机1模具机械加工基础

1、1.1.1 基本概念 1、模具的生产过程和工艺过程 生产过程 将原材料或半成品转变为产品的各有关劳动过程的总和。 包含的主要内容有： 生产技术的准备过程；（图纸、工艺、原材料等） 毛坯的制造过程；（铸、锻、冲、锯、割等） 模具零件的各种加工过程；（机加工、焊接、热处理等） 模具的装配过程；（部装、总装、试模和油封等） 各种生产服务活动。（供应、运输、包装等辅助劳动） 模具制造过程复杂，标准化、专业化才能提高生产效率。 工艺过程 把原材料变为成品的各种直接有关的过程，如备制毛坯、 机械加工、热处理、表面处理和装配、试模等。 模具的机械加工工艺过程： 用机械加工的方法，直接改变毛坯的形状、尺寸和表

2、面质 量，使其成为模具零件的工艺过程。 模具制造工艺规程： 以文字和简图形式表述而形成的指导和规范施工的技术文件。 2、模具机械加工工艺过程的组成 工艺规程工序安装、工位、工步和走刀等。 工序 是工艺规程的基本单元；工序是指一个（或一组）工人，在一个固定的工作地点（如机床或钳工台），对一个（或同时几个）工件所连续完成的那部分工艺过程。 划分工序的主要依据： 零件在加工过程中工作地点（或机床）是否发生变更。 工步与走刀 工序又可划分为工步；在一个工序内，当加工表面、切削工具和切削用量中的转速与进给量均不变时，所完成的那部分工序称为工步。 一个工步内，分几次切削，每一次切削就是一次走刀。走刀是工步

3、的一部分 安装与工位 加工以前，在机床或夹具上先占据一个正确的位置定位，定位后对工件进行夹紧的过程称为安装（装夹）。 安装次数影响加工精度。 工位工件在机床上占据的每一个加工位置为一个工位。 3、生产纲领与生产类型 生产纲领 工厂制造产品（或零件）的年产量称为生产纲领。 在制定工艺规程时，生产纲领决定生产类型。 生产类型 分为单件生产和成批生产。 单件生产 主要是模具工作零件的加工。 成批生产 主要是模具的标准件（半成品）的生产。 同一产品或零件每批投入生产的数量称为批量。 模具的精度与刚度 模具的精度主要体现在模具工作零件的精度和相关部位的配合精度。工作部位的精度高于制件的精度。 精度分为静

4、态精度和动态精度。模具的刚度对动态精度影响较大。 模具的生产周期 定义：接受订货任务到模具试模鉴定交付合格所用的时间 影响周期的主 要因素： 标准化程度 专业化程度 加工手段的先进程度经营和管理水平。 模具的生产成本 生产成本企业为生产和销售模具支付的费用总和。 模具生产成本包括： 原材料费、外购件费、外协加工费、设备折旧费、经 营开支等等。 影响模具生产成本的主要因素： 1.模具结构的复杂程度和模具功能的高低； 2.模具精度的高低； 3.模具材料的选择； 4.模具的加工设备； 5.模具的标准化程度和企业的专业化程度。 模具的寿命 定义：开始使用到不能使用所加工制件的总数量。 模具的损坏形式有

5、四种：磨损、变形、断裂和啃伤。 影响模具寿命的主要因素： 1.模具结构; 2.模具材料; 3.模具的加工质量; 4.模具的工作条件; 5.被加工材料状况. 1、工艺规程的作用和内容 是描述由毛坯加工成为零件的过程的工艺文件。规定了加工顺序、选用的机床、工具和加工方法，技术条件和检验手段等内容。 作用：指导生产和组织工艺准备 2、制定工艺规程的原则 在一定的生产条件下，以最少的劳动量和最低的费用，可靠地加工出符合图纸和技术要求的零件。体现在：技术上的先进性； 经济上的合理性； 有良好的劳动条件。 4、工艺文件的格式及其应用 工艺过程综合卡片 列出整个零件加工的工艺路线，是编制其它工艺文件、生产技

6、术准备、编制作业计划和组织生产的依据。 工艺卡片 以工序为单位，详细描述整个工艺过程的工艺文件。 工序卡片 指导工人进行操作的一种工艺文件。 大批量生产中被广泛采用。 1.1.4 产品图纸的工艺分析 1、零件的结构分析： （1）、分析零件是由哪些种类的表面组成； （2）、分析各表面的尺寸是多少； （3）、分析各表面的组合方式，组合成了何种形状的零件（分 为轴类零件、套类零件、板类零件和腔类零件； （4）、找出哪些是主要表面，哪些是次要表面。 2、零件的技术要求分析： （1）、分析主要加工表面的尺寸精度； （2）、分析主要加工表面的形状精度； （3）、分析主要加工表面之间的相互位置精度； （4）

7、、分析各表面的粗糙度以及表面质量方面的其他要求； （5）、分析热处理要求和其他要求； 1.1.5 毛坯的设计 一、零件的毛坯形式： 主要分为原型件、锻造件、铸造件和半成品件毛坯4种。 二、模具零件毛坯形式的选择设计： 1、原型件毛坯 (1、概念：直接用棒料、丝料、板料、钢管、工字钢、槽钢等 截面有一定形状的材料，直接下料后的材料做毛坯。 (2、原型件的选择 ： 模具中的模板、导柱、导套、顶杆、推杆等结构件常选用 原型件做毛坯。 2、锻件毛坯： (1、概念：经原型件下料后，再经过锻造获得模具零件的毛坯 形状的方法。 (2、锻件毛坯的选择： 一般用碳素钢或合金钢做的零件，如果原型毛坯下料后不 能直

8、接用于做毛坯时，就要通过锻造来获得毛坯。 3、锻件毛坯的相关尺寸确定： A、锻件的加工余量确定： 不能太多，也不能太少，工厂一般取单边余量2.02.5mm B、下料棒材的规格： 棒料长度L和直径d关系为： L=（1.252.5）d 在满足此规格的前提下，尽量选择小规格的圆棒料。 C、锻件的下料方式： 模具钢 材料原则上采用锯床切割下料方式。 D、锻件毛坯下料尺寸的确定： 原则是先根据毛坯体积与所下的材料的体积相等的原则， 在加上毛坯锻造损耗量后，先计算出下料件的体积，在根据 下料件的体积计算出下料件所需要的尺寸。 即由： v(坯）=V（锻）K K锻件的损耗系数，K=1.051.1 则： V（锻

9、）=V（坯）/K 对圆形棒料： R= V（坯）/K/L 或按书上计算式计算。计算出的直径要满足规定的长经比，如 果不满足要重新计算。 3、铸造件： （1）、概念：用铸铁或铸钢通过铸造件做模具零件毛坯的选 择方法。 （2）、铸件毛坯的选择： 冲压模具的上下模座、大型塑料模具的框架等常用铸件做 毛坯。 （3）、毛坯的质量要求：如书上所述. 4、半成品件： （1）、概念：通过购买专业生产厂家生产的模架、模板等模 具零件做自己的模具的毛坯件，再对购买的模架、模板等模具 零件的相关部位进行适合自己的模具的加工的方式。 （2）、特点：可以实现模具的标准化加工，是模具毛坯形式 的主要发展方向。 1.1.6

10、定位基准的选择 1、基准的概念： 基准是用来确定其他点、线、面位置所选择的点、线、面标准。 2、基准的分类：设计基准：在零件图上用来确定其他点、线、面的基准。 工艺基准：零件在加工和装配中使用的基准。 3、工艺基准的分类： 1）、定位基准：加工时使工件在机床或夹具中占据正确位置 所使用的基准。 2）、测量基准：用以测量已加工表面尺寸及位置的基准。 3）、装配基准：装配时用以确定零件在部件或产品中的位置的基准。 3、工件的安装方式： （1）、工件安装的定义： 工件在加工时，从定位到夹紧的过程称为安装。 （2）、工件的安装方法： A、直接找正安装： 工件直接安装在机床上后，通过用百分表或划针盘上的

11、划针 通过目测法来校正工件的正确位 置，如平行度，垂直度等。 B、画线找正法： 在机床上用划针按毛坯或半成品上所画的线来正工件的正确 位置。 C、采用夹具安装法： 零件在夹具中直接进行定位和夹紧，不需要进行调节。 3、定位基准的选择： （1）、定位基准的种类 粗基准：第一道工序中以毛坯表面作的基准 精基准：以已经加工过的表面作的基准 辅助基准：为便于加工，在零件中专门设置或加工出的基准 （2）、粗基准的选择原则： A、毛坯中如果有不加工表面，一般选择不加工表面为粗基准， 如果有几个不加工表面，则选位置精度更高的为粗基准。 B、如果毛坯上没有不加工表面时： 甲、为保证各表面都有足够的加工余量，应

12、选择毛坯上加工 余量最小的表面为粗基准； 乙、对某些重要表面，如车床的滑道、重要的内孔等，应选 重要表面为粗基准，以保证重要表面的余量均匀，尽可能小。 丙、为使工件上个加工表面的金属切除余量尽可能的小，应 选择工件上加工面积较大，形状比较复杂，加工劳动强度较大 的表面为粗基准。 （3）、选择为粗基准的表面应尽可能的平整，没有浇口，冒口 或飞边，以使工件定位可考，夹紧方便。 （4）、同一尺寸方向的粗基准表面只能使用一次。 3、精基准的选择的原则： A、基准重合原则：尽量选择设计基准为精基准。 B、基准统一原则：尽量在多数工序中采用同一组精基准加工。 C、有些精加工和光整加工应遵循自为基准原则：

13、支撑面只起支撑作用，不做定位作用，直接用百分表找正 需加工的表面。如导轨的磨削加工。 D、定位基准的选择应便于工件的安装与加工，并使夹具的结 构简单。 1.1.7 零件工艺路线的分析与拟定 一、确定工艺路线的基本方法： 在进行充分调查研究的基础上，提出多套加工方案进行 比较，选择出最恰当的方案。 二、确定加工工艺方案的过程： 在选择出合理的定位基准的前提下，先确定出各表面的 加工方法，再确定出加工的阶段、确定出合理的加工工序数， 最后把各工序组合起来构成零件加工的工艺路线方案。 1、表面加工方法的选择： （1）、根据表面的加工精度和表面粗糙度要求确定加工方法； （2）、根据材料的性能确定表面的

14、加工方法； （3）、根据生产率和经济性要求选择加工方法； （4）、根据工厂的现有条件选择加工方法； 2、加工阶段的划分： （1）、粗加工阶段 （2）、半精加工阶段 （3）、精加工阶段 （4）、光整加工阶段 加工阶段划分的作用：保证加工质量；合理使用设备；便于热处理的安排； 便于消除 毛坯缺陷。 3、工序的集中与分散： （1）、工序集中概念：编工艺过程时使一个工序中加工的工 步内容多，总的工序数少，叫工序集中。 特点：有利于保证各加工面之间的位置精度要求，有利于采用 高效率的机床，节省工件装夹的时间，减少工件搬动的次数。 但传统加工时质量更低。 （2）、工序分散概念：编工艺过程时使一个工序中加工

15、的工 步内容少，总的工序数多，叫工序分散。 特点：可使每个工件使用的设备和夹具比较简单，调整对刀 比较容易，对操作工人的技术要求更低。传统加工的质量更 高，但装夹、搬动更多，使用时间更多。 4、加工顺序的安排： （1）、先粗后精的原则： 一般是先粗加工、中间半精加工、最后是主要表面的精加 工和光整加工。 （2）、先主后次的原则： 先加工主要表面，再加工次要表面，但与主要表面有位置 关系的表面应在主要表面的半精加工后，精加工前进行加工。 （3）、基准面先加工原则： 所有加工都先安排基准面的加工后，在安排其他表面的加工。 （4）、先面后孔原则：先大孔后小孔 对有平面加工又有孔加工的零件，先加工平面

16、再加工孔。 5、热处理工序的安排： （1）、退火、正火工序：一般在粗加工前进行。一般为了降低HRC （2）、时效处理和调质：一般在粗加工后，半精加工前进行。为后面的磨削作准备 （3）、淬火、回火、渗碳、渗氮： 一般在半精加工后精加工前或精加工后光整加工前进行。 6、辅助工序安排： （2）、辅助工序内容：包括检验（主要）、去毛刺、清洗、 涂防锈油漆等。 （3）、辅助工序安排（检验）： A、粗加工结束后，精加工之前； B、零件从一个车间转向另一个车间前后； C、重要工序加工前后； D、特种性能检验前； E、零件加工完毕，进入装配和成品库时； 1.1.8 加工余量与工序尺寸的确定 一、加工余量概念：

17、 （1）、加工总余量：毛坯尺寸与零件设计尺寸之 差。 （2）、工序余量：每工序所切除的金属层厚度，或相邻两工序 基本尺寸之差。 工序余量分单边余量（如板类）和双边余量（如轴类）。 二、工序尺寸公差的标注：按“入体原则”进行标注。 （1）、轴的外径、板类的长、宽、高等的被包容尺寸公差标注： 上偏差为零，只标下偏差。 （2）、孔径、槽宽等包容尺寸公差标注： 下偏差为零，只标上偏差。 三、加工余量的公差：为上道工序的公差与下到工序的公差之和 四、影响工序余量的因素： （1）、上工序尺寸公差的影响； （2）、上道工序产生的表面粗 糙度和 表面缺陷层深度的影响； （3）、上道工序留下的直线度误差和各种位

18、置误差的影响； （4）、本道工序的装夹误差的影响； 六、加工余量的确定方法： （1）、计算法； （2）、查表法； （3）、经验法； 八、工序尺寸的计算： （一）、设计基准与工艺基准重合的第一类工序尺寸的计算： 1、工序尺寸的确定： （1）、毛坯尺寸确定: 从最终工序尺寸开始，加上每道工序的加工余量，即得毛坯尺寸； （2）、某个工序的工序尺寸确定： 从最终工序尺寸开始，加上要确定工序的后面各工序的加工余量，即得要确定工序的工序尺寸。 2、工序尺寸的公差的确定： （1）、公差确定： 除最终加工工序外，其他各工序的公差按照各自所采用的 加工方法的经济精度来确定。 （2）、工序尺寸公差的标准： 按“入

19、体原则”标注工序尺寸公差。即被包容尺寸（轴的外径，实体的长、宽、高）的最大加工尺寸就是基本尺寸，上偏差为零，而包容尺寸（孔径）的最小加工尺寸就是基本尺寸，下偏差为零。毛坯的尺寸公差按双向对称偏差形式标注。 （二）、设计基准与工艺基准不重合的第二类工序尺寸的计算： 只能用工艺尺寸链的原理计算相应的工艺尺寸。 以下不做重点要求！ 1、尺寸链相应概念： （1）概念彼此相关的按一定顺序联接的封闭尺寸组合 （2）尺寸链特征 由一个间接得的尺寸和若干个对此有影响的（直接获得）尺寸所组成 各尺寸按一定顺序首位相接，成为封闭图形 直接获得的尺寸精度高于间接获得的尺寸精度（前者对后者产生影响）。 （3）尺寸链组

20、成 环 1封闭环 2组成环（1）增环（2）减环 环组成尺寸链的各尺寸 封闭环最终被间接保证的尺寸 组成环除封闭环外的其余尺寸（直接获得的尺寸） 增环组成环尺寸增大使封闭环尺寸相应增大，为增环 减环组成环尺寸增大使封闭环尺寸相应减小，为减环 注意：一般在一个尺寸链中，封闭环只能有一个，组成环可以是多个；可以没有减环，但不可没有增环。 （4）尺寸链中增、减环判断 给封闭环任定一个方向，并使尺寸链形成回路。组成环的方向与封闭环方向相反时为增环，相同为减环。 （5）尺寸链解算公式 封闭环公称尺寸增环公称之和减环公称之和 封闭环上偏差增环上差之和减环下差之和 封闭环下偏差增环下差之和减环上差之和 封闭环

21、公差组成环公差之和 2、利用尺寸链解第二类工序尺寸 （1）解题步骤 分析已知条件判断封闭环建立尺寸链，并判断 增减环严格代入公式进行计算将公差单向“入体”标注于工序尺寸用 验算计算结果 校核工序余量（方法相同于第一类工序尺寸余量核算） （2）解题关键 封闭环的判断或选定当一个表面的加工涉及到多个尺寸变化 时，选择公差小的作工序尺寸，直接保 证；留下公差大的作封闭环，间接保证。 建立尺寸链A、从封闭环两端出发，寻找共同表面或共同基准，有着共 同表面和基准的尺寸便是相关尺寸，直到图形封闭 B、分析尺寸间关系，找出内部联系，通过相关尺寸间关系 建立尺寸链 C、按加工先后顺序，以尺寸形式表达加工内容，

22、从中找出 封闭图形尺寸链 （3）解题类型 正计算已知全部组成环，求封闭环。生产中用于校核原设计的正确性。 反计算封闭环已知，求某一组成环。生产中常用来 计算第二类工序尺寸及中间工序尺寸 （4）解题可能遇到的问题 当所求尺寸（组成环）不止一个时（未知数>1），简单通过代公式方法不能解决问题。 公称尺寸 可通过零件表面间关系、余量弥补等方法获得 公差值 必须在零件加工精度允许范围内实行分配 等公差值分配法 等公差级分配法 各组成环公差等级相同 先将尺寸分主次两类，再按相配公差进行等公差级分配 注意：计算过程中，如果出现组成环公差为零或负值，说明其余组成环的公差之和已等于甚至大于封闭环公差，这

23、时，必须对其余组成环公差作调整，进行重新确定。 （5）解题实例 已知零件图及相关工序图，要求确定工序尺寸L1、L2、L3、L4 1、基准不重合时工艺尺寸链的计算 （1）、定位基准与设计基准不重合的尺寸计算； （2）、设计基准与测量基准不重合的 尺寸计算； 2、工序此次的基准有加工余量时工艺尺寸链的计算； 3、一次加工后要保证多个设计尺寸时的工艺尺寸链的计算； 4、为保证表面处理（淬火、渗碳、电镀）层深度而进行的工艺 尺寸链计算； 5、余量校核时的工艺尺寸链计算 1.1.9 工艺装备的选择 1、加工设备的选择原则： （1）、设备的主要规格尺寸应与零件的外廓尺寸相适应； （2）、设备的精度应与工序

24、要求的加工精度相适应； （3）、设备的生产率应与加工零件的生产类型相适应； （4）、设备的选择应结婚现场的实际情况； 2、夹具的选用原则： （1）、单件小批量生产：应选通用夹具。 （2）、大批量生产：应选专用夹具。 3、刀具的选择原则：一般选择标准刀具，刀具的类型、规格和 精度要符合加工要求。 4、量具的选择原则：单件小批量生产应选通用量具，大批量 生 产应选量规和专用量具，量具的精度应用加工精度想适应。 1.2 模具的制造精度 1.2.1 概述： 1、模具制造精度的概念： 模具的制造精度主要体现在模具的工作零件的机械加工精度 和相关部位的配合精度。 2、零件机械加工精度概念： 零件机械加工精

25、度指零件加工后的实际几何参数与设计的几 何参数的符合程度。包括尺寸精度、形状精度和位置精度。 零件的加工精度越高，加工成本越高，生产率越低。 机床、刀具、夹具、工件的工艺系统的精度的高低直接影响 工件加工精度的高低。 2、影响模具精度的主要因素： （1）、模具生产的产品制件的精度高低； （2）、模具的加工技术手段的水平高低； （3）、模具装配钳工技术水平的高低； （4）、模具制造的生产方式和管理水平的高低； 1.1.2 影响零件制造精度的因素： 1、工艺系统的几何误差的影响： （1）、加工原理误差的影响：如数控曲面加工，滚齿法齿轮 加工等。 2）、加工时的调整误差的影响：如试切法和调整法误差加工 的误差影响。 （3）、机床的制造、安装、磨损等误差的影响：如机床的导轨 导向误差和主轴回转误差的影响。 （4）、夹具的误差的影响：如夹具的零件制造误差、夹具装配 误差和夹具的磨损误差的影响。 （5）、刀具的误差的影响：如定尺寸刀具的尺寸精度误差、成 型和展成刀具的形状误差的影响。 2、工艺系统受力变形引起的加工误差：包括： （1）、系统刚度对加工精度的影响： A、系统受到切削力的大小和方向的变化引起系统刚度变化而产生误差。 B、夹紧力和重力引起加工误差。 C、传动力和惯性力引起加工误差。 （2）、减小工艺系统受力变形对加