模具制造工艺学基本理论.docx

1、模具制造工艺学基本理论工艺规程的作用：1、指导生产的重要技术文件；2、生产组织和管理工作的基本依据；3、新建或扩建工厂或车间的基本资料。制定工艺规程的总原则：保证以最低的生产成本和最高的生产效率，可靠地加工出符号设计图样要求的产品。制定工艺规程的基本要求：1、产品质量的可靠性；2、工艺技术的先进性；3、经济效益的合理性；4、劳动条件的安全性。工艺规程的种类：机械加工工艺过程卡片；机械加工工序卡片；机械加工工艺（综合）卡片。零件结构工艺性含义：所设计的模具零件在满足使用要求的前提下制造的可行性和经济性。判断零件结构工艺性优劣标准：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

2、方法加工出来。模具零件的毛坯形式：原型材、锻造件、铸造件和半成品。设计基准：在零件设计图样上，用以确定某一要素的设计尺寸和位置所依据的基准。工艺基准：零件在加工和装配过程中所使用的基准。工序基准：在工序图上，用来确定本工序被加工表面加工后的尺寸、形状、位置的基准。定位基准：在装夹时，使工件的被加工面相对于机床或夹具具有正确位置（即定位）所采用的基准。测量基准：加工中或加工后，用于测量的基准。装配基准：装配时用来确定零件或部件在产品中的相对位置所采用的基准。工件定位：为使工件上加工出来的表面达到规定的尺寸和位置公差要求，必须使工件在机床上或夹具中先占有一个正确位置，然后将其固定，使工件在加工中保

3、证这个正确位置不变，这个过程叫做工件定位。工件定位的要求：相对于机床处于一个正确的位置；保证加工精度，加工时必须使刀具相对于工件具有正确的位置。粗基准选择原则：1、为了保证加工表面与不加工表面的位置尺寸要求，选择不加工表面作为粗基准；2、如果工件要求首先保证某重要表面的加工余量均匀，则应选择该表面为粗基准；3、保证各加工表面都有足够的加工余量，应选择毛坯余量小的表面作粗基准；4、作为粗基准的表面应当平整；5、一般情况下粗基准不重复使用。精基准选择原则：1、基准重合原则 选择被加工表面的设计基准为定位基准，这样可避免基准不重合而产生的基准不重合误差；2、基准统一原则 在各工序中尽可能选用同一组定

4、位基准，如轴类零件选择轴心线为定位基准；3、自为基准原则 在精加工或光整加工工序中，加工余量要求较小而均匀时，选择加工表面本身作为定位基准的原则；4、互为基准原则 当两个被加工表面之间位置精度要求较高，要求加工余量小而均匀时，多采用互为基准、反复加工的原则。模具制造工艺的选择依据：各种工艺方法所能达到的加工经济精度和表面粗糙度等因素来选择加工方法。加工经济精度：在正常的加工条件下（采用符合质量标准的设备和工艺装备、标准等级工人、不延长加工时间）所能保证的加工精度。加工阶段的划分：1、粗加工 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；2、半精加工 消除由粗加工所留下的误差，并留

5、下精加工余量，同时完成一些次要表面的加工；3、精加工 使精度要求高的表面达到图样上规定的精度和表面粗糙度要求；4、光整加工 提高被加工表面的尺寸精度和减少表面粗糙度，但不能纠正几何形状误差和相互位置误差。加工阶段划分的作用（主要原因）：1、保证产品质量；2、合理使用设备；3、便于热处理工序的安排4、便于及时发现毛坯缺陷和保护已加工表面。工序集中：将尽可能多的工步内容放到每道工序中，即一个零件的加工可集中在少数几道工序内完成。工序分散：将工艺路线中的工步内容分散到更多的工序去完成，减少每道工序的加工内容，工艺路线变长。切削加工工序的安排：1、先粗后精 当零件需要分阶段进行加工时，先安排各表面的粗

6、加工，中间安排半精加工，最后安排主要表面的精加工和光整加工；2、基面先行 先加工基准表面，后加工其他表面，基准表面加工出来为后继工序起定位作用；3、先面后孔 先加工平面，后加工内孔，即以平面作为定位基准来加工孔。4、先主后次 先加工主要表面，后加工次要表面，如果次要表面与主要表面有位置要求时，须待主要表面到达精度后再加工。热处理工序的安排：1、预备热处理 退火、正火、调质和时效处理等其工序位置多在粗加工前后。其主要目的是：改善材料的组织和可加工性能；消除毛坯制造时和机械加工中产生的内应力；为最终热处理做准备。2、最终热处理 淬火、回火、渗碳淬火、渗氮处理、镀鉻等，其目的是：提高零件的表面硬度来

7、提高其耐磨性；提高零件的耐腐蚀性。（最终热处理一般应安排在精加工阶段前后进行）辅助工序：检验、去毛刺、清洗、涂防锈油等，其中检验是主要的辅助工序。检验工序的安排：粗加工结束后精加工前；一个车间转向另一个车间前后；重要工序加工前后；特种性能的检验（探伤、密封性检测）之前；零件加工完毕，进入装配或成品库之前。加工总余量：毛坯尺寸与零件设计尺寸之差。工序余量：相邻两工序基本尺寸之差，分为单边余量和双边余量。单边余量：零件的非对称表面的加工余量。双边余量：零件的对称表面或回转体表面的对称分布的加工余量。余量公差：加工余量的变化范围，等于前道工序和本道工序的工序尺寸公差之和。工艺尺寸：因加工需要，在工艺

8、附图或工艺规程中所给出的尺寸。它可以是零件的设计尺寸、设计图上检验的测量尺寸或工艺过程中的工序尺寸等。工艺尺寸链：在零件加工过程中，将有关尺寸按一定顺序首尾相连列成封闭形式的尺寸组。工艺尺寸链的特点：封闭性和制约性。选择机床的注意点：1、机床的主要规格尺寸与加工零件的尺寸大小相适应，避免盲目加大机床规格。2、机床的精度应与工序要求的加工精度相适应。3、机床的生产效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际情况。夹具的选择：1、单件小批量，应尽量选用通用夹具，如各种卡盘、台钳和回转台等。2、大批量生产，应采用高生产率的气、液传动的专用夹具。3、夹具精度应与加工精度相适应。刀具的

9、选择：1、一般采用标准刀具。2、特殊加工采用复合刀具或专用刀具。3、刀具的类型、规格、精度与加工要求相适应。量具选择：1、单件小批量用通用量具，如游标卡尺与百分表等。2、大批量生产中应采用量规和高生产率的专用检具，如极限量具等。3、量具的精度必须与加工精度相适应。工时定额（时间定额）：模具加工的时间定额是指在一定的生产条件下，规定加工一套模具或完成一道复杂的工序所需消耗的时间。【模具机械加工】车削加工：1、范围 粗车、半精车、精车和精细车。2、加工精度 IT6IT8。3、表面粗糙度 Ra1.60.8um。4、工艺特点：（1）一次安装完成内外圆、端面和切槽加工，易于保证各加工表面的位置精度。（2

10、）切削平稳（3）刀具简单，易制造，装夹方便，价格低。铣削加工：1、加工范围 平面、沟槽、斜面、型腔。2、加工精度 IT8IT10。3、表面粗糙度 Ra 1.60.8um。4、工艺特点：（1）加工适应性好（2）切削效率高（3）加工精度高（4）辅以成形磨削或电火花进行精加工。刨削加工：1、范围 板块外形面、斜面及各种复杂表面。2、加工精度 IT10。3、表面粗糙度 Ra 1.6um。4、工艺特点：加工灵活简便。磨削加工：1、平面、内圆、外圆等。2、加工精度 IT5IT7。3、表面粗糙度 Ra0.80.2um。4、工艺特点：模具精加工的有效手段。仿形加工的优缺点：1、跳过复杂曲面的数学建模问题，简化

11、了复杂曲面的加工工艺。2、靠模、模型可用木材、树脂等易成形的材料制作，扩大了靠模的选取范围。3、仿型有误差，加工过程中产生的热收缩、刀补问题难处理。4、加工效率高，为电火花加工的40至50倍，常作为电火花前的粗加工。仿形机构的形式：1）机械式2）液压式3）电控式成形磨削：1、成形砂轮磨削法，亦称仿形法，先将砂轮修整成与工件型面完全吻合的相反型面，再用砂轮去磨削工件，获得所需要的成形表面。2、夹具成形磨削法，亦称范成法，将工件装夹在专用夹具上，通过有规律地改变工件与砂轮的位置，实现对成形面的加工。砂轮的修整方法：1、砂轮修整器修整2、成形刀挤压法3、数控机床修整4、电镀法【典型模具制造工艺】冷冲

12、模架的作用及工艺：1、组成 上模座、导套、导柱、下模座。2、作用 连接冲模的工作零件与辅助零件；导柱导套的配合保证凸模和凹模相对运动时具有正确的位置。3、工艺 上模座和下模座属平板类零件，为平面和孔的加工。导柱和导套属轴、套类零件，为内、外圆柱表面的加工。注塑模架的组成及工艺：1、组成 模板、导柱、导套、支撑板。2、工艺 模板和支撑板为平面和孔系加工，并保证平面度和平行度误差，以及安装导柱、导套的孔与模板平面的垂直度误差。上、下模座的结构特点和技术要求：1、结构特点 平面加工和孔加工。2、技术要求 模座的上、下平面平行度要求；上、下模座导柱、导套安装孔的孔距一致，孔的轴线与基准面的垂直度；模座

13、平面及导柱、导套安装孔的粗糙度。3、性能要求 上、下模座工作时能承受冲击载荷，下模座还要具有抗弯曲性能。4、材料 铸铁（HT200）或铸钢（ZG310）。5、加工原则 先面后孔。上、下模座的加工工艺：1、作用：安装导柱、导套和凸、凹模等零件。2、保证模架的装配要求，使模架工作时上模座沿导柱上、下运动平稳，无阻滞现象，保证模具能正常工作。上、下模座的工艺性分析：1、上下平面的平行度和表面粗糙度。2、导柱、导套安装孔的孔距尺寸一致。3、孔的轴心线与基面垂直，垂直度公差不超过0.01/100mm。4、先面后孔。导柱的结构特点：1、导向作用，与导套无阻滞，耐磨。2、安装位置：下模座。3、配合形式：H7

14、/r6过盈配合。导套的结构特点：1、导向作用，与导柱无阻滞，耐磨。2、安装位置：上模座。3、配合形式：H7/r6过盈配合。4、导柱与导套的间隙采用H7/h6，以保证凸模、凹模工作时具有正确位置。导柱、导套的加工方法：1、导柱属于外圆柱面加工，外圆柱面加工一般采用车削、磨削加工。2、导套属于内圆柱面加工，内圆柱面加工一般采用钻孔、扩孔、镗孔、拉孔、铰孔、磨孔等。3、导柱、导套可选用热轧圆钢做毛坯，渗碳淬火后，再磨削。导柱的加工方案：1、毛坯：20号低碳钢。2、热处理：渗碳0.81.2mm，淬火硬度HRC5862。3、工艺路线：下料车端面、打中心孔车外圆热处理研中心孔磨削研磨。导套的加工方案：1、

15、毛坯：20号热轧圆钢。2、热处理：渗碳0.81.2mm，淬火硬度HRC5862。3、工艺路线：下料车端面、内孔、外圆热处理磨内、外圆研内孔。圆形凸模、型芯的加工方案：1、毛坯：锻件。2、加工工艺路线：毛坯车削加工（车床上车削棒料，留磨削余量）热处理磨削（外圆磨床上精磨）。非圆形凸模、型芯的加工方法：1、压印锉修2、铣削3、电火花线切割4、仿形刨削5、成形磨削非圆凸模加工工艺过程：1、下料：56117。2、锻造 锻成110 45 55。3、热处理 退火4、铣削：铣六面，留单面余量 0.4mm。5、磨削上/下平面及相邻两侧6、钳工：划线、钻/攻螺纹孔，钻穿丝孔、漏料孔7、热处理：淬火、低温回火8、

16、磨削：平面磨上、下面及相邻两侧面9、线切割：割内、外刃口面10、研磨：研内、外刃口面11、检验电火花成形加工原理：在一定的介质中，利用工件与电极之间脉冲放电时的电腐蚀现象，并有控制地去除工件材料，以达到一定的形状、尺寸和表面粗糙度要求。电火花成形加工过程：电离放电与热膨胀抛出电蚀物消电离电火花加工必备条件：1）工具电极和工件之间必须保持一定的间隙，并可以自动调节。3）极间放电应该是瞬时脉冲性的。4）极间放电必须在一定的绝缘液体介质中进行。电火花成形加工的特点：1）以柔克刚，可以加工各种硬材料，电极材料不受工件材料的影响。2）不产生切削力，电极和工件都不会产生变形，便于加工小孔、深孔、窄缝零件。

17、3）调节电脉冲参数，可以进行粗加工、精加工和精微加工。4）易于实现自动控制和自动化。影响电火花成形加工速度的基本因素：1、极性效应 由于正、负极不同而导致材料蚀除量不同的现象叫做极性效应。1）正极性加工：采用短脉冲加工时，电子轰击作用大于离子，正极的蚀除量较大，工件接正极。短脉冲小于40微秒，表面质量高，效率低，用于精加工。2）负极性加工：采用宽脉冲加工时，负极蚀除量大于正极，工件应接负极。长脉冲大于300微秒，表面质量低，效率高，用于粗加工。2、脉冲参数 脉冲量愈大，传递给工件上的热量就越多，蚀除量就愈大。在单位时间内，正极（或负极）的总蚀除量为：Qqtfkwft措施：增加平均放电电流、减少

18、脉冲间隔、提高脉冲频率、合理选取工作参数。3、脉冲宽度 增大脉冲宽度蚀除量随之增大，但脉宽过短，热量过于集中，金属汽化抛出的百分比增大，汽化热消耗多部分能量，致使蚀除量减小。脉宽过长，通过传导而散失的热量过高，因而降低蚀除量。4、材料的热力学常数 熔点、沸点、比热容、熔化热、汽化热越高，电蚀量越少，越难加工。导热系数越大，热量传导散失快，降低本身的蚀除量。【型孔的电火花加工】型孔的电火花加工的特点：1）可以加工模具的型孔凹模2）可安排在坯料淬火处理后进行，热处理变形少，精度高3）简化模具结构，如复杂的凹模可采用整体式，而不用镶拼式，提高了模具寿命。电火花型孔加工工艺方法：1、直接加工法 特点：

19、工艺简单，无须另加工电极，电加工性能差。2、间接加工法 特点：自由选择电极材料，但放电间隙受限制，间隙均匀性差。3、混合加工法 特点：电极材料自由选择，间隙均匀，电极粘贴困难。4、二次电极法 特点：合理调整放电间隙可加工小间隙或无间隙冲模，操作过程复杂。电极材料的选择：1、要求 导电性好、机加性好、损耗小、加工稳定、加工速度高、价格合理、来源广泛等。2、材料 纯铜、黄铜、石墨、钢、铸铁、铜钨合金等。电极的结构形式：1、整体式2、组合式3、镶拼式电极的装夹：1、整体式电极大多数用通用夹具直接将电极装夹在机床主轴下端；2、多电极则用通用夹具加定位块装夹，或用专用夹具装夹；3、镶拼式电极一般采用一块

20、连接板，将几块电极连接成所需的整体，装夹后再安装在机床上校正。定位：是指将已装夹和校正调整好的电极对准工件的加工位置，以保证加工出来的型孔达到一定的位置精度要求。定位方法：1）块规角尺定位法2）划线定位法3）侧面定位法校正方法：1）精密角尺校正法2）百分表校正法【型腔的电火花加工】电极材料的选择：1、要求：损耗小、加工速度高、易加工、来源丰富，成本低。2、石墨、紫铜的稳定性好、损耗小，适用于型腔加工。型腔电火花加工工艺方法：1、单电极平动加工法2、多电极更换加工法3分解电极加工法电极的结构形式：1、整体式 由一整块材料制成，用于尺寸较小、形状简单的电极。2、镶拼式 由两块以上的电极材料拼合起来

21、制成电极，用于尺寸较大、形状复杂的型腔。3、多电极 将两个以上的电极安装在同一块电极固定板上。定位方法：1）块规角尺定位法2）十字线定位法3）定位板定位法校正方法：1）固定板基准面校正法2）电极侧面校正法3）电极端面火花放电校正法【电火花线切割加工】线切割加工原理：电火花线切割加工电火花线切割加工是利用电火花放电使金属熔化或汽化，并通过冷却液把熔化或汽化了的金属去掉，从而实现各种形状的金属零件加工。线切割加工特点：1）不需要制造专用电极，电极丝可反复使用，成本低，可节约电极制造时间。2）电极丝常用钼丝、铜丝，直径最小可达0.04mm，可加工形状复杂的模具。3）加工精度高。4）生产效率高，易于实

22、现自动化。5）加工过程中大都不需要电规准转换。6）不能加工盲孔类及阶梯类成形表面。【电化学加工】模具电解加工的原理：利用金属在电解液中发生阳极溶解进行加工。电流通过电解液流动，工件表面产生阳极溶解，随着工具电极间工件不断送进，工件表面不断被溶解，直至工件表面与阴极工作面基本相似为止。电解加工特点：1）不存在宏观切削力，可加工任何硬度、强度、韧性的金属材料；2）能一次成形出复杂的型腔、型孔；3）电极无损耗，可反复使用；4）生产率高，表面质量好，无毛刺和变质层。【模具电铸成形】电铸成形的基本原理：电铸液中的金属离子在阴极还原成金属，沉积于原模表面；阳极金属变成离子溶解到电铸液中进行补充，保持溶液中

23、金属离子的浓度不变。当阴极原模电铸层逐渐增加到要求的厚度时，与原模分离，即获得与原模相反的铸件。电铸成形的特点：1）能准确复制原模表面形状和微细纹路；2）可以获得单层或多层复合的高纯度金属；3）可以用一只标准的原模制出很多形状一致的型腔或电铸电火花成形加工用的电极；4）原模的材料不一定是金属，可采用其他材料或制品零件本身，经导电化处理后直接作为原模；5）电铸速度慢，生产周期长。电铸成形工艺过程：原模制作原模表面处理电铸至规定厚度制作衬背脱模成品【超声波加工】超声波加工基本原理：超声波加工是利用工具端面作超声频振动，撞击悬浮液，并通过悬浮液中的磨料加工脆硬材料的一种成形加工方法。超声波加工的特点

24、：1）适用于加工硬脆材料（特别是不导电的硬脆材料）；2）可采用比工件软的材料做工具，工具和工件不需做复杂的相对运动；3）工具对工件加工表面宏观作用力小，热影响小，适合于加工薄壁零件及工件的窄槽、小孔；4）超声加工的精度一般可达0.010.02mm，表面粗糙度可达Ra=0.63m左右。【激光加工】激光加工的基本原理：激光通过一系列的光学系统，聚焦成一个极小的小斑点，获得能在千分之几秒甚至更短的时间使各种物质熔化和汽化，以达到蚀除被加工工件表面的目的。激光加工的特点：1）无需借助工具或电极，易于实现自动化加工；2)几乎能加工所有材料；3）效率高，速度快，热影响区较小；4）能加工深而小得微孔和窄缝；

25、5)能透过透明材料对工件进行加工。【冷挤压成形】冷挤压成形加工：在常温下，将淬硬的挤压冲头（工艺凸模）在高压下缓慢地压入模坯，使坯料产生塑性变形，以获得与挤压冲头工作表面形状相同的内成形表面。冷挤压加工的特点：1）可以加工形状复杂的型腔，尤其适用于加工某些难以进行切削加工脉冲间隔时间，减小加工电流；的形状复杂的型腔；2）挤压过程简单迅速，生产率高；3）加工精度高，表面粗糙度小；4）冷挤压的型腔，材料纤维未被切断，金属组织更为紧密，型腔强度高。 冷挤压加工方式：1、敞开式冷挤压 应用：深度浅，厚度大，面积大的型腔加工。2、封闭式冷挤压 应用：精度高、深度大、体积小的型腔。【热挤压成形】热挤压成形

26、加工：将毛坯加热到锻造温度，用预先准备好的工艺凸模压入毛坯而挤压出型腔的制模方法称为热挤压法或热反印法。【模具装配技术】模具装配概念：根据模具装配图和技术要求，将模具零部件按照一定顺序进行配合、定位与安装、联接与固定成为模具，并完成调整、试模及检验的全过程。模具装配的特点：1）工艺灵活性大，工序集中，工艺文件不详细；2）组织形式以固定式为多；3）手工操作比重大。模具装配过程：组件装配和总装配。模具装配内容：选择装配基准组件装配调整修配总装研磨抛光检验或试模。模具装配工艺规程：指导模具装配的技术文件，包括装配顺序，装配基准，装配方法和要求，装配工序，必备工具和设备、检验方法和验收。装配精度要求：

27、1）相关零件的位置精度，如动定模之间、上下模之间的位置精度；2）相关零件的运动精度，如进料装置的送料精度，顶块和卸料装置；3）相关零件的配合精度，如零件之间的配合间隙和过盈程度；4）相关零件的接触精度，如拉深模的上下成型表面的吻合一致性。模具装配工艺方法：1）互换法2）修配法3）调整法互换装配法分类：1）完全互换法，利用控制零件的制造误差来保证装配精度的方法。特点：装配过程简单，生产率高；对工人技术水平要求不高，便于流水作业和自动化装配；容易实现专业化生产，降低成本；备件供应方便。2）不完全互换法3）分组互换法修配装配法优缺点：1）在某零件上预留修配量，装配时根据实际需要修整预修面来达到装配要

28、求的方法。2）优点：获得较高的装配精度，可放宽零件的制造精度。3）缺点：增加修配工作量，工时多且不易预定，装配质量依赖工人技术水平，生产效率低。修配装配法分类：1）按件修配法 在装配尺寸链的组成环中预先指定一个零件作为修配件（修配环），装配时再用切削加工改变该零件的尺寸以达到装配精度要求。2）合并加工修配法 把两个或两个以上的零件装配在一起后再进行机械加工，以达到装配精度要求。3）自身加工修配法 用产品自身所具有的加工能力对修配件进行加工达到装配精度的方法。调整装配法分类：1）可动调整法 在装配时用改变调整件位置以达到装配精度的方法。2）固定调整法 在装配过程中选用合适的调整件以达到装配精度的

29、方法。调整法的优点：1）能获得很高的装配精度；2）零件可按经济精度要求确定加工公差。模具零件的固定方法：1）紧固件法 通常由定位销和螺钉将零件连接。2）压入法 适用于冲裁板厚小于等于6mm的冲裁凸模与各类模具零件。3）铆接法 主要适用于冲裁板厚小于2mm的冲裁凸模和其它轴向拔力不太大的零件。4）热套法 主要适用于固定凸模和凹模拼块以及硬质合金模块。5）焊接法 主要适用于硬质合金模。6）低熔点合金法 利用低熔点合金在冷凝时有体积膨胀的特点在模具装配时固定零件。7）粘接法间隙（壁厚）的控制方法：1）垫片法 广泛应用于中小冲裁模、拉深模、弯曲模和各种型腔等。2）镀铜法 适用于形状复杂、凸模数量多的小

30、间隙冲裁模。3）透光法 适合于薄料冲裁模。4）涂层法 适用于小间隙冲裁模。5）腐蚀法 常用于较复杂的冲裁模。6）工艺尺寸法 主要适用于圆形凸模（易加工）。7）工艺定位器法 主要用于符合模。冲压模具的装配：1、装配原则 保证凸、凹模间隙的均匀性。2、装配步骤 选择装配基准件组件装配总体装配调整凸、凹模间隙检验、调试。冲模装配顺序选择：1、无导向装置的冲模，在模具安装在到压力机上时调整凸、凹模间隙，上、下模的装配没有严格要求，可分别进行。2、有导向装置的冲模，先安装凹模至下模板上，装配凸模、凹模并调整间隙均匀，再装配凸模固定板、垫板、上模板，最后装配导套，套入倒柱内并调整，保证凸、凹模间隙均匀。3、有导柱的复合模，先安装上模，再借助上模冲孔凸模及落料凹模孔找下模的凸、凹模位置及调整好间隙固定下模。4、上、下模工作零件是分别装入上、下模板窝座的导柱模，把工作零件装入上、下模板窝座内后，镗上、下模座的导柱、导套孔。5、有导柱的连续模，为了便于调整准确步距，先将凹模拼块装入下模板，以下模凹模孔为基准将凸模通过刮料板导向，装上模。级进模的装配：1）装配基准件-凹模2）结构形式-镶拼形式3）