第一章模具机械加工基础

第一章机械加工工艺规程的制定一，模具加工工艺规程制定机械加工工艺过程：用机械加工的方法直接改变毛坯形状、尺寸和机械性能等，使之变为合格零件的过程，称为机械加工工艺过程。

生产过程：将原材料或半成品转变为成品的全过程称为生产过程。

主要包括：（1）产品投产前的生产技术准备过程（2）毛坯的制造过程（3）零件的加工过程（4）产品的装配过程（5）各种生产服务活动工艺规程的作用体现在以下方面：（1）工艺规程是指导生产的重要技术文件。

（2）工艺规程是生产组织和生产管理的依据。

（3）工艺规程是新建或扩建工厂或车间主要技术资料。

制定模具工艺规程的基本原则（1）必须可靠保证加工出符合图样及所有技术要求的产品或零件。

（2）保证最低的生产成本和最高的生产效率。

（3）保证良好的安全工作条件。

（4）保证工艺技术的先进性。

制定工艺规程所需的原始资料主要有：产品装配图、零件图；产品验收质量标准；产品的年生产纲领；毛坯材料与毛坯生产条件；工厂的生产条件；工艺规程设计、工艺装备设计所用设计手册和有关标准；国内外先进制造技术资料等。

制定工艺规程的步骤（1）研究产品的装配图和零件图，进行工艺分析。

（2）由零件生产纲领确定零件生产类型。

（3）确定毛坯的种类、技术要求和制造方法。

（4）拟订零件加工工艺路线。

（5）确定各工序的加工余量，计算工序尺寸及其公差。

（6）确定各工序的技术要求及检验方法。

（7）选择各工序使用的机床设备及刀具、夹具、量具和辅助工具等工艺装备。

（8）确定各工序的切削用量及时间定额。

（9）填写工艺文件。

二．模具零件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性能要求的前提下制造的可行性和经济性。

当某个零件的结构形状在现有的工艺条件下，既能方便地制造，又有较低的制造成本，这种零件结构的工艺性就好。

零件的技术要求包括：尺寸精度、几何形状精度、各表面的相互位置精度、表面质量、零件材料、热处理及其它要求。

分析时应注意以下两点：（1）零件的技术要求既要满足设计要求，又要便于加工。

（2）在满足产品使用性能的条件下，零件图上标注的尺寸精度等级和表面粗糙度要求应取最经济值。

零件机构工艺性要求有六点：１.零件的整体结构、组成各要素的几何形状尽量统一。

２.尽量减少切削用量，材料及切削刀具的消耗量３.尽量采用普通刀具、量具加工４．要便于装夹，装夹次数少５.加工部位要有足够的刚性６.尽量采用标准件、通用件、借用件和相似件。

三．毛坯的选择1．毛坯的种类模具零件所用的毛坯种类主要有：型材、铸件、锻件和半成品件四种。

２．选择毛坯的原则：（1）零件材料对加工工艺性能和力学性能的要求。

（2）零件的形状结构和尺寸。

（3）生产类型。

（4）生产条件。

３.选择毛坯要总和考虑以下因素的影响：１.零件材料及力学性能２.零件材料的工艺性３.零件的结构形状和尺寸４.生产类型５.工厂生产条件四．定位基准的选择基准：用来确定生产对象上的几何要素所依据的那些点、线、面。

基准按其功用不同可分为设计基准和工艺基准。

（1）设计基准在零件图上用来确定其它点、线、面位置的基准，称为设计基准。

（2）工艺基准在加工、测量和装配过程中使用的基准，称为工艺基准。

工艺基准按用途不同可分为工序基准、定位基准、测量基准和装配基准。

定位基准：在加工时，为了使零件相对于机床和刀具占据的正确位置（即将零件定位），所使用的基准称为定位基准。

测量基准：测量时所采用的基准。

装配基准：它是装配时用来确定零件或部件在产品中的相对位置。

工序基准：在工序图上用来确定本工序所加工表面加工后的尺寸，形状，位置的基准。

（１）粗基准的选择原则１.应选不加工表面作粗基准。

２.需要保证某重要加工表面的加工余量均匀，应选该表面作粗基准。

３.应选择毛坯余量小的表面作粗基准４.选作粗基准的表面，应尽可能平整，不能有飞边、浇口、冒口或其它缺陷，以确保零件定位准确、夹紧可靠。

５.一般情况下粗基准不重复使用。

（2）精基准的选择1）基准重合原则。

2）基准统一原则。

3）自为基准原则。

4）互为基准原则。

5）保证零件安装准确、可靠，操作方便的原则。

五．零件工艺路线的拟定（1）选择定位基准（2）表面加工方法的选择（3）加工阶段的划分（4）工序的集中与分散（5）加工顺序的安排选择零件表面加工的方法和依据：1)零件材料性质及热处理要求。

2)零件表面加工的尺寸公差等级和表面粗糙度。

3)零件表面加工的位置精度要求。

4)零件的形状和尺寸。

5)生产类型。

6)具体条件。

加工顺序的安排１.机械加工工序的安排原则：p57概括为十六字诀：基准先行，先主后次，先粗后精，先面后孔。

２.热处理工序的安排p571)预备热处理：目的是改善加工性能，为最终热处理作好准备和消除残余应力，如：正火、退火、时效处理。

工序安排：粗加工前、后和需要消除应力处。

2)最终热处理：提高力学性能，如调质、淬火、渗碳淬火、渗氮等。

工序安排：安排在半精加工之后，精加工之前。

３.加工阶段的划分一般分为：粗加工、半精加工、精加工和光整加工四个阶段。

a)粗加工阶段：切除加工表面上的大部分余量，使毛坯接近成品。

b)半精加工阶段：为主要表面的精加工做好必要的精度和余量准备，并完成一些次要表面的加工。

c)精加工阶段：使精度要求高的表面达到规定的质量要求。

d)光整加工阶段：提高表面的尺寸精度和减少表面粗糙度。

加工余量的确定１．为了保证零件的质量，在加工过程中，需要从加工表面上切除的金属层厚度，称为加工余量加工余量一般有两种分类方法：（1）总加工余量和工序余量。

（2）基本加工余量、最大加工余量、最小加工余量。

2．影响加工余量的因素（1）上道工序后的表面粗糙度和表面缺陷层深度。

（2）上道工序的尺寸公差Ta。

（3）上道工序各表面之间相互位置的空间误差ρa。

（4）本工序加工时的安装误差εb3．确定加工余量的方法（1）分析计算法以一定的实验数据资料和计算公式为依据。

（2）经验估计法依靠经验采用类比法估算确定加工余量的大小。

（3）查表修正法以有关工艺手册和资料所推荐的加工余量为基础。

第二章模具的特种加工方法3.1 模具电火花成形加工电火花加工：是在一定介质中，通过工具电极和工件电极之间脉冲火花放电时的电腐蚀现象，对工件进行加工，从而达到图纸规定的形状、尺寸和表面粗糙度要求的一种工艺方法。

电火花加工的原理图如图3－1所示工具电极4与工件1分别与脉冲电源2的两个输出端连接，并且都浸在工作液里，自动进给调节装置3使工具电极与工件之间保持一定的放电间隙（一般约为0.01～0.2mm）。

脉冲电源不断发出脉冲电压加在工具电极与工件之间，当脉冲电压增大到间隙中工作液的击穿电压时，将会发生火花放电，放电区的高温把该处的电极和工件材料熔化，甚至汽化，在电极和工件表面都被蚀除一小块材料，形成小的凹坑3.1.2 电火花加工必须具备的条件（1）必须使工件电极和工具电极之间经常保持一定的间隙，一般为0.01～0.2mm。

（2）电火花放电必须是脉冲性和间歇性的，放电延续时间一般为10-7～10-4s。

（3）电火花放电必须在具有一定绝缘性能的液体介质中进行。

液体介质没有一定绝缘性能，就不能击穿放电，形成火花通道。

3.1.3 电火花加工的特点（1）可以加工用一般机械加工方法难以加工或无法加工的材料。

（2）工具电极和工件在加工过程中不接触，不存在明显的机械作用力，工件不会受力变形，便于加工小孔、深孔、薄壁、窄缝以及各种型面和型腔零件。

（3）直接利用电能进行加工，便于实现加工过程的自动控制。

（4）脉冲参数调节方便，在同一台机床上可以连续进行粗加工、半精加工和精加工。

（5）电极材料不必比工件材料硬，可以以柔克刚。

（6）只能对导电材料进行加工，且加工过程中有电极损耗，对加工精度有影响。

3.1.4 电火花成型加工机床（1）主机主机包括：主轴头、床身、立柱、工作台、工作液槽等。

（2）脉冲电源。

（3）自动进给调节系统。

（4）工作液净化及循环系统。

电火花机床的组成：电火花成型加工机床本体的主要组成部分：脉冲电源、间隙自动进给调节系统、工作液及循环过滤系统、主机等四部分组成。

脉冲电源：工频交流电转化为一定频率的单向脉冲电源，提供电火花加工所需能量。

自动调节系统：测量环节、比较环节、放大环节和执行环节等四部分组成。

自动调节系统的作用：为了使加工过程连续进行，电极必须不断、及时地调节进给速度，以维持所需的放电间隙。

工作液及循环过滤系统的作用：采取强迫循环的办法把清洁工作液由液压泵加压，强迫冲入工具电极与工件之间的放电间隙，排出间隙产物，稳定加工。

可分为：冲油式和抽油式。

循环过滤系统的组成：电动机、液压泵、过滤器、工作液槽、管道、阀门及测量仪等。

机床主体部分：主轴头、床身、立柱、工作台及工作液槽。

４.影响加工质量的主要因素：电火花加工后的表面质量包括：表面粗糙度、表面变化层、显微裂纹及表面层的力学性能。

1)表面粗糙度2)表面变化层（凝固层和热影响层）3)显微裂纹4)表面变化层的力学性能５.影响加工精度的主要因素：放电间隙的大小、工具电极的损耗及其稳定性。

６.影响电火花加工速度的因素：电参数、极性效应、工件材料的热物理常数、工作液等。

热物理常数：比热容、熔化潜热、汽化潜热、熔点、沸点、热导率。

７．极性效应：电火花加工时，无论是正极还是负极都会受到不同程度的腐蚀，即使两个电极材料相同，也往往会出现正、负极的腐蚀速度不一样，这种现象为极性效应。

正极性效应：把工件接脉冲电源正极时的加工。

负极性效应：把工件接脉冲电源负极时的加工。

８.工作液的作用是：1)具有介电性：击穿时能形成火花放电通道，结束后迅速恢复间隙绝缘状态。

2)绝缘性强度比较高3)压缩火花放电通道，使放电通道的截面积很小，电流密度很高，提高生产率。

4)急剧气化，产生局部高压有利于电蚀产物的排出5)冷却工具电极，防止热变形电火花穿孔加工的特点：1)能加工出各种高硬度、高强度、高韧性的金属材料2)能有效加工一般机械加工难以加工的形孔3)加工表面粗糙度为0.8-3.2,单面放电间隙为0.01-0.154)冲模的配合间隙均匀，刃口耐磨，提高了模具质量；对于复杂的凹模可以不用镶拼式机构，提高了模具强度电火花穿孔加工的方法为：直接配合法，混合加工法，凸模修配法和二次电极。

3.1.5 电火花加工在模具制造中的应用1．凹模型孔加工对于型孔形状复杂的凹模，采用电火花加工可以不用镶拼结构，而采用整体结构。

这样既简化了模具的结构，又提高了模具的寿命。

（1）保证凸、凹模配合间隙的方法1）直接配合法2）混合法3）修配凸模法4）二次电极法（2）电极设计1）电极材料常用电极材料包括：钢、铸铁、石墨、黄铜、紫铜、铜钨合金。

2）电极结构a. 整体式电极b. 组合式电极c. 镶拼式电极3）电极尺寸电极尺寸包括长度尺寸和横截面尺寸。