2.1 工艺规程设计

模具加工的工艺规程是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。模具生产工艺水平的高低及解决各种工艺问题的方法和手段都要通过机械加工工艺规程来体现。因此，模具加工的工艺规程设计是一项重要的工作，它要求设计者必须具备丰富的生产实践经验和扎实的机械制造工艺基础理论知识。

模具是机械产品，模具的机械加工类同于其他机械产品的机械加工，但同时又有其特殊性。模具一般是单件小批量生产，模具标准件则是成批生产。成型零件的加工精度要求较高，所采取的加工方法往往不同于一般机械加工方法。所以，模具加工工艺规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。

2.1.1 模具各类加工工艺过程的组成

1．模具生产过程与工艺过程

（1）生产过程。生产过程是将原材料或半成品转变成为成品的全过程。它主要包括原材料的运输和保存、生产的准备工作、毛坯制造、零件的加工和热处理、模具的装配、试模和校正，直至包装等。

（2）机械加工工艺过程。机械加工工艺过程是用机械加工方法直接改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等，使之成为成品或半成品的过程。

（3）装配工艺过程。装配工艺过程是按规定的技术要求，将零件或部件进行配合和连接，使之成为半成品或成品的工艺过程。

将合理的机械加工工艺过程确定后，以文字和图表形式作为加工的技术文件，即为机械加工工艺规程。

2．模具机械加工工艺过程的组成

由于模具一般是单件生产，因此模具加工工艺规程常采用工艺过程卡片的形式。

工艺过程卡片是以工序为单位，简要说明模具或零、部件的加工（或装配）过程的一种工艺文件。工艺过程卡片的内容较简单，但从卡片中能了解零件的工艺流程及加工方案。

模具加工工艺规程是模具厂（车间）进行技术装备、组织生产及指导生产的依据，按照规程进行生产就能得到合格的零件。

工艺过程一般由以下内容组成：

（1）工序。工序是一个或一组工人在一个工作地对同一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分工艺过程。它是工艺过程的基本组成部分，又是生产计划、经济核算的基本单元，也是确定设备负荷、配备工人、安排作业以及工具数量等的依据。划分是否为同一个工序的主要依据是工作地点（设备）、加工对象（工件）是否变动以及加工是否连续完成。如果其中之一有变动或加工不是连续完成，则应划为另一道工序。

如何判断一个工件在一个工作地的加工过程是否连续呢？现以一批工件上某孔的钻、铰加工为例说明。如果每一个工件在同一台机床上钻孔后就接着铰孔，则该孔的钻、铰加工过程是连续的，应算同一工序。若在该机床上将这一批工件都钻完孔后，再逐个铰孔，对一个工件的钻铰加工过程就不连续了，钻、铰加工应划分成两道工序。再例如在“加工中心”机床上加工模具零件的复杂型腔，只要不去加工另一个零件，则所有的加工内容都属于同一工序。

（2）安装。安装是工件（或装配单元）经一次装夹后所完成的那一部分工序。一个工序中可以只有一次安装，也可以有多次安装。

例如车两端面属一道工序，但需两次装夹。多一次装夹不但增加了装卸工件的时间，同时还会产生装夹误差。因此，在工序中应尽量减少装夹次数。

（3）工位。工位是为了完成一定的工序部分，一次装夹工件后，工件（或装配单元）与夹具或设备的可动部分一起相对刀具或设备的固定部分所占据的每一个位置。

如图2-1就是利用回转工作台在一次装夹后，依次完成装卸工件、钻孔、扩孔和铰孔的四工位的加工。

（4）工步。工步是在加工表面和加工工具不变的情况下，所连续完成的那一部分工序。一个工序可包括几个工步，也可能只有一个工步。

加工表面与加工工具只要改变一个，就应算作不同工步，如对同一个孔进行钻孔、扩孔、铰孔，应作为三个工步。在工艺卡片中，按工序写出各加工工步，就规定了一个工序的具体操作方法及次序。

对一次装夹中连续进行的若干相同的工步，为简化工序内容，通常写一个工步。如钻4-ф15，为提高效率，用几把刀具或一把复合刀具同时加工一个工件上的几个表面称复合工步，复合工步也视为一个工步。如图2-2所示，在转塔车床上用前刀架进行横向运动来车端面2、4及用转塔装刀车外圆1、3和车孔5，即为复合工步的例子。

（5）进给。切削工具在加工表面上切削，则每切去一层材料称一次进给，一个工步可以进行一次进给，也可以进行多次进给。

例如外圆的余量较多，在粗车工步中可以进行多次进给。

2.1.2 模具生产的工艺特征

模具是工业产品生产中一种不可缺少的工装设备。它的社会效益很大。一套模具可以生产数十万件产品零件。但对于模具厂来说，模具生产却只能是单件生产规模，所以模具生产的工艺特征表现为：

（1）毛坯制造采用木模、手工造型、砂型铸造或自由锻造。毛坯精度低、加工余量大。

（2）除采用通用设备按机群式布置外，更需采用高效、精密的专用加工设备和机床。

（3）使用通用夹具，而少采用专用夹具，由划线及试切法保证尺寸。

（4）除采用通用量具及万能夹具外，更需采用精密测量仪器。

（5）对工人技术要求较高。

（6）在工艺过程中，同一工序的加工内容较多，即采用集中工序，因而生产效率较低。

（7）工艺规程是简单的工艺过程卡片。

（8）一般模具广泛采用配合加工方法，而精密模具则要考虑工作部分的互换性。

（9）模具生产应最大限度地实行零部件工艺技术及其管理的标准化、通用化、系列化，转单件生产为批量生产。

（10）模具厂（车间）需具备专业化的生产组织形式，该形式与其生产方式相适应。

2.1.3 模具制造工艺过程的基本要求

模具制造工艺过程必须满足以下基本要求：

（1）保证模具质量。在正常生产条件下，按工艺过程所加工的零件，应能达到图样规定的全部精度和表面质量要求。

（2）保证制造周期。在规定的日期内，将模具制造完毕。为此，应力求缩短成形加工工艺路线，制定合理的加工工序。

（3）具有良好的劳动条件。

（4）模具的成本低廉。

（5）不断提高加工工艺水平。采用新工艺、新技术、新材料、以提高模具生产效益，降低成本，使模具生产有较高的技术经济效益和水平。

（6）模具生产的两个特点。

1）单件生产；

2）按照与用户签订的提供模具的合同来安排生产计划。

2.1.4 生产纲领与生产类型

1．生产纲领

工厂制造产品（或零件）的年产量。在制定工艺规程时，一般按产品（或零件）的生产纲领来确定生产类型。

零件生产纲领的计算公式：

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——该零件的备品率；

b——该零件的废品率。

2．生产类型

根据产品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：单件生产和成批生产两种类型。

（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。如新产品试制用的各种模具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的更换，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、导套等零件及标准模架等多属于成批生产。

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。不同的生产类型，所考虑的工艺装备、对工人的技术要求、工时定额、零件的互换性等都不相同。

2.1.5 模具加工工艺的编制

1．模具零件的工艺性及特点

每一副模具都是由形状不一、大小不同的零件所组成，各种零件在模具中所起的作用也不同，在这些零件中，特别是凸、凹模，是产品成形的关键零件。作为一个设计者，不仅应当考虑到保证产品的尺寸精度和模具结构的合理性等因素，还应当考虑其工艺性，即设计出来的零部件应根据操作工人的技能和现有的设备条件，在满足零件的尺寸精度的前提下，能通过各种方法加工出来。因此，如果设计出来的零件遇到加工困难，尺寸精度不易保证，甚至不能加工的时候，尽管设计是很先进的，但是设计者也应当改变模具结构（或采用镶拼结构、或整体分解），以满足零件加工工艺性的要求。

2．编制模具零件工艺规程的基本原则和原始资料

工艺规程是指导生产的重要文件，工厂的实际生产都是按照它所规定的加工工艺路线和各道工序进行的。按照工艺规程组织生产，可以保证产品质量和较高的劳动生产率与经济性，使制造出来的产品满足优质、高产、低消耗的要求。工艺规程还能作为技术准备和生产准备工作的基本依据。如安排原材料、半成品和外购件的供应，刀具、夹具、量具及工具电极的设计、制造和采购及设备、人员的配备等。此外，工艺规程是新建、扩建工厂或车间的基础。在新建或扩建工厂或车间时，也要根据工艺规程来确定设备的种类和数量、车间的面积和人员、车间的平面布置和基建要求及投资预算等。

（1）编制模具零件工艺规程的基本原则。制订工艺规程的原则是在一定的生产条件下，以最小的劳动量和最低的费用，按生产计划规定的速度，可靠的加工出符合图样上所提出的各项技术要求的零件。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。在制订工艺规程时，要体现以下几个方面的要求：

1）技术上的先进性。在编制模具零件工艺规程时，应采用新工艺、新技术和新材料，以获得较高的生产率，促进生产技术的发展。但不应加大操作工人的劳动强度，而应该依靠机床和工艺设备来保证。

2）工艺上的合理性。每一个模具零件的制造，都会有几种不同的加工方案，这时应该首先选择那种最能保证加工零件的精度又具有比较大的可靠性的加工方案。在选择加工方案时，优先考虑的是模具质量。

3）经济上的合理性。在一定的生产条件下，可能有几种保证零件技术要求的工艺方案，此时应全面考虑，通过核算或分析选择经济效益最佳的方案，以使零件的坯料减少和减少工序及降低成本。同样，加工要求不高的零件尽量不使用高精度的设备，而采用一般精度的设备。

4）缩短制造周期。在编制模具零件工艺规程时，在满足零件加工精度的前提下，尽可能减少不必要的工序及倒回流工序；尽量多使用或套用标准件或外购件。

5）创造必要的工作条件。在编制工艺规程时必须保证操作人员具有良好而安全的工作条件，还应考虑到工艺装备的有效使用，以保证加工零件的合格和减轻工人的劳动强度。

（2）编制模具零件工艺规程的原始资料。编制模具零件工艺规程必须根据零件对象（零件形状结构、加工质量要求）、加工数量、毛坯材料性质和具体生产条件进行，为此在编制工艺规程前，应具备下列原始资料：

1）模具整套装配图和零件图及明细表；

2）技术协议书（或任务书），包括模具制造副数、制造周期、压制件产品图、技术要求、模具压制设备的规格与型号等；

3）模具材料性能资料，包括模具钢材锻打性能、热处理性能、机械加工、电火花加工性能、各种钢材品种及规格；

4）现有生产条件，如加工设备和工艺装备的情况（包括各种设备的型号、规格、技术性能、台数等），操作工人的等级水平、工艺装备制造能力以及对外协作生产等情况；

5）相关工艺资料，包括各种工艺守则、时间定额标准及有关工艺纪律。

3．编制模具零件工艺规程的步骤

（1）熟悉和了解整副模具工作时的动作和各个零件在装配图中的位置、作用及相互间的配合关系。

（2）零件图的工艺分析。

（3）确定加工工艺路线。

（4）确定毛坯形状和大小。

（5）确定各工序使用的机床及各工序必须的专用夹具、刀具、量具和工具电极图样。

（6）确定每个工序尺寸、加工余量及公差。

（7）确定每个工序的加工用量和时间定额。

（8）确定重要工序和关键尺寸的检查方法。

（9）填写工艺过程卡片。