2.3 毛坯及加工余量

毛坯是根据零件所要求的形状、工艺尺寸等制成的供进一步加工用的生产对象。正确选择毛坯有重要的技术经济意义。因为它不仅影响毛坯制造工艺、设备及费用，而且对零件材料的利用率、劳动量消耗、加工成本等都有重大影响。

2.3.1 毛坯的种类

模具零件常用的毛坯主要有原型材、锻造件、铸造件和半成品件四种。

1．原型材

原型材是指利用冶金材料厂提供的各种截面的棒料、丝料、板料或其他形状截面的型材，经过下料后直接送往加工车间进行表面加工的毛坯。

2．锻件

经原型材下料，再通过锻造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，由于大量使用了高碳高铬工具钢，这类材料的冶金质量存在缺陷，如存在大量的共晶网状碳化物。这种碳化物很硬也很脆，而且分布不均匀，降低了材料的力学性能，恶化了热处理工艺性能，降低了模具的使用寿命。只有通过锻造，打碎共晶网状碳化物，并使碳化物分布均匀，晶粒组织细化，才能充分发挥材料的力学性能，提高模具零件的加工工艺性和使用寿命。

（2）锻造毛坯。由于模具生产大多属于单件或小批量生产，模具零件锻件的锻造方式多为自由锻造。模具零件锻造几何形状多为圆柱形、圆板形、矩形，也有少数为T形、L形、Π形等形状。

1）锻件加工余量：如果锻件机械加工的加工余量过大，则不仅浪费了材料，而且还会造成机械加工工作量过大，增加了机械加工工时；如果锻件的加工余量过小，会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不能消除，无法得到合格的模具零件。

2）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，这样易生成裂纹。如采用热切法下料，应注意将毛刺除尽，否则易生成折叠，造成锻件废品。

3）锻件毛坯下料尺寸的确定：

①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。

锻件在锻造过程中的总损耗量包括烧损量、切头损耗、芯料损耗三部分。为了计算方便，总损耗量可按锻件重量的5%～10%选取。在加热1～2次锻成，基本无鼓形和切头时，总损耗取5%。在加热次数较多和有一定鼓形时，总损耗取10%。

②计算锻件坯料尺寸：

理论圆棒料直径D理为

圆棒料的直径按现有棒料的直径规格选取，当V理比较接近实际规格时，V实≈V理。圆棒料的长度L实应根据锻件毛坯的质量和选定的坯料直径，查选棒料长度重量表确定。

计算完D理和L实后应验证锻造比，如果不符合要求，应重新选取D实。

3．铸件

在模具零件中常见的铸件有冲压模具的上、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、下模座，材料为铸钢ZG270-500；大、中型冲压成形模的工作铸件零件，材料为球墨铸铁和合金铸铁；另外吹塑模具和注射模具中的铸造铝合金，如铝硅合金ZL102等。

对于铸件的要求有：

（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；去除结疤、飞边和毛刺，其残留高度应小于1～3mm；

（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，退火后硬度不大于229HBS；铸件应进行时效处理，以消除内应力和改善加工性能，铸铁件热处理后的硬度不大于269HBS。

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，以商品形式出现的冷冲模架、矩形凹模板、矩形模板、矩形垫板等零件（GB/2851-1990, GB/T2852-1990, JB/T8049-1995, JB/T7642～7644-1994），以及塑料注射模标准模架的应用日益广泛。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。

2.3.2 选择毛坯时应考虑的因素

1．零件材料的工艺特性以及零件对材料组织和性能的要求

如凸模及凹模，为获得良好的力学性能，不论其结构形状复杂还是简单，均应选用锻件。

2．零件的结构形状及外形尺寸

如轴类零件，若各台阶直径相差不大，可直接选用圆棒料；若各台阶直径相差较大，则宜选择锻件。

零件的外形尺寸对毛坯选择有较大的影响，大型零件可选择毛坯精度较低的砂型铸造和自由锻造的毛坯，中小型零件可选择标准模锻毛坯。

3．零件的生产工艺和经济性

当零件的产量较大时，应选择精度和生产率较高的毛坯制造方法，如标准锻件和铸件的大批量生产。虽然用于毛坯制造的设备和工艺装备费用较高，但可以通过降低材料消耗和减少机械加工费用予以补偿。当零件的产量较小时，则选择自由锻造或手工造型的铸造毛坯。总之，毛坯类型和制造方法的选择，要考虑零件的生产工艺和经济性。

2.3.3 毛坯形状与尺寸的确定

由于毛坯制造技术的限制，零件被加工表面的技术要求还不能从毛坯制造直接得到，所以毛坯上某些表面需要留有一定的加工余量，通过机械加工达到零件的质量要求。毛坯尺寸与零件的设计尺寸之差称为毛坯余量或加工总余量，毛坯尺寸的制造公差称为毛坯公差。毛坯余量和公差的大小与零件材料、零件尺寸及毛坯制造方法有关，可根据有关手册或资料确定。一般情况下将毛坯余量叠加在加工表面上即可求得毛坯尺寸。

毛坯的形状尺寸不仅和毛坯余量大小有关，在某些情况下还要受工艺需要的影响。为了便于毛坯制造和便于机械加工，对某些形状比较特殊或小尺寸的零件，单独加工比较困难，可将两个或两个以上的零件制成一个毛坯，经加工后再切割成单个的零件。如图2-3所示，毛坯长度

L=20n+（n-1）B

式中：n——切割零件的个数；

B——切口宽度。