《模具制造工艺》2014年备课笔记(40本科)

第1章模具制造工艺概述1．1模具制造的特点与基本要求1．1．1模具制造的基本要求（1）制造精度高（2）使用寿命长（3）制造周期短（4）模具成本低1．1．2模具制造的特点（1）制造质量要求高（2）形状复杂（3）材料硬度高（4）单件生产1．2模具制造的工艺路线1．3模具技术现状及发展趋势1．3．1模具工业在国民经济中的重要地位1）模具工业是国民经济的基础工业2）模具工业是衡量一个国家工业水平的重要标志3）模具工业是技术转化成果的基础4）模具工业是制造业和国民经济发展的动力1．3．2模具设计技术的发展方向1）技术支持—模具设计资料库和知识库系统。2）统一技术—模具及零件的标准件化。3）在理论研究方面，要进一步探讨新型材料大弹塑性变形本构关系、表面摩擦特性等。4）冲压模金属成形过程的模拟、缺陷预测，起皱、破裂、及回弹分析等。1．3．3模具加工技术的发展方向分析估算模具设计零件加工装配调整试模成品外购件热处理模具加工方法主要有：1）精密铸造2）金属切削加工3）电火花加工4）电化学加工5）激光及其他高能波束加工6）复合加工数控和计算机技术的不断发展使它们在模具加工方法中得到了越来越广泛的应用。1．3．4模具制造综合技术的发展方向1）传统的模具制造技术，主要是根据设计图纸，用仿型加工，成形磨削以及电火花加工方法来制造模具。2）现代模具不仅形状与结构十分复杂，而且技术要求更高，用传统的模具制造方法显然难于制造，必须采用先进制造技术才能达到它的技术要求。1．3．5模具材料及先进表面处理技术1）模具工业要上水平，材料应用是关键2）因选材和用材不当，致使模具过早失效，大约占失效模具的45％以上。3）对策：一是研究新型模具材料（冷作、热作），钢结硬质合金；二是采用表面工程技术对材料进行改性。1．3．6国内模具技术的发展趋势为了适应市场对模具制造的短交货期，高精度、低成本的迫切要求，未来我国的模具将呈现几大发展趋势：1、模具日趋大型化1）—方面是由于用模具生产的零件日渐大型化，另一方面也是由于高生产率要求而发展多工位模具，多腔模具（现在有的注塑模已达几百腔）所致。2）新型轿车的大尺寸覆盖件成形、大功率汽车的六拐曲轴成形。2、模具的精度越来越高1）10年前，精密模具的精度一般为5μm，现在已达2～3μm，不久1μm精度的模具都将上市。随着零件微型化及精度要求的提高，有些模具的加工精度要求在1μm以内。2）超精密加工已进入纳米（0.1μm～100nm）级精度阶段，大致可分3个层次：一是用于汽车、飞机、精密机械的微米(μm)级精密加工；二是用于磁盘、磁鼓制造的亚微米(0.1μm)级精密加工；三是用于超精密电子器件的毫微米(0.001μm)级精度加工。这就要求发展超精加工，并对模具的加工设备、检测技术、研磨抛光工艺等提出更高的要求。3、压铸模及塑料模的比例将不断提高1）随着车辆和电机等产品向轻量化方向发展，压铸模具的比例将不断提高，同时对压铸模的寿命和复杂程度将提出更高的要求。2）随着以塑代钢、以塑代木的进一步发展，塑料模的比例也将不断提高。4、挤压模及粉末成形模将增多1）由于汽车、车辆和电机等产品和轻量化发展，以铝代钢，高分子材料、复合材料、工程陶瓷、超硬材料的成形加工技术。2）新型材料的采用，不仅改变产品结构和性能，而且使生产工艺发生了根本变革，相应地出现了液态、半固态挤压模具及粉末锻模。3）金属粉末锻造成形，金属粉末超塑性成形，粉末注射成形、粉末喷射和喷涂成形大大扩充了现代精密塑性成形的应用范围。5、多功能复台模具将进一步发展1）级进组合冲压模已在美国汽车工业中普遍应用（加工转子、定子板或者插接件），其优点是生产率高，模具成本低，不需要板料剪切。2）如集成电路引线框架的20~30工位的级进模，工位数量最多已达160个。3）自动冲切、叠压、铆合、计数、分组、转子铁芯扭斜和安全保护等功能的铁芯精密自动叠片多功能模具。4）这种多功能复合模具生产出来的不再是单个零年，而是成批的组件，可大大缩短产品的生产及装配周期。6、热流道技术的应用扩大1）采用热流道技术的模具可提高制件的生产率和质量，并能大幅度节约制件的原材料。2）在国外热流道技术的应用发展较快，许多塑料模具厂所生产的塑料模具50％以上采用了热流道技术，甚至达到80％以上，效果十分明显。3）热流道模具在国内也已生产，有些企业使用率上升到20~30%。国产商品化热流道系统元件也已出现，但也有些模具企业，热流道模具已占其模具生产总旦的l／3左右。4）制订热流道元器件的国家标准，积极生产价廉高质量的元器件，是发展热流道技术的关键。7、塑料气辅成形、高压注射成形工艺日趋成熟1）气辅成形是在传统的注射成型基础上发展起来的一种创新的注射成型工艺：在充填阶段，当型腔充填至70％--95％时向型腔内注入高压气体，并使气体进入型腔，进入保压阶段，继续注入高压气体以弥补因熔体冷却而引起的收缩。2）气辅成形成形特点与应用气体辅助注射成形能改善塑件内在和外观质量，它具有注射压力低、制品翘曲变形小、易于成形壁厚差异较大的制品等优点。高压注射成形可减小树脂收缩率，增加塑件尺寸的稳定性；可在保证产品质量的前提下，大幅度降低成本。该工艺在国外已比较成熟，国内目前在汽车和家电行业中正逐步推广使用。不少企业已能在电视机外壳、洗衣机外壳、汽车饰件以及一些厚壁塑料件的模具上成功地运用气辅技术。8、快速经济模具的前景十分广阔1）目前是多品种小批量生产时代，21世纪，这种生产方式占工业生产的比例将达到75％以上。2）中、低熔点合金模具，喷涂成形模具、精铸模、层叠模、陶瓷吸塑模、环氧树脂模及光造型等快速经济模具将进一步发展。3）由于铝合金优良的综合性能，用它作模具材料可缩短制模周期和降低模具成本，且用于塑料模可有10万次以上寿命，因此用铝合金进行高速切削来制作快速经济模具已在世界上得到较为广泛的使用，我国也已开始使用，预计今后会得到较快发展。9、特殊的成形工艺得到发展1）液压成形2）聚氨脂成形3）无模多点成形技术4）超塑性成形高能率成形等10、塑性精密成形技术1）近10年来，精密成形技术取得了突飞猛进的发展：精冲技术、冷挤压技术、无飞边热模锻技术、温锻技术、超塑性成形技术、成形轧制、液态模锻、多向模锻技术发展很快。2）电机定转子双回转叠片硬质合金级进模的步距精度可达2μm，寿命达到1亿次以上。3）700mm汽轮机叶片精密辊锻和精整复合工艺楔横轧汽车、拖拉机精密轴类锻件11、半固态金属成形技术1）所谓半固态成形，是指对液态金属合金在凝固过程中经搅拌等特殊处理后得到的具有非枝晶组织结构，固、液相共存的半固态坯料进行各种成形加工。2）它具有节省材料、降低能耗、提高模具寿命、改善制件性能等一系列优点，并可成形复合材料的产品，被誉为21世纪新兴金属塑性加工的关键技术。12、优化管理进—步优化模具企业的组织管理结构、网络技术结构，实现优质、高效生产。1．4练习思考题1）模具制造的特点与基本要求是什么？2）模具制造与一般机械产品制造的工艺相比所具有的主要特点是什么？第2章模具的机械加工普通精度的模具零件采用普通通用机床加工，然后进行必要的钳工修配后装配；精度要求较高的模具零件采用精密机床加工；具有复杂形状的曲面零件采用数控机床加工。2．1模具的一般机械加工普通机床加工方法有车削、铣削、刨削、磨削和钻削等。这些加工方法具有对工人的技术水平较高、生产效率低、制造周期长等特点。2．1．1模具的车削加工1）在车床中以卧式车床在模具加工中的应用最为广泛。2）车削主要用于加工凸模、凹模、导柱、导套、顶杆、型芯和模柄等圆盘类和轴套类零件。3）根据模具零件的精度要求，车削一般是内外旋转表面加工的中间工序，或作为最终工序。4）尺寸精度可达IT12～IT7，表面粗糙度为mRa8.0~5.12。精车的尺寸精度可达IT8～IT6，表面粗糙度为mRa4.0~6.1。2．1．2模具的铣削加工1）在铣削加工中以立式铣床和万能工具铣床在模具加工中的应用最为广泛。2）铣削主要用于加工各种模板平面、沟槽、台阶、孔、型腔、型面等板类零件。3）当模具零件的精度要求高时，铣削一般作为中间工序。4）铣削的尺寸精度可达IT10～IT8，表面粗糙度为mRa8.0~3.6。2．1．3模具的刨削和插削加工1）在刨削加工中以牛头刨床在模具加工中的应用最为广泛。2）刨削主要用于加工各种模板平面和斜面等板类零件。3）刨削一般作为中间工序使用。4）刨削的尺寸精度可达IT10～IT8，表面粗糙度为mRa6.1~3.6。2．1．4模具的磨削加工1）在磨削加工中以平面磨床、内圆磨床和外圆磨床在模具加工中的应用最为广泛。2）磨削主要用于加工各种模板平面、零件配合面、导柱、导套、圆形型腔、型芯等板类和轴套类零件。3）磨削一般作为最终工序使用。4）平面磨削的尺寸精度可达IT6～IT5，表面粗糙度为mRa2.0~4.0，两平面平行度小于0.01:100。5）内圆磨削的尺寸精度可达IT7～IT6，表面粗糙度为mRa2.0~8.0。要求高时尺寸精度可控制在0.005mm之内，表面粗糙度为mRa025.0~1.0。6）外圆磨削的尺寸精度可达IT6～IT5，表面粗糙度为mRa2.0~8.0。采用高光洁磨削工艺，表面粗糙度可达mRa025.0。2．1．5模具的钻削加工1）在钻削加工中以台式钻床和摇臂钻床在模具加工中的应用最为广泛。2）钻削主要用于加工模板上各种螺钉孔、销钉孔、过孔、水孔等板类零件。。3）钻削属于粗加工，一般用作中间工序，对于普通孔可作为最终工序使用。4）钻削的尺寸精度可达IT12～IT11，表面粗糙度为mRa3.6~5.12。经过铰孔后，尺寸精度可达IT8～IT6，表面粗糙度为mRa4.0~6.1。2．2模具的精密加工为了实现模具的精密加工，必须注意如下各点：1）在考虑模具零件加工方法的基础上进行模具设计，使模具结构与加工方法相适应，以获得预期的加工效果。2）使用高精度和高刚性的加工机床。3）选用具有高耐磨性，适合于高精度加工的刀具。4）要创造以温度控制为中心的良好环境。5）要把加工过程中的创造意识和关键及时向设计部门反映。6）加强对操作人员的教育和训练。2．3．1坐标镗床加工1）坐标镗床是一种高精度孔加工的精密机床，主要用于加工零件上有精确尺寸和孔距要求的孔，还可以用于精确的刻度、刻线和成品检验等。2）坐标镗床加工孔的尺寸精度可达IT6～IT7，表面粗糙度一般可达mRa8.0，孔距精度可达0.005～0.01mm。3）坐标镗床应安装在特别干燥和清洁的厂房内，室温保持恒温20±1℃，空气湿度应在55±5%的范围。4）光学坐标镗床的依靠精密刻度尺、游标刻度尺和光学系统，定位可读精度达0.001mm。5）坐标镗床配有万能转台、中心测定器、镗孔夹头、弹簧中心冲等附件，提高了机床的使用性能，扩大了加工范围。6）坐标镗床加工时，要先进行工件定位、坐标尺寸换算等准备工作。7）坐标镗床进行孔加工时，其工艺方法与被加工孔的孔径大小、尺寸精度和孔距精度要求等有关，应选用与之适合的刀具进行加工。2．3．2坐标磨床加工1）坐标磨床是利用准确的坐标定位系统，用高速旋转的砂轮对已淬火的工件进行精密加工的高精度设备，主要用于加工模具上各种精密的圆孔、锥孔、型孔、直线轮廓、沟槽等。2）坐标磨床加工的尺寸精度可达0.005mm，表面粗糙度达mRa2.0以上，可磨削的孔径为0.8～200mm。3）坐标磨床应安装在特别干燥和清洁的厂房内，室温保持恒温20±0.5℃，空气湿度应在55±3%的范围，此时机床的定位精度可达0.002mm。4）坐标磨床依靠砂轮的转动（自转）、主轴的行星回转（公转）和上下往复运动等三种运动互相配合而实现各种加工的。5）坐标磨床有手动和连续轨迹数控两种，数控加工效率比手工操作法高2～10倍，且轮廓曲线连接处精度高，加工模具时凸凹模配合间隙可达0.002mm左右而且间隙均匀。6）坐标磨床加工时，要先进行工件定位、坐标尺寸换算和程序编制等准备工作。7）坐标磨床进行加工时，其工艺方法与被加工对象的形状和尺