1.3 典型模具制造

1.3.1 沖壓模具制造

沖壓模具制造是模具設(shè)計(jì)過程的延續(xù)，是以沖壓模具設(shè)計(jì)圖樣為依據(jù)，通過原材料的加工和裝配轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂惺褂霉δ艿某尚凸ぞ叩倪^程，其過程如圖1-1所示，主要包含以下3方面工作。

1）工作零件（凸、凹模等）的加工。

2）配購?fù)ㄓ眉?biāo)準(zhǔn)件及進(jìn)行補(bǔ)充加工。

3）模具的裝配與試模。

隨著模具標(biāo)準(zhǔn)化和生產(chǎn)專業(yè)化程度的提高，現(xiàn)代模具制造過程已比較簡化。模具標(biāo)準(zhǔn)件的精度和質(zhì)量已能滿足使用要求，并可從市場購買。工作零件的坯料也可從市場購買，因此模具制造的關(guān)鍵和重點(diǎn)是工作零件的加工和模具裝配。

需要強(qiáng)調(diào)的是，模具加工集中了機(jī)械加工的精華，沖壓模具加工采用了許多先進(jìn)的加工方法和手段，如數(shù)控銑、數(shù)控電加工、坐標(biāo)鏜、坐標(biāo)磨及成形磨等。

1.模具零件的工藝性分析

通過分析研究產(chǎn)品的裝配圖和零件圖，可熟悉該產(chǎn)品的用途、性能及工作條件，明確零件在產(chǎn)品中的位置和作用。分析該零件各項(xiàng)技術(shù)要求和公差的制定依據(jù)，在此基礎(chǔ)上審查圖樣的完整性和正確性，例如圖樣是否有足夠的視圖，尺寸和公差是否標(biāo)注齊全，零件的材料、熱處理及其他技術(shù)要求是否完整、合理。在熟悉零件圖的同時(shí)，要對零件結(jié)構(gòu)的工藝性進(jìn)行分析。只有這樣，才能綜合判斷零件的結(jié)構(gòu)、尺寸、公差及技術(shù)要求是否合理。若有錯(cuò)誤和遺漏，應(yīng)提出修改意見。

2.模具零件的毛坯選擇

選擇毛坯的基本任務(wù)是選定毛坯的制造方法及制造精度，毛坯的選擇不僅會(huì)影響毛坯的制造工藝和費(fèi)用，而且會(huì)影響到零件機(jī)械加工工藝及生產(chǎn)率與經(jīng)濟(jì)性。如選擇高精度的毛坯，可以減少機(jī)械加工勞動(dòng)量和材料消耗，提高機(jī)械加工生產(chǎn)率，降低加工成本，但卻增加了毛坯的費(fèi)用。因此，選擇毛坯要從機(jī)械加工和毛坯制造兩方面綜合考慮，按照零件的結(jié)構(gòu)形狀、尺寸、材料、力學(xué)性能，結(jié)合現(xiàn)有的生產(chǎn)條件，以求得到最佳效果。

3.工藝路線的擬定

擬定工藝路線是制訂工藝規(guī)程的關(guān)鍵步驟，其主要內(nèi)容包括選擇定位基準(zhǔn)、選擇加工方法和加工設(shè)備、劃分加工階段、確定工序的集中與分散、安排加工順序等。

（1）選擇定位基準(zhǔn) 定位基準(zhǔn)不僅會(huì)影響零件的加工精度，而且對同一個(gè)待加工表面選用不同的定位基準(zhǔn)，其工藝路線也可能不同。機(jī)械加工的最初工序只能用毛坯上未加工過的表面作為定位基準(zhǔn)，這種定位基準(zhǔn)稱為粗基準(zhǔn)。用已經(jīng)加工過的表面作定位基準(zhǔn)則稱為精基準(zhǔn)。在制訂零件機(jī)械加工工藝規(guī)程時(shí)，應(yīng)先考慮選擇怎樣的精基準(zhǔn)定位能保證零件達(dá)到設(shè)計(jì)要求，然后考慮選擇什么樣的粗基準(zhǔn)定位，再把用作精基準(zhǔn)的表面加工出來。必須指出的是，定位基準(zhǔn)的選擇不能僅考慮本工序的定位、裝夾方式是否合適，而應(yīng)結(jié)合整個(gè)工藝路線統(tǒng)一考慮，使先行工序?yàn)楹罄m(xù)工序創(chuàng)造條件，使每個(gè)工序都有合適的定位基準(zhǔn)和裝夾方式。

（2）選擇加工方法和加工設(shè)備 選擇加工方法和加工設(shè)備時(shí)，除要考慮到生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)性要求外，還要考慮到生產(chǎn)類型。若是大批量生產(chǎn)，則要采用高效率設(shè)備與專用設(shè)備，如使用各種類型的組合機(jī)床；加工平面和孔采用拉床進(jìn)行拉削加工；加工軸類零件采用多刀車床、多軸車床或仿形車床；采用精密鑄造或精壓毛坯可減少切削加工量。若是中、小批量生產(chǎn)，則應(yīng)選用通用設(shè)備，或采用數(shù)控機(jī)床以提高加工質(zhì)量和生產(chǎn)率。在選擇加工方法和加工設(shè)備時(shí)，應(yīng)進(jìn)行方案比較，選擇性價(jià)比最高的方案。

選擇加工方法還要考慮工件材料的性質(zhì)。工件材料若是淬火鋼，常采用磨削加工，也可采用振動(dòng)切削加工；若是有色金屬，則通常采用高速精密車削、精鏜等加工方法。

選擇加工方法時(shí)，首先應(yīng)當(dāng)選定主要表面（零件的工作表面或基準(zhǔn)）的最后工序的加工方法。然后再確定最后加工工序以前的各準(zhǔn)備工序的加工方法和順序。

（3）劃分加工階段 零件的機(jī)械加工一般要經(jīng)過粗加工、半精加工和精加工幾個(gè)階段才能完成，對于特別精密的零件還要進(jìn)行光整加工。

1）粗加工階段主要是切除各加工表面的大部分加工余量，并為半精加工提供定位基準(zhǔn)。

2）半精加工階段的任務(wù)是完成次要表面的加工，并為主要表面的精加工做好準(zhǔn)備。

3）精加工階段主要是保證各主要表面的尺寸、形狀和位置精度以及表面粗糙度達(dá)到圖樣要求。

4）光整加工階段是對精度要求很高（標(biāo)準(zhǔn)公差等級(jí)IT5以上）、表面粗糙度值要求很小（Ra為0.2μm以下）的表面來說的。這一階段一般不用矯正形狀精度和位置精度。

加工階段的劃分是對零件加工的整個(gè)過程而言，不能以某一表面的加工或某一工序的性質(zhì)來判斷。在具體應(yīng)用時(shí)也不可絕對化。對于有些重型或加工余量小、精度不高的零件，可以在一次的裝夾中完成表面的粗加工和精加工。

（4）確定工序的集中與分散 在安排零件的加工順序時(shí)，應(yīng)考慮工序的集中與分散問題。工序集中是使每道工序所加工的表面數(shù)量盡可能多，而使零件加工總的工序數(shù)目減少，所用機(jī)床和夾具的數(shù)量也相應(yīng)減少。工序集中有利于保證零件各表面之間的位置精度，簡化生產(chǎn)，節(jié)省輔助作業(yè)時(shí)間。工序分散則是減少每道工序的加工內(nèi)容，增加總的工序數(shù)目，工序分散所用設(shè)備較簡單，對工人的技術(shù)水平要求較低，且生產(chǎn)準(zhǔn)備工作量小，容易適應(yīng)生產(chǎn)產(chǎn)品的變換。

大批量生產(chǎn)中，常采用工序集中原則，但也有一些工廠在大批量生產(chǎn)時(shí)采用工序分散原則，以便適應(yīng)生產(chǎn)產(chǎn)品的不斷變換。單件小批量生產(chǎn)中，由于不采用專用設(shè)備，工序集中受限。對于重型零件，為減少零件裝卸和運(yùn)輸?shù)膭趧?dòng)量，工序應(yīng)適當(dāng)集中。對于剛性差且精度高的精密零件，則工序應(yīng)適當(dāng)分散。由于工序集中的優(yōu)點(diǎn)較多以及數(shù)控機(jī)床、柔性制造單元和柔性制造系統(tǒng)等的發(fā)展，現(xiàn)代生產(chǎn)傾向于采用工序集中來組織生產(chǎn)。

（5）安排加工順序 加工順序的安排主要包括切削加工工序、熱處理工序及輔助工序的安排。

1）切削加工工序的安排。切削加工工序安排總的原則是前面工序?yàn)楹罄m(xù)工序創(chuàng)造條件，做好基準(zhǔn)準(zhǔn)備。具體原則如下：

①先基準(zhǔn)面后其他。用作精基準(zhǔn)的表面，首先要加工出來。因此，第一道工序一般是進(jìn)行定位面的粗加工和半精加工（有時(shí)包括精加工），然后再以精基準(zhǔn)面定位加工其他表面。

②先主后次。零件次要表面（如鍵槽、緊固用的光孔和螺孔等）的加工工作量較小，它們一般都與主要表面（裝配表面、工作表面）有相互位置要求，因此通常放在主要表面的半精加工之后、精加工之前進(jìn)行。

③先粗后精。先安排粗加工，中間安排半精加工，最后安排精加工和光整加工。

④先面后孔。零件上的平面必須先進(jìn)行加工，然后再加工孔。平面的輪廓平整，裝夾和定位比較穩(wěn)定可靠，若先加工好表面，就能以平面定位加工孔，保證孔和平面的位置精度。

2）熱處理工序的安排。熱處理的目的在于改變工件材料的性能和消除內(nèi)應(yīng)力。由于熱處理的目的不同，使得熱處理工序的內(nèi)容及其在工藝過程中所安排的位置也不一樣。

①預(yù)備熱處理。退火、正火工序通常安排在粗加工之前。調(diào)質(zhì)有時(shí)也用做預(yù)備熱處理，但一般安排在粗加工之后進(jìn)行。

②最終熱處理。調(diào)質(zhì)常作為最終熱處理，一般安排在精加工之前。淬火可分為整體淬火和表面淬火兩種，通常安排在精加工之前進(jìn)行。表面淬火前要進(jìn)行調(diào)質(zhì)和正火處理，其加工路線一般為下料→鍛造→正火或退火→粗加工→調(diào)質(zhì)→半精加工→表面淬火→精加工。當(dāng)零件需要做滲碳淬火處理時(shí)，常將滲碳工序放在次要表面加工之前，待次要表面加工完之后再進(jìn)行淬硬處理，這樣可以減少次要表面與淬硬表面之間的位置誤差。氮化處理一般應(yīng)安排在粗磨之后、精磨之前進(jìn)行。

③時(shí)效處理。精度要求一般的鑄件，只需進(jìn)行一次時(shí)效處理，安排在粗加工后較好，有時(shí)為減少運(yùn)輸工作量，也可放在粗加工之前進(jìn)行。精度要求較高的鑄件，則應(yīng)在半精加工之后安排第二次時(shí)效處理，使精度穩(wěn)定。精度要求很高的零件，則應(yīng)安排多次時(shí)效處理。

④表面處理。表面鍍層和發(fā)藍(lán)處理應(yīng)作為工藝過程的最終工序。

3）輔助工序的安排。輔助工序主要包括檢測、去毛刺、清洗、涂防銹油等。

檢測工序是主要的輔助工序，是保證產(chǎn)品質(zhì)量的有效措施之一，是工藝過程不可缺少的內(nèi)容。除每道工序由操作人員自行檢測外，還必須在下列情況下安排檢測工序：①零件粗加工或半精加工結(jié)束之后。②重要工序加工前后。③零件全部加工結(jié)束之后。④零件從一個(gè)車間送到另一個(gè)車間之前。⑤鉗工去除毛刺常安排在易產(chǎn)生毛刺的工序之后、檢測及熱處理工序之前。

除了一般性的尺寸檢查，對某些零件還要安排探傷、密封、稱重、平衡等特種性能檢測工序。射線檢測、超聲波檢測等多用于零件或毛坯的內(nèi)部質(zhì)量檢測，一般安排在工藝過程的開始。磁力探傷、熒光檢測主要用于零件表面質(zhì)量的檢測，通常安排在精加工的前后進(jìn)行。密封性檢測、零件的平衡和重量檢測一般安排在工藝過程的最后階段進(jìn)行。

4.加工工序的設(shè)計(jì)

（1）機(jī)床和工藝裝備的選擇 在選擇機(jī)床時(shí)要保證機(jī)床的加工范圍應(yīng)與零件的外輪廓尺寸相適應(yīng)，機(jī)床的精度應(yīng)與工序加工要求的精度相適應(yīng)，機(jī)床的生產(chǎn)率應(yīng)與零件的生產(chǎn)類型相適應(yīng)。工藝裝備的選擇包括夾具、刀具和量具的選擇。在單件小批生產(chǎn)中，應(yīng)盡量選用通用夾具和組合夾具，采用通用量具；在大批量生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)工序加工要求設(shè)計(jì)制造專用夾具，并采用各種量規(guī)和高生產(chǎn)率的檢測儀器和檢測夾具等。選擇刀具時(shí)一般應(yīng)盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)刀具，必要時(shí)可采用高生產(chǎn)率的復(fù)合刀具和其他一些專用刀具。

（2）加工余量的確定 加工余量是指加工過程中所切除的金屬層厚度。它可分為加工總余量（毛坯余量）和工序余量。加工總余量是毛坯尺寸與零件圖的設(shè)計(jì)尺寸之差。工序余量是相鄰兩工序的零件尺寸之差。在確定加工余量時(shí)，要分別確定加工總余量和工序余量。加工總余量的大小與所選的毛坯制造精度有關(guān)。用查表法確定工序余量時(shí)，粗加工工序余量不能得到，而是由加工總余量減去其他各工序余量之和得到。對于外圓和孔等旋轉(zhuǎn)表面，加工余量是從直徑上考慮的，實(shí)際切除的金屬層厚度是加工余量的一半。平面的加工余量等于實(shí)際切除的金屬層厚度。

（3）工序尺寸及其公差的確定 編制工藝規(guī)程的一個(gè)重要工作就是要確定每道工序的工序尺寸及其公差。工序尺寸及其公差的計(jì)算分為工藝基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)重合與不重合兩種情況。在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)與工藝基準(zhǔn)重合的情況下，表面多次加工時(shí)，首先確定各工序的工序余量，再由該表面的公稱尺寸開始，即由最后一道工序開始，逐一向前推算工序尺寸，直到毛坯尺寸。如零件加工時(shí)多次轉(zhuǎn)換工藝基準(zhǔn)，引起測量基準(zhǔn)、定位基準(zhǔn)或工序基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合，這時(shí)工序尺寸及其公差的計(jì)算需要利用工藝尺寸鏈來分析計(jì)算。

（4）切削用量的確定及時(shí)間定額的估算 切削用量的選擇原則是效益原則，即在保證加工精度和不超過限制條件下，盡量增大切削用量。粗加工主要是為了去除加工余量，為精加工做準(zhǔn)備，因此一般選擇的背吃刀量較大，進(jìn)給量也以稍大些為好，而切削速度應(yīng)較小。精加工時(shí)，為達(dá)到圖樣規(guī)定的要求，一般盡量提高切削速度，同時(shí)減小進(jìn)給量，背吃刀量也是比較小的。

時(shí)間定額是工藝規(guī)程中的重要組成部分。完成零件一道工序的時(shí)間定額稱為單件時(shí)間，它由基本時(shí)間、輔助時(shí)間、布置工作地時(shí)間、休息和自然需要時(shí)間、準(zhǔn)備與終結(jié)時(shí)間組成。基本時(shí)間和輔助時(shí)間的總和稱為作業(yè)時(shí)間，是直接用于制造產(chǎn)品或零件所消耗的時(shí)間。在大量生產(chǎn)中，每個(gè)工作地點(diǎn)始終只完成一個(gè)固定的加工工序，所以在核算單件時(shí)間時(shí)可以不計(jì)入準(zhǔn)備與終結(jié)時(shí)間。

5.編制工藝文件

（1）機(jī)械加工工藝過程卡片 機(jī)械加工工藝過程卡片是以工序?yàn)閱挝缓喴f明產(chǎn)品的零件加工過程的一種工藝文件。它以工序?yàn)閱挝涣谐隽慵庸さ墓に嚶肪€（包括毛坯選擇、機(jī)械加工和熱處理等），是制訂其他工藝文件的基礎(chǔ)。在單件小批量生產(chǎn)時(shí)，一般只填寫機(jī)械加工工藝過程卡片。

（2）機(jī)械加工工藝卡片 機(jī)械加工工藝卡片是按產(chǎn)品的零件機(jī)械加工階段編制的一種工藝文件，會(huì)詳細(xì)說明產(chǎn)品或零件在機(jī)械加工階段中的工序號(hào)、工序名稱、工序內(nèi)容、工藝參數(shù)、操作要求以及采用的設(shè)備、工藝裝備等。它是用來指導(dǎo)工人進(jìn)行生產(chǎn)、幫助技術(shù)人員掌握零件機(jī)械加工過程的一種主要的工藝文件，多用于成批生產(chǎn)的零件和小批生產(chǎn)的重要零件。

（3）機(jī)械加工工序卡片 機(jī)械加工工序卡片是在機(jī)械加工工藝過程卡片或機(jī)械加工工藝卡片的基礎(chǔ)上，按每道工序所編制的一種工藝文件。一般具有工藝簡圖，并詳細(xì)說明該工序的每個(gè)工步的加工內(nèi)容、工藝參數(shù)、操作要求以及所用機(jī)床設(shè)備與工藝裝備等。多用于大批量生產(chǎn)和成批生產(chǎn)重要零件。

工藝簡圖應(yīng)標(biāo)示出本道工序的加工表面（加工表面一般用粗實(shí)線標(biāo)示，非本道工序的加工表面用細(xì)實(shí)線標(biāo)示）、工序尺寸和技術(shù)要求，同時(shí)用符號(hào)指明加工的定位基準(zhǔn)及裝夾方法等。