确定加工余量方法1.doc

教 案
课 题：第1章 模具制造工艺规程
确定加工余量的方法和毛坯尺寸的确定
教学目的：1.确定加工余量的方法
2.掌握毛坯类型及下料尺寸计算。
教学重点：确定加工余量的方法；毛坯类型及下料尺寸计算方法。
教学难点：确定加工余量的方法；毛坯类型及下料尺寸计算方法。
教学方法：讲授
教 具：多媒体
课 时：2学时

一、加工余量的确定及毛坯的选择
1.加工余量的确定
确定加工余量的方法有计算法、查表法和经验法三种。
1)计算法如果对影响加工余量的因素比较清楚，则采用计算法确定加工余量比较准确。要弄清影响余量的因素，必须具备一定的测量手段掌握必要的统计分析资料。在掌握了各种误差因素大小的条件下，才能比较准确地计算加工余量。
2)查表法此法主要以根据工厂的生产实践和实验研究积累的经验所制成的表格为基础，并结合实际加工情况对数据加以修正，确定加工余量。这种方法方便、迅速，在生产上应用较广泛。
3)经验法由一些有经验的工程技术人员或工人，根据经验确定加工余量的大小。由经验法确定的加工余量往往偏大，这主要是因为主观上怕出废品的缘故，这种方法在模具生产中广泛采用。
2.毛坯设计、质量要求及下料尺寸的计算
模具零件的毛坯设计是否合理，对于模具零件加工的工艺性以及模具质量和寿命都有很大的影响。在毛坯设计中，首先考虑的是毛坯的形式。在决定毛坯形式时主要考虑以下几个方面：
(1)模具材料的类别。在模具设计中规定的模具材料类别，可以确定毛坯形式。例如，精密冲裁模的上、下模座多为铸钢材料，大型覆盖件拉深模的凸模、凹模和压边圈零件为合金铸铁时，这类零件的毛坯形式必然为铸造件；又如，非标准模架的上、下模座材料多为45钢材料，毛坯形式应该是厚钢板的原型材。
(2)模具零件的类别和作用。对于模具结构中的工作零件，例如精密冲裁模和重载冲压模的工作零件，多为高碳高合金工具钢，毛坯形式应该为锻造件。对于高寿命冲裁模的工作零件，其材料多为硬质合金材料，毛坯形式为粉末冶金件。对于模具结构中的一般结构件，多选择原型材毛坯形式。
(3)模具零件的几何形状特征和尺寸关系。当模具零件的不同外形表面尺寸相差较大时，例如凸缘式模柄零件，为了节省原材料和减少机械加工工作量，而应该选择锻件毛坯形式。
1)原型材
原型材的主要下料方式有：
①剪切法。对于厚度t≤13mm的钢板材可以在机械式剪板机上进行下料，而对于厚度t＝13～32mm的厚钢板材应该在液压式剪板机上进行下料。对于圆棒料的剪切，应该在专用棒料剪切设备上进行下料，剪切棒料直径D≤25mm。剪切法下圆棒料时，剪切断面质量较差，会出现剪切断面不平整、塌角、端面毛刺和裂纹。如果下料后需要进行锻造，则应该切除上述缺陷后再进行锻造。
②锯切法。锯切法下料应用最广泛，下料断面质量好，下料长度尺寸精度高，是锻件毛坯原型材下料的主要方法。按照锯片形状不同，锯床分为卧式带锯床、立式带锯床、圆盘锯床和卧式弓锯床四类，可以对黑色金属和有色金属的圆棒料、方料、型材等进行下料。卧式带锯床最大锯切直径Dmax＝400mm，立式带锯床最大锯切直径Dmax＝320mm，圆盘锯床最大锯切直径Dmax＝500mm，应用最多的卧式弓锯床系列最大锯切直径分别为Dmax＝500mm、160mm、220mm、250mm、280mm和320mm。
③薄片砂轮切割法。薄片砂轮切割法是在砂轮片锯床上利用高速旋转的薄片砂轮与坯料发生剧烈摩擦而产生高温，使坯料局部变软熔化，在薄片砂轮旋转力作用下形成切口而断。这种下料方式的优点是设备简单，下料长度尺寸准确，断口平齐，而且不受坯料硬度和形状的限制；缺点是下料时噪声大，而且砂轮片的消耗较大。常见砂轮片锯床最大锯切直径Dmax＝80 mm。
④火焰切割法。火焰切割法是利用普通焊枪和专用气割设备的可燃气体与氧气的混合燃烧形成的火焰，对金属坯料的切割部位集中加热到燃烧温度，然后喷射高速氧流，使切割部位金属发生快速燃烧，形成液态金属氧化物，同时依靠高速切割氧流的冲刷作用，吹除金属氧化物，形成切割缝。
火焰切割法的主要特点是：设备简单，生产率高，成本低。主要用于含碳量小于0.7％的碳素结构钢和低合金钢的切割下料，特别适用于切割厚度较大或形状较复杂的坯料；同时能切割任意截面的型材。应注意：高碳钢、高合金钢、有色金属材料不宜采用火焰切割法下料。
火焰切割和某些光电跟踪或数控设备结合，可以高效率地切割任何复杂形状的坯料，是一种很有发展前途的下料方式。
火焰切割后的坯料应及时进行退火处理，以防加工时产生裂纹而报废，或由于硬度不均匀而影响机械加工的正常进行。
2)锻件
模具零件毛坯中，对原型材进行下料之后，然后通过锻造的方法获得合理的几何形状和尺寸的坯料，称为锻件毛坯。
①锻造的目的。模具零件毛坯的材质状态如何，对于模具加工的质量和模具寿命都有较大的影响。特别是模具中的工作零件，大量使用高碳高铬工具钢，这类材料的冶金质量存在严重的缺陷。如大量共晶网状碳化物的存在，这种碳化物很硬也很脆，而且分布不均匀，降低了材质的力学性能，恶化了热处理工艺性能，缩短了模具的使用寿命。只有通过锻造，打碎共晶网状碳化物，并使碳化物分布均匀，细化晶粒组织，充分发挥材料的力学性能，才能提高模具零件的加工工艺性和使用寿命。
②锻件毛坯。由于模具生产属于单件或小批生产，因此模具零件锻件的锻造方式为自由锻造。模具零件锻件的几何形状多为圆柱形、圆板形、矩形，也有少数为T形、L形、∏形等。
锻件加工余量：锻件应保证合理的机械加工余量。如果锻件机械加工的加工余量过大，则不仅浪费了材料，同时造成机械加工工作量过大，增加了机械加工工时；如果锻件机械加工的加工余量过小，使锻造过程中产生的锻造夹层、表层裂纹、氧化层、脱碳层和锻造不平现象无法消除，则得不到合格的模具零件。
锻件下料尺寸的确定：合理地选择圆棒料的尺寸规格和下料方式，对于保证锻件质量和方便锻造操作都有直接的关系。在圆棒料的下料长度(L)和圆棒料的直径(d)的关系上，应满足L＝(1.25～2.5)d。在满足上述关系的前提下，尽量选用小规格的圆棒料。关于下料方式，对于模具钢材料原则上采用锯床切割下料，应避免锯一个切口后打断，这样容易生成裂纹。如采用热切法下料，应注意将毛刺除尽，否则容易生成折叠而造成锻件废品。
③锻件毛坯下料尺寸和锻件坯料尺寸的确定。
计算锻件坯料体积V坯：
V坯＝V锻K
式中：V锻——锻件的体积；K——损耗系数，K＝1.05～1.10。
接下来讲述如何计算锻件坯料尺寸。
理论圆棒料直径D理为

实际圆棒料的直径尺寸按现有钢材棒料的直径规格选取，当D理比较接近实有规格时，D实≈D理。
圆棒料的长度应根据锻件毛坯的质量和选定的坯料直径，通过查选棒料长度重量表确定。
3)铸件
在模具零件中常见的铸件有冲压模具的上模座和下模座，大型塑料模的框架等，材料为灰铸铁HT200和HT250；精密冲裁模的上模座和下模座，材料为铸钢ZG270～500；大、中型冲压成形模的工作零件，材料为球墨铸铁和合金铸铁；另外，吹塑模具和注射模具中，其材料为铸造铝合金，如铝硅合金ZL102等。
对于铸件的质量要求主要有：
①铸件的化学成分和力学性能应符合图样规定的材料牌号标准。②铸件的形状和尺寸要求应符合铸件图的规定。③铸件的表面应进行清砂处理，去除砂子和其它杂物；应去除结疤；去除飞边毛刺，其残留高度应小于等于1～3 mm。④铸件内部，特别是靠近工作面处不得有气孔、砂眼、裂纹等缺陷；非工作面不得有严重的疏松和较大的缩孔。⑤铸件应及时进行热处理，铸钢件依据牌号确定热处理工艺，一般以完全退火为主，退火后硬度HB≤229；铸铁件应进行时效处理，以消除内应力和改善加工性能，铸铁件热处理后的硬度HB≤269。
4)半成品件
随着模具专业化和专门化的发展以及模具标准化的提高，以商品形式出现了冷冲模模架、矩形凹模板、矩形模板、矩形垫板等零件。塑料注射模标准模架也是如此。当采购这些半成品件后，再进行成形表面和相关部位的加工，对于降低模具成本和缩短模具制造周期都是大有好处的。这种毛坯形式应该成为模具零件毛坯的主导方向。

小 结
确定加工余量的方法，毛坯设计、质量要求及下料尺寸的计算。