹具上的定位夹紧元件能使工件迅速获得正确位置，并固定在夹具和机床上。特点：①定位方便、定位精度高、定位稳定，安装效率高；②生产率高，工件精度稳定；③工人技术水平要求低，适用于批量生产。292．基准及其分类基准就是“依据”的意思,在零件工作图或实际零件上,总要依据一些指定的点、线、面,来确定另一些点、线、面的位置。这些作为依据的点、线、面称为基准。包括设计基准和制造基准。制造基准:在制造过程(包括加工、定位、度量、装配)中采用的各种基准总称,又称工艺基准。包括工序基准、定位基准、度量基准和装配基准。设计基准：在设计零件图样时,以确定其他点、线、面位置的基准,即零件图纸上标注尺寸的起点，或中心线、对称线、圆心等。301)设计基准MⅠ312)制造基准(工艺基准)(a)工序基准(或原始基准)在工序简图上用来确定本工序加工表面加工后的尺寸、形状、位置的基准。工序尺寸a、b、φF、φC加工：E面φFD面φC基准：B面O轴线E面O轴线32(b)定位基准工件在夹具或机床上定位时，用以确定工件在工序尺寸方向上相对于刀具的正确位置的基准。AaEBFOOCbEDFOOa)b)作为定位基准的点或线,是以具体表面(基面)来体现的。对不同的工序尺寸,其定位基准的表面也不同。加工E面φFφAB面基准D面φCφFE面33(c)度量基准用于检验已加工表面的尺寸及各表面之间位置精度的基准。图7－10轴套圆跳动检验孔的轴线是用锥度心轴检验齿轮外圆和两个端面相对孔轴线的圆跳动时的度量基准。34(d)装配基准在机器装配中,用于确定零件或部件在机器中正确位置的基准。如图所示轴套，其孔以一定的配合精度安装在轴上决定其径向位置，并以端面A紧贴轴肩决定其轴向位置，轴套孔的轴线和端面A即为装配基准。图7－11轴套的装配基准35二、工件在夹具中的定位1.定位与夹紧定位与夹紧是安装工件的两个有联系的过程。工件在夹具中定位是要确定工件与夹具定位元件的相对位置，并通过导引元件或对刀装置来保证工件与刀具之间的相对位置，从而满足加工精度的要求。在工件定位以后，为了使工件在切削力等作用下能保持既定的位置不变，需将工件紧固。有些机构能使工件的定位与夹紧同时完成，例如三爪自定心卡盘。362.工件定位的基本原理工件的六个自由度zxyyzxOOxOzyZ→沿x、y、z轴的移动X↷绕x、y、z轴的转动X→Y→三维坐标系Z↷Y↷37工件加工时，需限制几个自由度呢?①保证加工尺寸A±δa