模具材料与制造技术

模具材料与制造技术广东工业大学

课程简况1课程性质：

专业基础课2总学分数：3学分3总学时数：48学时(42+6)4考核标准：课程成绩＝平时成绩＋期末考试成绩+实验成绩模具材料与制造技术第一章绪论第二章模具材料及热处理第三章模具的机械加工第四章电火花成型加工

4—2电火花成型加工机床

4—3.电火花成型加工工艺规律

4—4电火花穿孔加工工艺

4—5型腔的电火花加工工艺第五章电火花线切割加工

5—2线切割数字程序控制原理及编程

5—3电火花线切割加工工艺第六章模具零部件加工与装配

6—2冲裁模的装配

6—3塑料模的装配第一章绪论

1.模具制造技术在国民经济中的重要地位；2.国内模具技术的现状及发展趋势；3.学习本课程的基本要求

4.模具制造的基本要求；5.模具制造的主要特点；6.模具制造的工艺路线；7.模具的主要加工方法。

2.国内模具技术的现状及发展趋势；（一）中国模具工业和制造技术现状（二）模具制造技术的发展方向模具技术急需发展如下几项：全面推广CAD/CAM/CAE技术高速铣削加工模具扫描及数字化系统电火花铣削加工提高模具标准化程度优质材料及先进表面处理技术模具研磨抛光的自动化、智能化模具自动加工系统的发展3.学习本课程的基本要求是为培养模具设计及制造专业人材而设置的专业课程之一

涉及的知识面广，是一门综合性较强的课程

是一门实践性较强的课程

。和其它学科一样，有它自己的规律和内在联系。

4.模具制造的基本要求应该满足如下几个要求：

高精度：为了实现制品的精度，为了实现工艺参数。模具工作部分的精度通常要比制品精度高2～4级.长寿命：为了完成批量产品的生产。短周期：为了尽快开始产品的生产，以利占领市场。低成本：为了降低产品的成本。模具费用是产品成本的主要做成部分。5.模具制造的主要特点单件(或特少批量)生产：小组作业生产方式。不适合采用流水线生产方式。不宜制定固定的生产工艺路线。成套性：一副模的零部件之间的成套性；一种产品的模具之间的成套性。调整性：部分零件的尺寸或某个零件的部分尺寸通过调整满足精度要求。试验性：模具的部分工作尺寸需通过试模才能精确确定。因为这部分工作尺寸与复杂的工艺参数紧密相关。6.模具制造的工艺路线：模具零件加工→装配调整→试模→精修精调→验收7.模具的加工方法：

1.机械加工

2.特种加工：直接利用电能，化学能，光能等去除多余材料。

3.塑性加工

4.铸造.焊接

第二章模具材料及处理§1模具材料§2模具热处理§3模具表面强化处理§1常用模具材料模具材料主要是满足特定要求的钢材。也有一些其它类型的材料。钢：炭钢（普通碳素结构钢、优质碳素结构钢、碳素工具钢）合金钢（合金结构钢、合金工具钢、不锈钢）牌号☆普通碳素结构钢的牌号用其屈服强度表示，即“Q×××”。如Q235（相当于旧牌号A3）。☆优质碳素结构钢的牌号用其平均含碳量的万分率表示，如20钢、45钢、40钢等。☆碳素工具钢的牌号用其平均含碳量的千分率表示，如T8、T10(A)。

☆合金钢的编号原则

“数字+合金元素符号+数字”。最前面的数字表示平均含碳量：结构钢用万分率，两位数字；工具钢用千分率，一位数字。含碳量很高时不表示。合金元素符号后的数字表示平均百分含量，小于1.5％时可不标出。合金元素含量1.5％-2.5％标为“2”，>2.5％-3.5％标“3”，以此类推。一.常用模具材料

可用于制造模具的材料种类繁多，包括各种碳素工具钢、合金钢、硬质合金、铸铁、有色金属及合金、非金属材料等。①.碳素工具钢含碳量：0.7％-1.4％主要牌号：T7(A)、T8(A)、T10(A)、T12(A)

特点：价格便宜、切削性能好。淬火后有较高硬度和耐磨性，淬透性低，淬火时必须急冷，变形开裂倾向大、回火稳定性差，红硬性低（<250°C）适用范围：尺寸小、形状简单、负荷小、冷作模具。②合金工具钢

⑴低合金工具钢：CrWMn、9Mn2V、5CrNiMo、9SiCr、GCr15、5CrMnMO含合金量：总量为1％-3％特点：淬透性和淬硬性均较好。耐磨性，红硬性较高。回火稳定性好，热处理变形小。☆

CrWMn钢：（变形小的各种中小型冷作模具）钨形成的碳化物硬度很高，钨能细化晶粒，提高韧性。淬火后残留奥氏体较多，故变形小。淬透性好。☆

9Mn2V钢：（冲裁模、弯曲模）钒（V）的加入能显著细化晶粒和提高韧性。锰的含量一般控制在<2％。☆

9SiCr钢：（冷态下工作的搓丝板、滚丝模）

脱碳敏感性强，250℃回火时有回火脆性。较高的淬硬性和较好的回火稳定性。淬透性优于9Mn2V。☆

GCr15钢（冷镦模、冲裁模、胶木模）：常用的轴承钢，具有较高的淬透性和耐磨性。铬的加入有利于提高淬透性、细化碳化物并使其分布均匀。☆

5CrMnMO

钢：（热锻模和热态下弯曲模、切边模）

5CrNiMo它们是中碳低合金钢，典型热作模具钢。强度高，韧性好。淬透性好，抗回火性好，导热性和耐热疲劳性好，耐磨性好。⑵高合金工具钢：

淬透性、耐磨性较好，热处理变形极小。广泛应用承载大、冲次多、工件形状复杂的模具。☆

Cr12型钢：包括Cr12和Cr12MoV，是高碳高合金钢工具钢、属于莱氏体钢淬透性高、淬火硬度极高、热变形小。Cr12钢的含碳量较Cr12MoV高，碳化物多但分布不均匀性严重。Cr12钢的强度和韧性比Cr12MoV低。◆D2钢是近年用来替代Cr12MoV钢的新钢种。

D2钢的碳化物数量增多颗粒较细。☆

3Cr2W8V钢和H13钢（4Cr5MoV1Si）、H11钢（4Cr5MoVSi）钨系低碳高合金钢。

H13钢除强度略低于3Cr2W8V钢外，其它力学性能均优于3Cr2W8V钢，是其替代钢种。较好的氮化性能。较小的热膨胀系数，较好的耐磨性和红硬性，良好的导热性。热处理变形小、但高温韧性差。

CCrWV3Cr2W8V

0.3-0.4％

2.2-2.7％

7.5-9％

0.2-0.5％

H13

0.38％C

1.0％Si

5.3％Cr

1.3％Mo

0.9％

☆3Cr3MoW2V钢：代号HM1

适合于急冷急热条件下工作。☆

5Cr4W5Mo2V钢：代号RM2☆4Cr3Mo3W4VNb钢：代号GR

高温性能良好，热作模具钢。☆

8Cr2MnWMoVS钢：适用于精密塑料模。空冷微变形，易切削。调质状态硬度HRC40-50。调质后切削即可直接适用，不存在热处理变形。☆

7CrSiMnMoV钢：高强度和韧性好，焊接性能好。适合于制造结构形状复杂的模具零件。

⑶高速钢

目前常用的有钨系高速钢（W18Cr4V）和钼系高速钢（W6Mo5Cr4V2钢）在高温（600°C）下仍保持高强度、高硬度、高耐磨性和好的韧性。钢中含碳量为0.7-0.9％，合金元素含量超过15％，属莱氏体钢。

高淬透性，空冷即可淬硬。

高速钢含有大量粗大碳化物，且分布不均匀，不能用热处理方法消除之。必须反复十字镦拔以打碎粗大碳化物，并使其分布均匀。

高速钢的热处理工艺较为复杂，必须经过退火、淬火、回火等一系列过程。需经多次回火（一般要进行2～3次回火），从而使大量残余奥氏体大部分转为马氏体，并使马氏体析出弥散碳化物。(300°C左右为回火脆性区）

⑷硬质合金和钢结硬质合金

①

硬质合金是以难熔的金属碳化物（WC、TiC等）作硬质相，以铁族金属（钴Co、镍Ni）为粘结相，用粉末冶金方法生产的一种多相组合材料。常用的硬质合金有：钨钴（YG）：强度、韧性较高，多用于制造模具。钨钴钛（YT）：较高的红硬性和抗氧性。万能硬质合金（YW）：高强度、高硬度。（成分、性能可见P244表4-2）

②钢结硬质合金

是以合金钢为基本，金属碳化物（TiCiWC）作硬质相，用粉末冶金方法生产的一种新型模具材料。它是在具有一定强度和硬度的合金钢基体上，弥散分布许多细小硬质颗粒。特点：ⅰ.具有钢的可锻性、可机加工性、可热处理等性能，热处理变形极小。ⅱ.淬火后具有硬质合金的硬度和刚性。两大类

:

ⅰ.碳化钛（TiC）作硬质相；ⅱ.碳化钨（WC）作硬质相。许多性能因基体（粘结剂）种类不同而不同可作硬质合金基体的有铬钼钢、不锈钢、高速钢等。（性能和一般化学成分见P245表A-3和表A-4）

二.模具钢材的选用

选用模具材料时，需要综合考虑模具的工作条件、性能要求、形状和尺寸、结构特点等。对模具材料的性能要求有时会遇到矛盾，则需适当取舍、协调平衡解决。

1.模具材料的一般要求

包括力学性能、高温性能、表面性能、工艺性能、经济性等。A、力学性能：硬度、强度、韧性B、高温性能：高温强度、抗氧化性、耐热疲劳性、回火稳定性、热膨胀系数小C、表面性能：耐磨性、耐蚀性

D、工艺性能：切削加工性、电加工性、抛光性、可锻性、淬透性、热处理性能、可焊性E、经济性：资源条件、市场供应情况、价格

各种模具工作条件不同，对材料性能要求也就各有差异。如：

冷作模具：高强度、高硬度、高耐磨。冷挤压模：高强度（抗压、断裂、疲劳强度）、高韧性、高硬度。热锻模：高温强度、硬度、耐蚀性、高温回火稳定性、抗高温氧化性、耐热疲劳性、热膨胀系数小、导热性高。

塑料模：较高的强度和硬度、较高的耐蚀性、良好的电加工性、良好的抛光性、较高的导热性、可焊性、切削加工性。

橡胶模：耐蚀性、耐热性、可抛光性、一定强度和硬度。陶瓷模：高硬度、耐热性、可抛光性、一定强度和韧性。玻璃模：耐热性、耐蚀性、耐磨性、导热性、一定强度和韧性。

表A-6常用模具钢的性能特点及用途钢材性能特点用途10、20易挤压成形，渗碳及淬火后耐磨性稍高、热处理变形大、淬透性低工作载荷不大、形状简单的冷挤模、陶瓷模45耐磨性差、韧性差、热处理过热倾向小、淬透性低、耐高温性能差工作载荷不大，形状简单的型腔模、冲孔模、橡胶模及锌合金压铸模等T10A、T12A耐磨性差、热处理变形大，淬透性低工作载荷不大、形状简单的冷冲模、成形模T7A、T8A耐磨性稍好、热处理变形大、淬透性低工作载荷不大、形状简单的冷冲模、成形模表A-6常用模具钢的性能特点及用途（续）40Cr耐磨性差、韧性高、热处理变形稍小、淬透性稍高、耐高温性能差用于锌合金压铸模9Mn2V、GCr15耐磨性较好、热处理变形小、淬透性稍高工作载荷稍大、形状简单的冷冲模、胶木模CrWMn耐磨性好、热处理变形小淬透性较高工作载荷较大、形状较复杂的冷场模、成形模9CrSi耐磨性好、热处理变形小淬透性较高用于冲头、滚丝模60Si2A韧性好、热处理变形较小、淬透性高用于标准件上的冷镦模表A-6常用模具钢的性能特点及用途（续）Cr12耐磨性好、韧性差、热处理变形小、淬透性高、碳化物偏析严重工作载荷大、形状复杂的高精度冷冲模Cr12MoV耐磨性好、热处理变形小、淬透性高、碳化物偏析比Cr12小工作载荷大、形状复杂的高精度冷冲模、冷挤模以及冷镦模5CrMnMo、5CrNiMo韧性较高、热处理变形较小、淬透性较好、回火稳定性较高热态下工作的热锻模、热切边模3Cr2W8V红硬性高、热处理变形小、淬透性好热态下工作的热挤模、热冲模、压铸模W18Cr4V、W6MoCr4V红硬性高、热处理变形小、淬透性好工作载荷大的冲头、冷挤模及热态下工作的热冲模2.模具材料的一般选用原则

模具材料，主要是成型零件和工艺零件的选材，一般在某些方面的性能，要求较高甚至很高。这方面的选材对模具质量、寿命、加工制造及成本都有很大的影响。

一般原则：

①满足使用性能要求。主要从工作条件、模具结构、产品形状和尺寸、生产批量等综合考虑。形状复杂、精度高――变形小、导热性好、膨胀系数小大负荷――高强度摩擦、磨损――高硬度冲击负荷――高韧性表面光洁――可抛光性

②良好的制造工艺性能。容易制造、容易精修、便于修改。

一般都要求有良好的切削加工性、热处理特性。尺寸性、形状复杂的――较小的淬火变形倾向含有细小结构的――电加工性精度高的――热处理变形小、易磨削制品生产工艺条件复杂的――易磨削、可焊接。

③经济性（制造成本）：

尽量考虑到价格便宜、资源丰富、供应方便。3.塑料模的材料选用

在我国，塑料模具用钢至今还未形成专用钢材系列，通常采用一般工具钢。如T10A、CrWMn、Cr12MoV钢等。这些钢切削加工性较差，难以制造型腔复杂的塑料模具，而且一旦热处理变形出差则难以修复。为了适应塑料模日益发展的需要。常参考国外塑料模具用钢并结合我国的具体条件进行选用。

塑料模的钢材选用原则是

①

足够的强度和硬度；②

良好的切削加工性；③

良好的抛光性；④

良好的电加工性；⑤

良好的耐腐蚀性；⑥

良好的淬透性；⑦

良好的照相腐蚀加工性；⑧

良好的焊接性能；⑨

热处理变形小、热膨胀系数小；⑩表面热处理性能好。

如：

形状简单――选用45、40Cr、T10A、低熔点合金、锌基合金。形状复杂――选用9Mn2V、GCr15、CrWMn、Cr12MoV、H11（H13）锌基合金、铍铜合金等。精度高、寿命长、表面粗糙度很低――可选用进口钢材：＜美＞P6、P20、PPT；＜日＞HPM1、YAG；＜瑞＞S136(H)§2模具热处理

热处理的目的：有目的地改变钢材的内部组织结构，从而使机械性能、力学性能、加工性能等达到特定的要求。热处理三阶段：①

加热：以一定加热速度使工件达到特定温度；②

保温：使工件内外温度均匀；③冷却：工件置于适当的冷却剂中，以一定冷却速度降到特定温度。

2.2.1钝金属的晶体结构晶体——原子按一定的次序作有规则的排列。如金刚石、石墨等。金属（纯铁、铜、铝等）都是晶体非晶体——原子作不规则的排列。如玻璃、沥青等。

晶格——把每个原子看成一个点，此点代表原子的振动中心,将这些点用直线连接起来，形成的空间格子。

晶胞——晶格的最小单元。

晶胞1.与晶体有关的概念

1）体心立方晶格—在立方体的8个顶角上各有一个原子，在立方体中心还有一个原子。体心立方晶格属于体心立方晶格的金属有:钠(Na);钾(K);铬(Cr);钼(Mo);钨(W);钒(V);钽(Ta);铌(Nb);α-铁(α-Fe)等。

2）面心立方晶格

在立方体8个顶角上各有一个原子，在立方体的6个面的中心还各有一个原子。面心立方晶格属于面心立方晶格的金属有:金(Au);银(Ag);铜(Cu);铝(Al);镍(Ni);铂(Pt);铅(Pb);γ-铁(γ-Fe)等。3.密排六方晶格(c/a=1.633)

(close-packedhexagonallattice)属于密排六方晶格的金属有:镁(Mg);锌(Zn);镉(Cd);α–钛(α–Ti);铍(Be)等。三种晶格的对比体心立方晶格α－Fe面心立方晶格γ－Fe纯铁在晶体状态下的两种晶格类型：晶体有以下两种类型:单晶体多晶体

单晶体与多晶体的基本概念

1.单晶体(singlecrystal)的特征:

*晶体由一个晶格排列方位完全一致的晶粒组成。

*晶体具有各向异性(aeolotropy)。

例如:单晶硅、单晶锗等。单晶体结构示意图

2.多晶体(polycrystal)的特征

*晶体是由许多颗晶格排列方位不相同的晶粒组成。

*晶体具有各向同性(isotropy)。

例如:常用的金属等。多晶体结构示意图3、

金属的结晶过程：

金属由液态冷却变成固态，原子由不规则排列→有规则的排列

无序→有序

金属结晶过程示意图

金属结晶过程形核＋长大→晶粒晶核晶核长大一个晶核长大后形成一个晶粒金属和合金多为多晶体结构

晶粒间的接触面（边界）称为晶界。一个晶粒晶界

晶粒粗细对力学性能影响很大。一般规律：晶粒愈细，强度、硬度愈高，塑性、韧性愈好。晶粒大小对材料性能的影响

细化晶粒的方法

（1）快速冷却，增加晶核数；

（2）添加高熔点弥散质点（孕育或变质处理）（3）热处理和压力加工铁素体是碳溶于α-Fe中所形成的间隙固溶体，体心立方晶格。碳在α-Fe中的溶解度很小，727℃时0.0218%；室温时为0.0008%,几乎为零。其强度和硬度很低，塑性、韧性好。显微组织是明亮的多边形晶粒。铁碳合金的基本组织

1、铁素体（F或α）

2、奥氏体（A或γ）

奥氏体是碳溶于γ-Fe中所形成的间隙固溶体，面心立方晶格。碳在γ-Fe中的溶碳量较高，1148℃时2.11%；1148℃时为0.77%。其强度和硬度比铁素体高，塑性、韧性也好。其晶粒呈多边形，晶界较铁素体平直。晶界是结构相同而取向不同晶粒之间的界面。

渗碳体是铁与碳形成的金属化合物，碳含量是6.69％，具有复杂的晶体结构。其硬度很高，塑性和冲击韧性很差，几乎接近于零，脆性很大。3、渗碳体（Fe3C）4、珠光体（P）珠光体是由铁素体和渗碳体组成的机械混合物。是奥氏体冷却时，在727℃恒温下发生共析转变的产物。显微组织是铁素体与渗碳体片层状交替排列。性能介于铁素体和渗碳体之间，强度较高，硬度适中，有一定的塑性。5、莱氏体（Ld或Ld'）莱氏体是由奥氏体和渗碳体组成的机械混合物。是在1148℃恒温下发生共晶转变的产物，平均碳含量4.3%。合金系中某一定化学成分的合金在一定温度下，同时由液相中结晶出两种不同成分和不同晶体结构的固相的过程称为共晶转变。

目前应用的铁碳合金状态图是含碳量为0～6.69%的铁碳合金部分（即Fe－Fe3C部分），因为含碳量大于6.69％的铁碳合金在工业上无使用价值。右图为简化后的Fe－Fe3C状态图。

铁碳合金状态图分析

1．各特性点的含义

1）A点纯铁的熔点，温度1538℃,Wc=02）G点纯铁的同素异晶转变点，冷却到912℃时,发生γ-F→α-Fe

3）Q点600℃时,碳在α-Fe中的溶解度,Wc=0.0057%4）D点渗碳体熔点,温度1227℃,Wc=6.69%5）C点共晶点，温度1148℃，Wc=4.3%.成分为液相，冷却到此温度时，发生共晶反应6）E点碳在γ-Fe中的最大溶解度,温度1148℃，Wc=2.11%7）S点共析点，温度727℃，Wc=0.77%.成分为奥氏体，冷却到此温度时，发生共析反应8）P点碳在α-Fe中的最大溶解度,温度727℃，Wc=0.0218%共析反应：由特定成分的单相固态合金，在恒定温度下，分解成两个新的，具有一定晶体结构的固相反应。2、各主要线的含义

1）ACD线液相线，由各成分合金开始结晶温度点所组成的线，铁碳合金在此线以上处于液相。2）AECF线固相线，由各成分合金结晶结束温度点所组成的线。在此线以下，合金完成结晶，全部变为固体状态。3）ECF水平线共晶线，Wc＞2.11%的铁碳合金，缓冷至该线（1148℃）时，均发生共晶转变，生成莱氏体。4）ES线碳在奥氏体中的溶解度曲线，通常称为Acm线。碳在奥氏体中最大溶解度是E点（wC＝2.11％），随着温度的降低，碳在奥氏体中的溶解度减小，将由奥氏体中析出二次渗碳体Fe3CⅡ。5）GS线奥氏体冷却时开始向铁素体转变的温度线，通常称为A3线。6）PSK水平线共析线，通常称为A1线。奥氏体冷却到共析线温度（727℃）时，将发生共析转变生成珠光体（P），wC＞0.0218%的铁碳合金均会发生共析转变。7）GP线0＜Wc＜0.0218%的铁碳合金，缓冷时，由奥氏体中析出铁素体的终了线。8）PQ线碳在铁素体中的溶解度曲线。在727℃时，Wc=0.0218%，溶碳量最大，在600℃时，Wc=0.0057%。在727℃缓冷时，铁素体随着温度降低，溶碳量减少，铁素体中多余的碳将以渗碳体（三次渗碳体Fe3CⅢ）的形式析出。一般情况下，忽略Fe3CⅢ的存在。以上各特性线的含义，均是指合金缓慢冷却过程中的相变。若是加热过程，则相反。

3、相区1）单相区有F、A、L和Fe3C四个单相区2）两相区五个两相区：L＋A两相区、L+Fe3C两相区、A+Fe3C两相区、A＋F两相区、F+Fe3C两相区3）三相区ECF共晶线是液相、奥氏体、渗碳体的三相共存线（L、A、Fe3C）PSK共析线是奥氏体、铁素体、渗碳体的三相共存线（A、F、Fe3C）常用工艺方法：｛退火、正火、淬火、回火｝

①

退火：将工件加热到临界点以上某一温度然后保温一段时间，再随炉极缓慢冷却；作用：可以得到稳定的结构，清楚锻造应力和加工硬化，为最终热处理做好组织准备（组织均匀）。退火＝｛完全退火（再结晶退火）、球化退火、扩散退火、消应力退火、低温退火｝

②正火：

加热至Ac3或Accm以上30-50°C,然后在空气中冷却。作用：可消除冷作、锻造或急冷时产生的内应力。对含C低于0.45％的碳钢，可用正火代替退火。

退火、正火工序的温度区域：③淬火：加热至淬火温度以上某一温度后保温一段时间，然后将工件置入冷却介质（水、油、盐液）中，以极快的速度进行冷却而获得马氏体组织。冷却速度大于临界速度。

淬火易出现：产生组织应力和热应力淬裂或变形体积增大且在各方向上不均匀淬火作用：提高硬度、耐磨性、其它力学性能。

④回火：

加热至A1以下某一温度保温一段时间，然后进行冷却。作用：消淬火应力，改变淬火组织，适当改善强度和韧性。｛渗碳体（Fe3C）、碳溶解于α铁中形成固溶体叫奥氏体（用A表示）、碳溶解于α铁中形成铁素体｝

§3模具表面强化处理

物理表面处理法：高频淬火、火焰淬火、激光热处理、加工硬化化学表面处理法：渗碳、渗氮、低温氮碳共渗、渗硫、渗金属、碳化物盐浴涂覆覆层表面处理法：电镀、化学气相沉积、真空镀膜、离子喷镀、喷镀、热喷涂、表面合金化

模具表面强化处理，只改变表层的成分、组织、性能，与适宜的心部性能相配合，提高硬度、耐蚀、耐热、抗咬合、低摩擦系数等特殊性能。从而提高模具质量。

一.模具表面强化处理工艺特点及应用

（一）模具渗氮1.渗氮处理的特点模具渗氮后的性能特点①表面硬度高②具有较高的红硬性③显著提高疲劳强度④提高模具耐蚀性⑤渗氮处理温度低，模具氮化后变形极小⑥降低了模具表面粗糙度，提高了抗咬合能力

渗氮工艺的特点①氮化物层形成温度低，一般为480~580℃，由于扩散速度慢，所以工艺时间长。②渗氮工件不需再进行热处理，便具有较高的表面硬度（≥850HV）。

2.模具的渗氮方法有气体渗氮、气体低温氮碳共渗和离子渗氮.

⑴气体渗氮①基本原理由3个基本过程组成：活性原子的产生，零件表面对活性原子的吸收，活性原子自模具表面向内部扩散。②工艺参数渗氮的主要工艺参数是渗氮温度、渗氮时间和氨分解率。

⑵气体低温氮碳共渗

①常用方法：a.尿素气体低温氮碳共渗b.有机液体滴注式气体低温氮碳共渗c.氨加热式气体低温氮碳共渗②气体低温氮碳共渗工艺在氮碳共渗前应对模具进行脱脂、除锈、清洗、防渗表面的保护等预处理工作。⑶离子渗氮

（二）模具渗硼、渗铬

1.渗硼渗硼方法有固体渗硼、气体渗硼、盐浴渗硼。国内应用较多的是盐浴渗硼和固体渗硼。渗硼前后的热处理：模具渗硼前应进行精加工和消除应力处理，以避免渗层不均和渗后变形，并要对模具表面进行清洗。对于模具心部要求不高的，渗硼后空冷即可，对要求内部有足够强度的，渗硼后要进行淬火，回火处理。

2.渗铬

渗铬的方法很多，分为固体、液体和气体渗铬，常用的有粉末渗铬和真空密封渗铬。模具渗铬的应用：渗铬对在热态工作或承受强烈磨损的模具有显著效果，适用于锤锻模、压锻模、塑料模、拉深模等冷热作模具。（三）盐浴涂覆

（四）模具表面覆层处理1.气相沉积碳化钛根据化学沉积原理进行表面覆层的方法，称为化学气相沉积法，简称CVD。该工艺适用于各种拉深模、冷挤模、冲裁模的冲头和凹模，以及粉末冶金模和陶瓷模等。Cr12钢制拉深模经气相沉积TiC后，使用寿命可提高8-30倍。

2.模具镀铬装饰性镀铬工业镀铬：提高耐磨性（五）复合热处理该法是将传统的热处理方法加以合理组合，发挥各自特点，以获得优于单一热处理效果的一种极有发展前途的工艺方法。一般组合的原则：

①先行处理的一般是先给予工件一定性能，或为一定性能打下基础；后继处理的则常对先行处理效果给以补充和提高，或者是给予新的性能。②后继处理的温度不应使先行处理所得到的组织与性能发生变化，至少不改变心部组织及性能。③后继处理不应引起过量变形和开裂，不应使渗层表面质量降低。

二.模具表面强化处理工艺

1.模具表面强化处理工艺的选择模具性能要求是选用表面强化处理工艺的主要考虑因素，在满足性能要求的条件下，一般应尽可能选用处理温度较低的工艺，因为这样可以减少氧化脱碳、变形和能耗。2.模具表面强化处理后加工

模具表面强化处理后，一般不再需要进行加工，但某些零件的某些部位还需进行精细加工（如精磨、研磨等），以便达到最终尺寸和表面粗糙度要求。为了避免后加工困难，应合理安排模具制造工艺，可将模具先加工到最终尺寸（即不留磨削余量），表面强化处理时采取防氧化脱碳措施，处理后不再加工。

第三章

模具的机械加工

§1一般的机械加工§2模具的仿形加工§3模具的精密机械加工§4数控机床加工§1一般的机械加工1．1工件的定位和夹紧1．2模具零件的车削加工1．3模具零件的铣削加工1．4模具零件的镗削加工1．5模具零件的铰孔1.1工件的定位和夹紧

（一）工件的定位1.自由度的概念由刚体运动学可知，一个自由刚体，在空间有且仅有六个自由度。工件的六个自由度a)矩形工件b)圆柱形工件2．六点定位原则

在分析工件定位时，通常用一个支承点来限制工件的一个自由度，共用六个支承点来限制工件的六个自由度而使工件的位置完全确定，这一原则就是“六点定则”。“六点定则”可用于任何形状和类型的工件。对于不同的工件，支承点的分布形式可能不同。夹具结构中，支承点以定位元件体现。矩形工件定位a)零件b)定位分析c)支承点布置六点定位原则的几个主要问题：

1）定位支承点是定位元件抽象而来的。2）定位支承点与工件定位基准面始终保持接触，才能起到限制自由度的作用。3）分析定位支承点的定位作用时，不考虑力的影响。⒉限制工件的自由度与加工要求的关系工件应被限制的自由度与工件被加工面的位置要求存在对应关系。工件应被限制的自由度数目与工件被加工面存在几个方向的位置要求有相应的关系。工件定位时，应该限制的自由度数目，主要由工件加工要求确定，一般讲，工件定位所需限制自由度的数目≤6个。各定位元件限制的自由度原则上不允许重复或干涉。1）当工件被加工面只有一个方向的位置要求时，需要限制工件的三个自由度；2）当工件被加工面有两个方向的位置要求时，需要限制工件的五个自由度；3）当工件被加工面有三个方向的位置要求时，需要限制工件的六个自由度。

如下图所示在工件上铣通槽，为保证槽底面与工件底面的平行度和尺寸两项加工要求，必须限制三个自由度；这保证槽侧面与工件前后侧面的平行度和尺寸两项加工要求，还必须限制两个自由度，共计五个自由度。

基本概念：基准：零件上用以确定其它点、线、面位置所依据的要素(点、线、面)。基准的种类很多，这里只讨论定位基准。

定位基准：确定工件在夹具中位置的基准，即与夹具定位元件接触的工件上的点、线、面。当工件以回转面与定位元件接触定位时，工件上的回转面称为定位基面，其轴线称为定位基准，定位心轴的圆柱面称为限位基面，心轴的轴线称为限位基准。当工件以平面与定位元件接触定位时，工件上的实际存在的面是定位基面，它的理想状态是定位基准。定位元件上的限位平面就限位基准（基面）。

基准要素：零件上用来建立基准并实际起基准作用的实际要素（如一条边、一个表面或一个孔）。位置公差：是关联实际要素的位置对基准所允许的变动全量。为确保被加工要素对基准要素的距离尺寸要求，所限制的自由度与工件定位基准的形状有关，而位置公差要求所需限制的自由度与加工要素和基准要素的形状都有关。

具体确定方法是：就距离尺寸要求和位置公差要求，各自独立地拟定应限制的自由度，然后按综合叠加但不重复的原则确定能满足多项精度要求而应限制的自由度。⒊工件定位的几种情况完全定位和不完全定位、欠定位和过定位(1)完全定位：工件的六个自由度都被限制的定位。(2)不完全定位：根据工件的加工要求，并不需要限制工件的全部自由度，这样的定位，称为不完全定位。(3)欠定位：根据工件的加工要求，应该限制的自由度没有完全被限制的定位，称为欠定位。欠定位示例

(4)重复定位（过定位）：夹具上的两个或两个以上的定位元件重复限制同一个自由度的现象，称为过定位。

在设计夹紧装置时，先要合理选择夹紧力的作用点、方向、大小，然后选用或设计合适的夹紧机构来实现工件的正确夹紧。(二)工件的夹紧方法液压夹紧铣床夹具

1一压板2一铰链臂3一活塞杆4一液压缸５——活塞

1.夹紧装置的基本要求①.夹紧过程中，不改变工件定位后所占据的正确位置。②.可靠夹紧，夹紧力大小适当。保证工件正确位置稳定不变、振动小，工件不产生过大的夹紧变形和表面损伤。③.夹紧装置工艺性好。结构尽量简单，便于制造和维修。④夹紧装置使用性好。操作安全、方便，省力。.2.夹紧力确定原则夹紧力的作用点、方向、大小三要素的确定，应依据工件的结构特点、加工要求，结合工件加工中的受力状况和定位元件的结构和布置形式等综合考虑。①夹紧力方向的确定夹紧力的方向应有利于定位，且主夹紧力朝向主要定位基面。最佳情况是，夹紧力、切削力、工件重力三者方向一致。②夹紧力作用点的确定夹紧力作用点应落在工件刚度较好的方向和部位，防止工件变形。夹紧力作用点应落在定位元件的支承面内。夹紧力作用点应尽量靠近被加工面。③夹紧力大小的确定

理论上，夹紧力的大小只需克服工件重力、切削力、惯性力、离心力等。实际上，夹紧力的大小还与工艺系统的刚度和夹紧机构的力传递效率有关。

(夹紧力的计算只能粗略计算。也只需粗略计算。)3.机床夹具的分类根据通用程度的不同，机床夹具可分为：(1)通用夹具这类夹具具有很大的通用性。如车床上的三爪自定心卡盘、四爪单调卡盘、铣床上的平口钳、分度头、回转盘等。(2)专用夹具这类夹具是针对某一工件的某一固定工序而专门设计的。(3)成组可调夹具将零件按形状，尺寸和工艺特征等进行分组，为每一组设计一套可调整的“专用夹具”，使用时只需稍加调整或更换部分元件，即可加工同一组内的各个零件。(4)组合夹具组合夹具是一种由预先制造好的通用标准部件经组装而成的夹具。(5)随行夹具:是一种在自动线上使用的夹具。该夹具既要起到装夹工件的作用，又要与工件成为一体沿着自动线从一个工位移到下一个工位，进行不同工序的加工。

机床夹具也可按适用的机床分为:

车床夹具、钻床夹具、铣床夹具、镗床夹具、齿轮加工机床夹具等。若按所使用的动力源，机床夹具又可分为:

手动夹具、气动夹具、液压夹具、电动夹具，磁力夹具、真空夹具等。4夹具的组成

(1)定位元件：定位元件是保证工件在夹具中的正确位置的元件，如图3-27所示的件3。(2)安装元件：安装元件是保证机床和夹具正确位置的元件。(3)调整元件（导向—对刀元件）：调整元件是保证刀具和夹具获得正确位置的元件。这类元件一般专指钻套、镗套、对刀块等元件，它通过对定位元件正确的位置精度，直接或间接地引导刀具，如图3-27中的件2。(4)夹紧装置：该装置一般由动力源、中间传力机构及夹紧元件组成，其作用是保持工件由定位所取得的确定位置，并抵抗动态下系统所受外力及其影响，使加工得以顺利实现，如图3-27中的件4和件5。(5)夹具体：用于连接夹具上各个元件或装置，使之成为一个整体的基础体。(6)其它装置或元件：为满足设计给定条件及使用方便，夹具上有时设有分度机构、上下料机构等装置。5.典型夹紧机构①斜楔夹紧机构特点：自锁性，增力作用，夹紧行程小，不便于工件的装卸。适用范围：手动斜楔夹紧机构费时费力，效率极低，实际上很少采用。一般用气压或液压斜楔夹紧机构。②螺旋夹紧机构特点：结构简单，夹紧可靠，夹紧行程较大。适用范围：应用广泛。螺旋压板组合夹紧机构应用更为普遍。③偏心夹紧机构用偏心件直接或间接夹紧工件的机构，叫偏心夹紧机构。④定心夹紧机构把中心定位和夹紧结合在一起，两个动作同时完成。如三爪定心卡盘。工作原理：a.等速移动；b.均匀弹性变形。如图3-27所示为套筒钻孔的工序图及其钻夹具。钻孔时，应首先借助于夹具体1的底面A1及钻套2的内孔A2实现钻模在机床上的定位，并用机床公用螺栓夹紧在机床工作台面上；然后工件以孔基准S1和端面S2为定位基准放在心轴3的J1及J2表面上定位，并借助于快换垫圈4，用螺母5夹紧工件；最后将刀具插入钻套2的导向套孔A2便可进行钻削加工1.2模具零件的车削加工一、车床普通车床约占车床类总数的65%，因其主轴以水平方式放置故称为卧式车床。例如：CA6140型普通车床的主要组成部件有：主轴箱、进给箱、溜板箱、刀架、尾架、光杠、丝杠和床身。CA6140卧式车床的结构床头箱卡盘刀架尾座床身溜板箱光杠丝杠床腿进给箱主轴箱：又称床头箱，它的主要任务是将主电机传来的旋转运动经过一系列的变速机构使主轴得到所需的正反两种转向的不同转速，同时主轴箱分出部分动力将运动传给进给箱。主轴箱中主轴等是车床的关键零件。主轴在轴承上运转的平稳性直接影响工件的加工质量，一旦主轴的旋转精度降低，则机床的使用价值就会降低。CA6140卧式车床的结构床头箱卡盘刀架尾座床身溜板箱光杠丝杠床腿进给箱进给箱：又称走刀箱，进给箱中装有进给运动的变速机构，调整其变速机构，可得到所需的进给量或螺距，通过光杠或丝杠将运动传至刀架以进行切削。CA6140卧式车床的结构床头箱卡盘刀架尾座床身溜板箱光杠丝杠床腿进给箱丝杠与光杠：用以联接进给箱与溜板箱，并把进给箱的运动和动力传给溜板箱，使溜板箱获得纵向直线运动。丝杠是专门用来车削各种螺纹而设置的，在进行工件的其他表面车削时，只用光杠，不用丝杠。同学们要结合溜板箱的内容区分光杠与丝杠的区别。CA6140卧式车床的结构床头箱卡盘刀架尾座床身溜板箱光杠丝杠床腿进给箱溜板箱：是车床进给运动的操纵箱，内装有将光杠和丝杠的旋转运动变成刀架直线运动的机构，通过光杠传动实现刀架的纵向进给运动、横向进给运动和快速移动，通过丝杠带动刀架作纵向直线运动，以便车削螺纹。CA6140卧式车床的结构床头箱卡盘刀架尾座床身溜板箱光杠丝杠床腿进给箱刀架：有两层滑板(中、小滑板)、床鞍与刀架体共同组成。它用于夹持车刀，使之作纵向、横向或斜向进给运动。CA6140卧式车床的结构床头箱卡盘刀架尾座床身溜板箱光杠丝杠床腿进给箱尾座：安装在床身导轨上，并沿此导轨纵向移动，以调整其工作位置。尾架主要用来安装后顶尖，以支撑较长工件，也可安装钻头、铰刀等进行孔加工。CA6140卧式车床的结构床头箱卡盘刀架尾座床身溜板箱光杠丝杠床腿进给箱床身：是车床京都要求很高的带有导轨(山形导轨和平导轨)的一个大型基础部件。用于支撑和连接车床的各个部件，并保证各部件在工作时有准确的相对位置。

C6132二、车削加工

车削加工：是指在车床上用车刀进行切削加工。车削的主运动是工件的旋转，进给运动是由刀具的直线移动完成的。车削是金属切削加工的主要加工方法之一。应用最普遍的是普通车床，普通车床的加工范围较广，能加工各种回转表面(内外圆柱面、圆锥面及成型回转表面)和回转体的端面，有些车床还能加工螺纹面。

车刀：由刀头和刀杆组成。刀头是车刀的切削部分，刀杆是被夹持的部分。刀头上切削部分由一尖、二刃、三面组成，其各部分的名称及其意义如下：前面：切屑脱离工件后流出所经过的表面。主后面：与工件加工面相对着的表面。副后面：与工件已加工面相对着的表面。主切削刃：前面与主后面相交的刀刃，它担负着主要的切削工作。副切削刃：前面与副后面相交的刀刃，它的一小部分也担负着切削工作。刀尖：主切削刃和副切削刃的相交处。为了增加刀尖的强度，实际上都磨成一小段圆或直线。用以加工外圆、内孔、端面、螺纹以及车槽和车齿等，其主要类型如图所示：

图车刀主要类型1-端面车刀；2-仿形车刀；3-车槽刀；4-外圆车刀；5-螺纹车刀工件与刀具材料的每个组合都有一最佳的刀尖角形状。刀具几何形状将影响切削的流动方向。待加工表面：工件上将被切去切屑的表面。在切削过程中，它的面积不断减少，直至消失。已加工表面：工件上经刀具切削后形成的新表面。加工表面：工件上正在被切削刃切削的表面。也就是待加工表面与已加工表面之间的过渡表面，所以又称为过渡表面。在机械加工中，刀具与工件之间的相对运动称为切削运动。根据在切削过程中所起的作用不同，切削运动可分为主运动和进给运动。

主运动：主运动是切下金属层，使之形成切屑的最基本的运动。其特点是在切削过程中速度最高、消耗机床动力最大。它可以是旋转运动，也可以是直线运动。车削时工件的旋转、钻削时钻头的旋转、铣削时铣刀的旋转、刨削时刨刀的往复直线运动、磨削时砂轮的旋转运动均为主运动。进给运动:进给运动是使金属层不断投入切削过程，从而形成加工表面的运动。它可以是直线运动，也可以是旋转运动。车刀、钻头及铣削时工件的移动、牛头刨床刨削水平面时工件的间歇运动、磨削外圆时工件的旋转和往复的轴向移动及砂轮周期性横向移动均为进给运动。在机械加工中，主运动只能有一个，进给运动则可能是一个或几个。零件不同表面加工时的切削运动如图2所示（图中Ⅰ为主运动，Ⅱ为进给运动）。车床附件和工件装夹车床上常备有三爪卡盘、四爪卡盘、顶尖、中心架、跟刀架、花盘和心轴等附件，以适应不同形状和尺寸的工件的装夹。•

三爪卡盘三爪卡盘是车床上最常用的附件，其结构如图5-7所示。•

三爪卡盘三爪卡盘是车床上最常用的附件，其结构如图

所示。•

四爪卡盘适用于外形不规则、非圆柱体、有偏心及位置精度要求高的零件。

•

花盘1.在花盘上安装零件2.在花盘上用弯板安装零件

•

中心架和跟刀架••A.中心架用中心架支承车削细长轴

••B.

跟刀架c）跟刀架使用1.三爪卡盘2.工件3.跟刀架4.顶尖a）两爪跟刀架b）三爪跟刀架•

顶尖用顶尖安装工件

顶尖套

•

心轴在圆柱心轴上定位

车削可粗加工,精加工,

粗加工时以最高速度切削掉金属，随后以较高切削速度、较低进刀速率和较小切削深度进行精切削加工。要避免长的连续切屑，因为这种切屑可妨碍工具机操作或损伤零件表面。当切屑碰撞工件或刀杆时即断裂。另外，工件转速、进刀速度和切削深度是对车削作业的主要技术要求。

◆在机床上进行的主要车削作业是直线车削或外圆车削、锥体车削、端面车削和镗孔。

其中镗孔是内车削过程，可用于扩大钻削的孔，扩大空心管内径或加工内槽。

◆对车削作业而言，只有在操作自动机床时才能使用混水型金属加工液；往往优先选用纯切削油。1.3模具零件的铣削加工台式平面铣床万能铣床铣床附件及工件装夹1)周铣法（圆周铣削方式）周铣法铣削工件时有两种方式，即逆铣与顺铣。铣削时若铣刀旋转切入工件的切削速度方向与工件的进给方向相反称为逆铣，反之则称为顺铣。(2)端铣削方式端铣有对称端铣、不对称逆铣和不对称顺铣三种方式。①对称铣削如图a所示，铣刀轴线始终位于工件的对称面内，它切入、切出时切削厚度相同，有较大的平均切削厚度。一般端铣多用此种铣削方式，尤其适用于铣削淬硬钢。

②不对称逆铣如图b所示，铣刀偏置于工件对称面的一侧，它切入时切削厚度最小，切出时切削厚度最大。这种加工方法，切入冲击较小，切削力变化小，切削过程平稳，适用于铣削普通碳钢和高强度低合金钢，并且加工表面粗糙度值小，刀具耐用度较高。

③不对称顺铣如图c所示，铣刀偏置于工件对称面的一侧，它切出时切削厚度最小，这种铣削方法适用于加工不锈钢等中等强度和高塑性的材料。几点总结：☆由于刀具有多个齿和每个齿都产生铣屑，高速铣削掉金属是可能的。在大多数应用中，工件被送入旋转着的铣刀中。进给运动一般垂直于刀具轴线，切削在刀具的圆周上进行。☆在端铣削中，铣刀旋转中心线垂直于被铣削的工件表面。端铣刀通常有二个、三个或四个排屑槽。制造模具时的切削凹槽、沟槽是端铣刀的普通作业。☆空心端铣刀用在自动螺纹机床上。内铣齿将圆棒料的外圆表面加工至精确直径。☆端面铣削类似于端铣削。但是，端面铣削铣刀的直径比其长度长。端面铣刀设计成能加工平面表面。

☆铣削中铣刀的旋转方向可产生不同作用。在传统方法即所谓逆铣或对向铣中，铣刀朝工件进给方向旋转。在顺铣或同向铣中，铣刀旋转方向与进料方向一致。逆铣削产生的铣屑较厚，而顺铣削时铣屑则较薄。

逆铣削的主要优点是刀具的磨耗不受工件表面状况的影响。如刀刃锐利，可得较光滑的表面。

在顺铣削具有硬表面的材料，如铸件或热加工金属件时，铣刀齿将磨耗较快并可损坏。顺铣削的优点是零件上刀痕趋于减少，如果刀刃上产生切屑瘤的话，表面光洁度不受其影响。

铣削用量的选择原则是：“在保证加工质量的前提下，充分发挥机床工作效能和刀具切削性能”。在工艺系统刚性所允许的条件下，首先应尽可能选择较大的铣削深度ap和铣削宽度ac；其次选择较大的每齿进给量fz；最后根据所选定的耐用度计算铣削速度vc

。（1）铣削深度ap和铣削宽度ac的选择对于端铣刀，选择吃刀量的原则是：当加工余量≤8mm，且工艺系统刚度大，机床功率足够时，留出半精铣余量0.5~2mm以后，应尽可能一次去除多余余量；当余量＞8mm时，可分两次或多次走刀。铣削宽度和端铣刀直径应保持以下关系:

d0=(l.l~1.6)ac（mm）对于圆柱铣刀，铣削深度ap应小于铣刀长度，铣削宽度ac的选择原则与端铣刀铣削深度的选择原则相同。（2）进给量的选择每齿进给量fz是衡量铣削加工效率水平的重要指标。粗铣时fz主要受切削力的限制，半精铣和精铣时，fz主要受表面粗糙度限制。

(3)铣刀直径的选择铣刀直径通常据铣削用量选择，一些常用铣刀的选择方法可查表。铣槽方法

1.4刨削、插削、拉削加工刨削：刨刀与工件作水平方向相对直线往复运动的切削加工方法。常见的刨床类机床有牛头刨床、龙门刨床等主要用于模具零件的外形加工。插削：用插刀对工件作上下相对直线往复运动的切削加工方法。可加工沟槽和型孔。拉削:用拉刀在拉力作用下作轴向运动，加工工件内、外表面的方法。

1.5钻削加工钻削：钻削刀具与工件作相对运动并作轴向进给运动，在工件上加工孔的方法。

钻削是孔加工的一种基本方法，钻孔经常在钻床和车床上进行，也可以在镗床或铣床上进行。常用的钻床有台式钻床、立式钻床和摇臂钻床

1.5磨削加工磨削：利用高速旋转的砂轮等磨具加工工件表面的切削加工。磨削用于加工各种工件的内外圆柱面、圆锥面和平面,以及螺纹、齿轮和花键等特殊、复杂的成形表面。

磨削可以用于加工各种材料，包括淬硬钢、高强度合金钢、硬质合金、玻璃、陶瓷和大理石等高硬度金属和非金属材料。

1.6镗削加工镗削：是一种用刀具扩大孔或其它圆形轮廓的内径车削工艺，其应用范围一般从半粗加工到精加工，所用刀具通常为单刃镗刀（称为镗杆）。

（一）镗削的特点与工艺范围1．镗削的特点（1）镗削加工灵活性大，适应性强。（2）镗削加工操作技术要求高。（3）镗刀结构简单，刃磨方便，成本低。（4）镗孔可修正上一工序所产生的孔，轴线位置误差，保证孔的位置精度。2．镗削的工艺范围镗削加工的工艺范围较广，它可以镗削单孔或孔系、铣平面、镗盲孔及镗端面等。机座、箱体、支架等外形复杂的大型工件上直径较大的孔，特别是有位置精度要求的孔系，常在镗床上利用坐标装置和镗模加工。镗孔精度为IT7～IT6级，孔距精度可达0.015mm,表面粗糙度值Ra为1.6～0.8μm。另外，利用镗床还可以切槽、车螺纹、镗锥孔和加工球面等。（二）镗床

镗床的分类：1．卧式镗床卧式镗床由床身、主轴箱、工作台、平旋盘和前、后立柱等组成。a.坐标镗床刚性和抗振性很好。b.坐标镗床加工的尺寸精度和形位精度都很高。c.主要用于单件小批生产条件下对夹具的精密孔、孔系和模具零件的加工，也可用于成批生产时对各类箱体、缸体和机体的精密孔系进行加工（1）单柱坐标镗床2．坐标镗床（1）单柱坐标镗床

（2）双柱坐标镗床（2）双柱坐标镗床3．精镗床精镗床是一种高速镗床，也叫金刚镗床。一般速度较高，加工精度较高。主要用于在成批或大量生产中加工中小型精密孔。1．常用镗刀的类型、结构和特点（1）单刃镗刀镗刀是指在镗床上用以镗孔的刀具。（三）镗刀（2）双刃镗刀

双刃镗刀就是镗刀的两端有一对对称的切削刃同时参与切削，切削时可以消除径向切削力对镗杆的影响，工件孔径的尺寸精度由镗刀来保证。双刃镗刀分为固定式和浮动式两种。浮动式镗刀结构

1）导向法单件小批生产时，箱体上的孔系一般在通用机床上加工。利用已有孔做支承导向当箱体前壁上的孔加工完毕，可在孔内装一导向套，以支承和引导镗杆加工后面的孔，来保证两孔的同轴度。此法适用于箱壁相距较近的同轴孔加工。（四）镗削加工方法镗同轴孔系利用镗床后立柱支承架支承镗杆用于大型箱体孔系的加工采用掉头镗。当箱壁相距较远时，宜采用掉头镗。

2）找正法图a所示为镗孔前用装在镗杆上的百分表对箱体上与所镗孔轴线平行的工艺基面进行校正，使其与镗杆轴线平行，然后调整主轴位置加工箱体A壁上的孔。图b所示为镗孔后，工作台回转180°，重新校正工艺基面对镗杆轴线的平行度，再以工艺基面为统一测量基准，调整主轴位置，使镗杆轴线与A壁上孔轴线重合，即可加工箱体B壁上的孔。

3）镗模法

在成批大量生产中，一般采用专用镗床夹具（镗模）加工。模具零件的铰孔

铰孔是利用铰刀从工件孔壁切除微量金属层，以提高其尺寸精度和减小表面粗糙度值的方法。它适用于孔的半精加工及精加工，也可用于磨孔或研孔前的预加工。铰刀：具有直刃或螺旋刃的旋转精加工刀具,用于扩孔或修孔。铰刀有一个或多个切削刃，每个切削刃的负荷较轻，用以切除已加工孔表面薄层金属

。工作部分分为切削部分和修光部分。切削部分为锥形，担负主要切削任务；修光部分的作用是导向（校正孔径），修光孔壁和导向。铰刀的分类：按孔的形状：圆柱形铰刀和圆锥形铰刀。按刀柄结构：锥柄铰刀、直柄铰刀、小孔直柄铰刀、套式直柄铰刀、手铰刀等。手铰刀直径：1～50mm；锥柄铰刀直径：10～32mm；小孔直柄铰刀直径：1～6mm；直柄铰刀直径：6～20mm；套式直柄铰刀直径：25～80mm。§2模具的仿形加工

仿形加工：①.轮廓仿形加工

②.立体仿形加工仿形加工是模具型面机械加工的主要方法之一。

常用的有：仿形车削仿形刨削仿形铣削仿形磨削

一.仿形加工的控制方式及工作原理

按触头传输信息的形式进行分类：机床进给传动的控制方式

机械式

液压式

电控式

电液式

光电式

图2-12机械式仿形工作原理1.机械式仿形

2.液压式仿形：

利用油液作为介质传递信息和动力。

3.电控式仿形

电控式仿形是以电信号传递信息，利用伺服电动机带动铣刀作仿形运动。铣刀与触头之间利用电伺服联动实现仿形加工（工作原理图：见图2-15）

4.电液式仿形

以电传感器传递信息，利用液压作为动力进行仿形加工。

电传感器得到的电信号，经“电-液转换”机构（电液伺服阀），使液压执行机构（液压缸、液压马达）驱动工作台作相应的伺服运动。

要求电液伺服阀的启动，换向，停止等运作灵敏度高，准确，并具有较大的放大倍数。

5.光电式仿形

是利用光电传感器传递信息。

二.仿形加工工艺

（一）.靠模

平面靠模（或叫样板）和立体靠模

1.对靠模的要求：

①.有一定的尺寸精度；

②.在使用中不产生变形和磨损。

2.靠模的材料①制作样板的材料：（钳工加工）常用0.5-1mm厚的钢板；塑料板。②.制作立体靠模的材料：非金属材料：木料，树脂混合石膏、合成树脂；黑色金属：钢，铸铁（大批量生产）；有色金属：铜合金、铝合金、锌基合金、低熔点合金。精密加工靠模，带用电铸法或喷镀法制作。（二）.仿形触头

☆常用的触头：

圆柱形触头、球头形触头、锥形球头触头

☆触头材料：钢、硬铝、铜、塑料要求：①.表面有一定硬度，并经抛光；②.尽量轻而短；③.触头的头部与靠模表面形状相适应。图2-16仿形触头选择示意图①.触头倾角靠α<靠模工作面的最小倾角；②.触头头部半径R<min{靠模工作面半径ri

}

触头的尺寸要求：触头形状与铣刀形状相适应。D=d+2(a+e);D----仿形触头直径；d-----铣刀直径a------加工后的钳工修正量；e----触头偏移的修正量,e=0.06~0.1mm（三）.铣刀常用铣刀：

（四）.

仿形加工1.仿形加工的基本方式：①.垂直二维仿形（XZ平面，或YZ平面）②.水平二维仿形（XY平面）；③.三维立体仿形。

2.内型面或外型面的仿形加工

根据被加工型面的几何特征，综合考虑型面的加工精度，表面粗糙度和生产的要求仿形加工选择原则：①.浅而扁平的型腔表面，一般宜用行切；②.较深的内腔面，底面用行切，侧面用轮廓仿形或局部轮仿的组合加工；③.形状不规则的轮廓表面，采用沿轮廓周期进给行切；④.若工件毛坯的余量较大，应采用深度分层行切，或带深度分层沿轮廓周期进给行切。仿形行程控制：水平分行：工作台不断作水平移动，主轴箱反相前垂直进给；垂直分行：主轴箱不断作垂直移动，主轴箱反相前工作台水平横向进给。表2-6根据工件形状采取仿形加个形式示例形状特点简图采用加工形式说明长条形工件加工形状为长条形，用立体轮廓水平分行加工方式形状变化大为减少空刀，可采用周期进给的自动超前装置（左图）或同时采用垂直分行与水平分行的组合方式（右图）。若被加工件的绝大部分圆角半径大，则先用半径大的铣刀加工整个形状，仅在半径小的地方以半径小的铣刀加工。表根据工件形状采取仿形加个形式示例（续）有较大的深度和陡壁根据轮廓用平面轮廓仿形方式铣出轮廓凹槽。然后用带有周期超前进给的轮廓方式加工中间部分，去掉大部分切屑以后再用立体轮廓水平分行方式加工。有较大的深度和陡壁用平面轮廓分行方式（深度不变）加工主要部分，其余部分及精加工用周期近期超前立体轮廓水平分行加工方式。有较大的深度和陡壁型腔面积较大，圆角半径亦大，用直径大的端面圆柱铣刀进行梳行分行加工。预先在工件中部（最深处）用球面铣刀按普通分行铣出一条槽，然后用直径比槽略大的圆柱铣刀铣削，铣刀进入槽中部，依次加工胚料的1、2、3、4各部分。表根据工件形状采取仿形加个形式示例（续）型腔深度变化大，侧壁陡，但斜度一致用深度轮廓方式，回绕轮廓加工，其余部分用周期进给超前的立体轮廓分行加工。外轮廓铣刀直径应比凹入部分圆角半径小。如果工件圆角半径很小，沿轮廓被切下的余量又多，可用直径较大的铣刀进行加工，精加工和半精加工时用直径较小的铣刀进行。三.雕刻加工雕刻加工属于机械式仿形的一种，是通过缩放尺进行仿形的。加工时，一般以手动方式使触头沿靠模表面移动，同时通过缩放尺使刀具随动在工件表面上作仿形加工。图2-21雕刻机的缩放尺机构

1.缩放尺

2.靠模、刻刀、仿形触头

☆靠模：可按不同比例制作操作，比例的选择应根据产品的加工要求来确定。靠模表面应耐压，耐磨。常用合成树脂或金属制造。☆刻刀：要求刃口尖细、锋利。刻刀常用高速钢或硬质合金制造，常用单刃。☆仿形触头：的形状应与靠模表面的形状相适应，其端部尺寸应与靠模尺寸成比例。

仿形加工的优缺点

a.以样板、模型、靠模作为依据加工模具形面，跳过了复杂曲面的数学建模问题，简化了复杂曲面的加工工艺。b.靠模、模型可用木材、石膏、树脂等已成形的材料制作，扩大了靠模的选取范围。c.仿形有误差，加工过程中产生的热收缩、刀补问题较难处理。d.加工效率高，为电火花的40~50倍，常做为电火花前的粗加工。§3模具的精密机械加工

采用精密机床只是基本条件，更重要的是如何有效地发挥精密机床的作用。实现模具的精密加工，必须注意的事项：

①.在考虑加工方法的基础上设计模具，使模具结构与加工方法相适应；②.使用高精度和高刚性的加工机床；③.选用高耐磨性的适合高精度加工的刀具；④.建立以温度控制为中心的良好的加工环境；⑤.要把加工过程中的创造意识和关键及时向设计部门反馈；⑥.加强对操作人员的基本训练。

一.坐标镗床加工――孔加工

坐标镗床是一种高精度孔加工的精密机床，主要用于有精确孔距要求的孔系的加工。能达到的加工质量：孔的尺寸精度可达IT6－IT7；孔距精度可达0.005－0.01mm；表面粗糙度可达Ra0.8μm

加工环境要求：室温：20±1℃的恒温；湿度：55±5％

坐标镗床是一种高精度机床，刚性和抗振性很好，还具有工作台、主轴箱等运动部件的精密坐标测量装置，能实现工件和刀具的精密定位。所以，坐标镗床加工的尺寸精度和形位精度都很高。主要用于单件小批生产条件下对夹具的精密孔、孔系和模具零件的加工，也可用于成批生产时对各类箱体、缸体和机体的精密孔系进行加工（2）双柱坐标镗床

1－床身2－主传动座3－工作台

4－主变速箱5、l0－立柱6一主轴箱

7一溜板

8－顶梁9、15、16、20－手钮11－横梁12－粗定位标尺13一光屏14、19-手轮17-指针

18－主轴T4240B型双柱光学坐标镗床1.坐标镗床的光学测量系统

组成：①.精密刻线尺，固定在溜板上，刻线间格1mm；②.光学系统，固定在横梁上；③.游标刻线板（15#件），刻线间格表示0.001mm；④.读数光屏（11#件）。

1一光源2一聚光镜组3一滤色镜片

4一聚光镜组5一反射镜

6一投影物镜

7一投影物镜

8一反射镜组

9一光屏10一游标光屏

11一光屏12一游标光源13一聚光镜组14--棱镜15一游标刻线板16一游标物镜组17一反射镜组

18一精密刻线尺主轴箱溜板光学测量系统零位调整的步骤：

①.使主轴中心线与被加工工件基准面（或孔的中心线）对准；②.旋转游标读数调整手钮，使游标零线对准光屏下方的指标；③.旋转调整精密刻线尺手钮，使精密刻线上两根刻线的象分别位于读数光屏上方“0”和“10”两处的双线中间位置；④.移动粗定位指针，使其对准粗定位标尺上的某一刻线，然后将指针固定。

图光屏读数举例①.万能转台装夹工件的圆盘

可绕垂直轴回转（0°-360°），可使水平轴作0°-90°倾斜；2.主要附件

②.光学中心测定器与定位角铁光学中心测定器以尾锥安装在机床主轴的锥孔内进行测量。在目镜中可看到工件刻线的投影，还可看到测定器本体内的玻璃上的两条（或四条）十字刻线。只要将测定器对准工件上的基准边或基准线。使它们的象与单十字线重合（或在双十字的中间）即可。定位角铁：两个互成90°的内表面。外表面上固定着一个直径约7mm的镀铬钮，钮上有一刻线与内垂直面在同一平面上；③.镗孔夹头作用：按镗床孔径的大小精确地调节镗刀刀尖与主轴中心线间的距离；④.弹簧中心冲作用：划线、打中心眼。3.加工工艺

①.工件的定位：以划线为定位基准以外圆或孔为定位基准以互相垂直的两侧为定位基准――工件定位实例（见P36表2-9）；a.以划线为定位基准b.以外圆或孔为定位基准2)利用千分表和专用工具找正基准c.以互相垂直的两侧为定位基准3)用芯轴定位棒找正。

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