模具制造技术第一章模具机械加工基础

第一章模具机械加工基础

思考题答案

1、什么是机械加工工艺过程？什么是模具加工工艺规程？

答：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。

规定模具零部件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件称为模具加工工艺规程。

2、机械加工工艺过程由哪些内容组成？

答：模具的机械加工工艺过程是由一个或几个按顺序排列的工序组成。每一个工序又可以分为安装、工位、工步和走刀。

3、什么是工序？工序又可以分为哪几个部分？

答：工序是一个或一组工人，在一个工作地点对同一个或同时对几个零件进行加工，所连续完成的那一部分工艺过程。每一个工序又可以分为安装、工位、工步和走刀。

4、什么是安装和工位？试举例说明。

答：零件通过一次装夹后所完成的那一部分工序称为安装。例如在车削外圆中，车削第一个端面、钻中心孔时要进行一次装夹；完成后调头车削另一个端面、钻中心孔时又需要重新装夹零件，所以零件需要两次安装。

为了减少零件装夹次数，在零件的一次安装中，使零件与夹具或设备的可动部分一起，相对于刀具或设备的固定部分所占据的每一个位置称为工位。例如在三轴钻床上利用回转工作台换位，使零件按照装卸、钻孔、扩孔和铰孔等四个工位连续完成加工。

5、什么是工步和走刀？试举例说明。

答：在加工表面、切削刀具、切削速度和进给量都不变的情况下所连续完成的那一部分工序，称为工步。工步是构成工序的基本单元。例如在车削外圆的工序中，经常分为车外圆、车槽、倒角等工步。

有些工步，由于加工余量较大，需要对同一表面分几次切削，刀具从被加工表面每切下一层金属层即称为一次走刀。每个工步可以包括一次走刀或几次走刀。例如在车削外圆的工步中，如果车削余量较大，则需要几次走刀才能达到要求的轴径。

6、制定工艺规程的作用和基本原则是什么？

答：（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。

7、简述制定工艺规程的步骤。

答：（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。主要包括选定工艺基准，确定加工方法，安排加工顺序和确定工序内容。在安排加工顺序时应遵循先粗后精，先基准后其他，先平面后轴孔，并且工序要适当集中的原则。

（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。

8、什么是工艺文件？模具零件一般制定哪种工艺文件？

答：将工艺规程的内容，填入一定格式的卡片，即成为生产准备和施工依据的技术文件，称为工艺文件。常用的工艺文件有以下两种：机械加工工艺过程卡片和机械加工工序卡片。模具零件一般都制定机械加工工艺过程卡片作为工艺文件。

9、分析零件结构的工艺性应该注意哪些问题？试举例说明。

答：分析零件结构的工艺性，首先要分析该零件是由哪些表面所组成，因为零件表面形状是选择加工方法的基本因素。例如，对外圆柱面一般采用车削和磨削进行加工；对内孔则一般采用钻、扩、铰、镗、磨削等进行加工。

除了表面形状外，还要分析表面的尺寸大小。例如，直径很小的孔的精加工宜采用铰削，不宜采用磨削。

此外，还要注意零件各构成表面的不同组合，表面的不同组合形成了零件结构上的特点。例如，以内、外圆表面为主，既可组成盘类零件、环类零件，也可组成套筒类零件。对于套筒类零件，也有一般的轴套和形状复杂的薄壁套筒之分。

零件结构工艺性涉及面很广，必须全面综合地加以分析。

10、模具零件常用的毛坯有哪些种类？选择毛坯时应考虑哪些因素？

答：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。

选择毛坯时应考虑以下几个方面因素影：

（1）零件材料对加工工艺性能和力学性能的要求

一般零件材料一经选定，毛坯的种类和工艺方法也就基本上确定了。例如，当材料为铸铁、青铜、铸铝时，因为其具有良好的铸造性能，应选择铸件毛坯；对于尺寸较小、形状不复杂的钢质零件，力学性能要求也不太高时，可以直接采用型材作为毛坯；而重要的钢制零件，为了保证其有足够的力学性能，应该选择锻件毛坯。

（2）零件的形状结构和尺寸

零件的形状结构和尺寸对选择毛坯有重要影响。例如对于阶梯轴，如果各台阶直径相差不大时，可以采用棒料作为毛坯，而各台阶直径相差很大时，则采用锻件作毛坯。套类零件可以采用轧制或铸造等方法成型。模座零件一般以铸铁件为毛坯，承受较大载荷的箱体可以用铸钢件作为毛坯。

（3）生产类型

小批量生产的零件一般采用精度和生产率较低的毛坯制造方法，例如铸件采用手工砂型，锻件采用自由锻。大批量生产的零件应采用高精度和高效率的毛坯制造方法，例如铸件采用机器造型，锻件采用模锻等。

（4）生产条件

选择毛坯的种类和制造方法应考虑毛坯制造车间的设备情况、工艺水平和工人技术水平，同时还应考虑采用先进工艺制造毛坯的可行性和经济性。

11、什么是粗基准和精基准？选择粗基准和精基准时应注意哪些问题？

答：在机械加工的最初一道工序中，只能用零件毛坯上未经加工的表面作为定位基准，这种定位基准称为粗基准。用已经加工过的表面作定位基准则称为精基准。

选择粗基准一般应注意以下几点：

（1）为了保证加工表面与不加工表面之间的位置尺寸要求，应选不加工表面作粗基准。

（2）如果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）对于有较多加工面的零件，为了保证各加工表面都有足够的加工余量，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。在同一尺寸方向上粗基准通常只允许使用一次，这是因为粗基准一般都很粗糙，重复使用同一粗基准所加工的两组表面之间位置误差会相当选择精基准应应遵循以下原则：

（1）基准重合原则

尽可能选择加工表面的设计基准作为定位基准，避免因为基准不重合而造成的定位误差，这一原则称为基准重合原则。

（2）基准统一原则

当零件以某一组精基准定位，可以比较方便地加工其他各表面时，应尽可能在多数工序中采用同一组精基准定位，这一原则称为基准统一原则。

（3）自为基准原则

某些精加工或光整加工工序要求加工余量小而均匀，这时应尽可能用加工表面自身为精基准，这一原则称为自为基准原则。

（4）互为基准原则

两个被加工表面之间位置精度较高，要求加工余量小而均匀时，多以两表面互为基准，反复进行加工，这一原则称为互为基准原则。

（5）保证零件安装准确、可靠，操作方便的原则

12、什么是工序集中和工序分散？各有什么特点？

答：工序集中就是零件的加工集中在少数工序内完成，而每一道工序内的加工内容比较多。

工序集中有以下的特点：

①可以装夹一次零件，而加工多个表面，能较好地保证表面之间的相互位置精度。

②可以减少装夹零件的次数和辅助时间，减少零件在机床之间的搬运次数，有利于缩短生产周期。

③可以减少机床和操作工人的数量，节省车间生产面积，简化生产计划和生产组织工作。

④采用的设备和工装结构复杂、投资大，调节和维修的难度大，对工人的技术水平要求高。

工序分散就是零件的加工工序数目多，而每一道工序内的加工内容比较少。

工序分散有以下特点：

①机床设备及工艺装备比较简单，调整方便，生产工人易于掌握。

②可以采用最合理的切削用量，减少机动时间。

③设备数量多，操作工人多，生产面积大。

13、安排切削加工工序应考虑哪原则？

答：切削加工工序的安排，应考虑以下原则：

（1）基准先行原则

在零件的每一加工阶段，先把基准面加工出来，再以基准面定位来加工其它表面，以保证加工质量。

（2）先粗后精原则

零件的加工一般应划分加工阶段，先进行粗加工，然后是半精加工，最后是精加工和光整加工，这样有利于逐步消除加工误差和表面缺陷层，从而逐步提高零件的加工质量和表面质量。

（3）先主后次原则

先加工主要表面，后加工次要表面。因为主要表面加工难度较大，容易报废，放在前阶段进行，可以减少工时浪费。而次要表面如键槽、螺孔、销孔等，往往又和主要表面有一定的相对位置要求，一般安排在主要表面的半精加工之后，精加工之前进行。

（4）先面后孔原则

对于模座、凸、凹模固定板等一般模具零件，平面的面积较大，轮廓平整，先加工好平面，便于加工孔时定位安装，既有利于保证孔与平面之间的位置精度，也给孔加工带来方便。

14、热处理工艺分为哪两大类？应如何安排？

答：模具零件热处理工艺分为预先热处理和最终热处理两大类。

1）预先热处理

①退火、正火目的是消除内应力，改善切削加工性能。一般安排在粗加工前，毛坯制造出来以后进行。

②时效处理目的是消除内应力，减少零件的变形。一般安排在粗加工前后，对于精密零件，要进行多次时效处理。

③调质目的是减小或消除零件的内应力，改善切削加工性能并提高零件的综合机械性能。一般安排在粗加工后，半精加工前。

2）最终热处理

①淬火目的是提高零件的硬度。一般安排在磨削加工前。

②渗碳淬火目的是提高零件表面的硬度和耐磨性，一般安排在半精加工之前或之后进行。

③渗氮目的是提高零件表面的硬度、耐磨性、疲劳强度和抗蚀性，由于渗氮处理的温度较低，零件变形很小，所以可以根据零件的加工要求，安排在精加工之前或之后进行。

15、工序尺寸及其公差应如何确定？

答：工序尺寸的确定：当工序基准与设计基准重合时，被加工表面的最终工序的尺寸及公差一般可以直接按零件图样规定的尺寸和公差确定。中间各工序的尺寸则按零件图样规定的尺

寸依次加上（对于外表面）或减去（对于内表面）各工序的加工余量求得，计算的顺序是由后向前推算，直到毛坯尺寸。

工序尺寸公差的确定：工序尺寸公差主要根据加工方法、加工精度和经济性确定。一般均按该工序加工方法的经济加工精度选定（可以从机械加工手册中查得）。

当工序基准与设计基准重合时，最终工序的公差一般就是零件图样规定的尺寸公差。毛坯尺寸公差按照毛坯制造方法或根据所选型材的品种规格确定。

16、零件的机械加工质量主要包括哪两个方面？

答：零件的机械加工质量主要包括零件的机械加工精度和加工表面质量两个方面。

17、什么是机械加工精度？获得机械加工精度有哪些方法？

答：机械加工精度是指零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状和位置）与理想几何参数的符合程度。

获得机械加工精度的方法：

（1）试切法

试切法是指通过试切——测量——调整——再试切的方法反复进行，直至零件的尺寸精度达到图纸给定要求的方法。

（2）定尺寸刀具法

定尺寸刀具法是指用刀具的相应尺寸来保证零件的加工尺寸达到要求的加工方法。例如用钻头、铰刀、拉刀、丝锥等刀具加工零件就属于这种加工方法。（3）调整法调整法是指按零件规定的尺寸预先调整好刀具与工件的相对位置，并且在一批零件的加工过程中始终保持这个位置不变，来保证零件加工尺寸的方法。

(4)自动控制法

自动控制法是把测量装置、进给装置、切削装置和控制系统等组成一个自动控制的加工系统，自动完成加工过程中的切削加工、尺寸测量和刀具调整等工作，当零件尺寸达到加工要求后，机床自动退刀并停止加工。

18、工艺系统的几何误差包括哪些方面？为什么会存在加工原理误差？对机械加工精度影响较大的机床误差有哪些？

答：工艺系统的几何误差包括：加工原理误差、机床误差、刀具的制造误差和磨损、夹具的误差和磨损、调整误差。

加工原理误差是指由于采用近似的成形运动或近似的刀具轮廓进行加工所产生的误差。

机床误差对零件加工精度影响较大的有：主轴回转误差、导轨误差和传动链误差。

19、工艺系统的刚度对加工精度的影响表现在哪些方面？减小工艺系统受力变形对加工精度影响有哪些措施？

答：工艺系统的刚度对加工精度的影响表现在以下方面：

（1）切削力作用点位置变化引起的零件形状误差。

（2）切削力大小变化引起的零件形状误差

（3）夹紧力引起的加工误差

（4）重力引起的加工误差

（5）惯性力引起的加工误差

（6）传动力引起的加工误差

减小工艺系统受力变形对加工精度影响有如下措施：

（1）提高工艺系统刚度

1）合理设计零部件结构，提高其刚度。特别是对基础件和支承件，应选择刚度较大的零件结构和截面形状，并在薄弱环节增添加强肋。

2）提高连接表面的接触刚度。

3）采用合理的装夹方法和加工方法。

（2）减小切削力及其变化

20、工艺系统的热变形对加工精度的影响表现在哪些方面？减小工艺系统热变形有哪些措施？

答：工艺系统热变形对加工精度的影响比较大，工艺系统受热变形引起的误差包括以下方面：（1）零件受热变形

（2）机床受热变形

（3）刀具受热变形

减小工艺系统热变形的措施有;

（1）减少发热和隔热

（2）加强散热能力

（3）均衡温度场

（4）保持工艺系统的热平衡

21、提高零件加工精度主要有哪些途径？试举例说明。

答：提高零件加工精度主要有两种途径：误差预防技术和误差补偿技术。

误差预防技术的具体方法有：

（1）直接减小原始误差法。例如，加工细长轴时，主要原始误差因素是工件刚性差，所以，采用反向进给切削法，并加上跟刀架，使零件受拉伸，从而达到减小变形的目的。

（2）转移原始误差法。例如，车床的误差敏感方向是工件的直径方向，所以，转塔车床在加工中都采用“立刀”安装法，把刀架的转位误差转移到误差不敏感的切线方向。

（3）误差分组法。例如，当毛坯的精度太低，引起的定位误差或复映误差太大时，可以把毛坯件按误差大小分成n组，这样每组零件的误差就缩小为原来的1/n，再按组调整刀具和零件的相对位置以减小毛坯误差对加工精度的影响。

（4）“就地加工”法。例如，车床尾架顶尖孔的轴线要求与主轴轴线重合，可以采用就地加工，把尾架装配到机床上后进行最终精加工。

误差补偿技术是指在现存的原始误差条件下，通过分析、测量，并以这些误差源为依据，人为地在工艺系统中引入一个附加的误差源，使之与工艺系统原有的误差相抵消，以减少或消除零件的加工误差。

22、零件的表面质量包含哪两个方面的内容？它们对零件使用性能各有什么影响？

答：零件的表面质量主要包含两个方面的内容：零件表面的几何特性和零件表面的力学性能。

零件表面的几何特性包括表面粗糙度、表面波度、伤痕等。

零件表面的力学性能包括表面层的加工硬化、表面层金相组织变化、表面层残余应力等。

零件的表面质量对零件使用性能的影响表现在以下几方面：

（1）零件的表面质量对耐磨性的影响

1）表面粗糙度对耐磨性的影响

一般说表面粗糙度值越小，零件耐磨性越好。但表面粗糙度值太小，紧密接触的两个光滑表面之间润滑油不易储存，容易发生分子粘接，磨损反而增加。

2）表面加工硬化对耐磨性的影响

表面层的加工硬化使摩擦副表面层金属的硬度提高，所以一般可使耐磨性提高。但过度的加工硬化将会引起金属组织过度疏松，甚至出现裂纹和表层金属的剥落，使耐磨性下降。

（2）零件的表面质量对疲劳强度的影响

1）表面粗糙度对疲劳强度的影响

在交变载荷作用下，表面粗糙度的凹谷部位容易引起应力集中，产生疲劳裂纹，造成零件的疲劳破坏。表面粗糙度值越大，应力集中越严重，越容易形成和扩展疲劳裂纹。减小表面粗糙度，可以提高零件抗疲劳破坏的能力。

2）表面层残余应力对疲劳强度的影响

表面层残余应力对零件疲劳强度的影响很大。表面层残余拉应力将使疲劳裂纹扩大，加速疲劳破坏；而表面层残余压应力能够阻止疲劳裂纹的扩展，延缓疲劳破坏的产生。

3）表面加工硬化对疲劳强度的影响

加工硬化可以在零件表面形成一个冷硬层，能够防止裂纹产生并阻止已有裂纹的扩展，从而提高零件的疲劳强度。但是如果冷硬层过深过硬，反而容易产生疲劳裂纹。

（3）零件的表面质量对耐蚀性能的影响

零件的耐蚀性在很大程度上取决于表面粗糙度。表面粗糙度值越大，则凹谷中聚积腐蚀性物质就越多，渗透和腐蚀作用就越强烈。

表面层的残余应力对零件的耐蚀性能也有较大影响。表面层的残余拉应力会降低零件的耐蚀性，而残余压应力则能增强零件的耐蚀性。

（4）零件表面质量对配合精度的影响

表面粗糙度值的大小将影响配合表面的配合精度。对于间隙配合，表面粗糙度值大会使磨损加大，使实际间隙增大，破坏了要求的配合性质。对于过盈配合，装配过程中一部分表面凸峰被挤平，使实际过盈量减小，降低了配合件之间的连接强度。

23、在切削加工和磨削加工中对零件表面粗糙度的影响因素分别有哪些？

答：切削加工中影响表面粗糙度的因素有三个方面：几何因素、物理因素和工艺系统振动。

磨削加工中影响磨削表面粗糙度的主要因素有：砂轮的粒度、砂轮的硬度、砂轮的修整、磨削速度、磨削深度、零件转速和纵向进给量、零件材料的硬度及韧性。