2.2 模具制造工艺规程的制定_模具制造工艺学-QQ阅读男生轻小说网

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2.2 模具制造工艺规程的制定

2.2.1 基本概念

1.生产过程和工艺过程

（1）生产过程

生产过程是指将原材料转变为成品的全过程。一般模具产品的生产过程包括原材料的运输和保管，生产技术准备，毛坯的制造，模具零件的各种加工，模具的装配、调试、试模，以及模具产品的包装和发送等过程。

为了便于组织生产和提高劳动生产率，现代模具工业的发展趋势是自动化、专业化生产。有利于保证质量、提高生产率和降低成本。如模具零件毛坯的生产，由专业化的毛坯生产工厂来承担。模具上的导柱、导套、顶杆等零件，由专业化的标准件厂来完成。

（2）工艺过程

在模具产品的生产过程中，对于那些与原材料变为成品直接有关的过程，如毛坯制造、机械加工、热处理和装配等，称为工艺过程。采用机械加工的方法，直接改变毛坯的形状、尺寸和表面质量，使之成为产品的那部分工艺过程，称为模具机械加工工艺过程。将合理的机械加工工艺过程确定后，以文字形式作为施工的技术文件，即为模具机械加工工艺规程。

模具机械加工与其他机械产品的机械加工相比较，有其特殊性：模具一般是单件小批生产，模具标准件则是成批生产；成型零件加工精度较高；所采取的加工方法往往不同于一般机械加工方法。所以，模具加工工艺过程具有与其他机械产品同样的普遍性，同时还具有其特殊性。

2.模具的机械加工工艺过程

一个模具零件的机械加工工艺过程由若干工序组成，而每一道工序又可细分为安装、工位、工步和走刀。

（1）工序

工序是工艺过程的基本单元。工序是指一个（或一组）工人，在一个固定的工作地点，如机床或钳工台，对一个（或同时对几个）工件所连续完成的那部分工艺过程。

划分工序的主要依据，是零件在加工过程中工作地点（或机床）是否变更。零件加工的工作地点变更后，即构成另一个工序。例如，图2-1所示的限位导柱，如果数量很少或单件生产时，其加工工艺过程见表2-5。

图2-1 限位导柱

表2-5 限位导柱加工工艺过程（单件小批生产）

当加工数量较大时，图2-1所示的限位导柱，其加工工艺过程见表2-6。

表2-6 限位导柱加工工艺过程（大批量生产）

（2）工步与走刀

在一个工序内，往往需要采用不同的刀具和切削用量，对不同的表面进行加工。为了便于分析和描述工序的内容，工序还可进一步划分工步。当加工表面、刀具和切削用量中的转速与进给量均不变时，所完成的那部分工序称为工步。例如，表2-6中的工序2中，包括粗、精车各外圆表面、切槽、倒角等几个工步。而工序3用铣刀铣平面时，只包括一个工步。

构成工步的任何一个因素（加工表面、刀具或切削用量）改变后，一般即变为另一个工步。但是，对于那些在一次安装中连续进行的若干相同的工步，为简化工序内容的叙述，通常看做一个工步。例如，图2-2所示的模板零件上6个φ10mm孔的钻削，可写成一个工步——钻6×φ10mm孔。

为了提高生产率，用几把刀具同时加工几个表面的工步，称为复合工步。在工艺文件上，复合工步可看做一个工步，如图2-3所示。

图2-2 相同加工表面的工步

图2-3 复合工步

在一个工步内，由于被加工表面需切除的金属层较厚，需要分几次切削，则每进行一次切削就是一次走刀。走刀是工步的一个部分，一个工步可包括一次或几次走刀。

（3）安装与工位

工件在加工之前，在机床或夹具上先占据一个正确的位置，这就是定位。然后再予以夹紧的过程称为安装。并使其在加工过程中保持定位时的正确位置不变。在一个工序内，工件的加工可能只需要安装一次，也可能需要安装几次。工件在加工过程中应尽量减少安装次数，因为多一次安装就多一次误差，而且还增加了安装工件的辅助时间。

图2-4 多工位加工

（a）装卸工件；（b）钻孔；（c）扩孔；（d）铰孔

为了减少工件安装的次数，常采用各种回转工作台、回转夹具或移位夹具，使工件在一次安装中先后处于几个不同位置进行加工。此时，工件在机床上占据的每一个加工位置称为工位。图2-4所示为一个利用回转工作台在一次安装中顺序完成装卸工件、钻孔、扩孔和铰孔四工位加工的实例。采用多工位加工，可减少工件安装次数，缩短辅助时间，提高生产率。

3.生产纲领与生产类型

（1）生产纲领

产品（或零件）的年产量，称为生产纲领。生产纲领的大小，对工艺过程的制定有很大影响。

零件的生产纲领为

N=Qn（1+a%+b%）

式中N——零件的生产纲领；

Q——产品的生产纲领；

n——每台产品中该零件的数量；

a%——零件备品的百分率；

b%——零件废品的百分率。

（2）生产类型

根据产品的生产纲领的大小和品种的多少，模具制造业的生产类型主要可分为两种：单件生产和成批生产（对于大量生产的情况，模具制造业中很少出现）。

1）单件生产

生产的产品品种较多，每种产品的产量很少，同一个工作地点的加工对象经常改变，且很少重复生产。例如，新产品试制和大型模具等都属于单件生产。

2）成批生产

产品的品种不是很多，但每种产品均有一定的数量，工作地点的加工对象周期性地更换，这种生产称为成批生产。例如，模具中常用的标准模板、模座、导柱、导套等多属于成批生产。

同一产品（或零件）每批投入生产的数量称为批量。根据产品的特征和批量的大小，成批生产可分为小批生产、中批生产和大批生产。小批生产工艺过程的特点和单件生产相似，大批生产工艺过程的特点和大量生产相似，中批生产的工艺特点则介于两者之间。

生产类型的工艺特点见表2-7。

表2-7 生产类型的工艺特点

2.2.2 制定工艺规程的原则和步骤

规定模具产品或零部件制造工艺过程和操作方法等的工艺文件称为模具制造工艺规程。工艺规程是指导模具生产的主要技术文件，也是生产组织和管理工作的基本依据。

1.制定工艺规程的原则

制定工艺规程的基本原则：在一定生产条件下，以最低的生产成本和最高的生产率，可靠地加工出符合设计图样及技术要求的零件。

工艺规程首先要保证产品质量，同时要争取最好的经济效益。因此，在制定工艺规程时，应首先从工厂的实际条件出发，充分利用现有设备，并尽可能地采用适合本厂情况的国内外先进工艺技术和装备，以便提高模具零件的加工工艺技术水平。同时，在工艺方案上要注意采取机械化或自动化措施，减轻工人劳动强度和提高生产率。

2.制定工艺规程的原始资料

① 模具装配图和零件图；

② 模具验收的质量标准；

③ 零件的生产纲领（年产量）；

④ 毛坯资料；

⑤ 现场的生产条件（机床设备、工艺设备、工人技术水平等）；

⑥ 国内外工艺技术的发展情况。

以上原始资料是编制工艺规程的出发点和依据。

3.制定工艺规程的步骤

制定模具零件的加工工艺规程的主要步骤如下：

① 分析模具装配图和零件图；

② 确定零件生产类型；

③ 确定毛坯的种类和尺寸；

④ 选择定位基准和主要表面的加工方法，制定零件加工工艺过程；

⑤ 确定工序尺寸及其公差；

⑥ 选择机床、工艺装备、切削用量及时间定额；

⑦ 填写工艺文件。

4.工艺文件的常用格式

模具工艺文件主要包括模具零件加工工艺规程、模具装配工艺要点或工艺规程、原材料清单、外购件清单和外协件清单等。模具装配工艺规程的编制，对于一般模具来说，只编制装配要点、重点技术要求的保证措施，以及在装配过程中需要机械加工和其他配合加工的要求，而模具的具体装配程序多由模具装配钳工自行掌握。只有对于大型复杂模具才编制较详细的装配工艺规程。

机械零件加工工艺规程的常用格式有以下几种。

（1）工艺过程综合卡片

这种卡片主要列出整个零件加工的工艺过程（包括毛坯、机械加工和热处理等），工艺过程综合卡片的格式见表2-8。它是制定其他工艺文件的基础，也是生产技术准备、编制作业计划和组织生产的依据。在单件小批生产中，一般简单零件只编制工艺过程卡片，作为工艺指导文件。

表2-8 工艺过程综合卡片

（2）机械加工工艺卡片

这种卡片是以工序为单位，详细说明整个工艺过程的工艺文件，机械加工工艺卡片的格式见表2-9。它不仅标出工序顺序、工序内容，同时对主要工序还表示出工步内容、工位及必要的加工简图或加工说明。此外，还包括零件的工艺特性（材料、质量、加工表面及其精度和表面粗糙度要求等）、毛坯性质和生产纲领。在成批生产中广泛采用这种卡片法，对单件小批生产中的某些重要零件也要制定工艺卡片。

表2-9 机械加工工艺卡片

（3）机械加工工序卡片

这种卡片是在工艺卡片的基础上分别为每一个工序制定的，是用来具体指导工人进行操作的一种工艺文件，机械加工工序卡片的格式见表2-10。工序卡片中详细记载了该工序加工所必需的工艺资料，如定位基准、安装方法、机床、工艺装备、工序尺寸及公差、切削用量及工时定额等。多用于大量生产的零件和成批生产中的重要零件。

表2-10 机械加工工序卡片

2.2.3 模具零件的工艺分析

1.零件工艺分析的主要内容

制定零件的机械加工工艺规程，首先要对零件进行工艺分析，以便从加工制造的角度出发分析零件图是否完整正确、技术要求是否恰当、零件结构的工艺性是否良好，必要时可以对产品图纸提出修改建议。

（1）分析和审查产品零件图和装配图

模具零件图是制定工艺规程最主要的原始资料。为了更深刻地理解零件结构上的特征和主要技术要求，通常还需要研究模具的总装图、部件装配图及验收标准，从中了解零件的功用和相关零件间的配合，以及主要技术要求制定的依据。通过分析产品零件图及装配图，了解零件在产品结构中的功用和装配关系，从加工的角度出发对零件的技术要求进行审查。

零件的技术要求包括被加工表面的尺寸精度、几何形状精度、各表面之间的相互位置精度、表面质量、热处理及其他要求。这些要求对制定工艺方案起着决定性的作用。通过分析，充分领会这些技术要求，判断其制定得是否恰当，明确技术要求中的关键问题，以便采取适当措施，为合理制定工艺规程做好必要的准备。

（2）零件结构分析

任何零件从形体上分析都是由一些基本表面和特殊表面组成的。基本表面有内外圆柱表面、圆锥表面和平面等，特殊表面主要有螺旋面、渐开线齿形表面及其他一些成型表面。研究零件结构，首先要分析该零件是由哪些表面所组成的，因为表面形状是选择加工方法的基本因素之一。例如，对外圆柱面一般采用车削和外圆磨削进行加工；而内圆柱面（孔）则多通过钻、扩、铰、镗、内圆磨削和拉削等方法获得。除了表面形状外，表面尺寸大小对工艺也有重要影响。例如，对直径很小的孔宜采用铰削加工，不宜采用磨削加工；深孔应采用深孔钻进行加工。它们在工艺上都有各自的特点。

分析零件结构，不仅要注意零件各构成表面的形状尺寸，还要注意这些表面的不同组合，因为正是这些不同的组合形成了零件结构上的特点。不同结构的零件在工艺上往往有着较大的差异。在模具制造中，通常按照零件结构和加工工艺过程的相似性，将各种零件大致分为轴类零件、套类零件、板类零件和腔类零件等，以便使工艺典型化。模具零件中的模柄、导柱等零件和一般机械零件的轴类零件在结构或工艺上有许多相同或相似之处。导套是一个典型的套类零件。整体结构的圆形凹模和一般机械零件的盘类零件相类似，但其上的型孔加工则比一般盘类零件要复杂得多，所以，圆形凹模又具有不同于一般盘类零件的工艺特点。

根据零件结构特点，在认真分析了零件主要表面的技术要求之后，对零件加工工艺即可有一个初步的轮廓。首先，根据零件主要表面的精度和表面质量的要求，可初步确定为了达到这些要求所需要的最终加工方法和相应的中间工序，以及粗加工工序所需要的加工方法。认真分析零件图上尺寸的标注及主要表面的位置精度，即可初步确定各加工表面的加工顺序。零件的热处理要求，影响着加工方法和加工余量的选择，而且对零件加工工艺过程的安排也有一定的影响。例如，要求渗碳淬火的零件，热处理后一般变形较大。对于零件上精度较高的表面，工艺上要安排精加工工序（多为磨削加工），而且要适当加大精加工的工序加工余量。

2.模具零件的结构工艺性

模具零件结构工艺性是指所设计的零件进行加工时的难易程度。所设计的零件在一定的生产条件下能够高效低耗地制造出来，并易于装配和维修，则认为该零件具有良好的结构工艺性。在模具加工中，常有一些零件结构虽然满足要求，但加工装配却很困难，甚至根本无法加工，或者无法满足其设计要求，这就造成了人力、物力、财力的浪费。因此，在模具设计过程中，要重视对零件结构工艺性的分析。在分析过程中，应注意以下几个方面。

（1）尽可能采用标准化设计

模具的结构形式、外形尺寸应尽可能选用标准设计，这样不但能够简化设计工作，也能简化模具制造过程，缩短模具制造周期，降低模具制造成本。模具零件（卸料螺钉、模柄、模架、推杆、浇口套等）及模具中应使用相应标准的连接螺钉、销钉，以便使用标准刀具、量具，也便于更换。另外，在同一副模具中，应尽可能采用同一规格大小的标准件（如螺钉、销钉等），以减少制造过程中刀具的种类和数量。一般来说，模具设计时大多采用内六角螺钉和圆柱销连接。

（2）便于在机床上定位、装夹

模具零件加工时应可靠、方便地在机床上定位并装夹，装夹次数越少越好，有位置精度要求的各表面应尽可能在一次装夹中加工完成。

加工凸模或型芯外圆表面时，要求其外形一次磨出，以保证同轴度要求，加工时采用顶尖、拨盘和卡箍装夹。在图2-5所示的凸模中，图（a）的结构安装较困难；图（b）的结构则增加一个工艺凸台，待磨好后再去除；图（c）的结构为两凸模连在一起，磨好后再从中间分开。

图2-6所示为一端部带圆角的异形凸模。图2-6（a）所示的结构无法在铣床上安装。故在不影响凸模使用要求的情况下，在凸模两侧开设两条沟槽，这样就可方便地在铣床上进行装夹，如图2-6（b）所示。

图2-5 凸模的加工工艺性

图2-6 异形凸模的安装

（3）零件应有足够的刚度

图2-7（a）所示的凸模又细又长，加工时会因切削力作用而变形，若结构允许应设计成阶梯结构，如图2-7（b）所示，这样既增加了凸模的刚度，同时也方便了模具装配。

图2-7 细长凸模

（4）减少加工困难

钻头切入或切出的表面应与孔轴线垂直，否则钻孔时钻头易钻偏甚至折断。在图2-8所示的结构中，图（a）的结构不合理；图（b）的结构较合理。

图2-8 钻头进出表面的结构

避免采用角部是直角的封闭型腔。在图2-9所示的结构中，图（a）的结构无法切削加工；图（b）的结构则可以采用铣削加工。

变型腔内形加工为外形加工。在图2-10所示的凹模中，图（a）的结构加工较为困难；图（b）的结构将零件沿型腔线分开，变内形加工为外形加工，加工较方便。

图2-9 封闭型腔的结构

图2-10 变内形加工为外形加工

（5）采用镶拼结构

当遇到形状复杂、加工困难或尺寸较大的模具零件时，可以把零件分成几个部分进行加工，然后通过局部镶拼或整体镶拼的方法获得零件的要求形状。这样就会使加工简便，并容易提高零件的尺寸精度，同时还可以减小热处理引起的变形和开裂，节约贵重材料。

图2-11所示的凸模形状复杂，不能直接利用砂轮磨削，可采用镶拼结构（图中1、2、3三块镶块）。磨削后，用螺钉或销钉将各镶件固定在一起。

图2-12所示的凹模由于孔的长壁很窄，只有0.6mm，故难以加工。采用镶拼结构后，把凹模分成1、2两块，分别加工后将镶块固定在凹模套内，形成所需要的凹模。这样既简化了制造工艺，又保证了精度要求。

图2-11 镶拼凸模

1、2、3-镶块

图2-12 镶拼凹模

l-凹模套；2-镶块

（6）减小和避免热处理变形及开裂

模具零件一般需要进行热处理，因此，在结构设计时需要考虑热处理要求。设计时应尽量避免尖角、窄槽和狭长的过桥；孔的位置应尽量均匀、对称分布；工作型面的截面形状不能急剧变化，以减小和避免热处理过程中因应力集中而引起的变形及开裂。图2-13所示的长方形凹模型孔有一狭长的过桥，淬火时过桥的冷却速度快，容易产生内应力造成零件开裂。

（7）便于装配

有配合要求的零件端部应有倒角或圆角，以便于装配，且使外露部分较为美观。图2-14（a）所示的导柱、导套配合时，不仅装配不方便，端部毛刺也容易划伤配合面，应采用图2-14（b）所示的结构；当凸模或型芯装入固定板时，装入部分也应用倒角导入，如图2-15（a）所示；当型芯表面不允许倒角时，则应在固定板上倒角，以方便型芯装入，如图2-15（b）所示。

图2-13 长方形凹模

1-凹模套；2-镶块

图2-14 导柱、导套端部结构

图2-15 型芯与固定板的配合结构

销钉连接孔应尽可能打通，以便于配钻、铰相关零件上的销孔，如图2-16（a）所示。当由于结构限制不能设计穿透的销孔时，应设置透气孔，如图2-16（b）、（c）所示，以方便销钉装入。图2-16（d）所示的结构设计无透气孔，设计不合理。

图2-16 销钉连接

轴和孔是过渡或过盈配合时，轴应设计成阶梯状，以方便轴的装配。在图2-17所示的结构中，图（a）的结构不合理，应设计成图（b）所示的结构。

（8）便于刃磨、维修、调整和更换易损件

在图2-18（a）所示的结构中，当模具使用一段时间后刃磨时，其轴向尺寸h会发生变化，故设计不合理；采用图2-18（b）所示的结构，A面刃磨时，B面同样磨去相应尺寸，轴向尺寸h不变。

图2-17 轴与孔的配合

图2-18 模具刃磨

在图2-19（a）所示的结构中，凸模从顶部压入后，维修时不易取出，改用图2-19（b）所示的结构后，凸模可方便地从下部顶出；在图2-19（c）所示的结构中，固定凸模的螺钉从下部拧入，维修时不方便，改用图2-19（d）所示的结构后，螺钉从上部拧入，操作比较方便。

图2-19 凸模的安装

对于形状复杂的镶拼结构模具，在考虑分块时，应将其不规则的形状变成规则或比较规则的形状，将其薄弱、易磨损的个别凸出或凹入部分单独做成一块，以便于维修、更换及调整，如图2-20所示。

图2-20 易磨损凹模

2.2.4 定位基准的选择

在制定零件加工工艺规程时，正确地选择工件的定位基准有着十分重要的意义。定位基准选择的好坏，不仅影响零件加工的位置精度，而且对零件各表面的加工顺序也有很大的影响。

设计基准已由零件图给定，而定位基准可以有多种不同的方案，应进行合理地选择。一般在第一道工序中只能选用毛坯表面来定位，在以后的工序中可以采用已经加工过的表面来定位。有时可能遇到这样的情况：工件上没有能作为定位基准用的恰当表面，这时就必须在工件上专门设置或加工出定位的基面，称为辅助基准。例如，图2-21所示的车床小刀架毛坯的工艺凸台应和定位面C同时加工出来，使定位稳定可靠。辅助基准在零件工作中并无用途，完全是为了工艺上的需要，加工完毕后，如有必要可以去掉。

图2-21 具有工艺凸台的刀架毛坯

A-加工面；B-工艺凸台；C-定位面

一般起始工序所用的粗基准和最终工序（含中间工序）所用的精基准的选择原则如下。

1.粗基准的选择

在起始工序中，工件定位只能选择未经加工的毛坯表面，这种定位表面称为粗基准。粗基准选择的好坏，对以后各加工表面加工余量的分配，以及工件上加工表面和不加工表面的相对位置均有很大的影响。因此，必须重视粗基准的选择。粗基准选择总的要求是为后续工序提供必要的定位基面，具体选择时应考虑下列原则。

（1）具有不加工表面工件的粗基准

对于具有不加工表面的工件，为保证不加工表面与加工表面之间的相对位置要求，一般应选择不加工表面为粗基准。

若工件有几个不加工表面，则粗基准应选位置精度要求较高者，以达到壁厚均匀、外形对称等要求。如图2-22所示的工件，在毛坯铸造时内圆表面2和外圆表面1之间有偏心。外圆表面1不需要加工，而零件要求壁厚均匀。因此，粗基准应选择外圆表面1。

图2-22 以不加工表面为粗基准

1-外圆表面；2-内圆表面

（2）具有较多加工表面工件的粗基准

对于具有较多加工表面的工件粗基准的选择，应合理分配各加工表面的加工余量。

① 应保证各加工表面都有足够的加工余量。为了保证此项要求，粗基准应选择毛坯上加工余量最小的表面，如图2-23所示。若以大端φ100mm外圆表面作为粗基准，由于大小端外圆偏心有5mm，以致小端φ60mm可能加工不出来，则应选择加工余量较小的小端φ68mm外圆表面为粗基准。

图2-23 阶梯轴粗基准的选择

② 对于某些重要的表面（如导轨面和重要的内孔等），应尽可能使其加工余量均匀，对导轨面的加工余量要求尽可能小些，以便获得硬度和耐磨性更好的表面。为了保证此项要求，应选择重要表面为粗基准。图2-24所示为冲压模座粗基准的选择。此时应以下平面为粗基准，然后以下平面为定位基准，加工上平面与模座其他部位，这样可减少毛坯误差，使上下平面主面基本平行，最后再以上平面为精基准加工下平面，这时下平面的加工余量就比较均匀，且比较小。

③ 使工件上各加工表面金属切除余量最小。为了保证该项要求，应选择工件上那些加工面积较大、形状比较复杂、加工量较大的表面为粗基准，如图2-24所示。当选择下平面为粗基准加工时，由于上平面加工面是一简单平面，且加工面积较小，即使切除较大的加工余量，其金属的切除量实际并不大，加之下平面的加工余量又比较小，故总的金属切除量也就比较小。

图2-24 大型冲压模座粗基准的选择

（3）对粗基准表面的要求

作为粗基准的表面，应尽量平整，没有浇口、冒口或飞边等其他表面缺陷，以便使工件定位可靠，夹紧方便。

（4）粗基准一般只能使用一次

由于毛坯表面比较粗糙且精度较低，一般情况下同一尺寸方向上的粗基准表面只能使用一次。否则，因重复使用所产生的定位误差，会引起相应加工表面间出现较大的位置误差。如图2-25所示，若重复使用毛坯表面B定位，分别加工表面A和C，必然会使两加工表面产生较大的同轴度误差。

图2-25 重复使用粗基准示例

A、C-加工面；B-毛坯面

上述粗基准选择的原则，每一项都只能说明一个方面的问题，实际应用时往往会出现相互矛盾的情况，这就要求全面考虑，灵活运用，保证满足主要的技术要求。

2.精基准的选择

在最终工序和中间工序，应采用已加工表面定位，这种定位基面称为精基准。精基准的选择不仅影响工件的加工质量，而且与工件安装是否方便可靠也有很大关系。选择精基准的原则如下：

① 应尽可能选用加工表面的设计基准作为精基准，避免基准不重合造成的定位误差，这一原则就是“基准重合”原则。

如图2-26所示，当加工表面B、C时，从基准重合原则出发，应选择表面A（设计基准）为定位基准。加工后，表面B、C相对A面的平行度取决于机床的几何精度，尺寸精度误差则取决于机床—刀具—工件工艺系统的一系列工艺因素。

图2-26 基准重合工件示例

② 当工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，这就是“基准统一”原则。

例如，轴类零件的大多数工序都采用顶尖孔为定位基准，齿轮的齿坯和齿形加工多采用齿轮的内孔及基准端面作为定位基准。采用统一基准能用同一组基面加工大多数表面，有利于保证各表面的相互位置要求，避免基准转换带来的误差，而且简化了夹具设计和制造，缩短了生产准备周期。

③ 有些精加工和光整加工工序应遵循“自为基准”原则。因为这些工序要求余量小而均匀，需要保证表面加工的质量并提高生产率。此时，应选择加工表面本身作为精基准，而该加工表面与其他表面之间的位置精度，则应由先行工序保证。图2-27所示为在导轨磨床上磨削工件导轨，安装后用百分表找正工件的导轨表面本身，此时，床脚仅起支撑作用。此外珩磨、铰孔及浮动镗孔等都是“自为基准”的例子。

图2-27 自为基准示例

④ 定位基准的选择应便于工件的安装与加工，并使夹具的结构简单。如图2-28（a）所示，当加工表面C时，如果采用“基准重合”原则，应选择表面B为定位基准。工件安装如图2-28（b）所示，这样不仅工件安装不方便，夹具结构也将复杂得多。如果采用图2-28（c）所示的的A面定位，虽然可使工件安装方便，夹具结构也相应简单，但又会产生基准不重合误差。定位基准选择中的上述矛盾是经常出现的，在这种情况下，就要认真分析，如改变加工方法或采用其他工艺措施，提高表面B和C的加工精度，这样可选择表面A作为定位基准，如图2-28（c）所示。为消除基准不重合产生的误差，图2-28（b）所示的安装方法又很麻烦，夹具又复杂，有时可采用组合铣削，如图2-29所示，这样可保证表面B、C间的平行度。总之，要综合考虑这些原则，达到定位精度高、夹紧可靠、夹具结构简单、操作方便等要求。

图2-28 基准选择示例

图2-29 组合铣削加工示例

2.2.5 工艺过程的制定

制定工艺过程的主要任务是选择各个表面的加工方法和加工方案，确定各个表面的加工顺序以及整个工艺过程中工序数目的多少等。除定位基准的合理选择外，制定工艺过程还要考虑以下四个方面。

1.表面加工方法的选择

首先要保证加工表面的加工精度和表面质量的要求。由于获得同一精度及表面粗糙度的加工方法往往有若干种，实际选择时还要结合零件的结构形状、尺寸大小以及材料和热处理要求进行全面考虑。例如，对于IT7级精度的孔，采用镗削、铰削、拉削和磨削均可达到要求。但型腔体上的孔，一般不宜选择拉削和磨孔，而常选择镗孔或铰孔，孔径大时选择镗孔，孔径小时选择铰孔。工件材料的性质，对加工方法的选择也有影响。例如，淬火钢应采用磨削加工，有色金属零件，为避免磨削时堵塞砂轮，一般都采用高速镗或高速精密车削进行精加工。

表面加工方法的选择，除了首先保证质量要求外，还应考虑生产效率和经济性的要求。大批量生产时，应尽量采用高效率的先进工艺方法，如拉削内孔与平面、同时加工几个表面的组合铣削或磨削等。这些方法都能大幅提高生产率，取得较大的经济效果。但是在年产量不大的生产情况下，盲目采用高效率加工方法及专用设备，则会因设备利用率不高，造成经济上的浪费。此外，任何一种加工方法，可以获得的加工精度和表面质量均有一个相当大的范围。但只有在一定的精度范围内才是经济的，这种一定范围的加工精度即为该种加工方法的经济精度。选择加工方法时，应根据工件的精度要求选择与经济精度相适应的加工方法。例如，对于IT7级精度、表面粗糙度Ra=0.4μm的外圆，通过精车削虽然可以达到要求，但在经济上就不如磨削合理。表面加工方法的选择还要考虑现场的实际情况，如设备的精度状况、负荷以及工艺装备和工人技术水平。

为了正确地选择加工方法，应了解生产中各种加工方法的特点及其经济加工精度。常用加工方法的经济加工精度及表面粗糙度，可查阅有关工艺手册。

零件上比较精确的表面，是通过粗加工、半精加工和精加工逐步达到的。对这些表面仅仅根据质量要求，选择相应的最终加工方法是不够的，还应正确地确定从毛坯到最终成型的加工路线——加工方案。表2-11～表2-13为常见的外圆、内孔和平面的加工方案，制定工艺时可作为参考。

表2-11 外圆表面加工方案

表2-12 内孔加工方案

表2-13 平面加工方案

2.加工阶段的划分

对于加工质量要求较高的零件，工艺过程应分阶段进行。机械加工工艺过程一般可分为以下几个阶段。

① 粗加工阶段。主要任务是切除各加工表面上的大部分加工余量，使毛坯在形状和尺寸上尽量接近成品。因此，在此阶段中应采取措施尽可能提高生产率。

② 半精加工阶段。完成一些次要表面的加工，并为主要表面的精加工做好准备（如精加工前必要的精度和加工余量等）。

③ 精加工阶段。保证各主要表面达到图纸规定的质量要求。

当有些零件具有很高的精度和很细的表面粗糙度要求时，还需要增加光整加工阶段，如研磨、抛光等。其任务是改善零件的表面质量，对尺寸精度和形状精度改善较小，一般不能纠正位置误差。

有时毛坯的余量特别大，表面极其粗糙，在粗加工前没有去皮加工阶段，一般在毛坯准备车间进行。

工艺过程划分阶段的主要原因如下。

（1）保证加工质量

工件粗加工时切除金属较多，产生较大的切削力和切削热，同时也需要较大的夹紧力，而且粗加工后内应力要重新分布。在这些力和热的作用下，工件会发生较大的变形。如果不分阶段地连续进行粗精加工，就无法避免上述原因所引起的加工误差。加工过程划分阶段后，粗加工造成的加工误差，通过半精加工和精加工即可得到纠正。并逐步提高了零件的加工精度和降低了表面粗糙度，保证了零件加工质量的要求。

（2）合理使用设备

加工过程划分阶段后，粗加工可采用功率大、刚度好和精度较低的高效率机床以提高生产效率，精加工则可采用高精度机床加工以确保零件的精度要求，这样既充分发挥了设备的各自特点，又做到了设备的合理使用。

（3）便于安排热处理工序

划分加工阶段，会使冷热加工工序配合得更好。例如，对于一些精密零件，粗加工后安排去应力的时效处理，可减少内应力变形对精加工的影响；半精加工后安排淬火不仅容易满足零件的性能要求，而且淬火引起的变形又可通过精加工工序予以消除。

此外，粗、精加工分开后，毛坯的缺陷（如气孔、砂眼和加工余量不足等）可在粗加工后及早发现，及时决定修补或报废，以免对应报废的零件继续精加工而浪费工时和其他制造费用。精加工表面安排在后面，还可以保护其不受损伤。

在制定零件的工艺过程时，一般应遵循划分加工阶段这一原则。但具体运用时要灵活掌握，不能绝对化。例如，对于一些毛坯质量高、加工余量小、加工精度要求较低而刚性又较好的零件，则不必划分阶段。又如，对于一些刚性好的重型零件，由于装夹吊运很费工时，往往不划分阶段，而在一次安装中完成表面的粗、精加工。

应当指出，工艺过程的划分阶段，是指零件加工整个过程来说的，不能从某一表面的加工或某一工序的性质来判断。例如，有些定位基准，在半精加工阶段甚至粗加工阶段就需要加工得很精确，而某些小孔的粗加工工序，常常又安排在精加工阶段。

3.工序的集中与分散

工序集中和工序分散是制定工艺路线时，确定工序数目的两个不同的原则。

工序集中就是零件的加工集中在少数工序内完成，而每一工序的加工内容却比较多。工序分散则相反，整个工艺过程工序数量多，而每一工序的加工内容则比较少。

（1）工序集中的特点

① 有利于采用高生产率的专用设备和工艺装备，可大大提高劳动生产率。

② 减少了工序数目，缩短了工艺过程，从而简化了生产计划和生产组织工作。

③ 减少了设备数量，相应地减少了操作工人和生产面积。

④ 减少了工件安装次数，不仅缩短了辅助时间，而且一次安装加工较多的表面，也易于保证这些表面的相对位置精度。

⑤ 专用设备和工艺装备较复杂，生产准备工作和投资都比较大，转换新产品比较困难。

（2）工序分散的特点

① 设备与工艺装备比较简单，调整方便，便于生产工人掌握，容易适应产品的变换。

② 可以采用最合理的切削用量，减少机动时间。

③ 设备数目较多，操作工人多，生产面积大。

工序的集中与分散各有特点。在制定工艺路线时，工序集中或分散的程度，即工序数目的多少，主要取决于生产规模和零件的结构特点及技术要求。批量小时，为简化生产的计划管理工作，多将工序适当集中，使各通用机床完成更多表面的加工，以减少工序的数目。批量大时，既可采用多刀、多轴等高效机床将工序集中，也可将工序分散后组织流水生产。由于工序集中的优点较多，现代生产的发展多趋向于工序集中。划分工序时还应考虑零件的结构特点及技术要求，例如，对于重型机械的大型零件，为了减少工件装卸和运输的劳动量，工序应适当集中；对于刚性差而且精度高的精密零件，工序则应适当分散。

4.工序顺序的安排

（1）机械加工工序的安排

在安排加工顺序时，应注意以下几个原则：

① 先粗后精。当零件需要分阶段进行加工时，先安排各表面的粗加工，中间安排半精加工，最后安排主要表面的精加工和光整加工。由于次要表面精度要求不高，一般在粗、半精加工即可完成，但对于那些与主要表面相对位置关系密切的表面，通常多置于主要表面精加工之后加工。

② 先主后次。零件的主要表面一般都是加工精度或表面质量要求比较高的表面，它们加工质量的好坏对整个零件的质量影响较大，其加工工序往往比较多，因此，应先安排主要表面的加工，再将其他表面加工适当安排在它们中间穿插进行。例如，零件上的装配基面和工作表面等应先安排加工；而键槽、紧固用的光孔和螺孔等由于加工表面小，又和主要表面有相互位置的要求，一般都应安排在主要表面达到一定精度之后，例如半精加工之后，但又应在最后精加工之前进行加工。

③ 基准先行。零件的加工一般多从精基准的加工开始，然后以精基准定位加工其他主要表面和次要表面。例如，轴类零件先加工中心孔，齿轮先加工孔及基准端面等。为了定位可靠且使其他表面加工达到一定的精度，精基准一开始即应加工到足够的精度和较细的表面粗糙度，并且往往在精加工阶段开始时，还要进一步精整加工，以保证其他主要表面精加工和光整加工的需要。

④ 先面后孔。对于模座、凸凹模固定板、型腔固定板和推板等模具零件，应先加工平面后加工孔。因为平面的轮廓平整、面积大，先加工平面再以平面定位加工孔，既能保证加工孔时有稳定可靠的定位基准，又有利于保证孔与平面间的位置精度要求。

（2）热处理工序的安排

机械零件常采用的热处理工艺：退火、正火、调质、时效、淬火、回火、渗碳及氮化等。按照热处理的目的，将上述热处理工艺可大致分为两大类：预备热处理和最终热处理。

1）预备热处理

预备热处理包括退火、正火、时效和调质等。目的是改善加工性能、消除内应力和为最终热处理做好组织准备。其工序位置多在粗加工前后。

① 退火和正火。经过热加工的毛坯，为改善切削加工性能和消除毛坯的内应力，常进行退火和正火处理。例如，含碳量大于0.7%的碳钢和合金钢，为降低硬度便于切削加工常采用退火；含碳量小于0.3%的低碳钢和低合金钢，为避免硬度过低切削时黏刀而采用正火以提高硬度。

退火和正火还能细化晶粒、均匀组织，为以后的热处理做好组织准备。退火和正火常安排在毛坯制造之后粗加工之前。

② 调质。即淬火加高温回火，能获得均匀细致的索氏体组织，为以后表面淬火和氮化时减少变形做好组织准备。因此，调质可作为预备热处理工序。由于调质后零件的综合力学性能较好，对某些硬度和耐磨性要求不高的零件，也可作为最终的热处理工序，调质处理常置于粗加工之后和半精加工之前。

③ 时效处理。主要用于消除毛坯制造和机械加工中产生的内应力。对形状复杂的铸件，一般在粗加工后安排一次时效即可。但对于高精度的复杂铸件应安排两次时效工序，即铸造→粗加工→时效→半精加工→时效→精加工。简单铸件不必进行时效处理。

除铸件外，对一些刚性差的精密零件，为消除加工中产生的内应力，稳定零件的加工精度，在粗加工、半精加工和精加工之间安排多次时效工序。

2）最终热处理

最终热处理包括各种淬火、回火、渗碳和氮化处理等。这类热处理的目的主要是提高零件材料的硬度和耐磨性，常安排在精加工前后。

① 淬火。分为整体淬火和表面淬火两种，其中表面淬火因变形、氧化及脱碳较小而应用较多。为提高表面淬火零件的心部性能和获得细马氏体的表层淬火组织，需要预先进行调质及正火处理。一般工艺过程：下料→锻造→正火（退火）→粗加工→调质→半精加工→表面淬火→精加工。

② 渗碳淬火。适用于低碳钢和低合金钢，其目的是使零件表层含碳量增加，经淬火后使表层获得高的硬度和耐磨性，而心部仍保持一定的强度和较高的韧性及塑性。渗碳处理按渗碳部位分为整体渗碳和局部渗碳两种，局部渗碳时对不渗碳部位要采取防渗措施。由于渗碳淬火变形较大，加之渗碳时一般渗碳层深度为0.5～2mm。所以，渗碳淬火工序常安排在半精加工和精加工之间。一般工艺过程：下料→锻造→正火→粗、半精加工→渗碳→淬火→精加工。当局部渗碳零件的不渗碳部位采用加大加工余量防渗时，渗碳后淬火前，对防渗部位要增加一道切除渗碳层的工序。

③ 回火。零件淬火后有很高的硬度和强度，而其塑性和韧性很差，不能直接应用。回火可使淬火零件在保持一定的强度和硬度条件下，提高其韧性和塑性，稳定组织，消除淬火应力，防止零件变形与开裂，零件淬火后应及时进行回火。

④ 氮化处理。氮化是一种表面热处理，其目的是通过氮原子的渗入，使表层获得含氮化合物，以提高零件硬度、耐磨性、疲劳强度和抗蚀性。由于氮化温度低、变形小且氮化层较薄，氮化工序位置应尽量靠后安排。为减少氮化时的变形，氮化前要加一个除应力工序。因为氮化层较薄且脆，零件心部应具有较高的综合力学性能，故粗加工后应安排调质处理。氮化零件的一般工艺过程：下料→锻造→退火→粗加工→调质→半精加工→除应力→粗磨→氮化→精磨、超精磨或研磨。

（3）辅助工序的安排

辅助工序包括工件的检验、去毛刺、清洗和涂防锈油等，其中检验工序是主要的辅助工序，它对保证零件质量有极重要的作用。检验工序应安排如下：

① 粗加工全部结束后，精加工之前；

② 零件从一个车间转向另一个车间前后；

③ 重要工序加工前后；

④ 特种性能（磁力探伤、密封性等）检验；

⑤ 零件加工完毕，进入装配和成品库时。

2.2.6 加工余量与工艺尺寸计算

工艺路线制定以后，在进一步安排各个工序的具体内容时，应正确地确定各工序应保证的加工尺寸，即工序尺寸。工序尺寸的确定与工序的加工余量有着密切的关系。

1.加工余量的基本概念

加工余量是指加工过程中从加工表面切去的金属层厚度。加工余量可分为工序余量和总加工余量。

（1）工序余量

工序余量是指某一表面在一道工序中所切除的金属层厚度，它取决于同一表面相邻两工序的工序尺寸之差，如图2-30所示。

图2-30 加工余量

计算工序余量Z时，平面类非对称表面，应取单边加工余量。

对于外表面，工序余量为

Z=a-b

对于内表面，工序余量为

Z=b-a

式中Z——本工序的工序余量；

a——前道工序的工序尺寸；

b——本工序的工序尺寸。

旋转表面的加工余量则是对称的双边余量。

对于轴，加工余量为

Z=da-db

对于孔，加工余量为

Z=db-da

式中Z——直径上的加工余量；

da——前道工序的加工直径；

db——本工序的加工直径。

（2）总加工余量

总加工余量是指零件从毛坯变为成品的整个加工过程中，某一表面所切除金属层的总厚度，也即零件上同一表面毛坯尺寸与零件尺寸之差。总加工余量等于各工序加工余量之和，即

式中Z∑——总加工余量；

Zi——第i道工序的工序余量；

n——该表面总共加工的工序数。

（3）加工余量与工序尺寸公差

由于毛坯制造和各个工序尺寸都不可避免地存在着误差，因此，无论总加工余量还是工序余量都是个变动值，出现了最小加工余量和最大加工余量。工序尺寸是加工过程中各个工序应保证的加工尺寸，其公差即工序尺寸公差。

加工余量与工序尺寸公差的关系如图2-31所示。可以看出，公称加工余量是前工序和本工序基本尺寸之差；最小加工余量是前工序最小工序尺寸和本工序最大工序尺寸之差；最大加工余量是前工序最大工序尺寸和本工序最小工序尺寸之差。工序加工余量的变动范围（最大加工余量与最小加工余量的差值）等于前工序与本工序两工序尺寸公差之和。

图2-31 加工余量及其公差

为了便于加工，工序尺寸公差都按“入体原则”标注。对于被包容表面（轴），基本尺寸即最大工序尺寸；而对于包容面（孔），则是最小工序尺寸。毛坯尺寸的公差一般采用双向标注。

2.确定加工余量的方法

加工余量的大小对于零件的加工质量和生产率均有较大的影响。加工余量过大，不仅增加机械加工的工作量，降低了生产率，而且增加材料、工具和电力的消耗，使加工成本增大。但加工余量过小，就不能保证消除前工序的各种误差和表面缺陷，甚至产生废品。因此，应当合理地确定加工余量。

确定加工余量的基本原则：在保证加工质量的前提下，加工余量越小越好。

实际工作中，确定加工余量的方法有以下三种。

（1）经验估计法

根据工艺人员本身积累的经验确定加工余量。一般为了防止余量过小而产生废品，所估计的余量通常偏大，常用于单件小批生产。

（2）分析计算法

根据理论公式和一定的试验资料，对影响加工余量的各因素进行分析计算来确定加工余量。这种方法较合理，但需要全面可靠的试验资料，计算也较复杂。一般只在材料十分贵重或少数大批、大量生产的工厂中采用。

（3）查表修正法

此法是以工厂生产实践和试验研究积累的有关加工余量的资料数据为基础，并结合实际加工情况进行修订来确定加工余量的方法，应用比较广泛。在查表时应注意表中数据是公称值，对称表面（如轴或孔）的加工余量是双边的，非对称表面的加工余量是单边的。

3.工序尺寸及其公差的确定

工件上的设计尺寸一般都要经过几道工序的加工才能得到，每道工序所应保证的尺寸称为工序尺寸。正确地确定工序尺寸及其公差，是制定工艺规程的重要工作之一。在确定工序尺寸及公差时，存在工序基准与设计基准重合和不重合两种情况。

（1）基准重合时工序尺寸及其公差的计算

当工序基准、定位基准或测量基准与设计基准重合，表面多次加工时，工序尺寸及其公差的计算相对来说比较简单。公差的计算顺序：先确定各工序的加工方法，然后确定该加工方法所要求的加工余量及其所能达到的精度，再由最后一道工序逐个向前推算，即由零件图上的设计尺寸开始，一直推算到毛坯图上的尺寸。工序尺寸的公差都按各工序的经济精度确定，并按“入体原则”确定上、下偏差。

（2）基准不重合时工序尺寸及其公差的计算

零件在加工过程中，为了加工和检验的方便，有时需要多次转换基准，因此，引起工序基准、定位基准或测量基准与设计基准不重合。这时，需要利用工艺尺寸链原理来进行工序及其公差的计算。

1）工艺尺寸链的基本概念

加工图2-32（a）所示的零件，A1和A0为零件图上已标注的设计尺寸。当加工表面B时，为使夹具结构简单和工件定位时稳定可靠，若选择表面A为定位基准，并按调整法根据对刀尺寸A2加工表面B，以间接保证尺寸A0的精度要求，需要首先分析尺寸A1、A2和A0之间的内在关系，然后据此计算出工序尺寸A2。于是A1、A2和A0以一定顺序首尾相连排列成一封闭的尺寸系统，即构成了零件的工艺尺寸链，简称工艺尺寸链。图2-32（b）所示为反映尺寸A1、A2和A0三者关系的工艺尺寸链。

图2-32 加工过程中的工艺尺寸链

组成工艺尺寸链的各个尺寸称为尺寸链的环，这些环可分为封闭环和组成环。

① 封闭环。尺寸链中最终间接获得或间接保证精度的那个环。每个尺寸链中有且只有一个封闭环，如图2-32中的A0。

② 组成环。除封闭环以外的其他环都称为组成环。组成环又分为增环和减环。若其他组成环不变，某组成环的变动引起封闭环随之同向变动，则该环为增环，如图2-32中的A1。若其他组成环不变，某组成环的变动引起封闭环随之异向变动，则该环为减环，如图2-32中的A2。

工艺尺寸链的主要特征是封闭性和关联性。建立工艺尺寸链时，应首先对工艺过程和工艺尺寸进行分析，确定间接保证精度的尺寸，并将其定为封闭环，然后再从封闭环出发，按照零件表面尺寸间的联系，用首尾相接的单向箭头顺序表示各组成环，这种尺寸图就是尺寸链图。根据上述定义，利用尺寸链图即可迅速判断组成环的性质，凡与封闭环箭头方向相同的环即为减环，凡与封闭环箭头方向相反的环即为增环。

2）工艺尺寸链计算的基本公式

工艺尺寸链的计算方法有两种：极值法和概率法。生产中一般多采用极值法，其基本计算公式如下：

① 封闭环的基本尺寸。封闭环的基本尺寸等于组成环各环尺寸的代数和，即