機械加工精度的概念

機械加工精度的概念1.

加工精度與加工誤差

加工精度是指零件加工后的實際幾何參數(shù)(尺寸、形狀和位置)與理想幾何參數(shù)的符合程度。實際加工不可能做得與理想零件完全一致，總會有大小不同的偏差，零件加工后的實際幾何參數(shù)對理想幾何參數(shù)的偏離程度，稱為加工誤差。

2.加工經(jīng)濟精度

由于在加工過程中有很多因素影響加工精度，所以同一種加工方法在不同的工作條件下所能達到的精度是不同的。任何一種加工方法，只要精心操作，細心調(diào)整，并選用合適的切削參數(shù)進行加工，都能使加工精度得到較大的提高，但這樣會降低生產(chǎn)率，增加加工成本。加工誤差δ與加工成本C成反比關(guān)系。某種加工方法的加工經(jīng)濟精度不應理解為某一個確定值，而應理解為一個范圍，在這個范圍內(nèi)都可以說是經(jīng)濟的。

3.

原始誤差

由機床、夾具、刀具和工件組成的機械加工工藝系統(tǒng)(簡稱工藝系統(tǒng))會有各種各樣的誤差產(chǎn)生，這些誤差在各種不同的具體工作條件下都會以各種不同的方式(或擴大、或縮小)反映為工件的加工誤差。

工藝系統(tǒng)的原始誤差主要有工藝系統(tǒng)的幾何誤差、定位誤差、工藝系統(tǒng)的受力變形引起的加工誤差、工藝系統(tǒng)的受熱變形引起的加工誤差、工件內(nèi)應力重新分布引起的變形以及原理誤差、調(diào)整誤差、測量誤差等。

4.研究機械加工精度的方法

a)

研究機械加工精度的方法分析計算法和統(tǒng)計分析法。

b)

采用滑動軸承時主軸的徑向圓跳動

二、工藝系統(tǒng)集合誤差

1.機床的幾何誤差

加工中刀具相對于工件的成形運動一般都是通過機床完成的，因此，工件的加工精度在很大程度上取決于機床的精度。機床制造誤差對工件加工精度影響較大的有：主軸回轉(zhuǎn)誤差、導軌誤差和傳動鏈誤差。機床的磨損將使機床工作精度下降。

主軸回轉(zhuǎn)誤差

機床主軸是裝夾工件或刀具的基準，并將運動和動力傳給工件或刀具，主軸回轉(zhuǎn)誤差將直接影響被加工工件的精度。

主軸回轉(zhuǎn)誤差是指主軸各瞬間的實際回轉(zhuǎn)軸線相對其平均回轉(zhuǎn)軸線的變動量。它可分解為徑向圓跳動、軸向竄動和角度擺動三種基本形式。

產(chǎn)生主軸徑向回轉(zhuǎn)誤差的主要原因有：主軸幾段軸頸的同軸度誤差、軸承本身的各種誤差、軸承之間的同軸度誤差、主軸繞度等。但它們對主軸徑向回轉(zhuǎn)精度的影響大小隨加工方式的不同而不同。

譬如，在采用滑動軸承結(jié)構(gòu)為主軸的車床上車削外圓時，切削力F的作用方向可認為大體上時不變的，見右圖，在切削力F的作用下，主軸頸以不同的部位和軸承內(nèi)徑的某一固定部位相接觸，此時主軸頸的圓度誤差對主軸徑向回轉(zhuǎn)精度影響較大，而軸承內(nèi)徑的圓度誤差對主軸徑向回轉(zhuǎn)精度的影響則不大；在鏜床上鏜孔時，由于切削力F的作用方向隨著主軸的回轉(zhuǎn)而回轉(zhuǎn)，在切削力F的作用下，主軸總是以其軸頸某一固定部位與軸承內(nèi)表面的不同部位接觸，因此，軸承內(nèi)表面的圓度誤差對主軸徑向回轉(zhuǎn)精度影響較大，而主軸頸圓度誤差的影響則不大。圖中的δd表示徑向跳動量。

產(chǎn)生軸向竄動的主要原因是主軸軸肩端面和軸承承載端面對主軸回轉(zhuǎn)軸線有垂直度誤差。

不同的加工方法，主軸回轉(zhuǎn)誤差所引起的的加工誤差也不同。在車床上加工外圓和內(nèi)孔時，主軸徑向回轉(zhuǎn)誤差可以引起工件的圓度和圓柱度誤差，但對加工工件端面則無直接影響。主軸軸向回轉(zhuǎn)誤差對加工外圓和內(nèi)孔的影響不大，但對所加工端面的垂直度及平面度則有較大的影響。在車螺紋時，主軸向回轉(zhuǎn)誤差可使被加工螺紋的導程產(chǎn)生周期性誤差。

適當提高主軸及箱體的制造精度，選用高精度的軸承，提高主軸部件的裝配精度，對高速主軸部件進行平衡，對滾動軸承進行預緊等，均可提高機床主軸的回轉(zhuǎn)精度。

導軌誤差

導軌是機床上確定各機床部件相對位置關(guān)系的基準，也是機床運動的基準。車床導軌的精度要求主要有以下三個方面：在水平面內(nèi)的直線度；在垂直面內(nèi)的直線度；前后導軌的平行度(扭曲)。

臥式車床導軌在水平面內(nèi)的直線度誤差△1將直接反映在被加工工件表面的法線方向（加工誤差的敏感方向）上，對加工精度的影響最大。臥式車床導軌在垂直面內(nèi)的直線度誤差△2可引起被加工工件的形狀誤差和尺寸誤差。但△2對加工精度的影響要比△1小得多。由右圖2可知，若因△2而使刀尖由a下降至b，不難推得工件半徑R的變化量。

當前后導軌存在平行度誤差(扭曲)時，刀架運動時會產(chǎn)生擺動，刀尖的運動軌跡是一條空間曲線，使工件產(chǎn)生形狀誤差。由右圖可見，當前后導軌有了扭曲誤差△3之后，由幾何關(guān)系可求得△y≈(H/B)△3。一般車床的H/B≈2/3，車床前后導軌的平行度誤差對加工精度的影響很大。

臥式車床導軌直線度誤差

臥式車床導軌垂直面內(nèi)直線度誤差對加工精度的影響

臥式車床導軌扭曲對加工精度的影響

除了導軌本身的制造誤差外，導軌的不均勻磨損和安裝質(zhì)量，也使造成導軌誤差的重要因素。導軌磨損是機床精度下降的主要原因之一。

傳動鏈誤差

傳動鏈誤差是指傳動鏈始末兩端傳動元件間相對運動的誤差。一般用傳動鏈末端元件的轉(zhuǎn)角誤差來衡量。

工件在夾具中裝夾示意圖

2.刀具的幾何誤差

刀具誤差對加工精度的影響隨刀具種類的不同而不同。采用定尺寸刀具成形刀具展成刀具加工時，刀具的制造誤差會直接影響工件的加工精度；而對一般刀具(如車刀等)，其制造誤差對工件加工精度無直接影響。

任何刀具在切削過程中，都不可避免地要產(chǎn)生磨損，并由此引起工件尺寸和形狀地改變。正確地選用刀具材料和選用新型耐磨地刀具材料，合理地選用刀具幾何參數(shù)和切削用量，正確地刃磨刀具，正確地采用冷卻液等，均可有效地減少刀具地尺寸磨損。必要時還可采用補償裝置對刀具尺寸磨損進行自動補償。

3.夾具的幾何誤差

夾具的作用時使工件相當于刀具和機床具有正確的位置，因此夾具的制造誤差對工件的加工精度(特別使位置精度)有很大影響。如右圖鉆床夾具中，鉆套軸心線f至夾具定位平面c間的距離誤差，影響工件孔a至底面B尺寸L的精度；鉆套軸心線f至夾具定位平面c間的平行度誤差，影響工件孔軸心線a至底面B的平行度；夾具定位平面c與夾具體底面d底的垂直度誤差，影響工件孔軸心線a與底面B間的尺寸精度和平行度；鉆套孔的直徑誤差亦將影響工件孔a至底面B的尺寸精度和平行度。

三、定位誤差

定位誤差是指一批工件采用調(diào)整法加工時因定位不正確而引起的尺寸或位置的最大變動量。定位誤差由基準不重合誤差和定位副制造不準確誤差造成。

a)

零件圖

b)

加工f面

c)

加工g面方案Ⅰd)

加工g面方案Ⅱ基準不重合誤差分析示例

1.基準不重合誤差

在零件圖上用來確定某一表面尺寸、位置所依據(jù)的基準稱為設(shè)計基準。在工序圖上用來確定本工序被加工表面加工后的尺寸、位置所依據(jù)的基準稱為工序基準。一般情況下，工序基準應與設(shè)計基準重合。在機床上對工件進行加工時，須選擇工件上若干幾何要素作為加工時的定位基準(或測量基準)，如果所選用的定位基準(或測量基準)與設(shè)計基準不重合，就會產(chǎn)生基準不重合誤差。基準不重合誤差等于定位基準相對于設(shè)計基準在工序尺寸方向上的最大變動量。

圖示零件，設(shè)e面已加工好，今在銑床上用調(diào)整法加工f面和g面。在加工f面時若選e面為定位基準，則f面的設(shè)計基準和定位基準都是e面，基準重合，沒有基準不重合誤差，尺寸A的制造公差為TA。加工g面時，定位基準有兩種不同的選擇方案，一種方案(方案Ⅰ)加工時選用f面作為定位基準，定位基準與設(shè)計基準重合，沒有基準不重合誤差，尺寸B的制造公差為TB；但這種定位方式的夾具結(jié)構(gòu)復雜，夾緊力的作用方向與銑削力方向相反，不夠合理，操作也不方便。另一種方案(方案Ⅱ)是選用e面作為定位基準來加工g面，此時，工序尺寸C是直接得到的，尺寸B是間接得到的，由于定位基準e與設(shè)計基準f不重合而給g面加工帶來的基準不重合誤差等于設(shè)計基準f面相對于定位基準e面在尺寸B方向上的最大變動量TA。

定位基準與設(shè)計基準不重合時所產(chǎn)生的基準不重合誤差，只有在采用調(diào)整法加工時才會產(chǎn)生，在試切法加工中不會產(chǎn)生。

a)

孔和定位心軸不存在間隙時

b)

孔和定位心軸存在間隙時

由定位副制造不準確引起的誤差

2.定位副制造不準確誤差

工件在夾具中的正確位置是由夾具上的定位元件來確定的。夾具上的定位元件不可能按基本尺寸制造得絕對準確，它們得實際尺寸(或位置)都允許在分別規(guī)定得公差范圍內(nèi)變動。同時，工件上的定位基準面也會有制造誤差。工件定位面與夾具定位元件共同構(gòu)成定位副，由于定位副制造得不準確和定位副間的配合間隙引起的工件最大位置變動量，稱為定位副制造不準確誤差。

右圖所示工件的孔裝夾在水平放置的心軸上銑削平面，要求保證尺寸h，由于定位基準與設(shè)計基準重合，故無基準不重合誤差；但由于工件的定位基面(內(nèi)孔D)和夾具定位元件(心軸d1)皆有制造誤差，如果心軸制造得剛好為d1min，而工件得內(nèi)孔剛好為Dmax(如圖示)，當工件在水平放置得心軸上定位時，工件內(nèi)孔與心軸在P點接觸，工件實際內(nèi)孔中心得最大下移量△ab＝(Dmax－d1min)/2，△ab就是定位副制造不準確而引起的誤差。

基準不重合誤差的方向和定位副制造不準確誤差的方向可能不相同，定位誤差取為基準不重合誤差和定位副制造不準確誤差的矢量和。

四、工藝系統(tǒng)受力變形引起的誤差

a)

車細長軸

b)

磨內(nèi)圓

受力變形對工件精度的影響

1.基本概念

機械加工工藝系統(tǒng)在切削力、夾緊力、慣性力、重力、傳動力等的作用下，會產(chǎn)生相應的變形，從而破壞了刀具和工件之間的正確的相對位置，使工件的加工精度下降。如右圖a示，車細長軸時，工件在切削力的作用下會發(fā)生變形，使加工出的軸出現(xiàn)中間粗兩頭細的情況；又如在內(nèi)圓磨床上進行切入式磨孔時，右圖b，由于內(nèi)圓磨頭軸比較細，磨削時因磨頭軸受力變形，而使工件孔呈錐形。

垂直作用于工件加工表面(加工誤差敏感方向)的徑向切削分力Fy與工藝系統(tǒng)在該方向上的變形y之間的比值，稱為工藝系統(tǒng)剛度k系,

k系=Fy/y式中的變形y不只是由徑向切削分力Fy所引起，垂直切削分力Fz與走刀方向切削分力Fx也會使工藝系統(tǒng)在y方向產(chǎn)生變形，故y=yFx+yFy+yFz

2.工件剛度

工藝系統(tǒng)中如果工件剛度相對于機床、刀具、夾具來說比較低，在切削力的作用下，工件由于剛度不足而引起的變形對加工精度的影響就比較大，其最大變形量可按材料力學有關(guān)公式估算。

3.刀具剛度

外圓車刀在加工表面法線(y)方向上的剛度很大，其變形可以忽略不計。鏜直徑較小的內(nèi)孔，刀桿剛度很差，刀桿受力變形對孔加工精度就有很大影響。刀桿變形也可以按材料力學有關(guān)公式估算。

4.機床部件剛度

機床部件剛度

機床部件由許多零件組成，機床部件剛度迄今尚無合適的簡易計算方法，目前主要還是用實驗方法來測定機床部件剛度。分析實驗曲線可知，機床部件剛度具有以下特點：

變形與載荷不成線性關(guān)系；

加載曲線和卸載曲線不重合，卸載曲線滯后于加載曲線。兩曲線線間所包容的面積就是載加載和卸載循環(huán)中所損耗的能量，它消耗于摩擦力所作的功和接觸變形功；

第一次卸載后，變形恢復不到第一次加載的起點，這說明有殘余變形存在，經(jīng)多次加載卸載后，加載曲線起點才和卸載曲線終點重合，殘余變形才逐漸減小到零；

機床部件的實際剛度遠比我們按實體估算的要小。

影響機床部件剛度的因素

結(jié)合面接觸變形的影響

摩擦力的影響

低剛度零件的影響

間隙的影響

5.工藝系統(tǒng)剛度及其對加工精度的影響

在機械加工過程中，機床、夾具、刀具和工件在切削力作用下，都將分別產(chǎn)生變形y機、y夾、y刀、y工，致使刀具和被加工表面的相對位置發(fā)生變化，使工件產(chǎn)生加工誤差。工藝系統(tǒng)剛度的倒數(shù)等于其各組成部分剛度的倒數(shù)和。

工藝系統(tǒng)剛度對加工精度的影響主要有以下幾種情況：

由于工藝系統(tǒng)剛度變化引起的誤差

由于切削力變化引起的誤差毛坯形狀誤差的復映加工過程中，由于工件的加工余量發(fā)生變化工件材質(zhì)不均等因素引起的切削力變化，使工藝系統(tǒng)變形發(fā)生變化，從而產(chǎn)生加工誤差。

若毛坯A有橢圓形狀誤差(如右圖)。讓刀具調(diào)整到圖上雙點劃線位置，由圖可知，在毛坯橢圓長軸方向上的背吃刀量為ap1，短軸方向沙國內(nèi)的背吃刀量為ap2。由于背吃刀量不同，切削力不同，工藝系統(tǒng)產(chǎn)生的讓刀變形也不同，對應于ap1產(chǎn)生的讓刀為y1，對應于ap2產(chǎn)生的讓刀為y2,故加工出來的工件B仍然存在橢圓形狀誤差。由于毛坯存在圓度誤差△毛＝ap1-ap2，因而引起了工件的圓度誤差△工＝y(tǒng)1-y2，且△毛愈大，△工愈大，這種現(xiàn)象稱為加工過程中的毛坯誤差復映現(xiàn)象?！鞴づc△毛之比值ε稱為誤差復映系數(shù)，它是誤差復映程度的度量。

尺寸誤差(包括尺寸分散)和形狀誤差都存在復映現(xiàn)象。如果我們知道了某加工工序的復映系數(shù)，就可以通過測量毛坯的誤差值來估算加工后工件的誤差值。

由于夾緊變形引起的誤差

工件在裝夾過程中，如果工件剛度較低或夾緊力的方向和施力點選擇不當，將引起工件變形，造成相應的加工誤差。

其它作用力的影響

6.減小工藝系統(tǒng)受力變形的途徑

由前面對工藝系統(tǒng)剛度的論述可知，若要減少工藝系統(tǒng)變形，就應提高工藝系統(tǒng)剛度，減少切削力并壓縮它們的變動幅值。

提高工藝系統(tǒng)剛度

提高工件和刀具的剛度提高機床剛度采用合理的裝夾方式和加工方式減小切削力及其變化合理地選擇刀具材料，增大前角和主偏角，對工件材料進行合理的熱處理以改善材料地加工性能等，都可使切削力減小。

五、工藝系統(tǒng)受熱變形引起的誤差

工藝系統(tǒng)熱變形對加工精度的影響比較大，特別是在精密加工和大件加工中，由熱變形所引起的加工誤差有時可占工件總誤差的40%～70%。機床、刀具和工件受到各種熱源的作用，溫度會逐漸升高，同時它們也通過各種傳熱方式向周圍的物質(zhì)和空間散發(fā)熱量。當單位時間傳入的熱量與其散出的熱量相等時，工藝系統(tǒng)就達到了熱平衡狀態(tài)。

1.工藝系統(tǒng)的熱源——內(nèi)部熱源和外部熱源

2.減小工藝系統(tǒng)熱變形的途徑

減少發(fā)熱和隔熱

改善散熱條件

均衡溫度場

改進機床結(jié)構(gòu)

加快溫度場的平衡

控制環(huán)境溫度

六、內(nèi)應力重新分布引起的誤差

1.基本概念

沒有外力作用而存在于零件內(nèi)部的應力，稱為內(nèi)應力。

工件上一旦產(chǎn)生內(nèi)應力之后，就會使工件金屬處于一種高能位的不穩(wěn)定狀態(tài)，它本能地要向低能位的穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)化，并伴隨有變形發(fā)生，從而使工件喪失原有的加工精度。

2.內(nèi)應力的產(chǎn)生

熱加工中內(nèi)應力的產(chǎn)生鑄件因內(nèi)應力而引起的變形在熱處理工序中由于工件壁厚不均勻、冷卻不均、金相組織的轉(zhuǎn)變等原因，使工件產(chǎn)生內(nèi)應力。圖示一個內(nèi)外壁厚相差較大的鑄件。澆鑄后，鑄件將逐漸冷卻至室溫。由于壁1和壁2比較薄，散熱較易，所以冷卻比較快。壁3比較厚，所以冷卻比較慢。當壁1和壁2從塑性狀態(tài)冷到彈性狀態(tài)時，壁3的溫度還比較高，尚處于塑性狀態(tài)。所以壁1和壁2收縮時壁3不起阻擋變形的作用，鑄件內(nèi)部不產(chǎn)生內(nèi)應力。但當壁3也冷卻到彈性狀態(tài)時，壁1和壁2的溫度已經(jīng)降低很多，收縮速度變得很慢。但這時壁3收縮較快，就受到了壁1和壁2的阻礙。因此，壁3受拉應力的作用，壁1和2受壓應力作用，形成了相互平衡的狀態(tài)。如果在這個鑄件的壁1上開一個口，則壁1的壓應力消失，鑄件在壁3和2的內(nèi)應力作用下，壁3收縮，壁2伸長，鑄件就發(fā)生彎曲變形，直至內(nèi)應力重新分布達到新的平衡為止。推廣到一般情況，各種鑄件都難免產(chǎn)生冷卻不均勻而形成的內(nèi)應力，鑄件的外表面總比中心部分冷卻得快。特別是有些鑄件(如機床床身)，為了提高導軌面的耐磨性，采用局部激冷的工藝使它冷卻更快一些，以獲得較高的硬度，這樣在鑄件內(nèi)部形成的內(nèi)應力也就更大些。若導軌表面經(jīng)過粗加工剝?nèi)ヒ恍┙饘?，這就象在圖中的鑄件壁1上開口一樣，必將引起內(nèi)應力的重新分布并朝著建立新的應力平衡的方向產(chǎn)生彎曲變形。為了克服這種內(nèi)應力重新分布而引起的變形，特別是對大型和精度要求高的零件，一般在鑄件粗加工后安排進行時效處理，然后再作精加工。

冷校直產(chǎn)生的內(nèi)應力

校直引起的內(nèi)應力

絲杠一類的細長軸經(jīng)過車削以后，棒料在軋制中產(chǎn)生的內(nèi)應力要重新分布，產(chǎn)生彎曲，如右圖示。冷校直就是在原有變形的相反方向加力F，使工件向反方向彎曲，產(chǎn)生塑性變形，以達到校直的目的。在F力作用下，工件內(nèi)部的應力分布如圖b所示。當外力F去除以后，彈性變形部分本來可以完成恢復而消失，但因素心變形部分恢復不了，內(nèi)外層金屬就起了互相牽制的作用，產(chǎn)生了新的內(nèi)應力平衡狀態(tài)，如圖c所示，所以說，冷校直后的工件雖然減少了彎曲，但是依然處于不穩(wěn)定狀態(tài)，還會產(chǎn)生新的彎曲變形。

3.減小內(nèi)應力變形誤差的途徑

改進零件結(jié)構(gòu)——設(shè)計零件時，盡量做到壁厚均勻，結(jié)構(gòu)對稱，以減少內(nèi)應力的產(chǎn)生。

增設(shè)消除內(nèi)應力的熱處理工序

合理安排工藝過程——粗加工和精加工宜分階段進行，使工件在粗加工后有一定的時間來松弛內(nèi)應力。

七、提高加工精度的途徑

減小原始誤差

轉(zhuǎn)移原始誤差

均分原始誤差

均化原始誤差

誤差補償正裝模具的結(jié)構(gòu)特點是凹模安裝在下模座上。故無論是工件的落料、沖孔，還是其它一些工序，工件或廢料能非常方便的落入沖床工作臺上的廢料孔中。因此在設(shè)計正裝模具時，就不必考慮工件或廢料的流向。因而使設(shè)計出的模具結(jié)構(gòu)非常簡單，非常實用。1.2

正裝模具結(jié)構(gòu)的優(yōu)點

（1）因模具結(jié)構(gòu)簡單，可縮短模具制造周期，有利于新產(chǎn)品的研制與開發(fā)。

（2）使用及維修都較方便。

（3）安裝與調(diào)整凸、凹模間隙較方便（相對倒裝模具而言）。

（4）模具制造成本低，有利于提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。

（5）由于在整個拉伸過程中，始終存在著壓邊力，所以適用于非旋轉(zhuǎn)體件的拉抻（參看五金科技，1997；6：42～44）。1.3

正裝模具結(jié)構(gòu)的缺點

（1）由于工件或廢料在凹?？變?nèi)的積聚，增加了凹?？變?nèi)的小組漲力。因此凹必須增加壁厚，以提高強度。

（2）由于工件或廢料在凹?？變?nèi)的積聚，所以在一般情況下，凹模刃口就必須要加工落料斜度。在有些情況下，還要加工凹模刃口的反面孔（出料孔）。因而即延長了模具的制作周期，又嗇了模具的加工費用。1.4

正裝模具結(jié)構(gòu)的選用原則綜上所述可知，我們在設(shè)計沖模時，應遵循的設(shè)計原則是：應優(yōu)先選用正裝模具結(jié)構(gòu)。只有在正裝模具結(jié)構(gòu)下能滿足工件技術(shù)要求時，才可以考慮采用其它形式的模具結(jié)構(gòu)。2

何時選用倒（反）裝模具結(jié)構(gòu)2.1

倒裝模具的結(jié)構(gòu)特點倒裝模具的結(jié)構(gòu)特點是凸模安裝在下模座上，故我們就必須采用彈壓卸料裝置將工件或廢料從凸模上卸下。而它的凹模是安裝在模座上，因而就存在著如何將凹孔內(nèi)的工件或廢件從孔中排出的問題。圖1這套倒裝模是利用沖床上的打料裝置，通過打料桿9將工件或廢料打下，在打料桿9將工件或廢料打下的一瞬間，利用壓縮空氣將工件或廢料吹走，以免落到工件或坯料上，使模具損壞。另外需注意的一點就是，當沖床滑塊處于死點時，卸料圈5的上頂面，應比凸模高出約0.20～0.30mm。即必須將坯料壓緊后，再進行沖裁。以免坯料或工件在沖裁時移動，達不到精度要求。

2.2

倒裝模具結(jié)構(gòu)的優(yōu)點

（1）由于采用彈壓卸料裝置，使沖制出的工件平整，表面質(zhì)量好。

（2）由于采用打料桿將工件或廢料從凹?？字写蛳拢蚨ぜ驈U料不在凹?？變?nèi)積聚，可減少工件可廢料對孔的漲力。從而可減少凹模的壁厚，使凹模的外形尺寸縮小，節(jié)約模具材料。

（3）由于工件或廢料不在凹?？變?nèi)積聚，可減少工件或廢料對模刃口的磨損，減少凹模的刃磨次數(shù)，從而提高了凹模的使用壽命。

（4）由于工件或廢料不在凹模也內(nèi)積聚，因此也就沒有必要加工凹模的反面孔（出料孔）。可縮短模具制作周期，降低模具加工費用。

（5）由于壓邊力只在平板坯料沒有完全被拉入凹模前起作用，所以適用于旋轉(zhuǎn)體體的拉伸。如圖2中的圓筒形件（參看五金科技，1997；6：42～44）。2.3

倒裝模具結(jié)構(gòu)的缺點

（1）模具結(jié)構(gòu)較復雜（相對正裝模具而言）。

（2）安裝與調(diào)整凸凹模之間的間隙較困難（相對正裝模而言）。

（3）工件或廢料的排除麻煩（最好使用壓縮空氣將其吹走）。2.4

倒裝模具結(jié)構(gòu)的選用原則綜上所述可知，只有當工件表面要求平整、外形輪廓較復雜、外形輪廓不對稱、或坯料較薄時的沖裁，以及旋轉(zhuǎn)體件拉伸時，才選用倒裝模具結(jié)構(gòu)。3

何時選用單工序模具結(jié)構(gòu)3.1

單工序模具結(jié)構(gòu)的特點所謂單工序模具結(jié)構(gòu)，就是在沖床的一次行程內(nèi)，只能完成一道工序。3.2

單工序模具結(jié)構(gòu)的優(yōu)點

（1）模具結(jié)構(gòu)簡單，制造周期短，加工成本低；

（2）模具通用性好，不受沖壓件尺寸的限制即適合于中小型沖壓的生產(chǎn)；也適合于一些外形尺寸較大、厚度較厚的沖壓件的生產(chǎn)。3.3

單工序模具結(jié)構(gòu)的缺點

（1）制件精度不高；

（2）生產(chǎn)效率低。3.4

單工序模具結(jié)構(gòu)的選用原則綜上所述可知，對一些精度要求不高，生產(chǎn)批量不大的工件，采用單工序模具還是比較合適的。尤其是現(xiàn)在我們國家實行的是社會主義市場經(jīng)濟。新產(chǎn)品的開發(fā)與研制對每個企業(yè)來說，都是至關(guān)重要的。而對一些需要沖壓生產(chǎn)的新產(chǎn)品來說，就提出了一個要求：要求研制周期短，開發(fā)速度快，制造成本低。因內(nèi)有這樣開發(fā)出的磨擦產(chǎn)品才能迅速占領(lǐng)市場。而在這一點上，單工序模具就更能滿足這一要求，所以就顯得更實用一些。4

何時選用復合模具結(jié)構(gòu)4.1

復合模具結(jié)構(gòu)的特點所謂復合模具結(jié)構(gòu)，就是在沖床的一次行程內(nèi)，完成兩道以上的沖壓工序。在完成這些工序過程中，沖件材料無需進給移動。圖2就是一套落料、拉伸的圓筒形件的復合模具。這套模具的工藝流程必須是先落料、后拉伸。因只有這樣才不致于使圓筒形件拉裂。為保證這一工藝流程的順利進行，就必須使落料凹模2的高度h1，比拉伸凸模4的高度h2，高出約1.2t～1.5t(t為料厚）。另外需注意的一點就是，當沖床滑塊處于上死點時，壓邊圈3的上頂面，應比落料凹模2的高度h1，高出約0.20～0.30mm。即必須將坯料壓緊，再進行沖裁。在整個沖壓過程中，壓邊圈3起的作用是，在沖裁開始時，先將坯料壓緊；而當拉伸完成后，又將工件6從拉伸凸模4下頂出。即一個零部件在一套模具中起到兩種作用。另外打料板8在這套復合模中起到的作用，與《對幾種拉伸模具結(jié)構(gòu)的探討》）刊登在《五金科技》，1997；6：42～44）這篇文章中論述的打料板７起的作用是一致的，所以就不再贅述了?？傊霭l(fā)點只有一個，即為了使設(shè)計出的模具結(jié)構(gòu)簡單、實用，就應最大限度的發(fā)揮每一個零部件的功能。

4.2

復合模具結(jié)構(gòu)的優(yōu)點

（1）制件精度高。由于是在沖床的一次行程內(nèi)，完成數(shù)道沖壓工序。因而不存在累積定位誤差。使沖出的制件內(nèi)外形相對位置及各件的尺寸一致性非常好，制件平直。適宜沖制薄料和脆性或軟質(zhì)材料。

（2）生產(chǎn)效率高。

（3）模具結(jié)構(gòu)緊湊，面積較小。4.3

復合模具結(jié)構(gòu)的缺點

（1）凸凹模璧厚不能太薄（外形與內(nèi)形、內(nèi)形與內(nèi)形），以免影響強度。

（2）凸凹模刃磨有時不方便。尤其是在凸凹模即沖裁，又成形的情況時。如圖2中的凸凹模5（如生產(chǎn)批量大，條件許可時，可將凸凹模刃口部分和盛開部分分開設(shè)計）。4.4

復合模具結(jié)構(gòu)的選用原則綜上所述可知，只有當制件精度要求高，生產(chǎn)批量大，表面要求平整時，才選用復合模具結(jié)構(gòu)。5

結(jié)束語通過以上對幾種模具結(jié)構(gòu)的分析、比較，我們可以看出。模具結(jié)構(gòu)也如同世界上的任何事物一樣，都存在兩重性。即有利的一面，也有弊的一面。十全十美的事物是不存在的。因此我們在選用模具結(jié)構(gòu)時，應根據(jù)各種模具的結(jié)構(gòu)形式，權(quán)衡利弊，綜合加以考慮。絕不能根據(jù)條條、框框，生搬硬套。應充分根據(jù)每個生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模、沖壓設(shè)備狀況和模具加工能力的實際情況，靈活掌握。總之，只要我們每個模具工作者互相交流經(jīng)驗，取長補短、敢于創(chuàng)新、敢于探索、勇于實踐，就一定會有許多結(jié)構(gòu)新穎、簡單、使用維修方便、操作安全的模具結(jié)構(gòu)涌現(xiàn)出來。一個已掌握CAD、CAM技術(shù)的廠家，業(yè)加關(guān)心的則是沖壓件能否成形，產(chǎn)品質(zhì)量能否合格。由于沖壓件幾何形狀的復雜性，對沖壓成形過程中板材成形性難以估計，致使模具設(shè)計正確性往往不能預知。當問題在模具加工以后暴露出來，將給模具調(diào)試造成極大困難，甚至整個設(shè)計報廢。

為了解決這個問地，吉林大學車身與摸具工程研究所自1985年以來，在沖壓什成形件分析計算機仿真以及模具設(shè)計和制造方面進行了長期的、深入細致的基礎(chǔ)理論研究工作。組織了來自汽車車身工程、工程力學、金屬壓力加工、材料科學、機械制造、計算數(shù)學和計算機等7個學科專業(yè)的30多名專家教授進行聯(lián)合攻關(guān)。在數(shù)值彈塑性力學、超塑性損傷力學以及高分子材料力學等基礎(chǔ)理論與數(shù)值模擬等進行了研究。提出了基于虛功率增率變分原理的適合于金屬材料彈塑性人變形、大應變接觸問題并且可引入速度敏感特性的半顯式時間積分有限元方法和高應力精度的彈塑性雜交/混合有限單元法以及快速收斂的“擬割線模量法”；提出了塑性變形起始、后繼各向異性演化、直至材料失穩(wěn)與應變局部化分析全過程的“彈塑性有限變形擬流動理淪”和“擬流動角點理論”。該理論通過在彈塑性本構(gòu)理論中引入模量衰減演化函數(shù)并修正流動法則中的尺度因子，實現(xiàn)了正交性法則本構(gòu)理論向非正交塑性本構(gòu)理論的合理的光滑過渡。從而首次將經(jīng)典的

Prandtl-Reuss理論與近代非經(jīng)典形變理淪有機地聯(lián)系在一起，并可以成功地模擬韌性金屬材料塑性變形從初始直更失穩(wěn)、應變局部化與斷裂傘過程。

與國外著名學者合作，提出了具有微觀物理基礎(chǔ)的適合于強織構(gòu)薄板成形的而內(nèi)各向異性屈服函數(shù)(B-T，屈服函數(shù))，并獨立提出了全空間各向同性屈服函數(shù)，進而利用這些屈服函數(shù)和可描述塑性誘導應變硬化和各向異性演化的擬流動角點本構(gòu)理論，結(jié)合半顯式有限元算法，模擬了強織構(gòu)各向異性薄板拉伸變形局部化全過程；結(jié)合材料性能參數(shù)的標準化拉伸實驗，從理論上推導出了雙向鋼材多階段應變硬化流變應力與顯微組織參數(shù)的解析表達式；給出了超塑性及韌性材料以及損傷材料的極限應變解析表達式；在完善Swift和Hill塑性失穩(wěn)理論基礎(chǔ)上，提出了更精細的金屬薄板塑性失穩(wěn)理論和成形極限圖；提出了二維彈塑性大變形有限元全自動自適應網(wǎng)格剖分準則。在上述理論與方法研究基礎(chǔ)上，經(jīng)過近9年的艱苦努力，完全依靠自己的力量，獨立開發(fā)出了覆蓋件彈塑性大變形有限元仿真CAE商品化軟件系統(tǒng)KMAS。KMAS系統(tǒng)包括模具曲面幾何造型設(shè)計與CAD/CAE/CAM專用接口軟件、網(wǎng)格自動生成器、基于標準化材料參數(shù)實驗的材料數(shù)據(jù)庫、前處理器、顯式和羋顯式時間積分彈塑性大變形、大應變板材成形有限元求解器和后處理器等模塊。

KMAS技術(shù)就是在制造棋具之前，在計算機上模擬出沖壓件在模具中成形的真實過程，向用戶告知模具結(jié)構(gòu)設(shè)計、工藝條件狀況是否合理，并最終為用戶提供出最佳的模具設(shè)計工藝方案，可靠性達到80％以上。從而將模具設(shè)計制造周期縮短2/5(相對于復雜模具而言)，并提高模具質(zhì)量和產(chǎn)品合格率，進而可大幅度降低制造成本，增強產(chǎn)品的市場競爭山。

在板材沖壓成形性分析方面，KMAS系統(tǒng)與市場上通用的CAD/CAM軟件相互集成，實現(xiàn)了從模具設(shè)計、曲面造型、成形性分析直至模具NC加工軌跡形成的一體化。以下是KMAS軟件的幾個應用實例：1

CA488發(fā)動機油底殼深拉伸破裂與皺曲模擬分析

中國第一汽車集團公司的“小紅旗”轎車發(fā)動機“CA488”抽底殼沖壓件的變形特點是深拉伸開容易產(chǎn)生局部的起皺和破裂。一汽先后花費了約一年半的時間，研制出了需兩次才能拉伸出來但在局部仍有皺紋的產(chǎn)品件，成品合格率約90%。研究所采用KMAS軟件，綜合其它高科技手段實現(xiàn)了一次拉伸油底殼的拉伸模模面(凸、凹模面)的設(shè)計、分