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計過程的延續，是以沖壓模具設計圖樣為依據，通過原材料的加工和裝配轉變為具有使用功能的成型工具的過程，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）配購通用件、標準件及進行補充加工。

3）模具的裝配與試模。

隨著模具標準化和生產專業化程度的提高，現代模具制造過程已比較簡化。模具標準件的精度和質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，因此模具制造的關鍵和重點是工作零件的加工和模具裝配。

需要強調的是，模具加工集中了機械加工的精華，沖壓模具加工采用了許多先進的加工方法和手段，如數控銑、數控電加工、坐標鏜、坐標磨及成形磨等。

1.模具零件的工藝性分析

通過分析研究產品的裝配圖和零件圖，可熟悉該產品的用途、性能及工作條件，明確零件在產品中的位置和作用。分析該零件各項技術要求和公差的制定依據，在此基礎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，尺寸和公差是否標注齊全，零件的材料、熱處理及其他技術要求是否完整、合理。在熟悉零件圖的同時，要對零件結構的工藝性進行分析。只有這樣，才能綜合判斷零件的結構、尺寸、公差及技術要求是否合理。若有錯誤和遺漏，應提出修改意見。

2.模具零件的毛坯選擇

選擇毛坯的基本任務是選定毛坯的制造方法及制造精度，毛坯的選擇不僅會影響毛坯的制造工藝和費用，而且會影響到零件機械加工工藝及生產率與經濟性。如選擇高精度的毛坯，可以減少機械加工勞動量和材料消耗，提高機械加工生產率，降低加工成本，但卻增加了毛坯的費用。因此，選擇毛坯要從機械加工和毛坯制造兩方面綜合考慮，按照零件的結構形狀、尺寸、材料、力學性能，結合現有的生產條件，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程的關鍵步驟，其主要內容包括選擇定位基準、選擇加工方法和加工設備、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 定位基準不僅會影響零件的加工精度，而且對同一個待加工表面選用不同的定位基準，其工藝路線也可能不同。機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，這種定位基準稱為粗基準。用已經加工過的表面作定位基準則稱為精基準。在制訂零件機械加工工藝規程時，應先考慮選擇怎樣的精基準定位能保證零件達到設計要求，然后考慮選擇什么樣的粗基準定位，再把用作精基準的表面加工出來。必須指出的是，定位基準的選擇不能僅考慮本工序的定位、裝夾方式是否合適，而應結合整個工藝路線統一考慮，使先行工序為后續工序創造條件，使每個工序都有合適的定位基準和裝夾方式。

（2）選擇加工方法和加工設備 選擇加工方法和加工設備時，除要考慮到生產率和經濟性要求外，還要考慮到生產類型。若是大批量生產，則要采用高效率設備與專用設備，如使用各種類型的組合機床；加工平面和孔采用拉床進行拉削加工；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，則應選用通用設備，或采用數控機床以提高加工質量和生產率。在選擇加工方法和加工設備時，應進行方案比較，選擇性價比最高的方案。

選擇加工方法還要考慮工件材料的性質。工件材料若是淬火鋼，常采用磨削加工，也可采用振動切削加工；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，首先應當選定主要表面（零件的工作表面或基準）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備工序的加工方法和順序。

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

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。

2）半精加工階段的任務是完成次要表面的加工，并為主要表面的精加工做好準備。

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到圖樣要求。

4）光整加工階段是對精度要求很高（標準公差等級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過程而言，不能以某一表面的加工或某一工序的性質來判斷。在具體應用時也不可絕對化。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，應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量盡可能多，而使零件加工總的工序數目減少，所用機床和夾具的數量也相應減少。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，節省輔助作業時間。工序分散則是減少每道工序的加工內容，增加總的工序數目，工序分散所用設備較簡單，對工人的技術水平要求較低，且生產準備工作量小，容易適應生產產品的變換。

大批量生產中，常采用工序集中原則，但也有一些工廠在大批量生產時采用工序分散原則，以便適應生產產品的不斷變換。單件小批量生產中，由于不采用專用設備，工序集中受限。對于重型零件，為減少零件裝卸和運輸的勞動量，工序應適當集中。對于剛性差且精度高的精密零件，則工序應適當分散。由于工序集中的優點較多以及數控機床、柔性制造單元和柔性制造系統等的發展，現代生產傾向于采用工序集中來組織生產。

（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為后續工序創造條件，做好基準準備。具體原則如下：

①先基準面后其他。用作精基準的表面，首先要加工出來。因此，第一道工序一般是進行定位面的粗加工和半精加工（有時包括精加工），然后再以精基準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行加工，然后再加工孔。平面的輪廓平整，裝夾和定位比較穩定可靠，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應力。由于熱處理的目的不同，使得熱處理工序的內容及其在工藝過程中所安排的位置也不一樣。

①預備熱處理。退火、正火工序通常安排在粗加工之前。調質有時也用做預備熱處理，但一般安排在粗加工之后進行。

②最終熱處理。調質常作為最終熱處理，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行。表面淬火前要進行調質和正火處理，其加工路線一般為下料→鍛造→正火或退火→粗加工→調質→半精加工→表面淬火→精加工。當零件需要做滲碳淬火處理時，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。氮化處理一般應安排在粗磨之后、精磨之前進行。

③時效處理。精度要求一般的鑄件，只需進行一次時效處理，安排在粗加工后較好，有時為減少運輸工作量，也可放在粗加工之前進行。精度要求較高的鑄件，則應在半精加工之后安排第二次時效處理，使精度穩定。精度要求很高的零件，則應安排多次時效處理。

④表面處理。表面鍍層和發藍處理應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，是保證產品質量的有效措施之一，是工藝過程不可缺少的內容。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束之后。②重要工序加工前后。③零件全部加工結束之后。④零件從一個車間送到另一個車間之前。⑤鉗工去除毛刺常安排在易產生毛刺的工序之后、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部質量檢測，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量的檢測，通常安排在精加工的前后進行。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行。

4.加工工序的設計

（1）機床和工藝裝備的選擇 在選擇機床時要保證機床的加工范圍應與零件的外輪廓尺寸相適應，機床的精度應與工序加工要求的精度相適應，機床的生產率應與零件的生產類型相適應。工藝裝備的選擇包括夾具、刀具和量具的選擇。在單件小批生產中，應盡量選用通用夾具和組合夾具，采用通用量具；在大批量生產中，應根據工序加工要求設計制造專用夾具，并采用各種量規和高生產率的檢測儀器和檢測夾具等。選擇刀具時一般應盡可能采用標準刀具，必要時可采用高生產率的復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計尺寸之差。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，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。用查表法確定工序余量時，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表面，加工余量是從直徑上考慮的，實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 編制工藝規程的一個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算分為工藝基準與設計基準重合與不重合兩種情況。在設計基準與工藝基準重合的情況下，表面多次加工時，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。如零件加工時多次轉換工藝基準，引起測量基準、定位基準或工序基準與設計基準不重合，這時工序尺寸及其公差的計算需要利用工藝尺寸鏈來分析計算。

（4）切削用量的確定及時間定額的估算 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，為精加工做準備，因此一般選擇的背吃刀量較大，進給量也以稍大些為好，而切削速度應較小。精加工時，為達到圖樣規定的要求，一般盡量提高切削速度，同時減小進給量，背吃刀量也是比較小的。

時間定額是工藝規程中的重要組成部分。完成零件一道工序的時間定額稱為單件時間，它由基本時間、輔助時間、布置工作地時間、休息和自然需要時間、準備與終結時間組成。基本時間和輔助時間的總和稱為作業時間，是直接用于制造產品或零件所消耗的時間。在大量生產中，每個工作地點始終只完成一個固定的加工工序，所以在核算單件時間時可以不計入準備與終結時間。

5.編制工藝文件

（1）機械加工工藝過程卡片 機械加工工藝過程卡片是以工序為單位簡要說明產品的零件加工過程的一種工藝文件。它以工序為單位列出零件加工的工藝路線（包括毛坯選擇、機械加工和熱處理等），是制訂其他工藝文件的基礎。在單件小批量生產時，一般只填寫機械加工工藝過程卡片。

（2）機械加工工藝卡片 機械加工工藝卡片是按產品的零件機械加工階段編制的一種工藝文件，會詳細說明產品或零件在機械加工階段中的工序號、工序名稱、工序內容、工藝參數、操作要求以及采用的設備、工藝裝備等。它是用來指導工人進行生產、幫助技術人員掌握零件機械加工過程的一種主要的工藝文件，多用于成批生產的零件和小批生產的重要零件。

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

工藝簡圖應標示出本道工序的加工表面（加工表面一般用粗實線標示，非本道工序的加工表面用細實線標示）、工序尺寸和技術要求，同時用符號指明加工的定位基準及裝夾方法等。