2.3 毛坯及加工余量

毛坯是根據零件所要求的形狀、工藝尺寸等制成的供進一步加工用的生產對象。正確選擇毛坯有重要的技術經濟意義。因為它不僅影響毛坯制造工藝、設備及費用，而且對零件材料的利用率、勞動量消耗、加工成本等都有重大影響。

2.3.1 毛坯的種類

模具零件常用的毛坯主要有原型材、鍛造件、鑄造件和半成品件四種。

1．原型材

原型材是指利用冶金材料廠提供的各種截面的棒料、絲料、板料或其他形狀截面的型材，經過下料后直接送往加工車間進行表面加工的毛坯。

2．鍛件

經原型材下料，再通過鍛造獲得合理的幾何形狀和尺寸的坯料，稱為鍛件毛坯。

（1）鍛造的目的。模具零件毛坯的材質狀態如何，對于模具加工的質量和模具壽命都有較大的影響。特別是模具中的工作零件，由于大量使用了高碳高鉻工具鋼，這類材料的冶金質量存在缺陷，如存在大量的共晶網狀碳化物。這種碳化物很硬也很脆，而且分布不均勻，降低了材料的力學性能，惡化了熱處理工藝性能，降低了模具的使用壽命。只有通過鍛造，打碎共晶網狀碳化物，并使碳化物分布均勻，晶粒組織細化，才能充分發揮材料的力學性能，提高模具零件的加工工藝性和使用壽命。

（2）鍛造毛坯。由于模具生產大多屬于單件或小批量生產，模具零件鍛件的鍛造方式多為自由鍛造。模具零件鍛造幾何形狀多為圓柱形、圓板形、矩形，也有少數為T形、L形、Π形等形狀。

1）鍛件加工余量：如果鍛件機械加工的加工余量過大，則不僅浪費了材料，而且還會造成機械加工工作量過大，增加了機械加工工時；如果鍛件的加工余量過小，會使鍛造過程中產生的鍛造夾層、表層裂紋、氧化層、脫碳層和鍛造不平現象不能消除，無法得到合格的模具零件。

2）鍛件下料尺寸的確定：合理地選擇圓棒料的尺寸規格和下料方式，對于保證鍛件質量和方便鍛造操作都有直接的關系。在圓棒料的下料長度（L）和圓棒料的直徑（d）的關系上，應滿足L=（1.25～2.5）d。在滿足上述關系的前提下，盡量選用小規格的圓棒料。關于下料方式，對于模具鋼材料原則上采用鋸床切割下料。應避免鋸一個切口后打斷，這樣易生成裂紋。如采用熱切法下料，應注意將毛刺除盡，否則易生成折疊，造成鍛件廢品。

3）鍛件毛坯下料尺寸的確定：

①計算鍛件坯料體積V坯：

V坯=V鍛K

式中：V鍛——鍛件的體積；

K——損耗系數；K=1.05～1.10。

鍛件在鍛造過程中的總損耗量包括燒損量、切頭損耗、芯料損耗三部分。為了計算方便，總損耗量可按鍛件重量的5%～10%選取。在加熱1～2次鍛成，基本無鼓形和切頭時，總損耗取5%。在加熱次數較多和有一定鼓形時，總損耗取10%。

②計算鍛件坯料尺寸：

理論圓棒料直徑D理為

圓棒料的直徑按現有棒料的直徑規格選取，當V理比較接近實際規格時，V實≈V理。圓棒料的長度L實應根據鍛件毛坯的質量和選定的坯料直徑，查選棒料長度重量表確定。

計算完D理和L實后應驗證鍛造比，如果不符合要求，應重新選取D實。

3．鑄件

在模具零件中常見的鑄件有沖壓模具的上、下模座，大型塑料模的框架等，材料為灰鑄鐵HT200和HT250；精密沖裁模的上、下模座，材料為鑄鋼ZG270-500；大、中型沖壓成形模的工作鑄件零件，材料為球墨鑄鐵和合金鑄鐵；另外吹塑模具和注射模具中的鑄造鋁合金，如鋁硅合金ZL102等。

對于鑄件的要求有：

（1）鑄件的化學成分和力學性能應符合圖樣規定的材料牌號標準；

（2）鑄件的形狀和尺寸要求應符合鑄件圖的規定；

（3）鑄件的表面應進行清砂處理；去除結疤、飛邊和毛刺，其殘留高度應小于1～3mm；

（4）鑄件內部，特別是靠近工作面處不得有氣孔、砂眼、裂紋等缺陷；非工作面不得有嚴重的疏松和較大的縮孔；

（5）鑄件應及時進行熱處理，鑄鋼件依據牌號確定熱處理工藝，一般以完全退火為主，退火后硬度不大于229HBS；鑄件應進行時效處理，以消除內應力和改善加工性能，鑄鐵件熱處理后的硬度不大于269HBS。

4．半成品件

隨著模具專業化和專門化的發展以及模具標準化的提高，以商品形式出現的冷沖模架、矩形凹模板、矩形模板、矩形墊板等零件（GB/2851-1990, GB/T2852-1990, JB/T8049-1995, JB/T7642～7644-1994），以及塑料注射模標準模架的應用日益廣泛。當采購這些半成品件后，再進行成形表面和相關部位的加工，對于降低模具成本和縮短模具制造周期都是大有好處的。這種毛坯形式應該成為模具零件毛坯的主導方向。

2.3.2 選擇毛坯時應考慮的因素

1．零件材料的工藝特性以及零件對材料組織和性能的要求

如凸模及凹模，為獲得良好的力學性能，不論其結構形狀復雜還是簡單，均應選用鍛件。

2．零件的結構形狀及外形尺寸

如軸類零件，若各臺階直徑相差不大，可直接選用圓棒料；若各臺階直徑相差較大，則宜選擇鍛件。

零件的外形尺寸對毛坯選擇有較大的影響，大型零件可選擇毛坯精度較低的砂型鑄造和自由鍛造的毛坯，中小型零件可選擇標準模鍛毛坯。

3．零件的生產工藝和經濟性

當零件的產量較大時，應選擇精度和生產率較高的毛坯制造方法，如標準鍛件和鑄件的大批量生產。雖然用于毛坯制造的設備和工藝裝備費用較高，但可以通過降低材料消耗和減少機械加工費用予以補償。當零件的產量較小時，則選擇自由鍛造或手工造型的鑄造毛坯。總之，毛坯類型和制造方法的選擇，要考慮零件的生產工藝和經濟性。

2.3.3 毛坯形狀與尺寸的確定

由于毛坯制造技術的限制，零件被加工表面的技術要求還不能從毛坯制造直接得到，所以毛坯上某些表面需要留有一定的加工余量，通過機械加工達到零件的質量要求。毛坯尺寸與零件的設計尺寸之差稱為毛坯余量或加工總余量，毛坯尺寸的制造公差稱為毛坯公差。毛坯余量和公差的大小與零件材料、零件尺寸及毛坯制造方法有關，可根據有關手冊或資料確定。一般情況下將毛坯余量疊加在加工表面上即可求得毛坯尺寸。

毛坯的形狀尺寸不僅和毛坯余量大小有關，在某些情況下還要受工藝需要的影響。為了便于毛坯制造和便于機械加工，對某些形狀比較特殊或小尺寸的零件，單獨加工比較困難，可將兩個或兩個以上的零件制成一個毛坯，經加工后再切割成單個的零件。如圖2-3所示，毛坯長度

L=20n+（n-1）B

式中：n——切割零件的個數；

B——切口寬度。