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1、君子接物，度量宽厚，尤大地之博，无所不载。责已甚严，责人甚轻。名高任重，气度雍容，望之俨然，即之温然。-梁启超 感 悟 人 生 第二章模具机械加工的基本理论龚兴厚()化工楼309第一节 模具制造工艺规程编制一、基本概念二、工艺规程制订原则和步骤三、产品图样的工艺分析四、毛坯设计五、定位基准的选择六、零件工艺路线分析与拟定七、加工余量与工序尺寸的确定八、工艺装备的选择模具加工工艺规程是规定模具零部件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件。模具的生产过程，是指将用户提供的产品信息和制件的技术信息通过结构分析、工艺性分析，设计成模具；并基于此，将原材料经过加工、装配，转变为具有使用性能的成型工具的全
2、过程。一、基本概念模具制造工艺过程可定义为：直接改变生产对象的形状、尺寸、相互位置及性能，将其转变为成品或半成品的过程。它是模具生产过程的主要局部，即从生产准备到验收、试模合格之前，属于制造工艺过程。零件的机械加工工艺过程(工艺路线或工艺流程)：用机械加工的方法，直接改变原材料或毛坯的形状、尺寸和性能等，使之变为合格零件。装配工艺过程是将零件装配成部件或产品的过程。工艺过程是由一个或假设干个依次排列的工序所组成。毛坯顺次通过这些工序就变成了成品或半成品。一个（或一组）工人，在一个固定的工作地点（一台机床或一个钳工台），对一个（或同时对几个）工件所连续完成的那局部工艺过程，称为工序。它是工艺过程
3、的基本单元，又是生产方案和本钱核算的基本单元。阶梯轴在加工外表和加工工具不变的情况下，所连续完成的那一局部工序称为工步。加工外表与加工工具只要改变一个，就应算作另一工步，如对同一个孔进行钻孔、扩孔、铰孔，应作为三个工步。在工艺卡片中，按工序写出各加工工步，就规定了一个工序的具体操作方法及次序。当同时对一个零件的几个外表进行加工时，则为复合工步。在一个工步内由于被加工外表需切除的金属层较厚，需要分几次切削，则每进行一次切削就是一次走刀。工件在加工前，在机床或夹具中相对刀具应有一个正确的位置并给予固定，这个过程称为装夹，一次装夹所完成的那局部加工过程称为安装。安装是工序的一局部。每一个工序可能有一
4、次安装，也可能有几次安装。在同一工序中，安装次数应尽量减少，这样既可以提高生产效率，又可以减少由于屡次安装带来的加工误差。为减少工序中的装夹次数，常采用回转工作台或回转夹具，使工件在一次安装中，可先后在机床上占有不同的位置进行连续加工，每一个位置所完成的那局部工序，称一个工位。工厂制造产品(或零件)的年产量，称为生产纲领。N为零件的生产纲领(件/年)；Q 为产品的生产纲领(台/年)；n 为每台产品中包含该零件的数量(件/台)；a 为该零件备件的百分率；b 为该零件废品的百分率。根据产品的生产纲领的大小和品种的多少，模具制造业的生产类型主要可分为：单件生产和成批生产。单件生产：单个地生产不同结构
5、和不同尺寸的产品，并且很少重复。例如，重型机器制造、专业设备制造和新产品试制等。成批生产：一年中分批地制造相同的产品，制造过程有一定的重复性。例如，机床制造就是比较典型的成批生产。每批制造的相同产品的数量称为批量。根据批量的大小，成批生产又可分为：工艺规程是记述由毛坯加工成为零件的一种工艺文件，它简要地规定了零件的加工顺序、选用机床、工具、工序的技术要求以及必要的操作方法等。因此，工艺规程具有指导生产和组织工艺准备的作用，是生产中必不可少的技术文件。二、工艺规程制定的原则和步骤1）技术上的先进性。2）经济上的合理性。3）有良好的劳动条件。制定工艺规程的原则1）对产品装配图和零件图的分析与工艺审
6、查。2）确定生产类型。3）确定毛坯的种类和尺寸。4）选择定位基准和主要外表的加工方法，拟定零件加工工艺路线。5）确定各工序余量，计算工序尺寸、公差，提出其技术要求。6）确定机床、工艺装备、切削用量及时间定额。7）填写工艺文件。制定工艺规程的步骤将工艺规程的内容，填入一定格式的卡片，即为生产准备和施工依据的技术文件，称为工艺文件。（1）工艺过程综合卡片（2）工艺卡片（3）工序卡片模具产品的生产，设计图纸就相当于工作指令，同时也是设计工艺过程的基本原始资料。工艺人员在拟定工艺方案的时候，首先要认真领会该产品的功用和各零件的结构特点，分析它的工艺性，基准情况以及应该采用什么样的加工方法。然后了解各项
7、技术要求，分析关键所在，建立起如何保证加工质量的概念。三、产品图样的工艺分析零件结构的工艺性，是指所设计的零件在满足使用要求的前提下制造的可行性和经济性。零件结构的工艺性好是指零件的结构形状在满足使用要求的前提下，按现有的生产条件能用较经济的方法方便地加工出来。机械零件都是根据使用需要而设计的，所以各个零件的形状、尺寸相差很大。但如果从形体上分析，都是由单一的外表所组成，这些外表大致可分为：(1)基本外表 属于一般常见的简单几何形状，如平面、圆柱面、圆球面以及由这些外表所派生的圆锥、圆台、棱柱、棱台等。(2)特形外表 都属较为复杂的曲线、曲面所组成，如螺旋面、椭圆或椭球面、抛物面、双曲面及渐开
8、线或摆线齿轮外表等。简单的零件可由一种外表构成。复杂的零件，可能由好几种外表所构成。需进一步分析各组成外表的连接形式，在头脑里构成一个立体形象，而后才可以较为正确地选择加工方法，研究怎样入手加工。零件的技术要求分析零件的技术要求包括以下几个方面：（1）主要加工外表的尺寸精度；（2）主要加工外表的几何形状精度；（3）主要加工外表之间的相互位置精度；（4）零件外表质量；（5）零件材料、热处理要求及其他要求。首先，根据零件主要外表的精度和外表质量的要求，初步确定为到达这些要求所需要的最终加工方法，然后再确定相应的中间工序及粗加工工序所需的加工方法。例如：对于孔径不大的IT7 级精度的内孔，最终加工方
9、法取精铰时，则精铰孔之前，通常要经过钻孔、扩孔和粗铰孔等加工。加工外表之间的相对位置要求，包括外表之间的尺寸联系和相对位置精度。认真分析零件图上尺寸的标注及主要外表的位置精度，即可初步确定各加工外表的加工顺序。零件的热处理会影响加工方法和加工余量的选择。例如：要求渗碳淬火的零件，热处理后一般变形较大。对于零件上精度要求较高的外表，工艺上要安排精加工工序（多为磨削加工），而且要适当加大精加工的工序加工余量。在研究零件图时，如发现图样上的视图、尺寸标注、技术要求有错误或遗漏、结构工艺性不好时，应提出修改意见。但修改时必须征得设计人员的同意，并经过一定的审批手续。四、毛坯设计毛坯是根据零件所要求的形
10、状、工艺尺寸等而制成的供进一步加工用的生产对象。重要性：正确选择毛坯，对降低生产本钱作用较大；对于模具零件加工的工艺性以及模具质量和寿命都有很大的影响。毛坯形式的选择基于以下两点：模具材料的类别：上模座、下模座、凸模、凹模、工作零件、一般结构件。模具零件几何形状特征和尺寸关系。毛坯形式原型材 锻造件 铸造件 半成品件型材（section bar）是铁或钢以及具有一定强度和韧性的材料（如塑料、铝、玻璃纤维等）通过轧制，挤出，铸造等工艺制成的具有一定几何形状的物体。原型材是指利用冶金材料厂提供的各种截面的棒料、丝料、板料或其他形状截面的型材，经过下料以后直接送往加工车间进行外表加工的毛坯。原 型
11、材锻 造 件锻件毛坯是经原型材下料，再通过锻造获得合理的几何形状和尺寸的坯料。锻造的目的通过锻造，打碎共晶网状碳化物，并使碳化物分布均匀，晶粒组织细化，才能充分发挥材料的力学性能，提高模具零件的加工工艺性和使用寿命。锻件毛坯模具零件锻造的几何形状多为圆柱形、原板形、矩形，也有少数为T 形、L 形、形等形状。锻件下料尺寸确实定：在圆棒料的下料长度(L)和圆棒料的直径(d)的关系上，应满足L=(1.252.5)d。在满足上述关系的前提下，尽量选用小规格的圆棒料。锻件毛坯下料尺寸确实定：计算锻件坯料体积V坯：V坯=V锻 KV锻为锻件的体积；K 为损耗系数；K=1.051.10 总损耗量：烧损量、切头
12、损耗、芯料损耗加工余量：为保证加工精度和工件尺寸，在工艺设计时预先增加而在加工时去除的一局部工件尺寸量。总损耗量：烧损量、切头损耗、芯料损耗烧损量包括坯料在加热和锻打时产生的氧化皮而形成的材料损耗，它和坯料加热次数、加热条件有关。切头损耗指在锻造时由于切除锻件两端不平和裂纹局部的损耗，一般较小锻件不考虑这局部损耗。芯料损耗指锻件需要冲孔而产生的损耗。计算锻件坯料尺寸：理论圆棒料直径D 理为圆棒料的直径按现有棒料的直径规格选取，当D理比较接近实有规格时，D实D理。圆棒料的长度 L实应根据锻件毛坯的质量和选定的坯料直径，查选棒料长度重量表确定。计算完D实和L实后应验证锻造比，如果不符合要求，应重新
13、选择D实。冲压模具的上模座和下模座、大型塑料模的框架、吹塑模具和注射模具中的铸造铝合金、大中型冲压成形模的工作零件等均为铸件。对于铸件的质量要求主要有：1）化学成分和力学性能应符合图样规定的材料牌号标准；2）铸件的形状和尺寸要求应符合铸件图的规定；3）铸件的外表应进行清砂处理；去除结疤、飞边和毛刺；4）铸件内部，特别是靠近工作面处不得有气孔、砂眼、裂纹等缺陷；非工作面不得有严峻的疏松和较大的缩孔；5）铸件应及时进行热处理，铸钢件依据牌号确定热处理工艺，一般以完全退火为主，退火后硬度不大于229HBS；铸铁件应进行时效处理，以消除内应力和改善加工性能，铸铁件热处理后的硬度不大于269HBS。铸
14、件金属材料抵抗硬的物体压陷外表的能力，称为硬度 HBS(布氏硬度)是硬度指标。布氏硬度是根据压痕单位外表积上的载荷大小来计算硬度值，它不适用于测定硬度较高的材料。布氏硬度F(载荷)/A凹（压痕球形外表积）HT200 指的是最低抗拉强度为200MPa 的灰铸铁。HT250 指的是最低抗拉强度为250MPa 的灰铸铁。塑料注射模标准模架的应用日益广泛。当采购这些半成品后，再进行成形外表和相关部位的加工，对于降低模具本钱和缩短模具制造周期都是大有好处的。这种毛坯形式应该成为模具零件毛坯的主要形式。半 成 品 件考 考 你？1.什么是模具加工工艺规程、工序、工步？2.零件的技术要求包括哪几个方面？本次
15、课结束！五、定位基准的选择重要意义：定位基准选择的好坏，不仅影响零件加工的位置精度，而且对零件各外表的加工顺序也有很大的影响。一般来讲，基准就是零件上用以确定其他点、线、面的位置所依据的点、线、面。基准设计基准工艺基准定位基准测量基准装配基准在零件图上用以确定其他点、线、面的基准零件在加工和装配过程中所使用的基准。基 准加工时使工件在机床或夹具中占据一正确位置用以测量已加工外表尺寸及位置的基准装配时用以确定零件在部件或产品中的位置工 件 的 安 装 方 式安装方式直接找正法 划线找正法 采用夹具安装安装：定位夹紧影响：加工精度、工件安装的快慢、稳定性、生产率直接找正法具体的方式是在工件直接装在
16、机床上后，用千分表或划针，以目测法校正工件的正确位置，一边校验，一边找正，直至符合要求。直接找正法的定位精度和找正的快慢，取决于找正的方法、找正工具和工人的技术水平。它的缺点是花费时间多，生产率低，且要凭经验操作，对工人技术水平要求高。故仅用于单件、小批量生产中。此外，对工件的定位精度要求较高，例如误差小于0.010.05mm 时，如果采用夹具，因其本身有制造误差，而难以到达要求，就不得不使用精密量具和由较高技术的工人用直接找正法来定位，以到达其精度要求。直接找正百分表找正划线找正法此法是在机床上用划针按毛坯或半成品上所划的线来找正工作，使其获得正确位置的一种方法。该法多用于生产批量较小，毛坯
17、精度低，以及大型工件等不宜使用夹具的粗加工中。划线找正采用夹具安装夹具是机床的一种附加装置，它在机床上相对刀具的位置，在工件未安装前以预先调整好，所以在加工一批工件时，不必再逐个找正定位，就能保证加工的技术要求，既省工又省事，是先进的定位方法，在成批和大量生产中广泛应用。包括粗基准的选择和最终工序（含中间工序）所用的精基准的选择粗基准的选择1）具有不加工外表的工件，一般应选择不加工外表为粗基准。假设工件有几个不加工外表，则粗基准应选位置精度要求较高者，以到达壁厚均匀、外形对称等要求。定 位 基 准 的 选 择2）对于具有较多加工外表的工件粗基准的选择，应按下述原则合理分配各加工外表的加工余量：
18、应保证各加工外表都有足够的加工余量。为保证此项要求，粗基准应选择毛坯上加工余量最小的外表；对于某些重要的外表（如滑道和重要的内孔等），应尽可能使其加工余量均匀，对滑道的加工余量要求尽可能小，以便获得硬度和耐磨性更好且均匀的外表；使工件上各加工外表金属切除余量最小。为了保证该工程要求，应选择工件上加工面积较大、形状比较复杂、加工劳动量较大的外表为粗基准。3）粗基准的外表应尽量平整、没有浇口、冒口或飞边等其他外表缺陷。以便使工件定位可靠，夹紧方便。4）外表粗糙且精度低的毛坯粗基准的选择：一般情况下，同一尺寸方向上的粗基准外表只能使用一次。否则，因重复使用所产生的定位误差，会引起相应加工外表间出现较
19、大的位置误差。精基准的选择在最终工序和中间工序，应采用已加工外表定位，这种定位基面称为精基准。精基准的选择不仅影响工件的加工质量，而且与工件安装是否方便可靠也有很大的关系，选择精基准的原则如下：1）尽可能选用加工外表的设计基准为精基准，防止基准不重合造成的定位误差。这一原则就是“基准重合”的原则。2）当工件以某一种精基准定位，可以比较方便地加工其他各外表时，应尽可能在多数工序中采用同一组精基准定位，这就是“基准统一”原则。3）有些精加工和光整加工工序应遵循“自为基准”原则。4）定为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。六、零件工艺路线分析与拟定工艺路线的拟定是制定工艺过程的整体
20、布局。其主要任务是选择各个外表的加工方法和加工方案，确定各个外表的加工顺序以及整个工艺过程中工序数目等。拟定工艺路线定位基准的合理选择表面加工方法加工阶段划分工序的集中与分散加工顺序1.首先要保证加工外表的加工精度和外表粗糙度的要求。2.工件材料的性质对加工方法的选择也有影响。3.外表加工方法的选择，除了首先保证质量要求外，还应考虑生产效率和经济性的要求。4.为了能够正确地选择加工方法，还要考虑本厂、本车间现有设备情况及技术条件。外 表 加 工 方 法 的 选 择加 工 阶 段 的 划 分(1)粗加工阶段主要任务是切除加工外表上的大局部余量，使毛坯的形状和尺寸尽量接近成品。粗加工阶段，加工精度
21、要求不高，切削用量、切削力都比较大，所以粗加工阶段应考虑的主要是如何提高劳动生产率。(2)半精加工阶段为主要外表的精加工做好必要的精度和余量准备，并完成一些次要外表的加工(如钻孔、攻螺纹、切槽等)。对于加工精度要求不高的外表或零件，经半精加工后即可到达其加工要求。(3)精加工阶段使对精度要求高的外表到达规定的质量要求。要求的加工精度较高，各外表的加工余量和切削用量都比较小。(4)光整加工阶段主要任务是提高被加工外表的尺寸精度和减小外表粗糙度，一般不能纠正形状和位置误差。对尺寸精度和外表粗糙度要求特别高的外表才安排光整加工。工艺过程分阶段的主要原因是：（1）保证加工质量在机加工中要想一刀就能切出
22、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到达高的加工精度和较小的外表粗糙度数值。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，减小外表粗糙度，最后到达设计图样所规定的加工要求。（2）合理使用设备粗加工阶段可采用功率大、刚度好、精度低、效率高的机床进行加工，以提高生产率。精加工阶段可采用高精度机床和工艺装备，严格操作有关的工艺因素，以保证加工零件的质量要求。充分发挥各类机床的性能、特点，做到合理使用，延长高精度机床的使用寿命。（3）便于安排热处理工
23、序工艺过程分阶段进行，便于在各加工阶段之间穿插安排必要的热处理工序，对一些精密零件，粗加工后安排去除内应力的时效处理，可以减小工件的内应力，从而减小内应力引起的变形对加工精度的影响。在半精加工后安排淬火处理，不仅能满足零件的性能要求，也使零件的粗加工和半精加工容易，零件因淬火产生的变形又可以通过精加工消除。（4）便于及时发现毛坯缺陷和保护已加工外表由于工艺过程分阶段进行，在粗加工各外表之后，可及时发现毛坯缺陷(气孔、砂眼和加工余量缺乏等)，以便修补或发现废品，以免将本应报废的工件继续进行精加工，浪费工时和制造费用。在加工内容相同的前提下，如果在每道工序中安排的加工内容多，则一个零件的加工可集中
24、在少数几道工序内完成，工序少，称为工序集中。在每道工序所安排的加工内容少，一个零件的加工分散在很多道工序内完成，工序多，称为工序分散。工 序 的 集 中 与 分 散工序集中具有以下特点：工件在一次装夹后，可以加工多个外表，能较好地保证外表之间的相互位置精度；可以减少装夹工件的次数和辅助时间；减少工件在机床之间的搬运次数，有利于缩短生产周期。可减少机床数量、操作工人，节省车间生产面积，简化生产方案和生产组织工作。工序分散具有以下特点：机床设备及工装比较简单，调整方便，生产工人易于掌握。可以采用最合理的切削用量，减少机动时间。设备数量多，操作工人多，生产面积大。在一般情况下，单件小批生产多为工序集
25、中，大批、大量生产则工序集中和分散二者兼有。需根据具体情况，通过技术经济分析来决定。加 工 顺 序 的 安 排切削加工顺序的安排原则：1）先粗后精。即先进行粗加工，再进行半精加工，最后进行精加工和光整加工。2）先主后次。先加工主要外表，后加工次要外表。零件的工作外表、装配基面等应先加工。而键槽、螺孔等往往和主要外表之间有相互位置要求，一般应安排在主要外表之后加工。3）基面先行。先加工基准外表，后加工其他外表。在零件加工的各阶段，应先把基准面加工出来，以便后续工序用它来定位加工其他外表。4）先面后孔。先加工平面，后加工内孔。对于箱体、模板类零件平面轮廓尺寸较大，用它定位，稳定可靠，一般总是先加工
26、出平面作精基准，然后加工内孔。热处理工序的安排热处理工序在工艺路线中的安排，主要取决于零件热处理的目的。(1)改善金属组织和加工性能的热处理工序，如退火、正火和调质等，一般安排在粗加工前、后。(2)提高零件硬度和耐磨性的热处理工序，如淬火、渗碳淬火等，一般安排在半精加工之后，精加工、光整加工之前。渗氮处理温度低、变形小，且渗氮层较薄，渗氮工序应尽量靠后，如安排在工件粗磨之后，精磨、光整加工之前。(3)时效处理工序，时效处理的目的在于减小或消除工件的内应力，一般在粗加工之后精加工之前进行。对于高精度的零件，在加工过程中常进行屡次时效处理。辅助工序安排辅助工序主要包括检验、去毛刺、清洗、防锈、刻字
27、等。其中检验工序是主要的辅助工序。为保证产品质量，及时剔除废品，防止浪费工时，并使责任明确，检验工序一般安排在零件粗加工或半精加工结束之后；重要工序加工前后；零件送外车间(如热处理)加工之前；零件全部加工结束之后。退火、正火、调质、时效、淬火、回火、渗碳、氮化退火是一种金属热处理工艺，指的是将金属缓慢加热到一定温度，保持足够时间，然后以适宜速度冷却。目的是降低硬度，改善切削加工性；消除剩余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向；细化晶粒，调整组织，消除组织缺陷。正火，又称常化，是将工件加热至Ac3 或Accm 以上3050，保温一段时间后，从炉中取出在空气中或喷水、喷雾或吹风冷却的金属热处理工艺。
28、其目的是在于使晶粒细化和碳化物分布均匀化。正火与退火的不同点是正火冷却速度比退火冷却速度稍快，因而正火组织要比退火组织更细一些，其机械性能也有所提高。另外，正火炉外冷却不占用设备，生产率较高，因此生产中尽可能采用正火来代替退火。调质：调整钢综合力学性能的热处理工艺，即淬火后又高温回火的双重热处理。调质件大都在比较大的动载荷作用下工作，它们承受着拉伸、压缩、弯曲、扭转或剪切的作用，有的外表还具有摩擦，要求有一定的耐磨性等等。总之，零件处在各种复合应力下工作。这类零件主要为各种机器和机构的结构件，如轴类、连杆、螺栓、齿轮等，在机床、汽车和拖拉机等制造工业中用得很普遍。尤其是对于重型机器制造中的大型
29、部件，调质处理用得更多因此，调质处理在热处理中占有很重要的位置。时效：合金经固溶热处理或冷塑性形变后，在室温放置或稍高于室温保温时，其性能随时间而变化的现象。淬火：将钢件加热到奥氏体化温度并保持一定时间，然后以大于临界冷却速度冷却，以获得非扩散型转变组织，如马氏体、贝氏体和奥氏体等的热处理工艺。回火是工件淬硬后加热到AC1 以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。回火一般紧接着淬火进行，其目的是：(a)消除工件淬火时产生的残留应力，防止变形和开裂；(b)调整工件的硬度、强度、塑性和韧性，到达使用性能要求；(c)稳定组织与尺寸，保证精度；(d)改善和提高加工性能。因此，回火是工
30、件获得所需性能的最后一道重要工序。按回火温度范围，回火可分为低温回火、中温回火和高温回火。渗碳：是对金属外表处理的一种，采用渗碳的多为低碳钢或低合金钢，具体方法是将工件置入具有活性渗碳介质中,加热到900-950 摄氏度的单相奥氏体区,保温足够时间后,使渗碳介质中分解出的活性碳原子渗入钢件表层,从而获得表层高碳,心部仍保持原有成分.相似的还有低温渗氮处理。这是金属材料常见的一种热处理工艺，它可以使渗过碳的工件外表获得很高的硬度，提高其耐磨程度。公差：实际参数值的允许变动量。参数，既包括机械加工中的几何参数，也包括物理、化学、电学等学科的参数。所以说公差是一个使用范围很广的概念。对于机械制造来说
31、，制定公差的目的就是为了确定产品的几何参数，使其变动量在一定的范围之内，以便到达互换或配合的要求。几何参数的公差有尺寸公差、形状公差、位置公差等。尺寸公差。指允许尺寸的变动量，等于最大极限尺寸与最小极限尺寸代数差的绝对值。形状公差。指单一实际要素的形状所允许的变动全量，包括直线度、平面度、圆度、圆柱度、线轮廓度和面轮廓度6 个工程。位置公差。指关联实际要素的位置对基准所允许的变动全量，它限制零件的两个或两个以上的点、线、面之间的相互位置关系，包括平行度、垂直度、倾斜度、同轴度、对称度、位置度、圆跳动和全跳动8 个工程。公差表示了零件的制造精度要求，反映了其加工难易程度。公差等级分为IT01、I
32、T0、IT1、IT18 共20 级，等级依次降低，公差值依次增大。IT 表示国际公差。标 准 公 差 七、加工余量与工序尺寸确实定加工余量即加工过程中在零件外表上预留的多余金属层，简称余量。进行切削加工时，加工余量被切除；而进行无屑加工(如钢球挤压、螺纹滚压等)时，则使加工余量产生塑性变形。加工余量可分为工序余量和总余量两种。加工余量有双边余量和单边余量之分，平面的加工余量是单边余量，它等于实际切削的金属层厚度。对于外圆和孔等回转外表，加工余量指双边余量，即以直径方向计算，实际切削的金属为加工余量数值的一半。一般情况下，工序尺寸的公差按“入体原则”标注。即对被包容尺寸（轴的外径，实体长、宽、高
33、），其最大加工尺寸就是基本尺寸，上偏差为零。对包容尺寸（孔径、槽宽），其最小加工尺寸就是基本尺寸，下偏差为零。毛坯尺寸公差按双向对称偏差形式标注。前工序工序尺寸公差本工序工序尺寸公差工序最小加工余量工序最大加工余量工序加工余量的变动量(即加工余量公差)等于前工序与本工序两道工序尺寸公差之和影响工序余量的因素1）上工序的尺寸公差Ta愈大，则本道工序的标称余量愈大。2）上道工序产生的外表粗糙度Ry（外表轮廓最大高度）和外表缺陷层深度Ha在本道工序加工时，应将它们切除掉。3）上道工序留下的需要单独考虑的空间误差ea。4）本工序的装夹误差b。单边余量双边余量1.分析计算法这种方法以一定的试验资料和计算
34、公式，对影响加工余量的各项因素进行分析和综合计算来确定余量的大小。用这种方法确定加工余量经济合理，但需要积累较全面的试验资料，且计算过程也比较复杂，目前较少使用。2.查表修正法此法是以工艺手册、生产实践和各种试验研究积累的有关加工余量的资料数据为基础，并结合实际的加工情况来确定加工余量的方法，应用比较广泛。在查表时应注意表中的数据是公称值，对称外表(轴和孔)是加工余量的双边值，非对称外表的加工余量是单边值。3.经验估算法此法是根据工艺人员的实践经验来确定加工余量的方法。这种方法不太准确，并且为了防止因加工余量不够而产生废品的情况，估计的加工余量一般偏大，常用于模具零件。确定加工余量一般有如下三
35、种方法：工序尺寸与公差确实定零件图上要求的设计尺寸和公差，是经过多道工序加工后到达的。工序尺寸是零件的加工过程中各个工序应到达的尺寸。每道工序的加工尺寸是不同的，是逐步向设计尺寸靠近的。在工艺规程中需要标注出这些工序尺寸，以作加工或检验的依据。1）确定各加工工序的加工余量。2）从终加工工序开始（即从设计尺寸开始）到第二道加工工序，依次加上每道加工工序余量，可分别得到各工序基本尺寸。3）除终加工工序以外，其他各加工工序按各自所采用加工方法的加工经济精度确定工序尺寸公差（终加工工序的公差按设计要求确定）。4）填写工序尺寸并按“入体原则”标注工序尺寸公差。所谓“入体原则”是指标注工件尺寸公差时应向材
36、料实体方向单向标注。简言之：对于轴，其尺寸越加工越小这样对于轴，其尺寸上偏差取0，下偏差为负是为“入体”（即入材料体），即其尺寸越来越小；对于孔，其尺寸越加工越大这样对于孔，其尺寸下偏差为0，上偏差为正是为“入体”（即入材料体），即尺寸越来越大。例：某零件孔的设计要求为100+0.035 mm，Ra 值为0.8m，毛坯为铸铁件，其加工工艺路线为：毛坯粗镗半精镗精镗浮动镗。求各工序尺寸。首先，通过查表或凭经验确定毛坯总余量与其公差、工序余量以及工序的经济精度和公差值例：某轴直径为50，其尺寸精度要求为IT5，外表粗糙度Ra 要求为0.04um，并要求高频淬火，毛坯为锻件。其工艺路线为：粗车半精车
37、高频淬火粗磨精磨研磨。现在计算各工序的工序尺寸及公差。1）先用查表法确定加工余量。由工艺手册查得：研磨余量为0.01，精磨余量为0.1，粗磨余量为0.3，半精车余量为1.1，粗车余量为4.5，有公式可得加工总余量为6.01，取加工总余量为6，把粗车余量修正为4.49.2）计算各加工工序基本尺寸。研磨后工序基本尺寸为50（设计尺寸）；其他各工序基本尺寸依次为：精磨（50+0.01）=50.01 粗磨（50.01+0.1）=50.11 半精车（50.11+0.3）=50.41 粗车（50.41+1.1）=51.51 毛坯（51.51+4.49）=56 3）确定各工序的加工经济精度和外表粗糙度。由工
38、艺手册查得：研磨后为IT5，Ra 为0.04 um（零件的设计要求）；精磨后选定为IT6，Ra 为0.16 um；粗磨后选定为IT8，Ra 为1.25 um；半精车后选定为IT11，为2.5 um；粗车后选定为IT13，Ra 为16 um。4）公差确定为标注。根据上述经济加工精度查公查表，将查得的公差数值按“人体原则”标注在工序基本尺寸上。查工艺手册可得锻造毛坯公差为2。八、工艺装备的选择1.机床的选择在选择机床时，应注意以下几点：1）机床的主要规格尺寸应与零件的外廓尺寸相适应。2）机床的精度应与工序要求的加工精度相适应。3）机床的生产率与加工零件的生产类型相适应。4）机床选择还应结合现场的实
39、际情况。2.夹具的选择单件小批生产，应尽量选用通用夹具。3.刀具的选择一般采用标准刀具。4.量具选择单件小批生产中应尽量采用通用量具，如游标卡尺与百分表等。考 考 你？何谓设计基准，何谓工艺基准？零件加工时粗基准的选择原则是什么？精基准的选择原则是什么？如何正确拟定模具机械加工工艺路线？举例说明在机械加工工艺过程中，如何合理安排热处理工序位置？本次课结束。第二节 模具制造精度分析一、概念二、影响零件制造精度的因素模具的制造精度主要表达在模具工作零件的精度和相关部位的配合精度。模具零件的加工质量是保证模具所加工产品质量的基础。加工精度包含三方面的内容：尺寸精度、形状精度和位置精度。这三者之间是有
40、联系的。通常形状公差应限制在位置公差之内，而位置误差一般也应限制在尺寸公差之内。零件的加工精度越高本钱就越高，生产效率就越低。因此设计人员应根据零件的使用要求，合理地规定零件的加工精度。一、概述影响模具精度的主要因素有：（1）制件的精度。产品制件的精度越高，模具工作零件的精度就越高。模具精度的上下不仅对产品制件的精度有直接影响，而且对模具的生产周期、生产本钱以及使用寿命都有很大的影响。（2）模具加工技术手段的水平。模具加工设备的加工精度和自动化程度，是保证模具精度的基本条件。今后模具零件精度将更大地依赖于模具加工技术手段的上下。（3）模具装配钳工的技术水平。模具的最终精度在很大程度上依赖于装配
41、调试，模具光整外表的外表粗糙度大小也主要依赖模具钳工的技术水平，因此模具装配钳工技术水平是影响模具精度的重要因素。（4）模具制造的生产方式和管理水平。例如模具工作刃口尺寸在模具设计和生产时，是采用“实配法”，还是“分别制造法”是影响模具精度的重要方面。对于高精度模具只有采用“分别制造法”，才能满足高精度的要求和实现互换性生产。二、影响零件制造精度的因素1.工艺系统的几何误差对加工精度的影响2.工艺系统受力变形引起的加工误差3.工艺系统热变形对加工精度的影响（1）加工原理误差。加工原理误差是指采用了近似的成形运动或近似的刀刃轮廓进行加工而产生的误差。（2）调整误差。在机械加工的每一道工序中，总是
42、要对工艺系统进行这样或那样的调整工作。由于调整不可能绝对地准确，因而产生调整误差。（3）机床误差。引起机床误差的原因是机床的制造误差、安装误差和磨损。（4）夹具的制造误差与磨损。夹具的误差主要有：定位元件、刀具导向元件、分度机构、夹具体等的制造误差；夹具装配后，以上各种元件工作面间的相对尺寸误差；夹具在使用过程中工作外表的磨损。（5）刀具的制造误差与磨损。刀具制造误差对加工精度的影响，根据刀具的种类、材料等不同而异。1.工艺系统的几何误差对加工精度的影响切削加工时，由机床、刀具、夹具和工件组成的工艺系统，在切削力、夹紧力以及重力等作用下，将产生相应的变形，使刀具和工件在静态下调整好的相互位置，
43、以及切削成形运动所需要的正确几何关系发生变化，从而造成加工误差。工艺系统受力变形通常是弹性变形。一般来说，工艺系统抵抗弹性变形的能力越强，则加工精度越高。工艺系统抵抗变形的能力，用刚度来描述。所谓工艺系统刚度，是指工件加工外表切削力的法向分力，与刀具相对工件在该力的方向上非进给位移的比值。2.工艺系统受力变形引起的加工误差工艺系统刚度对加工精度的影响1）切削力作用点位置变化引起的工件形状误差。切削过程中，工艺系统的刚度会随切削力作用点位置的变化而变化，这使得工艺系统受力变形亦随之变化，引起工件形状误差。2）切削力大小变化引起的加工误差。例如，在车床上加工短轴，这时如果毛坯形状误差较大或材料硬度
44、很不均匀，工件加工时切削力的大小就会有较大变化，工艺系统的变形也就会随切削力大小的变化而变化，因而引起工件加工误差。3）夹紧力和重力引起的加工误差。工件在装夹时，由于工件刚度较低或夹紧力着力点不当，会使工件产生相应的变形，造成加工误差。4）传动力和惯性力对加工精度的影响。主要有以下两点：机床传动力对加工精度的影响惯性力的影响减小工艺系统受力变形对加工精度影响的措施一是提高系统刚度：合理的结构设计；提高连接外表的接触刚度；采用合理的装夹和加工方式。二是减小载荷及其变化：采取适当的工艺措施，如合理选择刀具几何参数和切削用量以减小切削力，就可以减少受力变形。三是减小工件剩余应力引起的变形。剩余应力也
45、称内应力，是指在没有外力作用下或去除外力后工件内存留的应力。要减少剩余应力，一般可采取以下措施：1)增加消除内应力的热处理工序，2)合理安排工艺过程，3)改善零件结构，提高零件的刚性，使壁厚均匀等，均可减少剩余应力的产生。选择正确的装夹位置3.工艺系统热变形及对加工精度的影响在机械加工过程中，工艺系统会受到各种热的影响而产生温度变形，一般也称为热变形。这种变形将破坏刀具与工件的正确几何关系和运动关系，造成工件的加工误差。另外工艺系统热变形还影响加工效率。为减少受热变形对加工精度的影响，精加工时通常需要预热机床以获得热平衡，或降低切削用量以减少切削热和摩擦热，或粗加工后停机以待热量散发后再进行精
46、加工，或增加工序(使粗、精加工分开)等等。(1)工件热变形对加工精度的影响(2)刀具热变形对加工精度的影响(3)机床热变形对加工精度的影响 4.提高加工精度的途径误差预防技术：指减小原始误差或减少原始误差的影响，亦即减少误差源或改变误差源与加工误差之间的数量转换关系。但实践与分析说明，精度要求高于某一程度后，利用误差预防技术来提高加工精度所花费的本钱将成指数规律的增长。误差补偿技术：指在现存的原始误差条件下，通过分析、测量，进而建立数学模型，并以这些原始误差为依据，人为地在工艺系统中引入一个附加的误差源，使之与工艺系统原有的误差相抵消，以减少或消除零件的加工误差。从提高加工精度考虑，在现有工艺
47、系统条件下，误差补偿技术是一种行之有效的方法。特别是借助计算机辅助技术，可到达很好的实际效果。第三节 模具机械加工表面质量一、模具零件表面质量二、影响因素及改善途径一、模具零件外表质量1 加工外表质量含义机械加工外表质量也称外表完整性：(1)外表的几何特征 外表的几何特征：1)外表粗糙度；2)外表波度；3)外表加工纹理；4)伤痕，如砂眼、气孔、裂痕和划痕等。(2)外表层力学物理性能 外表层力学物理性能的变化，主要有三个方面的内容：外表层加工硬化；外表层金相组织的变化；外表层剩余应力。2 零件外表质量对零件使用性能的影响(1)零件外表质量对零件耐磨性的影响：零件的耐磨性与摩擦副的材料、润滑条件和
48、零件外表质量等因素有关。(2)零件外表质量对零件疲劳强度的影响：零件在交变载荷的作用下，其外表微观上不平的凹谷处和外表层的缺陷处容易引起应力集中而产生疲劳裂纹，造成零件的疲劳破坏。(3)零件外表质量对零件耐腐蚀性能的影响：零件外表越粗糙，越容易积聚腐蚀性物质，凹谷越深，渗透与腐蚀作用越强烈。(4)零件的外表质量对配合性质及其他方面的影响：相配零件间的配合关系是用过盈量或间隙值来表示的。在间隙配合中，如果零件的配合外表粗糙，则会使配合件很快磨损而增大配合间隙，改变配合性质，降低配合精度；在过盈配合中，如果零件的配合外表粗糙，则装配后配合外表的凸峰被挤平，配合件间的有效过盈量减小，降低配合件间连接
49、强度，影响了配合的可靠性。因此对有配合要求的外表，必须规定较小的外表粗糙度值。二、影响外表质量的因素及改善途径1 影响加工外表几何特征的因素及其改进措施2 影响表层金属力学物理性能的工艺因素及其改进措施1 影响加工外表几何特征的因素及其改进措施(1)切削加工后的外表粗糙度国家标准规定，外表粗糙度等级用轮廓算术平均偏差Ra、微观平面度十点高度Rz或轮廓最大高度Ry的数值大小表示，并要求优先采用Ra。切削加工外表粗糙度值主要取决于切削残留面积的高度。影响切削残留面积高度的因素主要包括：刀尖圆弧半径r、主偏角kr、副偏角kr、及进给量f 等。前角：前刀面与基面的夹角，在主剖面中测量。主后角:主后刀面
50、与切削平面间的夹角，在主剖面中测量。主偏角:主切削刃与进给方向间的夹角，在基面中测量。副偏角:副切削刃与进给反方向间的夹角，在基面中测量。刃倾角:主切削刃与基面间的夹角，在主切削平面中测量。轮廓算术平均偏差Ra:在一个取样长度内，被测实际轮廓上各点至基准线的距离的绝对值的算术平均值。特点；能客观地反映外表微观几何形状的特征。微观不平度十点高度 Rz：在一个取样长度内，实际轮廓上五个最大轮廓峰高平均值与五个最大轮廓谷深的平均值之和。特点：反映外表微观几何形状特征方面不如Ra全面，但测量方便。轮廓最大高度Ry：在一个取样长度内，实际轮廓的峰顶线至谷低线之间的距离。特点：所反映外表微观几何形状特征更