《模具制造工藝學》第1章

模具制造工藝學第一章模具制造工藝基礎(chǔ)本章應知本章應會1．模具制造工藝過程。2．技術(shù)經(jīng)濟指標。3．機械加工的表面質(zhì)量和振動的概念。1．進行零件的工藝分析。2．能夠分析加工表面的加工質(zhì)量。3．擬訂工藝路線。第一章模具制造工藝基礎(chǔ)第一節(jié)模具的制造工藝過程一、模具制造工藝基本概述1．工藝規(guī)程的性質(zhì)和作用模具零件加工工藝規(guī)程就是以規(guī)范的表格形式和必要的圖文，將模具制造的工藝過程以及各工序的加工順序、內(nèi)容、方法和技術(shù)要求，所配置的設備和輔助工裝，所需加工工時和加工余量等內(nèi)容，按加工順序，完整有序地編入其中所形成的模具制造過程的指導性技術(shù)文件。因此，模具制造工藝規(guī)程的作用是用以組織、指導、管理和控制模具制造的各個工序。2．制訂工藝規(guī)程的要點1）技術(shù)上具有先進性，盡可能采用國內(nèi)外的先進工藝技術(shù)和設備，取人之長，補己之短。2）選擇成本最低，即能源、物資消耗最低，最易于加工的方案。3）既要選擇機械化、自動化程度高的加工方法以減輕工人的體力勞動，又要適應環(huán)保的要求，為工人創(chuàng)造一個安全、良好的工作環(huán)境。3．制訂工藝規(guī)程的步驟1）首先應對模具的設計意圖和整體結(jié)構(gòu)、各零部件的相互關(guān)系和功能以及配合要求等有詳盡透徹的了解。這樣才能事先發(fā)現(xiàn)問題，進行修改使之便于加工和裝配。2）根據(jù)每個零件的數(shù)量確定其采用單件生產(chǎn)還是多件生產(chǎn)方式(多型腔模具)。第一節(jié)模具的制造工藝過程3）根據(jù)所采用的毛坯類型確定毛坯的下料尺寸。4）根據(jù)圖紙的技術(shù)要求，選定主要加工面的加工方法和定位基準，并確定該零件的加工順序。5）確定各工序的加工余量，即各工序的加工尺寸和公差以及技術(shù)要求。6）配置相符的機床、刀具、夾具、工具、量具。7）確定各工序的切削參數(shù)和工時定額。8）填寫并完成工藝過程綜合卡的制訂，經(jīng)審批后下達實施。二、模具制造周期和成本控制1．模具制造周期控制模具制造時間，即制造周期，是交模期中最關(guān)鍵、最重要的階段。因此，在模具生產(chǎn)過程中，在保證模具制造精度和質(zhì)量的基礎(chǔ)上，控制與保證模具制造周期是企業(yè)最重要的任務。第一節(jié)模具的制造工藝過程（1）企業(yè)生產(chǎn)裝備的先進性與配套性（2）生產(chǎn)計劃性模具的生產(chǎn)計劃包括：1）大計劃2）小計劃3）作業(yè)計劃（3）制造周期控制與管理的格式化格式化包括：規(guī)范化的文件和圖表的應用。2．模具成本控制第一節(jié)模具的制造工藝過程三、模具生產(chǎn)過程與工藝過程1．模具生產(chǎn)過程模具生產(chǎn)過程，是指將用戶提供的產(chǎn)品信息，制件的技術(shù)信息，通過結(jié)構(gòu)分析、工藝性分析，設計成模具，并在此基礎(chǔ)上，將原材料經(jīng)過加工、裝配，轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂惺褂眯阅艿某尚喂ぞ叩娜^程。模具生產(chǎn)過程分以下六個階段：（1)模具方案策劃（2)模具結(jié)構(gòu)技術(shù)設計（3)生產(chǎn)準備（4)模具成形件加工(6)驗收與試用（5)裝配與試模（7）整理和記錄第一節(jié)模具的制造工藝過程2．模具制造工藝過程模具制造工藝過程是模具生產(chǎn)過程的主要部分，即從生產(chǎn)準備到驗收、試用合格之前，共五個階段屬于制造工藝過程。四、模具零件加工工藝過程的組成模具零件主要有：標準、通用零件和成形件兩大類。這些零件加工工藝過程的組成包括以下內(nèi)容：第一節(jié)模具的制造工藝過程（1）工序一個或一組工人，在一個工作地點對同一個或同時對幾個工件所連續(xù)完成的那一部分工藝過程稱為工序。工序是構(gòu)成工藝過程的基本單位，判斷加工內(nèi)容是否屬于同一個工序，關(guān)鍵在于是否連續(xù)加工同一零件。（2）安裝（3）工位為了完成一定的工序部分，一次裝夾工件后，工件(或裝配單元)與夾具或設備的可動部分一起相對刀具或設備的固定部分所占據(jù)的每一個位置稱為工位。（4）工步在加工表面和加工工具不變的情況下，所連續(xù)完成的那一部分工序稱為工步。（5）進給第一節(jié)模具的制造工藝過程五、模具成形件制造工藝與加工工序（1）成形件制造工藝及其加工工藝類型成形件的制造工藝過程為：1)成形件成形加工2)成形件熱處理工藝3)成形件型面的精飾加工沖模、成形模成形件型面的成形加工已成為關(guān)鍵加工工藝。常用于成形件成形加工的工藝方法有以下幾種：1)數(shù)控成形銑削工藝2)電火花成形加工工藝3）數(shù)控、精密坐標孔系加工工藝4)數(shù)控、精密電火花線切割工藝5）精密成形磨削工藝6）成形模型腔的擠壓成形工藝第一節(jié)模具的制造工藝過程（2）模具成形件的加工工序1)粗加工工序：粗加工為精加工的預加工工序2)精加工工序：一般可作為最終加工工序3)精飾加工工序：一般在熱處后進行，其工藝內(nèi)容包括研磨、拋光、皮紋加工等。第一節(jié)模具的制造工藝過程第二節(jié)模具的技術(shù)經(jīng)濟指標一、模具的精度和剛度1．模具的精度模具的精度主要體現(xiàn)在模具工作零件的精度和相關(guān)部位的配合精度。一般模具的精度也應與產(chǎn)品制件的精度相協(xié)調(diào)，同時也受模具加工技術(shù)手段的制約。1）產(chǎn)品制件精度2）模具加工技術(shù)手段的水平3）模具裝配鉗工的技術(shù)水平4）模具制造的生產(chǎn)方式和管理水平影響模具精度的主要因素有：2．模具剛度對于高速沖壓模、大型件沖壓成形模、精密塑料模和大型塑料模，不僅要求其精度高，還應有良好的剛度。二、模具的生產(chǎn)周期模具的生產(chǎn)周期是從接受模具訂貨任務開始到模具試模鑒定后交付合格模具所用的時間。第二節(jié)模具的技術(shù)經(jīng)濟指標影響模具生產(chǎn)周期的主要因素有：（1）模具技術(shù)和生產(chǎn)的標準化程度（2）模具企業(yè)的專門化程度（3）模具生產(chǎn)技術(shù)手段的現(xiàn)代化（4）模具生產(chǎn)的經(jīng)營和管理水平第二節(jié)模具的技術(shù)經(jīng)濟指標三、模具生產(chǎn)成本模具生產(chǎn)成本是指企業(yè)為生產(chǎn)和銷售模具支付費用的總和。影響模具生產(chǎn)成本的主要因素有：（1）模具結(jié)構(gòu)的復雜程度和模具功能的高低（2）模具精度的高低（3）模具材料的選擇（4）模具加工設備（5）模具的標準化程度和企業(yè)生產(chǎn)的專門化程度第二節(jié)模具的技術(shù)經(jīng)濟指標四、模具壽命模具壽命是指在保證模具產(chǎn)品零件質(zhì)量的前提下，所能加工的制件的總數(shù)量，它包括工作面的多次修磨和易損件更換后的壽命。影響模具壽命的主要因素有：（1）模具結(jié)構(gòu)（2）模具材料（3）模具加工質(zhì)量（4）模具工作狀態(tài)（5）產(chǎn)品零件狀況第二節(jié)模具的技術(shù)經(jīng)濟指標第三節(jié)零件的工藝分析一、零件結(jié)構(gòu)的工藝分析機械零件都是根據(jù)使用需要而設計的，所以各個零件的形狀、尺寸相差很大。如果從形體上都是由單一的表面所組成，這些表面大致可分為：1）基本表面2）特形表面研究零件結(jié)構(gòu)，首先要分析該零件是由哪些表面所組成，因為表面形狀是選擇加工方法的基本因素之一。分析零件結(jié)構(gòu)，不僅要注意零件各構(gòu)成表面的形狀尺寸，還要注意這些表面的不同組合。表1?1零件結(jié)構(gòu)的工藝性對比第三節(jié)零件的工藝分析第三節(jié)零件的工藝分析二、零件的技術(shù)要求分析零件的技術(shù)要求，包括被加工表面的尺寸精度、幾何形狀精度、各表面之間的相互位置精度、表面質(zhì)量、零件材料、熱處理要求及其他要求，這些要求對制定工藝方案往往有重要影響。三、零件圖的工藝分析必須在認真分析產(chǎn)品圖樣，尤其是各個零件圖的基礎(chǔ)上，才能考慮工序安排及其他各工藝內(nèi)容。四、各零件所用原材料五、其他技術(shù)要求1）熱處理、表面處理及其他防腐處理。2）特殊檢驗方法，如磁力探傷、熒光檢驗等。3）其他要求，如動平衡、退磁處理等。第三節(jié)零件的工藝分析第四節(jié)機械加工工藝表面質(zhì)量一、機械加工后的表面質(zhì)量表面質(zhì)量是指機械零件加工后表面層的狀態(tài)。其主要內(nèi)容包圖1?1表面層的幾何形狀特征括以下幾個部分（圖1?1）：1）表面粗糙度：反映的是零件被加工表面上的微觀幾何形狀誤差。2）表面波度：它是由機械加工中的振動引起的，介于幾何形狀誤差與表面粗糙度之間的周期性幾何形狀誤差。圖1?1表面層的幾何形狀特征二、機械加工表面質(zhì)量對零件使用性能的影響1．表面質(zhì)量對耐磨性的影響表面粗糙度對零件表面圖1?2表面粗糙度對初期磨損量的影響磨損有很大的影響。一般來說，表面粗糙度值如果過小，潤滑油不易儲存，使磨損程度增加。表面粗糙度值過大，使實際接觸的面積減小，單位應力大大增加，會引起更嚴重的磨損。因此，接觸面在一定工作條件下通常存在一個最佳表面粗糙度（圖1?2）。第四節(jié)機械加工工藝表面質(zhì)量圖1?2表面粗糙度對初期磨損量的影響第四節(jié)機械加工工藝表面質(zhì)量2．表面質(zhì)量對疲勞強度的影響（1）表面粗糙度對疲勞強度的影響（2）加工紋理方向（3）表面層殘余應力、冷作硬化對疲勞強度的影響1）表面層殘余應力2）表面層冷作硬化(簡稱冷硬)3．表面質(zhì)量對耐蝕性的影響零件表面的耐蝕性很大程度上取決于表面粗糙度。第四節(jié)機械加工工藝表面質(zhì)量4．表面質(zhì)量對配合質(zhì)量的影響表面粗糙度值的大小將影響配合表面的配合質(zhì)量。對于間隙配合，粗糙度值越大，則會使磨損越大，使間隙很快地增大，從而引起配合性質(zhì)的改變。5．表面質(zhì)量對零件的其他影響零件表面粗糙度值越大，接觸的表面之間的實際接觸面積就越小，單位面積受力就越大，會使凸峰處的塑性變形增大，使得零件的接觸剛度降低。第四節(jié)機械加工工藝表面質(zhì)量三、切削加工后的表面粗糙度切削加工后影響表面粗糙度的因素有三個方面：幾何因素、物理因素和工藝系統(tǒng)振動1．幾何因素刀具相對于工件作進給運動時，在加工表面留下了切削層殘留面積，其形狀是刀具幾何形狀的復映，見圖1?3。其理論上的最大表面粗糙度Rmax可由刀具形狀、進給量f按幾何關(guān)系求得，即第四節(jié)機械加工工藝表面質(zhì)量圖1?3切削加工后的殘留面積及其高度a)rε=0b）rε＞0且進給量f較小時第四節(jié)機械加工工藝表面質(zhì)量2．物理因素加工后的實際輪廓與圖1?4塑性材料切削加工后表面的實際輪廓與理論輪廓,理論輪廓見圖1?4。圖1?4塑性材料切削加工后表面的實際輪廓與理論輪廓第四節(jié)機械加工工藝表面質(zhì)量（1)工件材料的性質(zhì)工件材料韌性越高、塑性變形越大，加工表面就越粗糙。（2)積屑瘤與鱗刺現(xiàn)象金屬在切削過程中出現(xiàn)的積屑瘤與鱗刺等現(xiàn)象，增大了工件的表面粗糙度。（3）刀具打滑（4）后刀面的擠壓（5)刀具材料影響在相同切削條件下，硬質(zhì)合金刀具加工所得的粗糙度值小于高速鋼刀具加工所得的粗糙度值。3．工藝系統(tǒng)振動（詳見振動部分的內(nèi)容）第四節(jié)機械加工工藝表面質(zhì)量（1）合理的磨削參數(shù)為了直接減少磨削熱的發(fā)生，降低磨削區(qū)的溫度，應合理選擇磨削參數(shù)：減少砂輪速度和背吃刀量；適當提高進給量和工件速度。四、提高加工表面質(zhì)量的工藝方法1．減小殘余拉應力、防止磨削燒傷和磨削裂紋的工藝途徑的一項重要問題。解決的原則：一是減少磨削熱的發(fā)生，二是加速磨削熱的傳出。（2）選擇有效的冷卻方法選擇合適的磨削液和有效的冷卻方法。2．采用冷壓強化工藝（1）噴丸（2）滾壓第四節(jié)機械加工工藝表面質(zhì)量3．采用精密加工和光整加工工藝（1）精密加工工（2）光整加工工藝1)珩磨2)超精加工3)研磨4)拋光五、機械加工精度1．加工精度與加工誤差加工精度是指零件加工后的實際幾何參數(shù)(尺寸、形狀和表面間的相互位置)與理想幾何參數(shù)的符合程度。符合程度越高，加工精度越高。第四節(jié)機械加工工藝表面質(zhì)量2．原始誤差工藝系統(tǒng)的原始誤差主要有原理誤差、定位誤差、調(diào)整誤差、工藝系統(tǒng)的受力變形引起的加工誤差、工藝系統(tǒng)的受熱變形引起的加工誤差、機床傳動誤差、測量誤差等。3．影響機械加工精度的部分因素（1）工藝系統(tǒng)的受力變形對加工精度的影響1）工件剛度2）減小工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度影響的措施（2）工藝系統(tǒng)的熱變形對加工精度的影響減小工藝系統(tǒng)熱變形的途徑主要有：減少發(fā)熱源和隔熱；改善散熱條件；均衡溫度場；加快溫度場的平衡；控制環(huán)境溫度等。第四節(jié)機械加工工藝表面質(zhì)量4．提高加工精度的途徑第四節(jié)機械加工工藝表面質(zhì)量第五節(jié)機械加工過程中的振動一、機械加工過程中的強迫振動1．機械加工過程中的強迫振動（1）機械加工中的強迫振動與一般機械中的強迫振動沒有什么區(qū)別，強迫振動的頻率與干擾力的頻率相同或是干擾力的頻率的倍數(shù)。（2）強迫振動產(chǎn)生的原因強迫振動產(chǎn)生的振源有兩類，其中一類來自機床內(nèi)部，稱為機內(nèi)振源；另外，則是來自機床外部的機外振源。2．機械加工過程中強迫振動振源的查找方法在強迫振動特征中闡明，強迫振動的頻率總是與干擾力的頻率相等或者是它的倍數(shù)，可根據(jù)強迫振動的這個規(guī)律找到強迫振動的振源。3．防治強迫振動的主要途徑1）針對離心力問題，對工藝系統(tǒng)中的回轉(zhuǎn)體零件進行相應的靜、動平衡處理。2）提高裝配精度，減少激振力。3）提高工藝系統(tǒng)的剛度。4）采用消振與隔振措施，隔離機外振源對工藝系統(tǒng)的干擾。5）提高工藝系統(tǒng)中傳動件的精度，以減小沖擊。二、機械加工過程中的自激振動（顫振）1．機械加工過程中自激振動鑒別的簡單方法自激振動是由系統(tǒng)本身產(chǎn)生的交變力所激發(fā)和維持的振動，它是和切削過程緊密聯(lián)系的。在加工過程中，自激振動頻率與外激振源頻率無關(guān)。自激振動的振幅與振動周期內(nèi)獲得的能量有關(guān)。第五節(jié)機械加工過程中的振動2．機床加工過程中產(chǎn)生自激振動的條件如果在一個振動周期內(nèi)，振動系統(tǒng)從電動機獲得的能量大于振動系統(tǒng)對外界做功所消耗的能量，若兩者之差剛好能克服振動時阻尼所消耗的能量，則振動系統(tǒng)將有等幅振動運動產(chǎn)生。3．機械加工過程中自激振動的激振機理在金屬切削加工過程中，大多數(shù)情況下，刀具總是完全地或部分地在帶有波紋的表面上進行切削加工。4．自激振動的特征5．抑制自激振動的措施合理選擇刀具的幾何參數(shù)；合理選擇切削用量；提高工藝系統(tǒng)的抗振能力；調(diào)整振型和方位角；采用各種減振措施等。第五節(jié)機械加工過程中的振動三、機械加工過程中的自由振動（1）自由振動單自由度系統(tǒng)的無阻尼自由振動是一種簡諧運動，其周期T和頻率f的關(guān)系表達式為式中:

T——周期；f——頻率；k——彈性系數(shù)；m——質(zhì)量。第五節(jié)機械加工過程中的振動（2）自由振動特性1）常力并不能影響自由振動的固有頻率，只能改變系統(tǒng)中振動的平衡位置。2）自由振動的頻率f和圓頻率ωn只與振動系統(tǒng)的彈性k和慣性m有關(guān)，而與振動的初始條件無關(guān)。因此稱f為系統(tǒng)的固有頻率，稱ωn為系統(tǒng)的固有圓頻率。3）振幅是振動特性中重要的參數(shù)，它與初始條件有關(guān)，且與系統(tǒng)的彈性、慣性有關(guān)。四、阻尼1）阻尼的概念：在機械加工過程中，當忽略了阻尼影響時，所得結(jié)果基本上反映實際的振動規(guī)律，但也有一定的差別，見表1?2。第五節(jié)機械加工過程中的振動表1?2阻尼對振動的影響2）產(chǎn)生阻尼的原因有結(jié)構(gòu)與支承之間的外摩擦、材料之間的內(nèi)摩擦和周圍介質(zhì)的阻力。3）阻尼對強迫振動以及自由振動都是有影響的。五、控制機械加工振動的途徑控制機械加工振動的途徑包括：改善工藝系統(tǒng)的動態(tài)特性；消除或減弱產(chǎn)生振動的條件；采用消振或減振裝置。第五節(jié)機械加工過程中的振動第六節(jié)工藝路線的擬訂制訂機械加工工藝規(guī)程時，首先應擬訂零件(或產(chǎn)品)加工的工藝路線。它是工藝設計的總體布局。其主要任務是選擇零件表面的加工方法，確定加工順序，劃分工序。根據(jù)工藝制訂工藝路線時需要考慮的主要問題包括：怎樣選擇定位基準，怎樣選擇加工表面，怎樣選擇加工方法，工藝安排以及熱處理等。一、定位基準的選擇1．基準及其分類（1）設計基準設計圖樣上所采用的基準，稱為設計基準。設計基準可以是點、線或者面。（2）工藝基準在加工工藝過程中所采用的基準，稱為工藝基準。工藝基準按用途又可以分為：工序基準、定位基準、測量基準和裝配基準。1）工序基準：是在工序圖上用來確定工序所加工表面加工后的尺寸、形狀、位置的基準。但是，由于模具是單件生產(chǎn)，所以一般不繪制工序圖。2）定位基準：在加工過程中，為了能夠保證工件和機床、夾具之間的相對位置所使用的基準，稱為定位基準。3）測量基準：在測量時使用的基準，稱為測量基準。4）裝配基準：在裝配時，確定零件或部件在制件中的相對位置所使用的基準，稱為裝配基準。第六節(jié)工藝路線的擬訂2．定位基準的選擇（1）粗基準的選擇應遵循以下幾點原則：1）保證各加工表面的加工余量合理分配，應選擇余量較小的作為粗基準。2）為了保證加工表面與不加工表面的位置尺寸要求，應選不加工表面作為基準。3）若要保證某表面的余量均勻，就選擇該表面作為粗基準，進行加工。4）為了保證定位準確，夾緊可靠，應盡量選擇平整、表面粗糙度小的、有足夠大尺寸的表面作為粗基準。不允許有鍛造飛邊，鑄造澆、冒口或其他缺陷。5）一般情況下，粗基準不重復使用。第六節(jié)工藝路線的擬訂（2）精基準的選擇一般遵循以下原則：1）基準重合原則2）基準統(tǒng)一原則3）自為基準原則4）互為基準原則5）方便裝夾原則第六節(jié)工藝路線的擬訂二、表面加工方法的選擇選擇零件各表面加工方法的基本思路如下：1．被加工表面的精度和零件的結(jié)構(gòu)形狀2．零件材料的性質(zhì)及熱處理要求對于加工質(zhì)量要求高的有色金屬零件，一般采用精細車、精細銑或金剛鏜進行加工，應避免采用磨削加工，因為磨削有色金屬易堵塞砂輪。淬火后的鋼質(zhì)零件宜采用磨削加工和特種加工。3．生產(chǎn)率和經(jīng)濟性要求所選擇的零件加工方法，除保證產(chǎn)品的質(zhì)量和經(jīng)濟精度要求外，應有盡可能高的生產(chǎn)率。第六節(jié)工藝路線的擬訂三、工藝階段的劃分（1）粗加工階段主要任務是切除加工表面上的大部分余量，使毛坯的形狀和尺寸達到要求。