第6讲-工艺路线的拟定

2模具设计与制造专业主要专业课程第6讲工艺路线的拟订1.7.1表面加工方法的选择1.7.2工艺阶段的划分1.7.3工序的划分1.7.4加工顺序的安排1.8.1加工余量的概念1.8.2影响加工余量的因素1.8.3确定加工余量的方法工艺路线是工艺设计的总体布局,其任务是选择零件表面的加工方法、确定加工顺序、划分工序。1.7.1加工方法的选择对于精度要求高的表面，在选择加工方法时，总是根据各种加工方法所能达到的经济加工精度和表面粗糙度来选择它的最后加工方法。然后再选定前面一系列准备工序的加工方法和顺序，经过逐次加工达到其设计要求。经济加工精度是指在正常的加工条件下（采用标准的设备、工艺装备和标准技术等级工人，不延长加工时间）容易保证的加工精度。常见的加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度可查阅有关工艺手册。选择加工方法考虑的因素是：零件形状、尺寸精度和表面粗糙度、材料及热处理要求，还要充分利用现有设备。1、零件粗加工方法的选择原则①旋转体表面、端面和中心孔选择普通车床加工，母线为曲线的旋转体用仿形车床加工。②平面选择铣床或刨床加工。③一般孔系由钳工划线钻孔或按其它零件配钻。④直径大于30mm的孔，通常采用钻孔后扩孔的方法加工。⑤外形表面中的划线面、基准面、安装面等要求较高的面，在铣或刨削加工后再平面磨削加工，以保证平行度和垂直度及表面粗糙度要求。2、零件精加工方法的选择原则①直通式凸模和型孔类成形表面选择线切割加工。②形状复杂的细小零件，带有尖角、窄缝的型孔选择线切割加工。③难加工金属零件的内外表面除盲孔外，选择线切割加工。④带锥度的内外形面选择线切割加工。⑤硬度高的型腔选择电火花成形加工。⑥型腔中不通的小孔和窄缝，立体曲面及图文选择电火花成形加工。⑦数控铣无法加工的型腔尖角部位选择电火花成形加工。⑧在已淬硬的零件上追加孔选择电火花成形加工。50⑨硬度不高的型腔优先选择数控铣加工，局部不能加工的地方用电火花成形加工。⑩回转体型腔、型芯和复杂回转体零件选择数控车床加工。⑾平面、内外圆柱面、内外锥面和直通式凸模的成形面，可选不同类型的磨床加工。⑿孔及孔系的精密加工，可选坐标镗床加工或线切割加工。冲模工作零件的型孔主要加工手段是线切割。塑料模、压铸模型腔主要加工手段是数控铣和电火花成形。外圆表面加工方案序号加工方案经济精度经济粗糙度Ra/µm适用范围1粗车IT1112.5适用于淬火钢以外的各种金属2粗车—半精车IT8‾106.3‾3.23粗车—半精车—精车IT7‾81.6‾0.84粗车—半精车—精车—滚压（或抛光）IT7‾80.2‾0.0255粗车—半精车—磨削IT7‾80.8‾0.4主要适于淬火钢，也可用于非淬火钢，但不宜加工有色金属6粗车—半精车—粗磨—精磨IT6‾70.4‾0.17粗车—半精车—粗磨—精磨—超精加工（或轮式超精磨）IT50.1‾Rz0.18粗车—半精车—精车—金刚石车IT6‾70.4‾0.025主要用于要求较高的有色金属加工9粗车—半精车—粗磨—精磨—超精磨或镜面磨IT5以上0.025‾Rz0.05极高精度的外圆加工10粗车—半精车—粗磨—精磨—研磨IT5以上0.1‾Rz0.05内孔表面加工方案序号加工方案经济精度经济粗糙度Ra/µm适用范围1钻IT1112.5加工未淬火钢及铸铁的实心毛坯，也适于有色金属加工。孔径小于15‾20mm2钻—铰IT8‾106.3‾1.63钻—粗铰—精铰IT7‾81.6‾0.84钻—扩IT10‾1112.5‾6.3加工未淬火钢及铸铁的实心毛坯，也适于有色金属加工。孔径大于15‾20mm5钻—扩—铰IT8‾93.2‾1.66钻—扩—粗铰—精铰IT71.6‾0.87钻—扩—机铰—手铰IT6‾70.4‾0.28钻—扩—拉IT7‾91.6‾0.1大批大量生产（精度由拉刀的精度而定）9粗镗（或扩孔）IT1112.5除淬火钢以外的各种材料，毛坯已有底孔10粗镗（粗扩）—半精镗（精扩）IT9‾103.2‾1.611粗镗（粗扩）—半精镗（精扩）—精镗（铰）IT7‾81.6‾0.812粗镗（粗扩）—半精镗（精扩）—精镗—浮动镗刀精镗IT6‾70.8‾0.413粗镗（粗扩）—半精镗—磨孔IT7‾80.8‾0.2主要适于淬火钢，也可用于非淬火钢，但不宜加工有色金属14粗镗（粗扩）—半精镗—粗磨—精磨IT6‾70.2‾0.115粗镗—半精镗—精镗—精细镗（金刚镗）IT6‾70.05‾0.4主要用于要求较高的有色金属加工16钻—（扩）—粗铰—精铰—珩磨；钻—（扩）—拉—珩磨；粗镗—半精镗—精镗—珩磨IT6‾70.025‾0.2适于很高精度的孔加工17以研磨代替上述方法中的珩磨IT5‾60.006‾0.1平面加工方案序号加工方案经济精度经济粗糙度Ra/µm适用范围1粗车IT1112.5端面加工2粗车—半精车IT8‾106.3‾3.23粗车—半精车—精车IT7‾81.6‾0.84粗车—半精车—磨削IT6‾80.2‾0.85粗刨（或粗铣）IT1112.5一般加工不淬硬平面（端铣Ra值较小）6粗刨（或粗铣）—精刨（或精铣）IT8‾106.3‾1.67粗刨（或粗铣）—精刨（或精铣）—刮研IT6‾70.8‾0.1精度较高的不淬硬平面，批量大时宜采用方案88以宽刃精刨代替上述刮研IT70.8‾0.29粗刨（或粗铣）—精刨（或精铣）—磨削IT70.8‾0.2精度要求高的平面加工10粗刨（或粗铣）—精刨（或精铣）—粗磨—精磨IT6‾70.025‾0.411粗铣—拉IT7‾90.8‾0.2大批量生产较小的平面（精度由拉刀的精度而定）12粗铣—精铣—磨削—研磨IT5以上0.1‾Rz0.05高精度平面选择加工方法时，一般先根据表面的精度和粗糙度要求来选定最终加工方法，然后再确定准备工序的加工方法。选择加工方法时还要考虑零件形状、材料及热处理要求等，同时结合工厂实际，兼顾质量和经济效益。选择零件表面的加工方案必须在保证零件达到图纸要求方面是稳定而可靠的，并在生产率和加工成本方面是最经济合理的。【例题1】表格应用的举例：要求孔的加工精度为IT7级，粗糙度Ra=1.6～3.2μm，确定孔的加工方案。查表6-8可有下面四种加工方案：①钻——扩——粗铰——精铰；②粗镗——半精镗——精镗；③粗镗——半精镗——粗磨——精磨；④钻(扩)——拉。方案①铰孔用得最多，在大批、大量生产中常用在自动机床或组合机床上，在成批生产中常用在立钻、摇臂钻、六角车床等连续进行各个工步加工的机床上。该方案一般用于加工不太大的孔，工件材料为未淬火钢或铸铁；不适于铰削加工大孔径，否则刀具过于笨重。方案②镗削加工适合加工大孔，用于加工毛坯本身有铸出或锻出的孔，但其直径不宜太小，否则因镗杆太细容易发生变形而影响加工精度，箱体零件的孔加工常用这种方案。方案③精加工采用磨削加工，适用于需淬火的工件。方案④精加工用拉削加工，适用于成批或大量生产的中小型零件，其材料为未淬火钢、铸铁及有色金属。1.7.2工艺阶段的划分模具零件的工艺阶段可分为四阶段：粗加工、半精加工、精加工及修配、光整加工。（1）粗加工阶段主要任务是切除加工表面上的大部分余量，使毛坯的形状和尺寸尽量接近成品。粗加工阶段加工精度要求不高，切削用量大，重点考虑的是提高生产率。毛坯余量大时，需多次走刀，正常余量时尽量一次走刀完成粗加工。余量小，精度高的毛坯可直接半精加工。（2）半精加工阶段为主要表面的精加工作好必要的精度和余量准备，并完成一些次要表面的加工。（3）精加工阶段使要求高的表面达到规定要求，重点保证质量。要求的加工精度高，切削余量和切削用量较小。（4）光整加工阶段提高被加工表面的尺寸精度和减少表面粗糙度，一般不能纠正形状和位置误差。•为什么要划分工艺阶段？•零件的精度只能逐步提高，在机加工中要想一刀就能切出很高的精度是很难做到的。零件在粗加工阶段因为余量大，产生的切削力和切削热就很大，所需的夹紧力也很大，因而工件的变形就大，所以粗加工阶段不可能达到高的加工精度和较小的表面粗糙度数值。粗加工后再进行半精加工、精加工，逐步减小切削用量、切削力和切削热。可以逐步减小或消除先行工序的加工误差，减小表面粗糙度，最后达到设计图样所规定的加工要求。工艺阶段划分的作用（1）多次加工可逐步纠正误差，保证产品质量。（2）合理使用设备，粗加工和精加工选择不同精度的设备。（3）便于热处理工序的安排，使热处理与切削加工工序配合更合理。（4）便于及时发现毛坯缺陷和保护已加工表面。拟订工艺路线一般应遵循工艺路线划分的原则，但不能绝对化。当毛坯质量高，加工余量小时不必划分加工阶段；1.7.3工序的划分工序划分时可以采用工序集中或工序分散的原则。如果在每道工序中安排的加工内容多，则用较少的工序就能完成零件加工，工序少称为工序集中；反之，工序多则称为工序分散。工序集中的特点是：①可以减少装夹次数和辅助时间，减少工件在机床之间的搬运次数，有利于缩短生产周期。一次装夹后加工多个表面，容易保证各表面的位置精度。②可减少机床数和工人数，生产调度容易。③对工人技术水平要求高。单件小批生产一般采用工序集中，模具制造采用的就是工序集中的原则。工序分散的特点：①机床设备及工装比较简单，调整方便，工人容易掌握；②可以采用最合理的切削用量，减少机动时间；③设备数量多，操作工人多，生产面积大。大批大量生产较多采用工序分散。1.7.4加工顺序的安排原则：基准先行，先粗后精，先主后次，先面后孔，适当安排热处理，辅助工序要按需设置。先加工基准面，以便后续工序装夹定位。划分加工阶段，使粗加工的误差和变形可通过半精加工或精加工纠正，逐步提高精度和表面质量。主要表面加工容易出废品，先加工主要表面，可避免工时浪费。先加工平面，后加工孔，便于工件定位安装，保证孔与平面的位置精度。改善加工性能的预备热处理放在粗加工前；如：锻造/铸造—退火/正火—粗加工—调质—半精加工为提高零件硬度和耐磨性的热处理工序安排在粗加工之后，精加工之前；如：半精加工—淬火或渗碳淬火—精加工（磨削、电加工）渗氮、发蓝、镀铬等热处理变形小的方法安排在最终加工之后。检验、去毛刺、倒棱、清洗、防锈等辅助工序要按需设置，不能遗漏。毛坯或半成品上留作加工用的材料层厚度，称为加工余量。加工余量又有加工总余量（毛坯余量）和工序余量之分。某一表面从毛坯到最后成品切除掉的总金属层厚度，即毛坯尺寸与零件设计尺寸之差称为总余量或毛坯余量。相邻两工序尺寸之差称为工序余量。毛坯余量等于同一加工表面各道工序余量之和。1.8加工余量的确定1.8.1加工余量的概念加工余量分单面余量和双面余量。对于对称表面或回转体表面，其加工余量是对称分布的，一般采用双面余量；不对称的表面或平面，一般采用单面余量。工序尺寸公差一般按“入体原则”标注单向公差，公差是指向材料内部的，允许轴减小或孔增大。即对被包容尺寸(轴径)取下偏差，上偏差为0，其最大尺寸就是基本尺寸；对包容尺寸(孔径、槽宽)取上偏差，下偏差为0，其最小尺寸就是基本尺寸。毛坯尺寸的公差一般采用双向公差。轴和孔的毛坯余量的分布情况加工余量的大小影响零件的加工质量和成本。余量过大会使加工量增加，生产率下降，浪费材料和能源，使加工成本提高。余量过小不易保证质量，甚至出现废品。确定工序余量原则是：各工序的最小加工余量应保证被加工表面在前道工序产生的各种误差和表面缺陷能被相邻的后续工序去除，保证加工质量。所谓加工余量合适，是指既能切除误差和表面缺陷又不致加工成本过高。影响加工余量的因素如下：1、被加工表面上由前道工序产生的粗糙度和表面缺陷层深度；2、被加工表面上由前道工序产生的尺寸误差和几何形状误差；3、前道工序引起的被加工表面的位置误差；4、本道工序的装夹误差及工人技术水平。确定加工余量时除考虑这些因素外，还应考虑生产批量及零件的复杂程度等条件。1.8.3确定加工余量的方法确定加工余量有计算法、查表法和经验估计法等三种方法。1、计算法在掌握影响加工余量的各种因素具体数据的条件下，用计算法确定加工余量比较科学。但己经积累的统计资料不多，计算有困难，目前应用较少。2、经验估计法加工余量由一些有经验的工