模具设计与制造－电子教案11.5

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1、1115 模具制造的工艺模具制造的工艺路线路线23 工艺路线是工艺设计的总体布局。其工艺路线是工艺设计的总体布局。其主要任务是选择零件表面的加工方法、确主要任务是选择零件表面的加工方法、确定加工顺序、划分工序。根据工艺路线，定加工顺序、划分工序。根据工艺路线，可以选择各工序的工艺基准，确定工序尺可以选择各工序的工艺基准，确定工序尺寸、设备、工装、切削用量和时间定额等。寸、设备、工装、切削用量和时间定额等。在拟定工艺路线时应从工厂的实际情况出在拟定工艺路线时应从工厂的实际情况出发充分考虑应用各种新工艺、新技术的可发充分考虑应用各种新工艺、新技术的可行性和经济性。多提几个方案，进行分析行性和经济性

2、。多提几个方案，进行分析比较，以便确定一个符合工厂实际情况的比较，以便确定一个符合工厂实际情况的最佳工艺路线。最佳工艺路线。 41151表面加工方法的选择表面加工方法的选择 模具零件的表面通常是较为复杂的，一般不是模具零件的表面通常是较为复杂的，一般不是用一种工艺方法一次加工就能达到设计要求，所以用一种工艺方法一次加工就能达到设计要求，所以在选择加工方法时总是根据各种工艺方法所能达到在选择加工方法时总是根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定它的最的加工经济精度和表面粗糙度等因素来选定它的最后加工方法，然后再选定前面一系列准备工序的加后加工方法，然后再选定前面一系列准备工

3、序的加工方法和顺序，经过逐次加工达到其设计要求。以工方法和顺序，经过逐次加工达到其设计要求。以上因素中的加工经济精度是指在正常的加工条件下上因素中的加工经济精度是指在正常的加工条件下（采用符合质量标准的设备、工艺装备和标准技术（采用符合质量标准的设备、工艺装备和标准技术等级工人、不延长加工时间）所能保证的加工精度。等级工人、不延长加工时间）所能保证的加工精度。每一种加工方法，加工的精度越高其加工成本也越每一种加工方法，加工的精度越高其加工成本也越高。反之，加工精度越低其加工成本也越低。高。反之，加工精度越低其加工成本也越低。5 但是，这种关系只在一定的范围内成立。一种加但是，这种关系只在一定的

4、范围内成立。一种加工方法的加工精度达到一定的程度后，即使再增加加工工方法的加工精度达到一定的程度后，即使再增加加工成本，加工精度也不易提高。反之，当加工精度降低到成本，加工精度也不易提高。反之，当加工精度降低到一定程度后，即使加工精度再低，加工成本也不随之下一定程度后，即使加工精度再低，加工成本也不随之下降。经济精度就是处在上述两种情况之间的加工精度。降。经济精度就是处在上述两种情况之间的加工精度。选择加工方法理所当然地应使其处于经济精度的加工范选择加工方法理所当然地应使其处于经济精度的加工范围内。常见的加工方法所能达到的经济精度及表面粗糙围内。常见的加工方法所能达到的经济精度及表面粗糙度可以

5、查阅有关工艺手册。表度可以查阅有关工艺手册。表11.4 表表11.7分别列出了分别列出了外圆、内孔、平面和成形表面的各种加工方法所能达到外圆、内孔、平面和成形表面的各种加工方法所能达到的经济精度和经济粗糙度，可供选择加工方法时参考。的经济精度和经济粗糙度，可供选择加工方法时参考。6 选择零件表面加工方法应着重考虑以下问题选择零件表面加工方法应着重考虑以下问题： （1）被加工表面的精度和零件的结构形状）被加工表面的精度和零件的结构形状 一般一般情况下所采用加工方法的经济精度，应能保证零件所要情况下所采用加工方法的经济精度，应能保证零件所要求的加工精度和表面质量。例如，材料为钢，尺寸精度求的加工精

6、度和表面质量。例如，材料为钢，尺寸精度为为IT7，表面粗糙度，表面粗糙度Ra = 0.4 m的外圆柱面，用车削、的外圆柱面，用车削、外圆磨削都能加工。但因为上述加工精度是外圆磨削的外圆磨削都能加工。但因为上述加工精度是外圆磨削的加工经济精度，而不是车削加工的经济精度，所以应选加工经济精度，而不是车削加工的经济精度，所以应选用磨削加工方法作为达到工件加工精度的最终加工方法。用磨削加工方法作为达到工件加工精度的最终加工方法。 被加工表面的尺寸大小对选择加工方法也有一定被加工表面的尺寸大小对选择加工方法也有一定影响。例如，孔径大时宜选用镗孔和磨孔，如果选用铰影响。例如，孔径大时宜选用镗孔和磨孔，如果

7、选用铰孔，将使铰刀直径过大，制造、使用都不方便。而加工孔，将使铰刀直径过大，制造、使用都不方便。而加工直径小的孔，则采用铰孔较为适当，因为小孔进行镗削直径小的孔，则采用铰孔较为适当，因为小孔进行镗削和磨削加工，将使刀杆直径过小，刚性差，不易保证孔和磨削加工，将使刀杆直径过小，刚性差，不易保证孔的加工精度。的加工精度。7 选择加工方法还取决于零件的结构形状。选择加工方法还取决于零件的结构形状。如多型孔（圆孔）冲孔凹模上的孔，不宜采用如多型孔（圆孔）冲孔凹模上的孔，不宜采用车削和内圆磨削加工。因为车削和内圆磨削工车削和内圆磨削加工。因为车削和内圆磨削工艺复杂，甚至无法实施，为保证孔的位置精度，艺复

8、杂，甚至无法实施，为保证孔的位置精度，宜采用坐标镗床或坐标磨床加工。又如箱体上宜采用坐标镗床或坐标磨床加工。又如箱体上的孔，不宜采用拉削加工，多采用镗削和铰削的孔，不宜采用拉削加工，多采用镗削和铰削加工。加工。 （2）零件材料的性质及热处理要求）零件材料的性质及热处理要求 对于对于加工质量要求高的有色金属零件，一般采用精加工质量要求高的有色金属零件，一般采用精细车、精细铣或金刚镗进行加工，应避免采用细车、精细铣或金刚镗进行加工，应避免采用磨削加工，因磨削有色金属易堵塞砂轮。经淬磨削加工，因磨削有色金属易堵塞砂轮。经淬火后的钢质零件宜采用磨削加工和特种加工。火后的钢质零件宜采用磨削加工和特种加工

9、。8 （3）生产率和经济性要求）生产率和经济性要求 所选择的零件加工方所选择的零件加工方法，除保证产品的质量和精度要求外，应有尽可能高法，除保证产品的质量和精度要求外，应有尽可能高的生产率。尤其在大批量生产时，应尽量采用高效率的生产率。尤其在大批量生产时，应尽量采用高效率的先进加工方法和设备，以达到大幅度提高生产效率的先进加工方法和设备，以达到大幅度提高生产效率的目的。例如，采用拉削方法加工内孔和平面；采用的目的。例如，采用拉削方法加工内孔和平面；采用组合铣削、磨削，同时加工几个表面。甚至可以改变组合铣削、磨削，同时加工几个表面。甚至可以改变毛坯形状，提高毛坯质量，实现少切屑、无切屑加工。毛坯

10、形状，提高毛坯质量，实现少切屑、无切屑加工。但在单件小批生产的情况下，如果盲目采用高效率的但在单件小批生产的情况下，如果盲目采用高效率的先进加工方法和专用设备，会因投资增大、设备利用先进加工方法和专用设备，会因投资增大、设备利用率不高，使产品成本增高。率不高，使产品成本增高。 （4）现有生产条件）现有生产条件 选择加工方法应充分利用现选择加工方法应充分利用现有设备，合理安排设备负荷，同时还应重视新工艺、有设备，合理安排设备负荷，同时还应重视新工艺、新技术的应用。新技术的应用。 9表表11.4 外圆柱面加工的经济精度和经济粗糙度外圆柱面加工的经济精度和经济粗糙度加工方加工方法法经济精经济精度度经

11、济粗糙度经济粗糙度Ra （m）经济精经济精度度经济粗糙经济粗糙度度经济粗糙度经济粗糙度Ra （m）粗车粗车IT111312.550精磨精磨IT670.40.8半精车半精车IT9102.510研磨研磨IT670.0250.2精车精车IT780.83.2抛光抛光IT670.0250.2粗磨粗磨IT890.83.2精细车精细车IT60.21.6表表11.5 圆柱孔面加工的经济精度和经济粗糙度圆柱孔面加工的经济精度和经济粗糙度加工方加工方法法经济精经济精度度经济粗糙度经济粗糙度Ra （m）加工方法加工方法经济粗糙经济粗糙度度经济粗糙度经济粗糙度Ra（m）钻孔钻孔IT111312.520半精镗半精镗IT

12、890.86.3粗扩粗扩(镗镗)IT10113.212.5精镗精镗IT70.21.6锪孔锪孔IT10113.212.52细镗细镗IT60.10.4粗铰粗铰IT891.66.3精镗精镗IT890.83.2手精铰手精铰IT670.43.2研磨研磨IT670.0120.210表表11.6 平面加工的经济精度和经济粗糙度平面加工的经济精度和经济粗糙度加工方法加工方法经济精度经济精度经济粗糙度经济粗糙度Ra （m）加工方法加工方法经济粗糙度经济粗糙度经济粗糙度经济粗糙度Ra （m）精刨精刨(铣铣)IT111312.550端面精车端面精车IT780.86.3半精刨或半精刨或铣铣IT8113.212.5端面

13、精磨端面精磨IT670.21.6精刨精刨(铣铣)IT780.83.2粗磨粗磨IT780.81.6粗磨粗磨IT780.81.6精磨精磨IT670.40.82端面粗车端面粗车IT111212.550研磨研磨IT670.0120.2端面精车端面精车IT8103.212.5刮研刮研IT670.10.8表表11.7 成形表面加工的经济精度和经济粗糙度成形表面加工的经济精度和经济粗糙度加工方法加工方法经济精度经济精度经济粗糙度经济粗糙度Ra （m）加工方法加工方法经济粗糙度经济粗糙度经济粗糙度经济粗糙度Ra （m）仿形铣仿形铣0.20.5mm1.63.2线切割线切割(快快)0.01mm0.41.6成形磨削

14、成形磨削IT60.41.6端面精磨端面精磨0.005mm0.20.8光曲磨光曲磨0.01mm0.20.4粗磨粗磨IT8100.10.4坐标磨坐标磨0.005mm0.10.2精磨精磨IT13161.66.3电火花电火花0.010.05mm0.81.6研磨研磨0.020.05mm0.20.4111152工艺阶段的划分工艺阶段的划分 14个工艺阶段个工艺阶段 从保证加工质量、合理使用设备及人力等因素考从保证加工质量、合理使用设备及人力等因素考虑，工艺路线按工序性质一般分为粗加工阶段、半精虑，工艺路线按工序性质一般分为粗加工阶段、半精加工阶段和精加工阶段。对那些加工精度和表面质量加工阶段和精加工阶段。

15、对那些加工精度和表面质量要求特别高的表面，在工艺过程中还应安排光整加工要求特别高的表面，在工艺过程中还应安排光整加工阶段。阶段。 （1）粗加工阶段）粗加工阶段 其主要任务是切除加工表面上其主要任务是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。的大部分余量，使毛坯的形状和尺寸尽量接近成品。粗加工阶段，加工精度要求不高，切削用量、切削力粗加工阶段，加工精度要求不高，切削用量、切削力都比较大，所以粗加工阶段主要考虑如何提高劳动生都比较大，所以粗加工阶段主要考虑如何提高劳动生产率。产率。12 （2）半精加工阶段）半精加工阶段 为主要表面的精加工作好必为主要表面的精加工作好必要的精度和余

16、量准备，并完成一些次要表面的加工要的精度和余量准备，并完成一些次要表面的加工（如钻孔、攻螺纹、切槽等）。对于加工精度要求不（如钻孔、攻螺纹、切槽等）。对于加工精度要求不高的表面或零件，经半精加工后即可达到要求。高的表面或零件，经半精加工后即可达到要求。 （3）精加工阶段）精加工阶段 使精度要求高的表面达到规定使精度要求高的表面达到规定的质量要求。要求的加工精度较高，各表面的加工余的质量要求。要求的加工精度较高，各表面的加工余量和切削用量都比较小。量和切削用量都比较小。 （4）光整加工阶段）光整加工阶段 其主要任务是提高被加工表其主要任务是提高被加工表面的尺寸精度和减小表面粗糙度，一般不能纠正形

17、状面的尺寸精度和减小表面粗糙度，一般不能纠正形状和位置误差。对尺寸精度和表面粗糙度要求特别高的和位置误差。对尺寸精度和表面粗糙度要求特别高的表面，才安排光整加工。表面，才安排光整加工。13 2划分工艺阶段的作用划分工艺阶段的作用 工艺过程划分阶段有以下作用工艺过程划分阶段有以下作用： （1）保证产品质量）保证产品质量 在粗加工阶段切除的余量较多，产生的切削力和切在粗加工阶段切除的余量较多，产生的切削力和切削热较大，工件所需要的夹紧力也大，因而使工件产生削热较大，工件所需要的夹紧力也大，因而使工件产生的内应力和由此引起的变形也大，所以粗加工阶段不可的内应力和由此引起的变形也大，所以粗加工阶段不可

18、能达到高的加工精度和较小的表面粗糙度。完成零件的能达到高的加工精度和较小的表面粗糙度。完成零件的粗加工后，再进行半精加工、精加工，逐步减小切削用粗加工后，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，减小表面粗糙度，最后达到设计图样所规定加工误差，减小表面粗糙度，最后达到设计图样所规定的加工要求。的加工要求。 由于工艺过程分阶段进行，在各加工阶段之间有一由于工艺过程分阶段进行，在各加工阶段之间有一定的时间间隔，相当于自然时效，使工件有一定的变形定的时间间隔，相当于自然时效，使工件有一定的变形时间，

19、有利于减少或消除工件的内应力。由变形引起的时间，有利于减少或消除工件的内应力。由变形引起的误差，可由后继工序加以消除。误差，可由后继工序加以消除。14 （2）合理使用设备）合理使用设备 由于工艺过程分阶段进行，粗加工阶段可以采用功率大、由于工艺过程分阶段进行，粗加工阶段可以采用功率大、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，严格控制有关的工艺因素，工阶段可采用高精度机床和工艺装备，严格控制有关的工艺因素，以保证加工零件的质量要求。所以粗、精加工分开，可以充分发以保证加工零件的质量要求。所以

20、粗、精加工分开，可以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。用寿命。 （3）便于热处理工序的安排，使热处理与切削加工工序配合）便于热处理工序的安排，使热处理与切削加工工序配合更合理更合理 将机械加工工艺过程分阶段进行，便于在各加工阶段之间穿将机械加工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，既可以充分发挥热处理的效果，也有插安排必要的热处理工序，既可以充分发挥热处理的效果，也有利于切削加工和保证加工精度。例如，对一些精密零件，粗加工利于切削加工和保证加工精度。例如，对一些精密零件，粗加

21、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予以消除。对工容易，零件因淬火产生的变形又可以通过精加工予以消除。对于精密度要求更高的零件，在各加工阶段之间可穿插进行多次时于精密度要求更高的零件，在各加工阶段之间可穿插进行多次时效处理，以消除内应力，最后再进行光整加

22、工效处理，以消除内应力，最后再进行光整加工。15 （4）便于及时发现毛坯缺陷和保护已加工表面）便于及时发现毛坯缺陷和保护已加工表面 由于工艺过程分阶段进行，在粗加工各表面之后，由于工艺过程分阶段进行，在粗加工各表面之后，可及时发现毛坯缺陷（气孔、砂眼和加工余量不足可及时发现毛坯缺陷（气孔、砂眼和加工余量不足等），以便修补或发现废品，以免将本应报废的工件等），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。继续进行精加工，浪费工时和制造费用。 工艺路线划分加工阶段是对零件加工的整个工艺工艺路线划分加工阶段是对零件加工的整个工艺过程而言，不是以某一表面的加工或某一工序的

23、加工过程而言，不是以某一表面的加工或某一工序的加工而论。例如，有些定位基面，在半精加工阶段，甚至而论。例如，有些定位基面，在半精加工阶段，甚至粗加工阶段就需要精确加工，而某些钻小孔的粗加工，粗加工阶段就需要精确加工，而某些钻小孔的粗加工，又常常安排在精加工阶段。又常常安排在精加工阶段。 161153工序的划分工序的划分 根据所选定的表面加工方法和各加工阶段根据所选定的表面加工方法和各加工阶段中表面的加工要求，可以将同一阶段中各表面中表面的加工要求，可以将同一阶段中各表面的加工组合成不同的工序；在划分工序时可以的加工组合成不同的工序；在划分工序时可以采用工序集中或分散的原则。如果在每道中安采用工

24、序集中或分散的原则。如果在每道中安排的加工内容多，则一个零件的加工可集中在排的加工内容多，则一个零件的加工可集中在少数几道工序内完成，工序少，称为工序集中。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，称为加工分散在很多道工序内完成，工序多，称为工序分散。工序分散。 17 1工序集中具有以下特点：工序集中具有以下特点： （1）工件在一次装夹后，可以加工多个表面，能）工件在一次装夹后，可以加工多个表面，能较好地保证表面之间相互位置的精度；可以减少装夹较好地保证表面之间相互位置的精度；可

25、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。次数，有利于缩短生产周期。 （2）可减少机床数量、操作工人，节省车间生产）可减少机床数量、操作工人，节省车间生产面积，简化生产计划和生产组织工作。面积，简化生产计划和生产组织工作。 （3）采用的设备和工装结构复杂、投资大，调整）采用的设备和工装结构复杂、投资大，调整和维修的难度大，对工人的技术水平要求高。和维修的难度大，对工人的技术水平要求高。 18 2工序分散具有以下特点：工序分散具有以下特点： （1）机床设备及工装比较简单，调整方便，生产工）机床设备及工装比较简单

26、，调整方便，生产工人易于掌握。人易于掌握。 （2）可以采用最合理的切削用量，减少机动时间。）可以采用最合理的切削用量，减少机动时间。 （3）设备数量多，操作工人多，生产面积大。）设备数量多，操作工人多，生产面积大。 在一般情况下，单件小批生产采用工序集中，大批、在一般情况下，单件小批生产采用工序集中，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，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。通过技术经济分析来决定。191154加工顺序的安排加工顺序的安排 1切削加工工序的安排切削加工工序的安排 零件的被加工表面不仅有自身的精度要求，而零件的被加工表面不仅有

27、自身的精度要求，而且各表面之间还常有一定的位置要求，在零件的加且各表面之间还常有一定的位置要求，在零件的加工过程中要注意基准的选择与转换。安排加工顺序工过程中要注意基准的选择与转换。安排加工顺序应遵循以下原则：应遵循以下原则： （1）当零件分阶段进行加工时，一般应遵守）当零件分阶段进行加工时，一般应遵守“先粗后精先粗后精”的加工顺序，即先进行粗加工，再进的加工顺序，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。行半精加工，最后进行精加工和光整加工。 （2）先加工基准表面，后加工其它表面。在零）先加工基准表面，后加工其它表面。在零件加工的各阶段，应先把基准面加工出来，以便后件加工的各

28、阶段，应先把基准面加工出来，以便后继工序用它定位加工其它表面。继工序用它定位加工其它表面。 20 （3）先加工主要表面，后加工次要表面。零）先加工主要表面，后加工次要表面。零件的工作表面、装配基面等应先加工。而键槽、件的工作表面、装配基面等应先加工。而键槽、螺孔等往往和主要表面之间有相互位置要求，一螺孔等往往和主要表面之间有相互位置要求，一般应安排在主要表面之后加工。般应安排在主要表面之后加工。 （4）先加工平面，后加工内孔。对于箱体、）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，一般总是先加工出平面，以平面作精基

29、准，可靠，一般总是先加工出平面，以平面作精基准，然后加工内孔。然后加工内孔。21 2热处理工序的安排热处理工序的安排 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。理的目的。 （1）为改善金属组织和加工性能的热处理工序，如退火、）为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。正火和调质等，一般安排在粗加工前后。 （2）为提高零件硬度和耐磨性的热处理工序，如淬火、渗）为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。碳淬火等，一般安排在半精加工之后，

30、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。后，如安排在工件粗磨之后，精磨、光整加工之前。 注意：注意： 采用电火花、线切割加工时，一定要将淬火工序放在电火花、采用电火花、线切割加工时，一定要将淬火工序放在电火花、线切割工序前进行。线切割工序前进行。 （3）时效处理工序，时效处理的目的在于减小或消除工件的）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

31、，在加工过程中常进行多次时效处理。零件，在加工过程中常进行多次时效处理。22 3辅助工序安排辅助工序安排 辅助工序主要包括检验、去毛刺、清洗、涂防锈辅助工序主要包括检验、去毛刺、清洗、涂防锈油等。其中检验工序是主要的辅助工序。为了保证产油等。其中检验工序是主要的辅助工序。为了保证产品质量，及时去除废品，防止浪费工时，并使责任分品质量，及时去除废品，防止浪费工时，并使责任分明，检验工序应安排：明，检验工序应安排：l 在零件粗加工或半精加工结束之后；在零件粗加工或半精加工结束之后； l 重要工序加工前后；重要工序加工前后；l 零件送外车间（如热处理）加工之前；零件送外车间（如热处理）加工之前；l 零件全部加工结束之后。零件全部加工结束之后。l 钳工去毛刺常安排在易产生毛刺的工序之后，检验及钳工去毛刺常安排在易产生毛刺的工序之后，检验及热处理工序之前热处理工序之前